Definition Was ist vRAN?

Das vRAN (virtual RAN, virtual Radio Access Network) ist ein technisches Konzept zur Flexibilisierung der Funkzugangsnetzwerke der Mobilfunknetze. Es entkoppelt durch die Einführung einer Virtualisierungsschicht die Hardware von der Software. Ein vRAN lässt sich auf Basis des Open-RAN-Konzepts realisieren. Das Open-RAN verbessert die Interoperabilität des Radio Access Networks, in dem die verschiedenen Komponenten über standardisierte, offene Schnittstellen miteinander kommunizieren.

Das Kürzel vRAN steht für virtual Radio Access Network und ist ein technisches Konzept zur Implementierung eines Funkzugangsnetzes (Radio Access Networks) in einer flexiblen, virtualisierten Architektur. Die verschiedenen Netzwerkfunktionen des RANs werden virtualisiert und von der zugrundeliegenden Hardware entkoppelt.

In der Regel werden vRANs auf Basis des Open-RAN-Konzepts realisiert. Es ist aber auch die proprietäre Implementierung eines virtual Radio Access Networks möglich. Das vRAN auf Basis des Open-RANs verbessert die Interoperabilität des Radio Access Networks, indem die verschiedenen Komponenten über standardisierte, offene Schnittstellen miteinander kommunizieren.

Die Entkopplung von der zugrundeliegenden Hardware ermöglicht den Einsatz von Standard-Hardware und schafft eine Alternative zu geschlossenen, proprietären Systemen. Das vRAN nutzt Network Functions Virtualization (NFV) und ist eine Schlüsselkomponente moderner 5G-Mobilfunknetze. Es schafft die Grundlage für Konzepte wie Cloud-RANs (C-RANs) und Edge-Rechenzentren. Bestimmte Funktionen des RANs lassen sich beispielsweise auf Servern in Edge-Rechenzentren oder in der Cloud bereitstellen und müssen nicht mehr in der Basisstation direkt vor Ort realisiert sein.

Grundsätzliches zum Radio Access Network (RAN)

Für ein besseres Verständnis des Konzepts eines virtual Radio Access Networks zunächst einige grundlegende Informationen zur prinzipiellen Funktionsweise und zu den Komponenten und Aufgaben eines Radio Access Networks, abgekürzt RAN. Das RAN ist eine unverzichtbare Architekturkomponente von Mobilfunknetzen. Es stellt die drahtlosen Verbindungen zu den Endgeräten her und verbindet sie mit dem Kernnetz (Core Network) des Telekommunikationssystems.

Die Mobilfunknetze der verschiedenen Mobilfunkgenerationen wie GSM, GPRS/EDGE (2G), UMTS (3G), LTE (4G) und 5G besitzen RANs, die technisch unterschiedlich realisiert sind, aber grundsätzlich für identische Aufgaben zuständig sind. Auch Wireless Regional Area Networks (WRANs) oder Netze mit WiMAX-Technik (Worldwide Interoperability for Microwave Access) stellen die Konnektivität der Endgeräte mit dem Kernnetz über Radio Access Networks her.

Die zentralen Aufgaben eines RANs sind neben der Funkanbindung der Endgeräte die Übergabe der Endgeräte beim Wechsel der Funkzellen, die Authentifizierung der Benutzer oder Geräte, die Kontrolle und Steuerung des Zugriffs auf die verschiedenen Dienste, die Weiterleitung der Daten oder Sprachinformationen in die zuständigen Telekommunikationsnetze und die Bereitstellung der Daten für Accounting-Funktionen zur Abrechnung der Leistungen oder der übertragenen Daten. Wichtige Komponenten in einem Funkzugangsnetz sind die Basisstationen, Antennen, Software und die Empfangs- und Sendetechnik in den Endgeräten. Die Endgeräte werden als User Equipment (UE) oder Terminal Equipment (TE) bezeichnet und können mit einem oder mit mehreren RANs verbunden sein. Wie die verschiedenen Komponenten technisch genau ausgestaltet und implementiert sind, unterscheidet sich von Mobilfunkgeneration zu Mobilfunkgeneration.

Das Grundkonzept des virtual Radio Access Networks

Das Grundkonzept des vRANs sieht die Entkopplung der Netzwerkfunktionen und der Software von der zugrundeliegenden Hardware durch die Einführung einer Virtualisierungsschicht vor. Es wendet die Prinzipien der Network Functions Virtualization (NFV) an. In der Open-RAN Implementierung eines vRANs stützt es sich auf diese im Open Radio Access Network vorgesehen disaggregierten Funktionsblöcke:

• Radio Unit (RU)

• Distributed Unit (DU)

• Centralised Unit (CU)

• RAN Intelligent Controller (RIC)

Die RU erfüllt die Aufgabe des Sendens, Empfangens, Verstärkens und Digitalisierens der Funksignale und ist in unmittelbarer Nähe der Antennen realisiert. DU und CU sind logische Bestandteile einer Basisstation. Sie sind für die Weiterleitung der Signale in das Kernnetz verantwortlich. Durch die Virtualisierung lassen sich DU und CU physikalisch unabhängig von der RU auf virtuellen Maschinen in einem zentralisierten Rechenzentrum, in einem Edge-Rechenzentrum oder als Services in der Cloud realisieren. In der Regel befindet sich die DU näher an der RU und die CU näher am Kernnetzwerk. Die einzelnen Funktionsblöcke eines virtual Radio Access Networks kommunizieren im Open-RAN über standardisierte, offene Schnittstellen und Protokolle. Der RAN Intelligent Controller (RIC) ist für die Programmierbarkeit des vRANs zuständig.

Die Vorteile eines virtual Radio Access Networks

Das virtual Radio Access Network bietet gegenüber herkömmlichen nicht virtualisierten Funkzugangsnetzen zahlreiche Vorteile wie:

• Flexibilisierung des Funkzugangsnetzes

• Einsatz von Standardhardware

• keine proprietären, geschlossenen Systeme mehr - verbesserte Interoperabilität und Mischung von Hard- und Software unterschiedlicher Hersteller möglich

• einfacheres Management des Netzwerks - Reduzierung des Betriebs- und Administrationsaufwands

• schnellere Einführung neuer Funktionalitäten - innovationsfreundlichere RANs

• softwarebasierte, zentralisierte Upgrades des RANs - kein dezentraler Austausch der Hardware mehr notwendig

• geringere Abhängigkeit der Mobilfunknetzbetreiber von einzelnen Herstellern und Technologien

• zentrale Programmierbarkeit des RANs durch softwaredefinierten Ansatz

• Capex- und Opex-Einsparungen für Mobilfunknetzbetreiber

• höhere Zuverlässigkeit und Performance des Radio Access Networks

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