Mit der Digitalisierung steigt der Bedarf an Bandbreite

So könnte die Zukunft des Internets aussehen

Heribert Clemens ist Senior Vice President B2B bei Unitymedia.
Der Bedarf von Privatanwendern und Unternehmen nach einem leistungsfähigeren Internet wächst kontinuierlich. Alleine für das laufende Jahr wurden Investitionen in Höhe von acht Milliarden Euro für den Breitbandausbau geplant. Ein Anlass, um einen Ausblick zu wagen: Wie sieht das Internet der Zukunft aus?
Die Zukunft des Internets basiert auf Glasfasern.
Die Zukunft des Internets basiert auf Glasfasern.
Foto: Mnet

Technische Geräte, die mit dem Internet verbunden sind, sind inzwischen weit verbreitet - egal, ob als Standardanwendungen für den Alltag oder als hochspezialisierte Profi-Tools. Und die Tendenz zur Vernetzung nimmt weiter zu: Nach Berechnungen von Cisco wird die Anzahl von über das Internet verbundenen Geräten im Jahr 2020 bereits bei über 26 Milliarden liegen.

Zum Vergleich: 2015 waren es noch rund 16 Milliarden. Das entspricht einem Zuwachs von 62 Prozent. "Der Boom im Bereich vernetzter Endgeräte wirkt sich auch auf das Nutzerverhalten sowie die zukünftige Entwicklung des Internets insgesamt aus. Allerdings gestalten sich Vorhersagen hinsichtlich der Nutzung digitaler Dienste überaus schwierig", erklärt Iris Henseler-Unger, General Manager und Direktorin am Wissenschaftlichen Institut für Infrastruktur und Kommunikationsdienste (WIK) in Bad Honnef.

IoT und Digitalisierung steigern Bedarf

Der Expertin zufolge werden in der derzeitigen Migrationsphase vorwiegend neue Nutzungen getestet, neue Unternehmensmodelle ausprobiert und auf disruptiv wirkende Herausforderungen reagiert. Zudem gibt es keine allgemeingültigen Definitionen von Industrie 4.0, dem Internet of Things oder Machine-to-Machine. Ferner wird nicht alles, was heute diskutiert wird, morgen erfolgreich sein.

Ihre Meinung ist gefragt!

So dürfen durchaus Zweifel angemeldet werden, ob die bei der Nutzung von Diensten und Apps preisgegebenen Daten wirklich dauerhaft das pekuniäre Entgelt ersetzen oder ob sich die Grenzen zwischen Herstellung und Dienstleistung wirklich zugunsten der Dienstleistung verschieben. Sicher ist indessen eins: Digitalisierung, Virtualisierung und Vernetzung sind eine große Chance. Sie werden unsere Gesellschaft und Wirtschaft in Zukunft noch stärker prägen als heute.

Und damit wird der bereits heute bestehende Bedarf an hochleistungsfähigen Netzen nochmals steigen. Im Rahmen einer eigens erstellten Agenda verfolgt die Bundesregierung das Ziel, das Land bis 2018 flächendeckend mit mindestens 50 MBit/s zu versorgen - und setzt dabei auf Kupferkabel. Allerdings greift die Politik damit aus Sicht mancher Branchenexperten zu kurz. "50 Mbit/s sind nicht genug", sagt Wolf Osthaus, Vorstandsmitglied des Kabelverbands ANGA, und fordert eine "viel längerfristige Ausgestaltung der politischen Rahmenbedingungen".

Insbesondere gelte es eine Gigabit-Strategie ins Leben zu rufen, die über den Tellerrand hinausblickt und den Mut hat, Förderprogramme für perspektivisch unzureichende Technologien grundsätzlich in Frage zu stellen. Osthaus erklärt: "Nach allem, was wir über die Anforderungen an das Internet der Zukunft sagen können, muss die Glasfaser bevorzugt behandelt werden."

Nachfrage nach Gigabit

Die Breitbandnachfrage wird laut WIK in den nächsten Jahren stark wachsen.
Die Breitbandnachfrage wird laut WIK in den nächsten Jahren stark wachsen.
Foto: Wissenschaftliches Institut für Infrastruktur und Kommunikationsdienste GmbH

Für 2025 zeigt das WIK-Marktpotenzialmodell, dass ungefähr 75 Prozent der Nutzer mehr als 500 Mbit/s im Download bei stationären Breitbandanschlüssen nachfragen werden; etwa 30 Prozent der Nachfrager liegen dann sogar bei 1 Gbit/s und mehr. Hier sind die Trendsetter von morgen zu finden, an denen sich Unternehmen, aber auch die Politik mit ihren Zielen zum Breitbandausbau orientieren sollten. Künftig wird der Bedarf noch mehr als heute von der Vielzahl möglicher Anwendungen bestimmt: Parallelnutzungen verlangen eine höhere Bandbreite.

Bei Big Data-Anwendungen und Cloud-Lösungen sind symmetrische Nutzungen erforderlich. Grundsätzlich wachsen die Ansprüche an die Qualität der Übertragung, beispielsweise durch Echtzeitanwendungen oder Anwendungen, die geringe Paketverluste erfordern. All dies spielt für Privatnutzer und die Wirtschaft gleichermaßen eine wichtige Rolle.

E-Health, Smart Energy, E-Government, E-Learning und Smart Cars sind Beispiele für Bereiche, in denen die intelligente Vernetzung mit hohen Qualitätsanforderungen verbunden ist. Ein besonderer Treiber werden hochauflösende bewegte Bilder sein - nicht nur beim Fernsehen, sondern auch bei Unternehmensanwendungen - wie etwa Videokonferenzen, Serious Gaming, Virtual Reality und künstliche Intelligenz. Allerdings tut sich eine Lücke auf: Insbesondere in kleinen und mittleren Unternehmen ist heute ein Nachholbedarf in Sachen Digitalisierung feststellbar.

Vielfach beschränken sich die digitalen Anwendungen auf E-Mail und Buchhaltungssoftware. "Hier besteht auch in Zukunft hohes Nachfragepotenzial", erklärt Iris Henseler-Unger. "Im Wettbewerb um Kunden werden diese Unternehmen gar nicht anders können, als die Digitalisierung, Virtualisierung und Vernetzung intensiver als bisher zu nutzen."

Welche Anforderungen ergeben sich für die IT- und Netzinfrastruktur?

Während die Telekom für Vectoring trommelt, halten viele Experten diese Technologie für eine Sackgasse.
Während die Telekom für Vectoring trommelt, halten viele Experten diese Technologie für eine Sackgasse.
Foto: Deutsche Telekom

Ohne hochleistungsfähige Infrastruktur ist die Nachfrage nach hohen Bandbreiten nicht zu erfüllen. Ebenso wenig können die geforderten Qualitätsanforderungen gewährleistet werden. Viele DSL-Anbieter setzen auf die Vectoring-Technik, die auf VDSL basiert. Indem gegenseitiges Übersprechen im Up- und im Downlink kompensiert wird, steigert das Verfahren die übertragene Datenrate. Die Kanalcodierung für den Downlink wird dabei vom DSLAM (DSL Access Multiplexer) so modifiziert, dass der Datenstrom am kundenseitigen Kabelende möglichst geringe Störanteile von anderen Signalleitungen aufweist. Im Gegenzug übernimmt das VDSL-Modem die Kompensierung im Uplink von der Teilnehmerseite zum DSLAM.

Sackgasse Vectoring

Nach Zustimmung der Bundesnetzagentur kann die Telekom nun ihr Vorhaben realisieren und rund 8.000 Hauptverteiler in Deutschland auf die Vectoring-Technologie umrüsten. Hierdurch sollen auch über Kupferkabel Internetanschlüsse mit Download-Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s möglich sein. Dies soll von dem Verfahren G.fast sogar noch übertroffen werden. Mit dem Nachfolger von VDSL sollen theoretisch Datenraten bis zu 1 Gbit/s möglich sein. Die Crux: G.fast kann sein Potenzial aktuell nur auf sehr kurzen Leitungslängen wie zum Beispiel innerhalb von Gebäuden ausspielen.

Stehen die Verteilerkästen wie in Deutschland bis zu mehreren hundert Metern vom Gebäude entfernt, büßt G.fast empfindlich an Leistungsfähigkeit ein. Ganz anders ist die Situation in der Schweiz, wo sich die Verteilerkästen und somit die Glasfaser direkt am oder im Gebäude befinden. Diese Netztopologie wird auch als "Fiber to the Curb" bezeichnet. Nur ist der Glasfaserausbau bekanntlich sehr teuer - in Deutschland würde er flächendeckend etwa 80 Milliarden Euro kosten. Geld, das bislang niemand bereit war zu investieren. Deutschland hinkt im Ausbau von Glasfaser europäisch und international hinterher. Der Aufbau nachhaltiger und zukunftssicherer Kommunikationsinfrastrukturen ist jedoch eine der zentralen Zukunftsaufgaben.

Zukunftssichere Glasfaser

Das einst ungeliebte TV-Kabelnetz ist bereits heute Gigabit-ready.
Das einst ungeliebte TV-Kabelnetz ist bereits heute Gigabit-ready.
Foto: unitymediabusiness

So wird es länger dauern, bis Gigabit-Geschwindigkeiten über Glasfaserkabel möglichst flächendecken realisierbar sind. Die einzige bestehende Infrastruktur in Deutschland, die "aus dem Stand heraus" einen Massenmarkt mit Gigabit-Internet erreichen kann, ist das TV-Kabel (HFC). HFC steht für Hybrid Fiber Coax, eine Technologie, mit der die Übertragung von analogen und digitalen Signalen großer Bandbreite leitungsgebunden auf Basis des Übertragungsstandards DOCSIS 3.0 (Data over Cable Service Interface Specification) möglich wird.

Dabei werden zur Verteilung der Signale im Regionalbereich Glasfaserstrecken verwendet, die bis in die Nähe der Haushalte führen. An den Endpunkten der Glasfasern werden die optischen Signale in elektrische gewandelt, die dann über Koaxialkabel in die einzelnen Haushalte geführt werden. Über die regelmäßigen Kapazitätsausbaumaßnahmen wird die Glasfaser immer weiter an die Gebäude herangeführt (Fiber to the Curb), um zukünftig direkt ins Innere geleitet zu werden (Fiber to the building/Fiber to the home). Somit ermöglicht die HFC-Technologie eine sanfte und effiziente Migration zum Glasfaseranschluss im Gebäude.

Die nächste Generation DOCSIS 3.1 befindet sich bereits im Labor- und Feldtest und basiert auf dem Multi-Carrier Modulationsverfahren OFDM sowie hohen Modulationskonstellationen von bis zu 4K-QAM. Die leistungsfähigere Signalcodierung birgt zudem Effizienzvorteile bei der Nutzung des verfügbaren Spektrums im Breitbandkabel. Zukünftig seien, so Experten, über das HFC-Netz dann Datenübertragungsraten von bis zu 10 GBit/s im Downstream und 1 GBit/s im Upstream möglich.

Derweil wird in den Cable-Labs bereits an einer Full Duplex-Technologie gearbeitet, die über das Kabelnetz symmetrische Bandbreiten von bis zu 10 Gbit/s im Up-/Downstream ermöglichen soll. Die Absicht dahinter: Durch symmetrische Gigabit-Geschwindigkeiten wäre das HFC-Netz der Glasfaser im Hinblick auf seine Leistungsfähigkeit ebenbürtig.

Folgen des mobilen Internets

Die Nutzung von Smartphones treibt seit Jahren die mobil genutzten Datenmengen in die Höhe, und ein Ende des Wachstums ist nicht abzusehen. Dementsprechend gilt das mobile Internet als Voraussetzung für viele IoT-Anwendungen - sei es auf dem Firmengelände, für Smart Home oder für Smart Cars. Der Ausbau von LTE-Advanced wird der erste Schritt sein, bevor mit 5G die nächste Mobilfunkgeneration kommt. Ab 2020 soll 5G die tausendfache Wireless-Kapazität in die Mobilfunknetze bringen.

Dadurch vervielfacht sich die Zahl möglicher Mobilfunkverbindungen für Menschen und Maschinen beträchtlich. Mehr noch: Ohne 5G wären die für das Internet der Dinge und eine Industrie 4.0 benötigten M2M-Verbindungen kaum realisierbar. Damit das Konzept aufgeht, ist es jedoch notwendig, dass die Antennenstandorte mit Glasfaser- oder HFC-Netzen angebunden sind und eine kurze Entfernung zum Endkunden aufweisen.

Fazit

Big Data, Cloud und IoT: Die technologische Vernetzung von Alltag, Berufsleben und Wirtschaftswelt schreitet unaufhaltsam voran - und erfordert in Zukunft mehr denn je eine Netzinfrastruktur, die Funktionalität moderner IT-Anwendungen sowie deren zuverlässige Performance unterstützt. Deutliche Zuwächse bei der Geschwindigkeit und dem Datenvolumen sind zentrale Voraussetzungen, um das Internet der Zukunft so einzurichten, dass es in der Praxis den Nutzen bietet, den die Werbung verspricht. Der möglichst lückenlose Breitbandausbau wird vor diesem Hintergrund zu einer Aufgabe, die alle angeht - vom Netzbetreiber über die Politik bis hin zur Fülle von Anbietern und Konsumenten sämtlicher Güter auf den digitalisierten Märkten von morgen.