Definition Was ist Latenz (Latency)?

Latenz (engl.: Latency) bezeichnet im Telekommunikationsumfeld die Zeit, die eine Information oder ein Datenpaket von ihrer Quelle bis zum Ziel benötigt. Sie setzt sich aus verschiedenen Verzögerungszeiten zusammen, die beispielsweise durch die Zwischenspeicherung von Daten, die Prüfung von Datenpaketen oder die Laufzeit der Signale entstehen.

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Der englische Begriff für Latenz lautet Latency. Allgemein handelt es sich bei der Latenz um die Verzögerungszeit, die zwischen dem Auftreten eines bestimmten Ereignisses und dem auf das Ereignis erwarteten Folgeereignis vergeht. Im Telekommunikationsumfeld ist die Latenz die Wege-Zeit, die Daten von der Quelle bis zu ihrem Ziel benötigen.

Neben der Bandbreite und der Fehlerrate ist die Latenz eine der maßgeblichen Kriterien für die Qualität einer Datenübertragung oder einer Netzwerkverbindung. Vor allem Echtzeitanwendungen wie die Sprachkommunikation, Online-Gaming oder das autonome Fahren sind auf die Einhaltung bestimmter maximaler Latenzzeiten angewiesen. Besonders hoch sind die Anforderung an die Latenz in den verschiedenen Anwendungsfällen moderner 5G-Mobilfunknetze. In diesen Netzen sollen Latenzzeiten von nur einer Millisekunde und darunter erreicht werden.

In IP-Netzen lassen sich mit Netzwerk-Tools wie Traceroute oder Ping Rückschlüsse auf die Verzögerungszeit einer Datenübertragung ziehen. So misst beispielsweise ein Ping die Zeit, die vergeht, bis eine Antwort eines bestimmten Adressaten auf die von der Quelle an ihn versandten Datenpakete eintrifft. Es handelt sich bei dieser Zeit um die so genannte Paketumlaufzeit (Round Trip Time, RTT). Sie beinhaltet unter anderem die Latenzzeiten auf dem Hinweg und dem Rückweg des Datenpakets. Hinzu kommen weitere Verzögerungszeiten wie die Bearbeitungszeit des Pings beim Adressaten.

Zusammensetzung der Gesamtlatenz einer paketbasierten Datenübertragung

Fast alle modernen Kommunikationsnetze wie Mobilfunknetze oder das Internet arbeiten mit Datenpaketen. Die Gesamtlatenz einer paketbasierten Datenübertragung setzt sich aus mehreren einzelnen Verzögerungszeiten zusammen. Die wichtigsten Verzögerungen entstehen durch:

• die Laufzeit der Signale auf dem Übertragungsmedium

• die Übertragung eines Pakets über eine Verbindung mit einer bestimmten Bandbreite

• die Verarbeitung der Pakete durch die beteiligten Netzkomponenten auf dem Weg von der Quelle zum Ziel

• Warteschlangen beispielsweise durch Stausituationen auf einzelnen Teilstrecken

• Eigenschaften des Übertragungsprotokolls

Jedes Signal breitet sich abhängig vom Medium (Kupferkabel, Glasfaser, Luft) mit einer begrenzten Geschwindigkeit aus. Selbst Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit verursachen über große Entfernungen deutlich messbare Verzögerungen. Die einzelnen Verbindungen eines Netzwerks haben eine vorgegebene Bandbreite. Um ein Datenpaket mit dieser Bandbreite zu übertragen, ist eine bestimmte Zeit notwendig. Je größer das Datenpaket und je kleiner die Bandbreite, desto größer ist die Übertragungsverzögerung.

Alle an der Übertragung beteiligten Netzkomponenten bearbeiten die Datenpakete bis zu einer bestimmten Protokollschicht. Beispielsweise müssen Checksummen geprüft, Zähler verändert oder Adressinformationen für das Routing ausgewertet werden. Auch die Verarbeitung der Pakete verursacht Latenzen. Auf einzelnen Teilstrecken der Verbindung kann es zudem zu Überlast- oder Stausituationen kommen. In diesen Fällen verbleiben die Pakete in Warteschlangen, bis sie für die Übertragung vorgesehen sind. Schließlich haben Übertragungsprotokolle Eigenschaften, die Verzögerungen verursachen. Beispielsweise erhöht sich die Latenz durch das oft genutzte Interleaving-Verfahren.

Die Latenz in 5G-Mobilfunknetzen

Die vorgesehenen Anwendungsfälle stellen hinsichtlich Bandbreite, Zuverlässigkeit und Latenz hohe Anforderungen an die Mobilfunknetze der fünften Generation. Viele Anwendungen wie automatisierte Prozesse der Industrie 4.0 oder wie das autonome Fahren sind im 5G-Anwendungsprofil Ultra Reliable and Low Latency Communications (uRLLC) zusammengefasst. So sollen über 5G gesteuerte Maschinen ohne vom Menschen wahrnehmbare Verzögerung auf die über das Mobilfunknetz gesendeten Daten und empfangenen Befehle reagieren. Die Latenzzeiten in 5G-Netzen liegen daher im Bereich von einer Millisekunde oder darunter und ermöglichen echtzeitfähige Anwendungen.

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