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Studium Informationswissenschaft

Virtuelles Handbuch Informationswissenschaft

11. Einige beispielhafte Fragestellungen

Breitband-ISDN

Olaf Wodrich

– 28.01.1996 – Breitband-ISDN (B-ISDN, Broadband Integrated Services Digital Network) ist ein diensteintegrierendes digitales Telekommunikationsnetz. Es ist eine Weiterentwicklung des „normalen“ ISDN (zur Unterscheidung auch Schmalband-ISDN, S-ISDN, Narrowband ISDN, N-ISDN genannt). Die namensgebende Idee hinter ISDN allgemein ist die Integration möglichst aller vorhandenen und zukünftigen Telekommunikationsdienste in einem Netz. Das konnte im S-ISDN mit 64 kbit/s Basiskanal- Übertragungsgeschwindigkeit (max. 2 Mbit/s Primärmultiplexrate als Zusammenfassung von 30 Basiskanälen nach europäischem Standard) nur für schmalbandige Dienste wie Telefon, „langsame“ Datenübertragung und Video relativ geringer Qualität realisiert werden. S-ISDN wurde 1989 in der BR Deutschland von der Telekom als öffentliches Wählnetz eingeführt. Mittlerweile sind die Leistungen der Personal Computer und lokalen Netze (LANs) derart hoch, daß die schnellsten öffentlichen Wählnetze wesentliche Hemmnisse der Ausschöpfung dieser Möglichkeiten darstellen. Deswegen erarbeitet die International Telecommunication Union (ITU) seit 1988 Empfehlungen für ein B- ISDN. Es ermöglicht mit derzeit max. 155 Mbit/s (als nächste Stufe sind 622 Mbit/s in der Planung) – neben den schmalbandigen Diensten – in erster Linie nun hochwertige Videoübertragung in Echtzeit und „schnelle“ Datenübertragung. Weitere Ziele neben dem Integrationsgedanken waren die bessere Ausnutzung der Übertragungswege und hohe Flexibilität, u.a. die Realisierbarkeit von mehreren Verbindungen gleichzeitig zu einem Teilnehmer (Multitasking Multimedia). Es zeichnet sich ab, daß B-ISDN der Weltstandard für die vieldiskutierten Datenautobahnen (Information Highways u.ä.) wird. B-ISDN basiert zwar auf den weiterentwickelten Normen des S-ISDN, ist aber technisch grundverschieden. Strenggenommen ist B-ISDN auch kein Netz, sondern eine Plattform, die von bestimmten Techniken bereitgestellt werden kann. Die wichtigsten sind SDH/SONET, ATM und IN. SDH (Synchrone Digitale Hierarchie, in Europa) und SONET (Synchronous Optical Network, in Nordamerika) sind geringfügig unterschiedliche Übertragungsverfahren für die Strecken zwischen den Vermittlungsstellen. IN (Intelligentes Netz) bedeutet die Trennung des Verkehrs von der Steuerung des Netzes. SDH und IN sind schon weitgehend in modernen öffentlichen Netzen implementiert. ATM (Asynchroner Transfer Modus) ist der eigentliche originäre Kern von B-ISDN und soll deswegen hier etwas näher erläutert werden.

Das Übermittlungsverfahren: Der Asynchrone Transfer Modus (ATM)

Die mit B-ISDN zu realisierenden Anwendungen erfordern ein flexibles Übertragungsverfahren, denn manche generieren kontinuierliche Bitströme (Video, Audio, Sprache), andere dagegen Burstübertragung (Datenkommunikation). Von einem Anschluß müssen mehrere Verbindungen gleichzeitig gehalten werden können, die unterschiedliche Eigenschaften in bezug auf Bandbreite oder Zeitkontinuität haben. Desweiteren sollen vermittelte und Festverbindungen, Punkt zu Punkt- und Punkt zu Mehrpunktverbindungen sowie symmetrische und asymmetrische möglich sein. Um diese Flexibilität zu erreichen, wurde der Asynchrone Transfer Modus (ATM) als Übermittlungsverfahren für B-ISDN entwickelt. Es ist ein vereinfachtes verbindungsorientiertes Paketübermittlungsverfahren. Die Vereinfachung bezieht sich vor allem auf die Verwendung von Paketen fester Länge und gleichem Aufbau. Sie werden deshalb Zellen genannt. Die dadurch ermöglichte hardwaregesteuerte Verarbeitung in den Vermittlungsstellen des Netzes läuft schneller als softwaregesteuerte ab. Die Zellen sind 53 Bytes lang, und beginnen mit dem 5 Byte großen Zellenkopf. Er dient der Verarbeitung des Zellenstroms durch das Netz, insbesondere der Zuordnung zu Verbindungen. Die sich anschließende Nutzinformation belegt 48 Byte. Am Netzanschluß werden die von den Endgeräten ankommenden Zellen im Zeitmultiplexverfahren übertragen. Kommen keine Zellen an, werden Leerzellen erzeugt, so daß auf der Leitung ein kontinuierlicher Zellenstrom entsteht. ATM ist in dem Sinn asynchron, daß die Zellen mit Nutzinformation nicht periodisch auftreten müssen. ATM wird mittlerweile für den öffentlichen Bereich und für lokale Netze (LANs) kommerziell angeboten. Da die Standardisierung noch nicht abgeschlossen ist, können die Geräte aber noch nicht die angestrebte Funktionalität bieten. Durch die durchgehende Verwendung von ATM im lokalen und Weitverkehrsbereich entfallen kostspielige Übergänge. In der Entwicklung sind Desk Area Networks (DAN), das sind Netze, die die elektronischen Geräte des Konsumenten verbinden sollen, und PCs, die statt eines herkömmlichen Bussystems eine Art miniaturisierte ATM-Vermittlung enthalten. Das maßgebliche Normungsgremium für ATM im Inhousebereich ist das ATM Forum.

Pilotprojekte

In aller Welt laufen derzeit Pilotprojekte, in denen breitbandige Netztechnik und Anwendungen erprobt werden. Fast immer basieren sie auf ATM, was die Durchsetzung von B-ISDN sehr wahrscheinlich macht. Vielerorts werden die Projekte jetzt kommerziell, was für einen fortgeschrittenen Entwicklungsstand spricht. Die USA sind weltweit das Land mit den meisten ATM-basierten Pilotprojekten. Zu nennen sind insbesondere die ca. 11 Gigabit Networking Testbeds und die National Information Infrastructure Testbeds. Daneben existieren, teilweise schon kommerzielle, ATM-Netze der Carrier. In vielen weiteren Industrieländern laufen ähnliche Projekte. Für Europa sind hier vor allem Deutschland, Frankreich und England zu nennen, für Asien Japan. Das Pilotprojekt der Deutschen Telekom soll hier exemplarisch vorgestellt werden. Das kommerzielle Erprobungsprojekt der Deutschen Telekom wurde im Frühjahr 1994 gestartet. Ziel ist es, ATM in die vorhandenen Netzstrukturen und Dienste zu integrieren, mit Nutzern Anwendungen und Dienste zu erproben und Erfahrungen mit dem Betrieb eines ATM-Netzes unter realen Bedingungen zu sammeln. In fünf Stufen kommen neue Leistungsmerkmale hinzu. Die Nutzer können zwischen Anschlüssen mit 2, 34 und 155 Mbit/s wählen. Das Netz hat derzeit 20 Knoten in größeren Städten, die untereinander mit155 Mbit/s-SDH-Strecken verknüpft sind. Für ein Deutsch-Französisches Projekt sind die Knoten in Karlsruhe und Stuttgart mit französischen ATM-Knoten verbunden worden. Der Knoten Köln ist die Verbindung zum Pan- europäischen ATM-Piloten, an dem 17 Netzbetreiber beteiligt sind. Viele europäische Länder sind direkt mit dem deutschen Netz zusammengeschaltet, andere können im Transit erreicht werden. Das Telekom-Projekt soll Anfang 1997 abgeschlossen werden. Das ATM-Netz wird dann sicherlich in den Regelbetrieb übergeleitet.

Politische Aktivitäten

Durch die National Information Infrastructure Initiative (NIII) des US-Vizepräsidenten Gore ist der Begriff Information Highway international in die breite Diskussion gelangt. Die NIII beabsichtigt eben diese „Datenautobahnen“ zu fördern. Die Europäische Union sieht in der Errichtung europaweiter Breitbandnetze einen wichtigen Aspekt ihrer Politik. Sie hat inzwischen eine Reihe von grundlegenden Texten zur Telekommunikation verabschiedet, wie das Grünbuch zur Telekommunikation von 1987 und den sog. Bangemann-Bericht. Die Liberalisierung der Telefonnetze in Europa zum 1.1.1998 geht auf ihre Gesetzgebung zurück, und wird die Verbreitung von Breitbandanwendungen wahrscheinlich beschleunigen. Die EU hat eine Reihe von Programmen, wie RACE und ACTS, aufgelegt, um Erkenntnisse für ein zukünftiges europaweites Breitbandnetz zu gewinnen, und die Entwicklung von Breitband-Applikationen zu fördern. In Japan hat das dortige Ministerium für Post und Telekommunikation ebenfalls die Bedeutung der Errichtung leistungsfähiger Netze erkannt.

Anwendungen und Dienste

Die Übertragung von Echtzeit-Video in Fernsehqualität benötigt mit Datenreduktion nach MPEG 2 5-10 Mbit/s. Für die Übertragung in Studioqualität werden 34 Mbit/s gebraucht. HDTV-Verteilung verlangt 50 Mbit/s. Diese Beispiele mögen genügen, um zu zeigen, daß mit einem 155 Mbit/s-B-ISDN-Kanal mehrere Verbindungen zu Partnern, Datenbanken usw. gehalten werden können, denn Video gehört zu den Nutzungen mit den höchsten Anforderungen an die Bandbreite. Es folgen Beispiele für mit B-ISDN realisierbare Anwendungen: Bewegtbildkommunikation (Bild telefon, Videokonferenz, Videoüberwachung), Datenkommunikation (LAN-Verbindungen, CAD/CAM-Verbindungen, Datenübertragung), Nachrichtenaustausch (Video-eMail, Multimedia-Dokumente), Abrufdienste (Fernunterricht, Datenbanken), Nachrichtenabruf (Video on Demand, Verteildienste, Radio und Fernsehen, elektronische Zeitung). Von diesen Anwendungen lassen sich viele speziellere Ausprägungen, etwa auf Berufsgruppen zugeschnittene Systeme, denken. In diesem Bereich laufen viele Pilotprojekte. Wichtig für das Funktionieren der Anwendungen zwischen Partnern mit unterschiedlicher technischer Ausstattung ist es, diese Vielfalt in möglichst wenigen standardisierten Diensten zusammenzufassen. Die Standardisierung hierzu läuft.

Zugangsnetz

Von großer Bedeutung für den Erfolg eines kommenden B-ISDN ist die Anbindung der Nutzer. Aus Kostengründen kann sie nur bei Großkunden direkt per neuzuverlegender Glasfaser erfolgen. Deswegen sind Techniken entwickelt worden, um bestehende Telefon- und Kabelfernsehnetze nutzbar zu machen. Einige sollen hier vorgestellt werden. Mit HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line) werden zwei Kupferdoppeladern genutzt, um 2 Mbit/s in beide Richtungen zu erzielen. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ist eine Technik, mit der Übertragungsraten von 2-6 Mbit/s auf der Telefonanschlußleitung in einer Richtung erzielt werden. Die Nutzung des Telefons bzw. Fax, Modem usw. wird nicht beeinträchtigt. Kabelfernsehnetze lassen sich zu einem ATM-Netz migrieren. S-ISDN, möglicherweise ergänzt um die Möglichkeit, Bandbreite on demand bereitzustellen, könnte eine bedeutende Rolle spielen. Es werden ATM-kompatible Luftschnittstellen entwickelt. Sie sollen den Zugriff auf ATM-Netze aus den Mobilfunknetzen der nächsten Generation ermöglichen.

Netzevolution

Praktisch in allen Industrieländern läuft derzeit die Umrüstung auf SDH-Systeme, die bis zum Jahr 2000 praktisch zu 100% vorhanden sein werden. Damit wäre eine wichtige Voraussetzung für die Einführung von B-ISDN gegeben. Viele Carrier haben bereits ATM-Netze in Betrieb. Für die weitere geplante Entwicklung von modernen öffentlichen Netzen soll hier eine Aussage der Deutschen Telekom stehen. Die Deutsche Telekom plant, die Signale aller Dienste einheitlich in Form von ATM-Zellen zu transportieren. SDH-Systeme werden als übertragungstechnische Plattform für Bitraten >155 Mbit/s eingeführt. Auch im Bereich der Zugangsnetze mit geringeren Raten soll ATM verwendet werden. Beliebige Dienste, u.a. B-ISDN, sollen mit Hilfe von zusätzlichen spezifischen vermittlungstechnischen Systemen und Servern angeboten werden, die alle auf der einheitlichen ATM-Plattform fußen. Die prinzipiell mögliche Implementierung von B-ISDN als einheitliche integrierende Diensteplattform würde den Betrieb weiterer dienstspezifischer Netze überflüssig machen. Diese Option bleibt bei der strategischen Planung der Telekom offen, weil es zu früh sei, um zu entscheiden, ob dies eine tragfähige Lösung ist.

Ausblick

Kurzfristig bestehen Zweifel an der Durchsetzung von ATM, da die Preise für die entsprechenden Systeme noch als zu hoch gelten. Es gibt auch technische Probleme, insbesondere bei der Integration von Sprache. Mittelfristig wird kaum am Erfolg von ATM/B-ISDN gezweifelt, zumal sich keine Alternative abzeichnet, und das Potential heute schon deutlich wird. Allerdings besteht große Unsicherheit, wenn es um zukünftige Verbreitung und Nutzung von Breitbandanwendungen geht. Diese hängt entscheidend von der Tarifierung ab, die sich in mehreren Größenordnungen von der heutigen wird unterscheiden müssen, wenn diese Anwendungen alltäglich werden sollen. Bis aus B-ISDN in der Realität ein alles integrierendes Netz geworden ist, können 20 Jahre vergangen sein. Dabei bleibt noch offen, ob dies mit B-ISDN nach heutiger Definition geschehen kann und geschehen wird.