Backhaul (Telekommunikation)

In einem hierarchischen Telekommunikationsnetz umfasst der Backhaul- Teil ^{[ 1 ]} des Netzes die Zwischenverbindungen zwischen dem Kernnetz bzw. Backbone-Netz und den kleinen Teilnetzen am Rand des Netzes (wie beispielsweise privaten Netzen , LANs usw.).

Der häufigste Netzwerktyp, in dem Backhaul implementiert wird, ist das Mobilfunknetz . Ein Backhaul eines Mobilfunknetzes, auch Mobile-Backhaul genannt, verbindet eine Mobilfunkstation mit dem Kernnetz. Die beiden wichtigsten Implementierungsmethoden für Mobile-Backhaul sind Glasfaser-Backhaul und drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. ^{[ 2 ]} Andere Methoden, wie z. B. kupferbasierte Festnetzverbindungen, Satellitenkommunikation und drahtlose Punkt-zu-Mehrpunkt-Technologien, werden aufgrund der steigenden Anforderungen an Kapazität und Latenz in 4G- und 5G-Netzen schrittweise ersetzt.

Sowohl technisch als auch kommerziell bezeichnet Backhaul im Allgemeinen den Teil des Netzwerks, der mit dem globalen Internet kommuniziert und zu kommerziellen Großhandelspreisen bis zu einem Internetknotenpunkt oder einem anderen zentralen Netzwerkzugangspunkt abgerechnet wird . Manchmal existieren Zwischennetzwerke (Middle Mile) zwischen dem lokalen Netzwerk des Kunden (LAN) und diesen Knotenpunkten. Dies kann eine lokale WAN- Verbindung sein.

Mobiltelefone, die mit einem einzelnen Mobilfunkmast kommunizieren, bilden ein lokales Teilnetz. Die Verbindung zwischen dem Mobilfunkmast und dem Rest der Welt beginnt mit einer Backhaul-Verbindung zum Kernnetz des Internetdienstanbieters (über einen Zugangspunkt ). Ein Backhaul kann kabelgebundene, Glasfaser- und drahtlose Komponenten umfassen. Drahtlose Abschnitte können Mikrowellenbänder sowie Mesh- und Edge -Netzwerktopologien nutzen , die einen drahtlosen Kanal mit hoher Kapazität verwenden, um Datenpakete zu den Mikrowellen- oder Glasfaserverbindungen zu übertragen.

Stellt man sich das gesamte hierarchische Netzwerk als menschliches Skelett vor, so stellt das Kernnetzwerk die Wirbelsäule dar, die Backhaul-Verbindungen die Gliedmaßen, die Randnetzwerke die Hände und Füße und die einzelnen Verbindungen innerhalb dieser Randnetzwerke die Finger und Zehen.

Weitere Beispiele sind:

• Verbindung von drahtlosen Basisstationen mit den entsprechenden Basisstationscontrollern .
• DSLAMs mit dem nächstgelegenen ATM- oder Ethernet- Aggregationsknoten verbinden .
• Anschluss des Standorts eines großen Unternehmens an ein Metro-Ethernet- Netzwerk.
• Verbindung eines Anlandepunkts eines Untersee - Kommunikationskabelsystems (der sich in der Regel an einem abgelegenen Ort befindet) mit dem wichtigsten terrestrischen Telekommunikationsnetz des Landes, das das Kabel versorgt.

Ein Telefonunternehmen stellt häufig die Internet-Backhaul-Anbindung bereit. Für akademische Forschungs- und Bildungsnetzwerke, große kommerzielle Netzwerke oder kommunale Netze wird jedoch zunehmend die Anbindung an öffentliche Breitband-Backhaul-Netze üblich. Siehe nationale Breitbandpläne aus aller Welt , von denen viele durch die wahrgenommene Notwendigkeit motiviert waren, das Monopol etablierter kommerzieller Anbieter zu brechen. Der US-Plan beispielsweise sieht vor, dass alle zentralen Einrichtungen der Gemeinde bis Ende 2020 mit Gigabit-Glasfaser verbunden sein sollen. ^{[ 3 ]}

Bei der Wahl der Backhaul-Technologie müssen Parameter wie Kapazität, Kosten, Reichweite und der Bedarf an Ressourcen wie Frequenzspektrum , Glasfaser , Verkabelung oder Wegerechte berücksichtigt werden .

Generell lassen sich Backhaul-Lösungen in kabelgebundene ( Mietleitungen oder Kupfer-/Glasfaser) und drahtlose ( Punkt-zu-Punkt , Punkt-zu-Mehrpunkt über Hochleistungsfunkstrecken) Systeme unterteilen. Kabelgebundene Lösungen sind in der Regel sehr teuer und in abgelegenen Gebieten oft nicht realisierbar, weshalb drahtlose Lösungen eine geeignetere und/oder praktikablere Option darstellen. Drahtlose Multi-Hop -Architekturen können die Nachteile kabelgebundener Lösungen überwinden und effiziente, große Abdeckungsbereiche schaffen. Angesichts der steigenden Nachfrage in Schwellenländern , wo die Kosten oft ein entscheidender Faktor bei der Technologieauswahl sind, bietet eine drahtlose Backhaul-Lösung Dienste in Carrier-Qualität, was mit kabelgebundenen Backhaul-Verbindungen nicht ohne Weiteres möglich ist. ^{[ 4 ]}

Zu den Backhaul-Technologien gehören:

• Optische Freiraumteleskope (FSO)
• Punkt-zu-Punkt -Mikrowellenfunkübertragung (terrestrisch oder in einigen Fällen per Satellit)
• Punkt-zu-Mehrpunkt -Mikrowellenzugangstechnologien wie LMDS , Wi-Fi , WiMAX usw. können auch für Backhauling-Zwecke verwendet werden.
• DSL- Varianten wie ADSL , VDSL und SHDSL
• PDH- und SDH/SONET- Schnittstellen, wie z. B. (fraktionelle) E1/T1, E3, T3, STM-1/OC-3 usw.
• Ethernet
• VoIP-Telefonie über dedizierte und öffentliche IP-Netzwerke ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Backhaul-Kapazität kann auch von einem anderen Netzbetreiber angemietet werden. In diesem Fall wählt der andere Netzbetreiber in der Regel die eingesetzte Technologie aus. Die Auswahl an Technologien kann jedoch eingeschränkt sein, wenn die Anforderungen sehr spezifisch sind, beispielsweise für kurzfristige Verbindungen im Rahmen von Notfall-/Katastrophenhilfe oder für öffentliche Veranstaltungen. Hierbei sind Kosten und Zeit entscheidende Faktoren und schließen kabelgebundene Lösungen sofort aus, es sei denn, eine bereits vorhandene Infrastruktur ist leicht zugänglich oder verfügbar. ^{[ 4 ]}

Drahtlose Backhaul-Verbindungen sind einfach zu implementieren, kostengünstig und bieten hohe Kapazitäten, z. B. mehrere Gigabit pro Sekunde und sogar mehrere zehn Gbit/s. Kabelgebundene Glasfaser-Backhaul-Verbindungen hingegen bieten praktisch unbegrenzte Kapazität, erfordern jedoch Investitionen in den Glasfaserausbau und in optische Geräte.

Der oben genannte Zielkonflikt wird bei der Planung berücksichtigt. Die Art der Backhaul-Verbindung für jeden Standort wird unter Berücksichtigung des Kapazitätsbedarfs (aktuell und zukünftig), des Bereitstellungszeitplans, der Glasfaserverfügbarkeit und -machbarkeit sowie der Budgetbeschränkungen festgelegt.

Mit steigenden Datenraten verringert sich die Reichweite drahtloser Netzwerke, was die Investitionskosten für den Aufbau einer Infrastruktur mit Zugangspunkten zur Abdeckung der Versorgungsgebiete erhöht. Mesh-Netzwerke bieten hier einzigartige Möglichkeiten, diese Kosten dank ihrer flexiblen Architektur zu reduzieren.

Bei Mesh-Netzwerken sind Zugangspunkte drahtlos miteinander verbunden und tauschen Datenframes untereinander aus, um diese an einen Gateway-Punkt weiterzuleiten bzw. von diesem zu empfangen.

Da ein Mesh-Netzwerk keine kostspieligen Kabelverbindungen für die Anbindung benötigt, reduziert es die Gesamtinvestitionskosten. Die Leistungsfähigkeit der Mesh-Technologie ermöglicht eine einfache und flexible Erweiterung der Versorgungsgebiete.

Zur weiteren Kostenreduzierung ist ein großflächiges Mesh-Netzwerk mit hoher Kapazität wünschenswert. So hat beispielsweise das Mimo-Mesh- Projekt der Kyushu-Universität in Fukuoka , Präfektur Fukuoka , Japan, eine neue Technologie für den Aufbau einer solchen Hochleistungs-Mesh-Infrastruktur entwickelt und implementiert. ^{[ 7 ]} Eine Schlüsselkomponente ist IPT (Intermittent Periodic Transmit ), ein proprietäres Paketweiterleitungsverfahren, das Funkstörungen im Weiterleitungspfad von Mesh-Netzwerken reduziert. Im Jahr 2010 wurden im Einkaufs- und Unterhaltungskomplex Canal City Hakata Hunderte von WLAN-Zugangspunkten mit dieser Technologie installiert . Dadurch konnte eines der weltweit größten drahtlosen Indoor-Multi-Hop-Backhaul-Netzwerke erfolgreich in Betrieb genommen werden. Dieses Netzwerk nutzt ein drahtloses Multi-Hop-Relay mit bis zu elf Zugangspunkten und bietet Endnutzern gleichzeitig eine hohe Bandbreite. Der tatsächliche Durchsatz ist doppelt so hoch wie bei Standard-Mesh-Netzwerksystemen mit herkömmlicher Paketweiterleitung. Die Latenz ist, wie bei allen Multi-Hop-Relays, zwar erhöht, jedoch nicht so stark, dass die VoIP- Kommunikation beeinträchtigt wird.

Viele gängige WLAN-Mesh-Netzwerk -Hotspot -Lösungen werden von Open-Source -Router-Firmware wie DD-WRT , OpenWRT und deren Derivaten unterstützt. Der IEEE-802.21- Standard spezifiziert grundlegende Funktionen für solche Systeme, darunter die Authentifizierung unbekannter Benutzer gemäß 802.11u und die Unterstützung von Ad-hoc-WLAN-Mesh-Netzwerken gemäß 802.11s . Dadurch lassen sich beliebige kabelgebundene Netzwerkverbindungen zu einem scheinbar einzigen Backhaul – einer Art „ virtueller privater Cloud “ – bündeln. Proprietäre Netzwerke von Meraki folgen ähnlichen Prinzipien. Die Verwendung des Begriffs „Backhaul“ zur Beschreibung dieser Konnektivität kann technisch umstritten sein. Sie kehrt die übliche Geschäftsdefinition um, da der Kunde die Verbindung zum offenen Internet bereitstellt, während der Anbieter Authentifizierungs- und Verwaltungsdienste übernimmt.

In sehr großen, weitreichenden Netzen, einschließlich transkontinentaler Netze, werden Seekabel für die Telekommunikation eingesetzt. Diese werden mitunter parallel zu HGÜ- Kabeln auf derselben Trasse verlegt. Mehrere Unternehmen, darunter Prysmian , betreiben sowohl HGÜ-Stromkabel ^{[ 8 ]} als auch Telekommunikationskabel ^{[ 9 ]} bis hin zu FTTx-Netzen . Dies spiegelt die Tatsache wider, dass Telekommunikations-Backhaul und Hochspannungs -Stromübertragung über große Entfernungen viele Technologien gemeinsam haben und hinsichtlich Trassenplanung, Haftung bei Ausfällen und anderen rechtlichen Aspekten nahezu identisch sind. ^{[ 10 ]}

• Zugangsnetzwerk
• Freiraumoptik (FSO)
• Letzte Meile
• Mittlere Meile
• Optische Faser
• Punkt-zu-Mehrpunkt
• Punkt-zu-Punkt
• Rückkanal
• Drahtloses LAN

• Sauter, Martin (2009). Jenseits von 3G – Netzwerke, Endgeräte und das Web zusammenführen: LTE, WiMAX, IMS, 4G-Geräte und das mobile Web 2.0 . Wiley. ISBN 978-0-470-75188-6Die
• Hilt, Attila (2022). Durchsatzschätzung von K-Zone-Gbps-Funkverbindungen im E-Band , Informacije MIDEM, Zeitschrift für Mikroelektronik, elektronische Komponenten und Materialien, Band 52, Nr. 1, S. 29–39, ISSN 2232-6979 , Slowenien, 2022. DOI: 10.33180/InfMIDEM2022.104. ( PDF)