5G: Die Zukunft des Content Delivery

5G ist ein Technologiestandard für die neue Generation von Mobilfunknetzen, der sich weltweit rasch ausbreitet. Mit dieser Technologie können Daten viel schneller übertragen werden als mit der 4G-Technologie. Sie soll das mobile Internet noch schneller und noch besser zugänglich machen.

In diesem Artikel erklären wir, wie 5G den Content-Delivery-Prozess verändern wird und welche Rolle CDN in dieser neuen Ära spielen wird.

5G: ein kurzer Überblick über die Merkmale des neuen Standards

5G (5. Generation) ist der Technologiestandard für Mobilfunknetze der fünften Generation. Die Entwicklung dieses Standards begann bereits 2008. Im Jahr 2018 wurde in den Vereinigten Staaten das weltweit erste kommerzielle 5G-Netz eingeführt.

Vorteile des neuen Mobilfunkstandards gegenüber 4G:

• Die Spitzendatenrate beträgt 20 Gbit/s und ist damit 20-mal schneller als bei 4G.
• Die Bandbreiteneffizienz ist dreimal höher als bei 4G.
• Die Nutzermobilität (d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich ein Nutzer innerhalb des vom Netz abgedeckten Bereichs bewegen kann, ohne das Handover zwischen den Basisstationen zu verlieren) beträgt bis zu 500 km/h, was die Nutzung von 5G in Hochgeschwindigkeitszügen ermöglicht (der 4G-Standard kann dort nicht genutzt werden).
• Die Latenz beträgt weniger als 1 Millisekunde, ist also zehnmal niedriger als bei 4G.
• Die Energieeffizienz des Netzes ist 100-mal besser als bei 4G.
• Die Traffickapazität liegt bei bis zu 10 Mbit/s pro m², also 100-mal höher als bei 4G.

Vorteile von 5G gegenüber 4G. Quelle: Emerging Trends in 5G/IMT-2020, 2016, ITU

Darüber hinaus bietet 5G im Gegensatz zu anderen Standards die Möglichkeit des Network Slicing. Dabei wird ein physisches Mobilfunknetz in mehrere logische Netze unterteilt. Diese Funktion ermöglicht es, den allgemeinen Netzraum in Segmente mit bestimmten Eigenschaften zu unterteilen.

Die Eigenschaften sind abhängig von den Bedürfnissen des Kunden, der das jeweilige Netzsegment nutzt. Unternehmen, die ihre Prozesse automatisieren und ihre Geräte mit 5G verbinden, haben beispielsweise eine höhere Traffickapazität, Netzstabilität sowie eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit. Für die private Nutzung sind geringere 5G-Netzkapazitäten ausreichend.

3GPP, ein Konsortium, das Spezifikationen für die Mobilfunktechnik erstellt, hat 5G zwei Frequenzbereiche zugewiesen:

• FR1: 600–6.000 MHz
• FR2: 24–100 GHz

Wird 5G mit hohen Frequenzen eingeführt, ist eine große Anzahl von Sendern erforderlich, da solche Frequenzen über große Entfernungen nicht effektiv funktionieren. Aus diesem Grund gestaltet sich die Bereitstellung einer ausreichenden Abdeckung für den neuen Mobilfunkstandard noch schwierig.

Wie 5G die Probleme und Bedürfnisse der modernen Gesellschaft löst

Rasantes Wachstum des mobilen Internets

Der mobile Traffic nimmt täglich zu. Verbraucher nutzen das Internet immer häufiger über mobile Geräte.

Nach Angaben von DataReportal nutzen 5,29 Milliarden Menschen mobiles Internet, was 67,1% der Gesamtbevölkerung der Erde entspricht. Im vergangenen Jahr ist die Zahl der mobilen Nutzer um 97 Millionen gestiegen.

Statistiken zur Nutzung mobiler Geräte, Quelle: DataReportal

Cisco prognostiziert: Bis 2023…

• …wird die durchschnittliche Breitband-Internetzugangsgeschwindigkeit 110 Mbps erreicht haben;
• …wird die Zahl der Nutzer von Mobilgeräten 5,7 Milliarden betragen, was 71% der Weltbevölkerung ausmacht;
• …wird die Zahl der Mobilgeräte auf 13,1 Milliarden ansteigen, 1,4 Milliarden davon werden 5G unterstützen.

Schon heute ist das Internet auf Smartphones und Tablets ausgerichtet. Das mobile Zeitalter erfordert eine sehr hohe Qualität der mobilen Verbindung.

5G erfüllt diese Anforderungen. Dieser technologische Standard kann die erforderliche Datenübertragungsgeschwindigkeit, Nutzermobilität und Traffickapazität bereitstellen.

Strenge Anforderungen an Ladegeschwindigkeit und Qualität von Inhalten

Nutzer wollen ohne Verzögerungen hochwertige Inhalte erhalten.

Zahlreiche Studien bestätigen: Eine langsame Web-Ressource wirkt sich negativ auf Verhaltensfaktoren aus.

Google-Experten fanden heraus, dass die Absprungrate um 123% ansteigt, wenn die Ladezeit einer Seite auf mobilen Geräten 10 Sekunden zunimmt.

Besonders bei Videos ist die Latenzrate von entscheidender Bedeutung. Derzeit sind Videos der beliebteste Inhalt überhaupt.

Nach Angaben von Marketing Dive entfielen im Jahr 2020 über 70% des mobilen Traffics auf Videos. Diese Zahl steigt von Jahr zu Jahr.

VoD- und Live-Videos nehmen immer weiter zu. Mittlerweile sind auf allen beliebten sozialen Netzwerken und Plattformen wie YouTube, Instagram, TikTok, Facebook usw. Live-Übertragungen verfügbar. Diese werden häufig konsumiert. Es wird erwartet, dass der Online-Streaming-Markt bis 2027 ein Volumen von 247 Mrd. USD erreicht hat.

Aber nicht nur die Anzahl der angesehenen Videos, sondern auch ihre Größe nimmt zu. Ein 4K-Video ist 3–5 Mal größer als ein HD-Video. Die Zuschauer haben sich bereits an hochwertige Videoinhalte gewöhnt. Dieser Trend wird belegt durch die derzeitige Zunahme der Anzahl von Geräten, die 4K- und 8K-Standards unterstützen.

Die Zuschauer wollen also mehr Videos und Online-Übertragungen in hoher Qualität sehen, ohne Verzögerungen und Buffering. Wir müssen also in naher Zukunft mehr Videoinhalte über das mobile Internet bereitstellen, wobei diese Videos zunehmend größer werden.

4G hat nicht die Kapazität, große Dateien mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen. Mit 5G ist das kein Problem.

Branchen, die besonders von 5G profitieren:

• Medien und soziale Netzwerke. Im Jahr 2021 wurde TikTok zur meistbesuchten Online-Ressource der Welt. Der Inhalt dieses sozialen Netzwerks konzentriert sich hauptsächlich auf Videos, die vorwiegend auf mobilen Geräten angesehen werden. Auch andere ähnliche Dienste veröffentlichen ihre Videoinhalte für Smartphones und Tablets — sie können also kaum auf 5G verzichten.
• Telemedizin. Die Nutzung von Telemedizin hat in den letzten Jahren um 80% zugenommen. Die 5G-Technologie wird es ermöglichen, Videoinhalte in höherer Qualität auf jedes Gerät zu übertragen und so die virtuelle Interaktion mit Patienten zu verbessern. Darüber hinaus wird die hohe Leistungsfähigkeit des neuen Technologiestandards die Umsetzung neuer Technologien in der Telemedizin, wie künstliche Intelligenz oder XR, erleichtern.
• AR und VR. Laut IDC hat der weltweite Markt für diese Technologien bereits 4,43 Milliarden Dollar erreicht und wird bis 2025 auf 36,11 Milliarden Dollar anwachsen. Diese Technologien werden nicht nur in der Spielebranche eingesetzt, sondern auch von Unternehmen aus der Fertigung, der Medizin und anderen Branchen. Für Augmented Reality und Virtual Reality sind besonders niedrige Latenzen und eine hohe Traffickapazität von Bedeutung. 5G bietet die entsprechenden Möglichkeiten.

Die Entwicklung von M2M-Technologien

M2M (Machine-to-Machine) ist ein weiterer Bereich, der sich derzeit rasant entwickelt und in Zukunft weitgehend von den Netzen der nächsten Generation abhängt. Es wird erwartet, dass der M2M-Markt bis 2025 ein Volumen von 23,79 Milliarden Dollar erreicht. Die gesamte jährliche Wachstumsrate soll in Zukunft bei 28,37% liegen.

Maschine-to-Maschine-Interaktion erfordert eine schnelle und stabile Verbindung zwischen vielen Smart Devices, für M2M ist 5G also unverzichtbar. Nur der neue 5G-Standard bietet niedrige Latenzen, eine hohe Traffickapazität, Stabilität und Unterstützung einer großen Anzahl von Geräten auf begrenztem Raum.

Wie verbreitet ist 5G inzwischen weltweit?

In Europa, den USA, Südkorea, China, Kasachstan und skandinavischen Ländern sind bereits kommerzielle 5G-Netze in Betrieb.

Smartphone-Hersteller haben bereits mit der Produktion von Geräten begonnen, die die 5G-Technologie unterstützen. Der neue Standard wird von iPhone 12 (und späteren Modellen), Google Pixel 5, Samsung Galaxy S21, neuen Huawei-, Xiaomi- und Motorola-Smartphones sowie von Smartphones anderer Hersteller unterstützt.

Nach Angaben von Ericsson-Experten waren Ende 2021 bereits 660 Millionen Geräte mit 5G verbunden. Das ist nicht viel, wenn wir die Gesamtzahl aller Nutzer betrachten, aber der Wert wächst. So nannte Ericsson in einem Bericht von 2020 beispielsweise 220 Millionen Anschlüsse, was einem Drittel der Anschlüsse im Jahr 2021 entspricht.

Natürlich ist die bestehende 5G-Abdeckung nicht ausreichend. Die entsprechenden Netze sind noch nicht in allen Ländern eingeführt, und in vielen Städten, in denen sie eingeführt sind, arbeitet der neue Standard noch im Testmodus.

Es wird jedoch erwartet, dass die durchschnittliche 5G-Datenübertragungsgeschwindigkeit bis 2023 575 Mbit/s erreicht haben wird, ein Vielfaches der 4G-Geschwindigkeit. Wir werden also nicht mehr lange warten müssen, bis das 5G-Zeitalter beginnt.

Die Rolle von CDN in der 5G-Ära

5G sorgt für eine erhebliche Beschleunigung „auf der letzten Meile“ des Content-Delivery-Prozesses. Der technologische Standard trägt dazu bei, die Zeit für die Bereitstellung von Inhalten im letzten Netzabschnitt zu verkürzen, d.h. in der Phase, in der die Inhalte direkt an die Endgeräte der Nutzer übermittelt werden.

Damit diese Beschleunigung richtig funktioniert, müssen die Daten jedoch zunächst vom Quellserver zu einem Punkt übertragen werden, der dem Nutzer am nächsten ist. Das bedeutet, dass auch das Backbone-Netz die Daten schnell übertragen muss. In diesem Fall kommt man nicht ohne ein CDN (Content Delivery Network) aus.

Das Funktionsprinzip eines jeden CDN besteht darin, die vom Quellserver stammenden Dateien auf den Servern zwischenzuspeichern, die dem Benutzer am nächsten sind, sodass die Daten auf dem kürzesten Weg ausgeliefert werden können. Das Content-Delivery-Netzwerk verkürzt die Entfernung zwischen Nutzer und Server, wodurch Anfragen und Antworten einen kürzeren Weg haben und der Betrieb der Web-Ressource beschleunigt wird.

Content Delivery mit und ohne CDN

Durch den Ausgleich des Traffics zwischen den Knotenpunkten verteilt das CDN die Netzwerklast gleichmäßig, sodass Ihre Ressourcen auch mit einem unerwarteten Anstieg des Traffics zurechtkommen.

Alle aktuellen Trends und Prognosen, die sich auf die neuen Möglichkeiten von 5G beziehen, deuten darauf hin, dass die Menge der Inhalte (vor allem der Videoinhalte) zunehmen wird und die Anforderungen an die Ladegeschwindigkeit von Webseiten steigen werden.

Zur schnellen Bereitstellung von VOD- und Live-Videoinhalten ist die Verwendung eines CDN unbedingt notwendig, da dabei vorausgesetzt wird, dass größere Videopakete mit minimalen Verzögerungen übertragen werden.

AR- und VR-Technologien erfordern eine höhere Traffickapazität, da sie das Laden erforderlicher Inhalte (auch in Echtzeit) ermöglichen. Damit solche Dienste einwandfrei funktionieren, wird nicht nur „auf der letzten Meile” eine schnelle Verbindung benötigt, sondern auch ein globales System für die Bereitstellung von Inhalten, von der Quelle bis zu den 5G-Sendern.

Neue Trends stellen sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Netze und ihre Traffickapazität. Ein fortschrittliches CDN sollte in der Lage sein, die steigende Arbeitslast problemlos zu bewältigen.

Zusammenfassung

1. 5G ist ein Technologiestandard für Mobilfunknetze der fünften Generation. Es handelt sich um einen neuen Standard, der eine um ein Vielfaches höhere Leistungsrate aufweist als 4G.
2. 5G wird benötigt, um die wachsenden Anforderungen an mobile Verbindungen zu erfüllen. Der neue Standard ermöglicht es Ihnen, sowohl mehr Videos als auch größere Videos in hoher Qualität zu übertragen, AR- und VR-Technologien zu entwickeln und Innovationen für M2M einzuführen.
3. Heute läuft 5G bereits in Europa, Skandinavien, den USA, China, Kanada, Südkorea und anderen Ländern. Ende 2021 verfügten etwa 660 Millionen Geräte über eine 5G-Verbindung.
4. Der neue Standard beschleunigt die Bereitstellung von Inhalten „auf der letzten Meile“. Dennoch ist nach wie vor eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung im Backbone-Netz erforderlich, weshalb Sie nicht ohne ein CDN auskommen.
5. In der 5G-Ära bestehen viel höhere Anforderungen an die Traffickapazität und Fehlertoleranz des Netzwerks. Die Menge an umfangreichen Inhalten, die über ein CDN bereitgestellt werden, wird zunehmen. Das CDN sollte in der Lage sein, solche Belastungen problemlos zu bewältigen.

Wir bei G-Core Labs behalten Content-Delivery-Trends im Auge und aktualisieren unser CDN stetig mit neuen Technologien. Wir arbeiten hart daran, unsere Dienste auf 5G-Anbieter abzustimmen und unsere Infrastruktur so zu modifizieren, dass sie auf das 5G-Zeitalter vorbereitet ist.