Schnelle Netzverbindungen – Breitbandtechniken heute und künftig

Vernetzung, Teleworking, Multimedia-Anwendungen, Bewegtbilder – in Zukunft ist jeder auf Highspeed-Netzwerke angewiesen. Nicht nur am stationären Arbeitsplatz in der Firma, sondern auch vom Home-Office und von unterwegs müssen Daten jederzeit und schnell ihre Adressaten erreichen. Möglichst schnelle, möglichst überall verfügbare Breitbandverbindungen sind deshalb unabdingbare Voraussetzung für den Arbeitsplatz der Zukunft.

 

Die moderne Arbeitswelt braucht schnelle Datenverbindungen für den Austausch per Computer. Foto: BMWi.

Die moderne Arbeitswelt braucht schnelle Datenverbindungen für den Austausch per Computer. Foto: BMWi.

Artikel-Serie über Trends in der Arbeitswelt

Dieser Beitrag ist der fünfte Teil einer zwölfteiligen Serie über Trends in der Arbeitswelt, die der Münchener Wissenschaftsjournalist Dr. Klaus Manhart exklusiv für das QSC-Blog verfasst hat: Wie werden wir in Zukunft arbeiten, wie verändern moderne IT-Services und TK-Anwendungen unseren Büroalltag? Und welche neuen Möglichkeiten der Zusammenarbeit über Unternehmensgrenzen hinaus ergeben sich dadurch künftig? Die ganze Serie im Überblick:

 

Der Datenverkehr wächst explosionsartig

Hochauflösende Bilder, Echtzeit-Übertragungen, Video-Conferencing oder Collaboration erfordern hohe Bandbreiten. Und das nicht nur am stationären Arbeitsplatz in der Firma, sondern auch vom Home-Office und von unterwegs. Egal wo man sich befindet – Daten müssen jederzeit schnell ihre Ziele erreichen.

Damit das möglich ist, müssen alle Akteure des Arbeitslebens flächendeckend an Highspeed-Netze angeschlossen sein. Unternehmen ebenso wie Mobilworker und Haushalte. Telearbeit beispielsweise ist schon heute kaum möglich ohne eine Breitbandverbindung. Denn erst mit schnellen Internet-Verbindungen lassen sich auch komplexe Computeranwendungen mit großen Datenvolumina von zu Hause bedienen. Hinzu kommt, dass Cloud Computing, also die Bereitstellung von Software und Daten aus dem Internet, große Netzkapazitäten erfordert.

Schon jetzt wächst der Datenverkehr explosionsartig. Laut der IDC-Studie Digital Universe verdoppelt sich das Datenvolumen alle zwei Jahre und wird noch in 2011 die 1,8-Zettabyte-Marke erreichen – das entspricht 1,8 Billionen Gigabyte.

Besonders der Mobilbereich kämpft derzeit mit steigenden Datenraten. Das durchschnittliche Datenvolumen pro Mobilfunknutzer hat sich im Jahr 2011 laut einer aktuellen Marktstudie des Branchenverbands VATM fast verdoppelt. Das aus Mobilfunknetzen pro Nutzer abgehende Datenübertragungsvolumen ist um 82 Prozent gestiegen, heißt es in der Studie.

Eine Untersuchung des Netzwerkausrüsters Ericsson besagt, dass innerhalb der nächsten vier Jahre das Datenvolumen um das Zehnfache zunehmen wird. „Die steigende Verbreitung von Smartphones und anderen mobilen Endgeräten ist der wesentliche Treiber für dieses Wachstum“, heißt es in der Studie. Bis ins Jahr 2016 sollen demnach statt derzeit rund 900 Millionen bereits knapp fünf Milliarden User das mobile Breitband nutzen.

 

2011 werden voraussichtlich 1,8 Zetabyte Daten erzeugt und kopiert. Quelle: IDC.

2011 werden voraussichtlich 1,8 Zetabyte Daten erzeugt und kopiert. Quelle: IDC.

Stand der Dinge

Aktuelle Standard-Breitbandtechnologien sind derzeit bei größeren Unternehmen Standleitungen auf Kupfer- oder Glasfaserbasis wobei Techniken wie Kanalbündelung, ATM, SDH oder Ethernet in allen Geschwindigkeitsvarianten zum Einsatz kommen. In allen anderen Bereichen dominieren Breitbandzugänge mit DSL, und im mobilen Bereich WLAN und UMTS.

Ein DSL-Anschluss gilt heute als Mindestanforderung im professionellen Bereich. Die Breitbandverbindung ermöglicht, dass auch größere Datenvolumen ohne Probleme ausgetauscht werden können. Gleichzeitig ist heute fast in jedes DSL-Modem auch eine Anlage für Internet-Telefonie (Voice over IP) eingebaut, sodass auch die Sprachkommunikation nahtlos in das Firmennetz integriert werden kann.

Die Daten werden bei DSL über eine herkömmliche, bereits bestehende Telefonkupferleitung übertragen und bei der verbreiteten Variante ADSL in unterschiedlichen Geschwindigkeiten versendet (Upstream) und empfangen (Downstream). Bei ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) sind das zum Beispiel 8 Mbit/s im Downstream und 1 Mbit/s im Upstream. ADSL2+ – eine erweiterte Form von ADSL – versendet Daten mit bis zu 25 Mbit/s zum Teilnehmer und bis zu 3,5 Mbit/s in der Gegenrichtung.

Die klassische Kupfer-Doppelader, die heute noch in fast jeden Haushalt führt, stößt allerdings allmählich an ihr Kapazitätslimit. Mit der ADSL-Nachfolgetechnik VDSL ändert sich das allmählich. Bei VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line) löste man sich erstmals vom Gedanken, dass die ganze Strecke zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmeranschluss aus einem Kupferkabel bestehen muss.

 

Downstream-Datenraten verschiedener DSL-Technologien. Quelle: BMWi.

Downstream-Datenraten verschiedener DSL-Technologien. Quelle: BMWi.

 

Die nächste Zukunft – Glasfaser

Stattdessen nutzt VDSL Hybrid-Netze, bestehend aus Glasfaser- und Kupferleitungen. Die Glasfaserleitungen werden dabei möglichst nahe an den Teilnehmeranschluss der Kunden herangeführt – bis zu den sogenannten Outdoor-DSLAMs (DSL Access Multiplexer). Diese Schaltschränke in den Straßen überbrücken die wenigen 100 Meter zu den Teilnehmerhaushalten per Kupferkabel. Das heute in den Zentren größerer Städte angebotene VDSL 2 holt mit bis zu 50 Megabit/s im Downlink und bis zu 10 Megabit/s im Uplink schon fast alles heraus, was technisch möglich ist.

Doch wegen des Kupfers, das im letzten Stück der Leitung zum Kunden steckt, können die Verbindungsgeschwindigkeiten nicht immer weiter gesteigert werden. Der nächste logische Schritt ist daher, die Glasfaseranbindung direkt bis zum Teilnehmer auszubauen. Dabei sind Übertragungsgeschwindigkeiten im Giga- und Terabitbereich (Gbit/s = 1000 Mbit/s, Tbit/s = 1000 Gbit/s) möglich. Solche nicht unterbrochenen Glasfasernetze, bei der Daten in Lichtsignale umgewandelt und durch spezielle Fasern versendet werde, sind die absoluten Hochgeschwindigkeitsdatenautobahnen.

Die beste Möglichkeit mit der höchsten Übertragungsrate für den Endnutzer ist FTTH (Fiber To The Home), bei der die Glasfaser bis in die Wohnung gelegt wird. Bei den anderen Möglichkeiten FTTC (Fibre To The Curb, Glasfaser bis zum Bordstein), FTTN (Fiber To The Neighborhood, Glasfaser bis zur Nachbarschaft) und FTTB (Fibre To The Basement, Glasfaser bis in den Keller) wird für die letzte Strecke vorhandenes Kupferkabel genutzt, das drosselt die Geschwindigkeiten aber wieder deutlich.

Die Anbindung an das Glasfasernetz ist kostspielig, da die Kabel neu vergraben und in den Häusern möglichst nah an den Kunden verlegt werden müssen. Trotzdem gehört der Glasfaser die Zukunft. Schon längst haben die Provider ihre Vermittlungsknoten mit Glasfaser-Backbones versorgt. Allerdings halten sie sich derzeit noch bedeckt, was den direkten Anschluss von Teilnehmern über die Faser betrifft. Letztlich ist aber eine ähnliche Entwicklung zu erwarten wie heute schon im DSL-Bereich.

Mobiles Internet

Mobilworker brauchen vor allem von unterwegs schnelle Verbindungen. Im Nahbereich bis etwa 100 Meter hat sich schon länger WLAN mit derzeit bis zu 54 Mbit/s Bandbreite als Drahtlos-Funkverbindung etabliert – und das wird auch in den nächsten Jahren so bleiben. Über Hotspots kann man sich mit seinem Notebook, Tablet oder Smartphone von unterwegs in das Netz einwählen, allerdings sinkt die nutzbare Bandbreite, je mehr Teilnehmer dazukommen, da sich alle die vorhandene Bandbreite teilen müssen.

Mit 50 km deutlich weiter als WLAN reicht WiMAX, das sowohl als stationäre als auch als Funktechnologie für mobiles Internet mit hohen Datenraten in Mobilfunknetzen einsetzbar ist. Der Versorgungsradius einer Basisstation in städtischer Umgebung liegt üblicherweise zwischen 2 und 5 Kilometern. Für mobile WiMAX ist zur Zeit eine Datenrate von etwa 40Mbit/s möglich.

Keine Reichweitenbeschränkung hat UMTS, das inzwischen eine hohe Abdeckung hat und von unterwegs Datenraten im DSL-Bereich bietet. Mit der UMTS-Erweiterung HSDPA werden in vielen Ballungsräumen 3,6 oder 7,2 MBit/s erreicht – an manchen öffentlichen Plätzen sind es schon 14,4 MBit/s. HSUPA erhöht zusätzlich die Uploadrate auf bis zu 1,45 Mbit/s. Über HSPA+ sind sogar Datenübertragungsraten von bis zu 28 Mbit/s im Downlink und 11 Mbit/s im Uplink möglich.

Funktechnik wird häufig auch zur Überwindung der letzten Meile eingesetzt: Wireless Local Loop (WLL) ist die drahtlose Verbindung des öffentlichen Telefonnetzes bis zum Kundenanschluss. Es ist überall dort eine Alternative, wo neue Netzbetreiber den Teilnehmerzugang realisieren und wo – bedingt durch die Besiedelung – die Kosten für eine drahtgebundene Verkabelung wesentlich höher wären. Technisch lässt sich WLL entweder durch Richtfunk über Antennen oder durch Sichtverbindung zur jeweiligen Basisstation des Anbieters verwirklichen. Beides erlaubt es, das Internet auf dem „Luftweg“ bereitzustellen – und das genau dann, wenn die „Leitung“ gebraucht wird.

UMTS gilt jedoch inzwischen aus ausgereizt und veraltet. Mobiles Internet der näheren Zukunft bedeutet LTE (Long Term Evolution), die vierte Generation des Mobilfunks. Den UMTS-Nachfolger haben bereits heute alle TK-Anbieter als neuen Standard festgelegt. Obwohl derzeit in erster Linie als DSL-Ersatz für strukturschwache Regionen vermarktet, lässt sich LTE auch unterwegs nutzen.

LTE unterstützt im Gegensatz zu UMTS verschiedene Bandbreiten und kann so flexibel in unterschiedlichen zukünftigen Spektren eingesetzt werden. Die heutigen LTE-Netze arbeiten nach dem Standard „Release 8“, der im Jahr 2008 verabschiedet wurde. In ländlichen Regionen werden bisweilen nur Geschwindigkeiten von etwa 3 MBit/s angeboten, aber selbst die in einigen Ballungsräumen bereits zur Verfügung stehenden 50 MBit/s stellen lediglich eine Zwischenetappe auf dem Weg zum Highspeed-Internet dar.

Mittlerweile liegt die Spezifikation „Release 10“ aus dem Jahr 2010 vor, man spricht auch von „LTE-Advanced“. Und dieser Funkstandard soll mittelfristig Downloadraten bis zu 1 Gigabit/s erlauben. Ein Rollout extrem schneller Netze dürfte also nur noch eine Frage der Zeit sein.

 

Erzielbare Bandbreiten im Mobilfunkbereich. Quelle: BMI / ALcatel, Lucent.

Erzielbare Bandbreiten im Mobilfunkbereich. Quelle: BMI / ALcatel, Lucent.

Schnelle Netzverbindungen – Breitbandtechniken heute und künftig
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Klaus Manhart

Über Klaus Manhart

Der Münchener arbeitet als freiberuflicher Fachautor mit den Schwerpunkten IT und Wissenschaft. Seine Laufbahn begann Dr. Klaus Manhart mit einem Studium der Sozialwissenschaften und Psychologie sowie Logik und Wissenschaftstheorie an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Dort promovierte er in den Fächern Logik und Wissenschaftstheorie. Er publiziert regelmäßig in Wissenschaftsmagazinen und der IT-Presse und wurde für einige seiner Beiträge ausgezeichnet.
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