10G: Zukunft

Oct 24, 2023

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Die Welt ist auf 10-Gigabit-Netzwerke vorbereitet, und Fortschritte bei DOCSIS 4.0-Lösungen könnten uns dieser Realität näher bringen, heißt esAlice Jensen

Die Vision der Kabelindustrie für die Bereitstellung von 10-Gigabit-Netzwerken oder 10G wurde erstmals auf der Consumer Electronics Show (CES) 2019 vorgestellt. Bei dieser Veranstaltung war die National Cable and Television Association (NCTA); Das gemeinnützige Forschungs- und Entwicklungslabor CableLabs und Cable Europe skizzierten ihre Vision für die Zukunft globaler Kabelfernsehnetze. Jetzt erleichtern die Fortschritte von DOCSIS 4.0 die Realisierung von 10G für mehr Benutzer.

Kabel-Breitbandnetze bestehen sowohl aus modernen Glasfaser- als auch aus herkömmlichen Koaxialkabeln, die sich kreuz und quer durch alle Länder erstrecken und Kabelfernseh- und Internetdienste bereitstellen. Fibre-to-the-Home (FTTH) und passive optische Netzwerke (PON) nutzen Glasfasertechnologie, um Endkunden einen breitbandigen Netzwerkzugang zu ermöglichen. Theoretisch verfügen sie über eine nahezu unbegrenzte Kapazität und sind mit dem 10G-Versprechen kompatibel. Bei hybriden Glasfaser-Koaxial-Kabelnetzen (HFC) erfolgt die Verbindung „bis ins Haus“ jedoch über ein Koaxialkabel.

Anstatt HFC-Netze durch reine Glasfasernetze ersetzen zu müssen, um die 10G-Vision zu verwirklichen, macht die DOCSIS 4.0-Technologie HFC-Netze mit PON konkurrenzfähig und bereitet sie auf 10G vor.

Das Netzwerk in den Vereinigten Staaten ist eines der fortschrittlichsten. Etwa „90 % der Amerikaner haben über die Breitbandnetze des Kabels bereits Zugang zu Heim-Internetgeschwindigkeiten von 1 Gbit/s“, sagt Brian Dietz, Senior Vice President, Strategic Communications der NCTA. 1G ist mehr als schnell genug für die meisten aktuellen inländischen Anforderungen und 10G wird zehnmal schneller sein.

„In Wirklichkeit gibt es keine Killeranwendung, die mehr als Hunderte von Megabit pro Sekunde erfordern würde, geschweige denn ein Gigabit Bandbreite, aber wir wissen nicht, was vor uns liegt.“ sagt Cornel Ciocirlan, CTO EMEA und Vice-President Global Telco Market Management des US-amerikanischen Kabel- und Netzwerkinfrastrukturanbieters CommScope. „Wir müssen für die Zukunft gerüstet sein.“

Abgesehen von der hohen Geschwindigkeit wird die 10G-Plattform eine geringe Latenz mit symmetrischen Upload- und Download-Geschwindigkeiten aufweisen. Durch fortschrittliche Technologie und ständige Überwachung wird das System außerdem in der Lage sein, Netzwerkprobleme präventiv zu erkennen und zu lösen, was den Verbrauchern mehr Zuverlässigkeit bietet. Darüber hinaus wird ein fortschrittliches Netzwerkmanagementsystem eingesetzt, um die Sicherheit zu erhöhen.

Laut der 10G-Plattform der NCTA handelt es sich bei 10G um ein „zukunftsfähiges Breitbandnetzwerk, das die datengesteuerte vierte industrielle Revolution vorantreiben wird und Internetgeschwindigkeiten von 10 Gbit/s mit der Leistung und geringen Latenzzeiten liefert, um alles zu unterstützen, was als nächstes kommt.“

Die Bedeutung von Kabelnetzen, die auf die steigende Nachfrage reagieren können, liegt auf der Hand. Auf dem Höhepunkt der Pandemie nutzten Millionen von Menschen ihre Heimkabelnetzwerksysteme, um aus der Ferne zu arbeiten. Dies erhöhte den Upstream-Datenverkehr und belastete die verfügbaren Bandbreiten erheblich.

Die DOCSIS 4.0-Technologie soll HFC-Netzwerke mit PON konkurrenzfähig machen (Quelle: Kristi Blokhin/Shutterstock.com)

In den meisten Fällen konnten sich die Systeme anpassen. Dietz sagt beispielsweise: „Amerikas Breitbandnetze wurden vor der Nachfragekurve aufgebaut, mit Milliarden von Dollar an privaten Investitionen, eine Praxis, die es den Netzen ermöglichte, den schnellen Übergang zu digitalen und virtuellen Technologien zu bewältigen, als Covid-19 zuschlug.“

„Millionen Kilometer glasfaserreicher Breitbandnetze wurden in den letzten Jahrzehnten aufgebaut“, sagt er und fügt hinzu, dass „Kabelbreitbandanbieter ihre Netze schon lange auf ländliche und abgelegene Gemeinden ausgebaut haben. Diese historischen Anstrengungen, kombiniert mit.“ Neue Fördermittel der Bundesregierung bedeuten, dass Amerika kurz davor steht, jeden Amerikaner zu verbinden. Neue Netze mit hohen Breitbandgeschwindigkeiten verändern Kleinstädte und ermöglichen mehr Menschen die Teilnahme an der modernen Wirtschaft.“

Im Gegensatz dazu, sagt Ciocirlan: „In Regionen Europas, insbesondere im Vereinigten Königreich und in Deutschland, hinken viele Netzwerke hinterher.“ Dietz fügt hinzu: „Während der Pandemie mussten die europäischen Netze Notlösungen finden, um die plötzliche Verkehrsverlagerung aufzufangen.“ Hier sind die Modernisierungen bestehender Kupfer-Twisted-Pair-Netzwerke noch im Gange und in abgelegenen ländlichen Gebieten mit geringer Bevölkerungsdichte kann es schwierig sein, eine Kapitalrendite in Glasfaser-Upgrades zu erzielen. Allerdings sagt Ciocirlan, dass europäische und britische Regierungsinitiativen ergriffen werden, um die Einführung zu erleichtern und mehr Menschen an ein modernes Kabelnetz anzuschließen.

Die meisten Kabelfernsehnetzbetreiber sind Multisystembetreiber (MSOs), die eine Kombination aus herkömmlichen Kabel-, Glasfaser- und Mobilfunknetzen anbieten. Dies bedeutet, dass Kunden in Regionen, in denen derzeit keine leistungsfähigen Glasfaser-Breitbandnetze verfügbar sind, möglicherweise immer noch nennenswerte Bandbreite über 5G-Mobilfunknetze bereitgestellt werden.

Die Covid-19-Pandemie und ihre neue Welt der Remote- und Hybrid-Arbeitsumgebungen waren nur ein Test für die Kabelnetze. Für Netzwerkanbieter auf der ganzen Welt ist es von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass Kabelsysteme bereitgestellt werden, die für alles bereit sind, was die Zukunft bereithält. „Das 10G-Netzwerk wird die nächste Transformationstechnologie vorantreiben. Ob es sich um immersive Medien, Hologramme, noch intelligentere Häuser oder noch intelligentere Städte handelt, das wird nur die Zeit zeigen“, sagt Dietz.

Die Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) wurde erstmals 1997 veröffentlicht und ermöglichte die Übertragung von Daten mit hoher Bandbreite über Kabelleitungen. Mit einer maximalen Downstream-Geschwindigkeit von 40 Mbit/s war es eine enorme Verbesserung gegenüber dem DFÜ-Internet. Es folgten viele Inkarnationen und mittlerweile laufen die meisten Systeme entweder mit DOCSIS 3.0 oder 3.1, wobei letzteres bis zu 10 Gbit/s Downstream-Kapazität und ein bis zwei Gbit/s Upstream bietet.

DOCSIS 4.0 wird eine Schlüsselrolle bei der Verwirklichung von 10G spielen. Es soll die Effizienz der bestehenden Hybrid-Glasfaser-Koaxialkabel-Infrastruktur steigern, ohne dass mehr Kabel verlegt werden müssen. Seine Umsetzung soll somit sowohl Kosten sparen als auch zukunftssichere Netzwerke ermöglichen.

DOCSIS 4.0 definiert Vollduplex-DOCSIS mit symmetrischen Download- und Upload-Geschwindigkeiten. Dietz bemerkt: „Dies verkürzt die Reaktionszeit auf eine Millisekunde und beseitigt Verzögerungen.“ Darüber hinaus wird es auch als DOCSIS mit erweitertem Spektrum definiert, was laut Ciocirlan „bedeutet, dass Sie etwa 600 MHz zusätzliches Upstream-Spektrum gewinnen, was einen enormen Einfluss auf die Fähigkeit des Betreibers hat, mehr Bandbreite bereitzustellen.“

Curtis Knittle, Vizepräsident für Wired Technologies bei CableLabs, hebt die 10G-Showcase-Demonstration im April 2022 hervor: „Comcast und Charter sowie ihre Anbieterpartner haben gezeigt, dass die DOCSIS 4.0-Technologie eine Downstream-Spitzenkapazität von 9 Gbit/s und eine Upstream-Kapazität von 6 Gbit/s erreichen konnte.“ ." Er weist auch darauf hin, dass es aus dieser Veranstaltung zwei wichtige Erkenntnisse gibt: Erstens, dass die DOCSIS 4.0-Technologie real ist, und zweitens, dass DOCSIS 4.0 mit 10G PON Schritt hält.

Dietz sagt: „Seitdem hat Comcast (im Februar 2023) die Einführung seines 10G-Upgrades für 10 Millionen Haushalte angekündigt, wodurch durch den Einsatz von DOCSIS 4.0 Geschwindigkeiten von 2 Gbit/s verfügbar werden. Dies ist früher als geplant.“ Weitere grundlegende Netzwerkverbesserungen sind im Gange und Comcasts Netzwerk-Upgrade soll bis 2025 50 Millionen Haushalte erreichen. Knittle fügt hinzu: „Mit DOCSIS 4.0 können Verbraucher Multi-Gigabit-Dienste abonnieren und die Vision der 10G-Plattform ist in Sicht.“ ".

In Europa stellt Ciocirlan fest: „CommScope hat einen Deal mit Liberty Global, dem größten Netzwerkanbieter in Europa, zum Aufbau eines DOCSIS 4.0-Knotenprodukts angekündigt, sodass DOCSIS 4.0 auch hier in Sicht ist.“

Laut Knittle wird nicht nur DOCSIS 4.0 die Zukunftssicherheit von Netzwerken ermöglichen: „Es gibt auch neue Lösungen im Zusammenhang mit der zugrunde liegenden Netzwerkinfrastruktur in Form von PON und kohärenten Optiken im Zugang.“

Er sagt, CableLabs habe den Bedarf der Kabelindustrie an einer Lösung erkannt, die sowohl die in der Zukunft erforderlichen Kapazitäten als auch die großen Glasfaserlängen der heutigen Kabelnetze unterstützt. „Die Installation neuer Glasfaserkabel ist sehr kostspielig, daher war eine wichtige Frage, die wir stellten: ‚Wie können wir die Lebensdauer der bereits in Kabelnetzen installierten Glasfaserkabel verlängern?‘ Die Antwort waren kohärente optische Technologien.“

Diese Technologien ermöglichen die Übertragung von mehr Daten über dieselbe Glasfaser. Allerdings können sie teuer sein, und es sind Entwicklungen im Gange, um sie erschwinglicher zu machen. Beispielsweise kann kohärente Vollduplex-Optik die Kapazität einer Faser verdoppeln und den Bedarf an teureren Dual-Laser-Transceivern überflüssig machen. „Wir sehen jetzt kohärente In-Access-Netzwerke, die Unternehmensnetzwerke und die Aggregation der Distributed Access Architecture (DAA) unterstützen“, sagt Knittle.

Interoperabilität ist einer der Hauptschwerpunkte von CableLabs. Durch die Ermöglichung dieser Fähigkeit wird sichergestellt, dass alle Netzwerke für zukünftige Anwendungen bereit sind. „Es ist wichtig, nicht-kabelspezifische Lösungen wie 5G Challenge und L4S in Betracht zu ziehen, die über das Kabel hinausgehen. Fortschritte bei Layer-on-Mobile- und Festnetz-zu-Mobilfunk-Konvergenztechnologien ermöglichen es Kabel- und Mobilfunknetzen, Glasfasersysteme gemeinsam zu nutzen.“ und sind der Schlüssel zur Gewährleistung der Datenübertragung zwischen Netzwerken.“

10G hat sich mit dem Future Today Institute zusammengetan, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, worauf Netzwerke vorbereitet werden. Dietz sagt: „Dazu gehören transformative Veränderungen in den Bereichen immersive Unterhaltung, Bildung und Fernlernen, Landwirtschaft sowie Fern- und Roboter-Gesundheitsversorgung.“

Die 10G-Zukunft

Zum Thema immersive Unterhaltung fügt Knittle hinzu: „Wir blicken über die virtuelle Realität (VR) hinaus und in die erweiterte Realität (AR) und das Metaversum.“

Diese Art von Technologie kann auch die Bildung verändern und immersive, personalisierte und transportierende Bildungserlebnisse schaffen. Fortschritte im Gesundheitswesen könnten durch tragbarere und intelligentere Sensortechnologie für eine maßgeschneiderte und unsichtbare Pflege zu Hause möglich sein, während abgelegene und ländliche Gemeinden über Roboter und Hologramme mit einer qualitativ hochwertigen Pflege verbunden werden könnten. Als Reaktion auf die Herausforderungen des Klimawandels wird bereits eine fortschrittliche Überwachung landwirtschaftlicher Systeme entwickelt und Indoor-Anbauumgebungen könnten eines Tages durch KI in üppige Edens umgewandelt werden. Aber all das erfordert stabile und leistungsstarke Netzwerke.

Dietz, Ciocirlan und Knittle sind sich einig, dass niemand weiß, was an technologischen Fortschritten bevorsteht und welche Anforderungen an Kabelnetze gestellt werden. Es ist jedoch klar, dass ein Netzwerk, das für alle Zukunftsszenarien gerüstet ist und mehr Daten transportieren kann, als für jede denkbare Anwendung erforderlich wäre, von entscheidender Bedeutung ist.