Die Zukunft der Netze - Technische Herausforderungen in der Telekommunikation

1. Die Zukunft der Netze - Technische Herausforderungen in der Telekommunikation Dr. Stephan Rupp Elektrotechnisches Kolloquium Uni Stuttgart, 21.10.2003 s.rupp@alcatel.de

2. Die Zukunft der Netze • Die Technik der Netze • Konvergenz und Multimedia • Brauchen Mobilnetze Leitungen? • Künftige Anwendungen • Technische Herausforderungen • Ausblick

3. Die Technik der Netze - Konvergenz Medien Daten Signale Töne Bits Schrift Bilder Pakete = konvergente Verpackung Netze

4. Paket 1 Paket 3 Paket 4 Paket 2 Paket 6 Paket 5 Konvergent und multimedial - die Netze der nächsten Generation Daten werden in Paketen transportiert e-mail audio & video telefonieren

5. Digitalisierung • Kodierung • Paketierung • Dekodierung • Dejittering • Transfer Die Technik der Netze - Alles über IP

6. Alles über ein Netz - kann das gut gehen? • Telefonie mit 10 ms Latenzzeit • Video Streaming mit 10 s Latenzeit • dazwischen mal eine E-mail, ein Download oder eine Message • unterschiedliche Klassen von Diensten mit unterschiedlichen Anforderungen (Schlagwort Quality of Service) Dem Ingenieur ist nichts zu schwer.

7. UMTS ist für Dienste unterschiedlicher Anforderungen geschaffen, speziell für mobile Datenanwendungen Conversational: Voice, video-phony, videogames... Streaming: Video, music... UMTS Interactive: Web browsing, shopping, messaging ... Background: E-mails, files download...

8. Containerdienst Transportsystem Brauchen Mobilnetze Leitungen?Lohnt es sich, Pakete einzeln zustellen? Empfänger Absender Route Paketdienst Wege: Leitung oder Luft

9. SCHLESWIG-HOLSTEIN MECKLENBURG-VORPOMMERN HAMBURG BREMEN NIEDERSACHSEN BERLIN BRANDENBURG SACHSEN-ANHALT NORDRHEIN-WESTFALEN SACHSEN THÜRINGEN HESSEN RHEINLAND-PFALZ SAARLAND BAYERN BADEN-WÜRTTEMBERG Lange Leitungen für lange Strecken Ein Beispiel: die grössten Städte in Deutschland

10. Kiel SCHLESWIG-HOLSTEIN Rostock Lübeck MECKLENBURG-VORPOMMERN Hamburg HAMBURG BREMEN Bremen NIEDERSACHSEN BERLIN BERLIN BRANDENBURG Hannover Braunschweig Magdeburg Bielefeld SACHSEN-ANHALT Münster Dortmund Duisburg Essen Halle NORDRHEIN-WESTFALEN Hagen Krefeld Wuppertal Düsseldorf Mönchengladbach Dresden Köln Erfurt SACHSEN THÜRINGEN Aachen Bonn Stuttgart HESSEN Frankfurt am Main Wiesbaden RHEINLAND-PFALZ Mannheim Nürnberg SAARLAND Karlsruhe BAYERN Stuttgart BADEN-WÜRTTEMBERG Nahverkehr Augsburg München Lange Leitungen für lange Strecken Datenautobahn

11. Strassen und Haushalte Nahverkehr, Ortsteil und Häuserblock Stuttgart ... bis ins Haus

12. Last mile Kupfer Kabel Back-Bone Netz Soft Switch Hauptverteiler Hub Paket- Netz (IP) Funk POP Basisstation • Netzzugang (Gateway) • Verkehrstrennung • Netzübergänge (POI) • Medienkonversion Vermittlungs- netz (CS) POI POI Point of Interconnect CS Circuit Switched Die Technik der Netze - Technologien in der letzten Meile, im Nahverkehr und im Back-Bone Metronetz Zugangsnetze

13. Die Infrastruktur von der Datenautobahn bis ins Haus ist sehr unterschiedlich ausgebaut • Datenautobahnen (Back-Bones) sind ausreichend vorhanden. • Im Nahverkehr (City-Ringe, Metronetze) gibt Glasfaser-Infrastruktur in allen grösseren Städten. • In der letzten Meile gibt es unterschiedliche Technologien, die in Deutschland sehr unterschiedlich genutzt werden: • Kupferdoppelader (Telefon, DSL): über 3 Millionen Breitbandanschlüsse, ca. 40 Millionen Telefone • CaTV-Netze (Kabelmodem, Kabeltelefon): fast nur als Fernsehverteilnetz genutzt (18 Millionen Haushalte) • Mobilfunk der 2. und 3. Generation (GSM/GPRS, UMTS): über 60 Millionen Mobiltelefone, die innerhalb der kommenden 10 Jahre sukzessive durch UMTS-fähige Mobiltelefone ersetzt werden

14. Satellit Film-konserven Geschäft • Backbone Netze: • SDH/ATM • DWDM • Metro-Netze: • SDH/ATM • DWDM • Richtfunk • HFC • Zugangsnetze: • Satellit (DVB-S) • CaTV (DVB-C) • Telefonnetz • terrestr. Funk (DVB-T, DAB) • UMTS Ausstrahlung Play-out Center Haushalte Regionale Head-ends Hinzufügen regionaler und lokaler Inhalte Local Loop Hinzufügen interaktiver Dienste Studio Video Produktion Wo bleiben die Satelliten?

15. WLAN Local Area Geschäft Hot Spot GSM/UMTS Haushalte WLAN Bluetooth Personal Area Wo bleiben WLAN und Bluetooth? Anschluss der Access Points für WLAN und Bluetooth z.B. über DSL oder Kabelmodem

16. Die Zukunft der Netze • Die Technik der Netze • Künftige Anwendungen • Das Mobiltelefon - nicht nur zum Telefonieren • Wertschöpfung - das Geschäft wird arbeitsteiliger • Teleservices • Technische Herausforderungen • Ausblick

17. Das Mobiltelefon als ständiger Begleiter • Immer dabei und mit persönlichen Daten und persönlicher Software ausgestattet. • Authentisierung und Autorisierung • für multimediale Angebote • für den Zugang und die Nutzung von Infrastruktur • Terminal für Telematikanwendungen (z.B. Steuern, Ablesen, Überwachen) • Und man kann damit auch telefonieren • unterwegs per Mobilfunk • zuhause als Schnurlostelefon per Bluetooth • Statt Telefonnummern, Wählton, Freizeichen und Besetztzeichen unterstützen Präsentationsdienste und aktive Icons die Kommunikation.

18. Kontakte Jamtel Tel. geschäftl. Hans Nicole Mobiltel. geschäftl. Müller-Schulz Select Tel. privat ... bin im Geschäft Mobiltel. privat • IMS nach: • SMS • e-mail • inst. Message Voice mail ... bin privat unterwegs ... bin off-line Statt Besetztzeichen und Wählton: Telefonieren wie bei Harry Potter

19. Büro Arbeitszimmer unterwegs Wohnzimmer Künftige Anwendungen: Jenseits von Telefon und Internet am Arbeitsplatz

20. Die neue Wertschöpfung für Anwendungen Neue Wertschöpfung Traditionelle Wertschöpfung Netz- betreiber Content Provider Portal- Betreiber ServiceProvider Netz- betreiber Endgeräte Endgeräte

21. „ Mobile Office“ im Firmennetz (IT-Abteilung) „Mobile Office“ Dienstanbieter On-Line Zugang • Netzbetreiber: • Mobilfunk (GSM/UMTS) • Hot Spot (WLAN/LAN) • Festnetz (DSL/CaTV) • Firmennetz (LAN) Arbeitgeber bzw. Arbeitskollegen On-Line Zugang On-Line Zugang Arbeitsergebnis Beispiel: Die Wertschöpfung für die mobil vernetzte Arbeit - Software und Telefondienst vom Dienstanbieter Infrastruktur und Dienstleistungen Mobiler Mitarbeiter

22. Teleservices (1) • In Zukunft mehr vernetzte Geräte als Telefonteilnehmer • Vorwiegend Datenanwendungen • Maschinen, Haushaltsgeräte, Sensoren und Consumer Eletronik • Anbindung • in der Fläche per UMTS • für grossen Bandbreitebedarf per WLAN • batterieschonend und mit Bezug zur räumlichen Nähe per Bluetooth (bzw. per Ultra Wide Band) Geschäft Haushalte

23. Teleservices (2) • Navigationsdienste • Ferndiagnose und präventive Wartung für Fahrzeuge und Maschinen • Logistik und Administration • Informationssysteme • Personal Area Networks • Erfordern günstige Datenverbindungen nach Bedarf unterwegs

24. Die Zukunft der Netze • Die Technik der Netze • Künftige Anwendungen • Technische Herausforderungen • Klassisches Netzdesign • Warum man sich vor der Killer-Applikation nicht fürchten muss • Neue Wege • Ausblick

25. Client Server Client Einfaches Netzelement Client Intelligentes Netzelement (enthält Service Logic) Trotz Konvergenz verfolgen Telefonnetze und Internet unterschiedliche Konzepte Internet: intelligente Terminals, dumme Netzelemente Telefonnetze: dumme Terminals, intelligente Netzelemente Mit Konvergenz per „All over IP“ ändert sich gar nichts!

26. Ab Basisstation oder Modem Termination: Edge & Core Networks Geschäft Zu Hause unterwegs Das physikalische Szenario • Benutzer: • Leute • Maschinen • Geräte & Consumer Elektronik • Sensoren & Aktuatoren • Konzepte: • Clients & Server • Peer-to-Peer • Ad-Hoc • Personal Area core networks: edge & core

27. Das Design heutiger Core Networks (3G Mobilfunk) Jeder Funktion ein Netzelement.

28. Die KILLER Applikation der 3. Generation • 3G und NGN benutzen traditionelle Designmethoden aus den 80-er Jahren: jedem Dienst ein Netz (bzw. jeder Funktion ein Netzelement mit den zugehörigen Protokollen). • Die Killerapplikation für die kommenden 5 Jahre: HUNDERTE VON NISCHENANWENDUNGEN • Die Herausforderung: Eine Service Architektur und ein Konzept für Kommunikationsanwendungen.

29. No future! Problemzonen beim etablierten Netzdesign Spezialisierte Netzelemente Y.V1.3#4 Spezialisierte Protokolle S.V5.1#3 X.V2.5#17 • geschlossene Gesellschaft • ein Netz für jeden Dienst • zu komplex • zu teuer Z.V1.2#19 Teilnehmerdaten in den Netzelemen- ten vergraben

30. CSE HSS CRM Billing CC Marketing Ein Lösungsansatz: Vom funktionalen Design… Der Kunde

31. CSE HSS CRM Billing CC Marketing Ein Lösungsansatz: … zum datenzentrischen Design. Konsolidierung der Teilnehmerdaten “Das KUNDENPROFIL”

32. Y.V1.3#4 S.V5.1#3 Z.V1.2#19 Data Interface Speicher Übung 1: Die Daten aus den Netzelementen nehmen • Erleichtert die Integration • vereinfacht die Einführung neuer Anwendungen • vereinfacht Administration und Betrieb • vereinfacht die Netzelemente • verwendet konventionelle IT-Lösungen

33. Application Interface App. App. CF CF CF Data Interface Speicher Übung 2: Eine Service Architektur für Anwendungen • Funktionale Module (CF) und Anwendungen (App.) • Wiederverwendung von Modulen (z.B. AA) • Universeller Datenbus • Universeller Anwendungsbus • leicht erweiterbar • leicht zu integrieren • leicht zu betreiben App: Application CF: Common Function AA: Authentisierung und Autorisierung

34. Application Interface legacy infrastructure Don‘t panic! Y.V1.3#4 X.V2.5#17 App. App. CF GW S.V5.1#3 Data Interface Speicher Übung 3: Integration von Legacy-Systemen mit Hilfe von Gateways

35. Application Interface komponenten- basierende Software ODMG Standards CF n Ap 1 ……. Ap n CF 1 • Objekt Model • ODL (object definition language) • OQL (object query language) • Anbindung an Sprachen ( Java, C#, C++...) DBMS DBMS DBMS Data Interface Fibre Channel Netz Speicher- netz SAN ODMG: Object Data Management Group DBMS: Data base management system SAN Storage Area Network Data Objects Technische Lösung: Datenbus

36. OSA & Web Services Application Interface CF n Ap 1 ……. Ap n CF 1 komponenten- basierende Software • Rekonstruktion der Client-Interfaces für CF und Apps. aus WSDL nach Bedarf • Verhandlung der Transportprotokolle statt Spezifikation eines Schnittstellenprotokolls • Konzepte für SOAP Binding für IIOP, MAP etc. inkl. Betrachtung der Performance DBMS DBMS DBMS Data Interface SAN Technische Lösung: Anwendungsbus

37. Legacy Business Applications Legacy Telecom Applications Billing Other GGSN EAI Application Interface DBS DBS DBS TAI App n CF 1 App 1 CF n SCF CRM Other Data Interface App: Application CF: Common Function DBS: Data Base Servers SAN: Storage Area Network EAI: Enterprise Application Interface TAI: Telecommunication Application Interface DB DB DB DB DB DB SAN Data Objects Technische Lösung: Systemintegration

38. Welches sind die minimalen Anforderungen an ein Netz? • Dienste lassen sich als Software um das Netz herum bauen. • Das Netz hat in erster Linie Transportfunktion. • Die Transportfunktion ist intelligent und kann z.B. unterschiedliche Klassen von Diensten unterscheiden. • Zur Zuordung von Diensten und Nutzern sind Authentisierung und Autorisierung erforderlich. • Soll der Dienst etwas kosten, ausserdem Accounting. • Proxies sind nützliche Helfer für die Optimierung von Verkehrsflüssen und für ein sicheres Konzept zur Autorisierung.

39. AAA iTransport Proxies Service = Software wird auf Terminals geladen Komponenten eines minimalen Netzes Was sonst noch? • Kennt Dienstklassen • QoS • multicast • multisession • programmierbar • Für Verkehr und Last • für Clients, Server, Peers Core Network • Servers • Clients • Peers • Directories • Libraries

40. Die Zukunft der Netze • Die Technik der Netze • Künftige Anwendungen • Technische Herausforderungen • Ausblick

41. Grosse Schatten werfen ihre Ereignisse weit hinter sich. Heinz Erhard Ausblick • Mikroprozessoren im Lichtschalter und allen möglichen Geräten bringen eine Vielzahl neuer Kommunikationsquellen. • Mit der Bereitstellung der Technologien ist nicht bereits alles getan. Ein Konzept für eine anwendungs-freundliche Architektur wäre wünschenswert. • Die Entwicklung neuer Anwendungen bietet Chancen für mittelständische Unternehmen und Start-Ups. • Die Entwicklung neue Konzepte für die Verknüpfung und Nutzung der Technologien erfolgt empirisch in Kooperation zwischen Industrie, Mittelstand und Hochschulen.

42. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! www.alcatel.com Kontakt und weitere Informationen: Dr. Stephan Rupp: s.rupp@alcatel.de Vortragsunterlagen: www.srupp.de