Was ist Backhaul in der Netzwerktechnik? Funktionen, Architektur und praktische Anwendungsbeispiele

Unter Backhaul versteht man eine Reihe von drahtlosen Verbindungen und Glasfaserleitungen, die für die Anbindung eines Hauptnetzes an die Teilnetze erforderlich sind, damit Nutzer auf das Internet zugreifen können. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Netzabdeckung zu erweitern.

In diesem Artikel erfahren wir mehr über Backhaul, die wichtigsten Arten und die zentralen Anwendungsbereiche.

Was ist Backhaul?

Backhaul bildet eine wesentliche Grundlage für die drahtlose Internetverbindung. Tatsächlich gäbe es ohne Backhaul überhaupt keine Internetverbindung.

Der Backhaul des Netzwerks weist eine bestimmte Hierarchie auf, in der alle Verbindungen mit dem zentralen Netzwerk verknüpft sind. Dieser Teil der Verbindung ist für die Kommunikation mit dem Internet zuständig. Der Zugang zum Kernnetz wird durch den Erwerb eines kommerziellen Großhandelszugangs gewährleistet.

Zwischen dem Internet-Knotenpunkt und dem lokalen Netzwerk (LAN) können sich Middle-Mile-Netzwerke befinden. Dabei kann es sich um eine WAN-Verbindung handeln. Internetdienstanbieter sind zwangsläufig an die Middle-Mile-Infrastruktur angeschlossen.

Theoretisch können Backhauls überall eingesetzt werden, in der Praxis sind sie jedoch im Mobilfunknetz beliebter. Sie sind für die Übertragung von Informationen von der Basisstation zu den Mobilgeräten erforderlich.   

So sieht ein Backhaul-Netzwerk aus

Um Informationen im Internet von einem Ende zum anderen und zurück zu leiten, sind mehrere Segmente für die Abwicklung des Prozesses erforderlich. Hier sind einige davon:

• Zugangsnetz zur Verbindung des Endpunkts mit dem Netzwerk.
• Das Primärnetz wird für die Weiterleitung von Informationen an das Sekundärnetz benötigt.
• Das Backhaul-Netz ist eine Verbindung zwischen dem Zugangsnetz und dem Kernnetz.

Eine Backhaul-Verbindung kann drahtlose, optische und Glasfaserkomponenten umfassen. Bei der Planung des Backhals sollten mehrere wichtige Kriterien berücksichtigt werden, darunter die Übertragungsrate bzw. Bandbreite sowie die Latenz. Der Backhaul wirkt sich direkt auf die Flexibilität, die Unterbrechungsfreiheit und die Geschwindigkeit des Datenverkehrs aus, der den Endnutzer erreicht.

Hauptarten des Backhauls

Lassen Sie uns die Hauptarten des Backhauls erörtern, die sich zudem in weitere Kategorien unterteilen lassen.

1. Kabelgebundener Backhaul

Wie der Name schon sagt, besteht diese Art des Backhauls überwiegend aus kabelgebundenen Leitungen, in der Regel über Glasfasernetze. In manchen Fällen können Verbindungen über kupferbasierte T-1-Leitungen hergestellt werden. Natürlich sind Glasfasernetze in Bezug auf Kapazität und Geschwindigkeit weitaus besser.

Hier sind die wichtigsten Unterkategorien des kabelgebundenen Backhaul:

• Kupferleitung. Diese Technologie wird hauptsächlich für 2G und 3G genutzt. Diese Variante war einst sehr beliebt, wurde jedoch größtenteils durch Glasfaser ersetzt.
• Dunkle Glasfaser. Dieses Material wird speziell von Mobilfunkbetreibern benötigt. Diese Fasern können von Mobilfunkbetreibern in Form von insgesamt 2 bis 12 Fasern gemietet werden.
• Ethernet. Diese Option bietet eine enorme Bandbreitenkapazität und wird vollständig von Netzwerkanbietern kontrolliert. Dieser Typ wird hauptsächlich von Unternehmen genutzt.

2. Drahtlose Backhaul-Verbindung

Drahtlose Verbindungen lassen sich mit Mikrowellen realisieren. Um solche Verbindungen herzustellen, wird in der Regel eine Mikrowellenantenne auf der Spitze eines Mobilfunkmasts installiert. Zur Übertragung des Signals werden spezielle Antennen verwendet.

Mobilfunkstandorte in abgelegenen und ländlichen Gebieten benötigen weniger Bandbreite, und der drahtlose Backhaul konzentriert sich darauf, diese Standorte zu erreichen. In städtischen Regionen könnte die Mikrowellentechnologie die Anforderungen an das Datenverkehrsaufkommen nicht erfüllen.

Für die Übertragung von Bild- und Tondaten wird ein lizenziertes Funkfrequenzspektrum genutzt, das als mmWave bezeichnet wird.  

3. Satelliten-Backhaul

Diese Art der Verbindung wird in Notfällen genutzt und gilt als Nischenlösung für seltene Szenarien. Beispielsweise, wenn es ein Katastrophengebiet gibt, das dringend eine Verbindung benötigt.

Diese Technologie bietet eine Kapazität von 10 – 150 Mbit/s. Allerdings können Risiken hinsichtlich der Latenz bestehen, und es kann zu Verzögerungen kommen.

4. WLAN-Backhaul

Beim WLAN-Backhaul wird eine Femtozelle am Standort des Nutzers platziert, um eine drahtlose Verbindung innerhalb und außerhalb dieses bestimmten Standorts zu gewährleisten. Außerdem bietet diese Verbindung Nutzern, die sich außerhalb ihres Zuhauses befinden, Zugang zu alternativen Optionen. Deshalb ist es möglich, eine Verbindung herzustellen, auch wenn man sich nicht im Versorgungsgebiet des Anbieters befindet.

Anstelle einer Verbindung zu einer Mobilfunkbasisstation wird für den WLAN-Backhaul ein Access Point (kabelgebundener Ethernet-Backhaul) verwendet. Diese fungieren als Transportknoten und stellen Access Points an der Peripherie des Netzwerks bereit.

Dadurch ermöglicht der WLAN-Backhaul eine Verbesserung der Kapazität und der Netzabdeckung der Mobilfunkanbieter. Dies ist eine hervorragende Lösung für Standorte, an denen andere Optionen entweder nicht verfügbar oder zu teuer sind.

Unterschied zwischen Fronthaul und Backhaul

Der Fronthaul ist der Teil der Verbindung, der für die Front-End-Schnittstelle erforderlich ist. Der Backhaul ist der Teil, der für die Verbindung der Datenkanäle mit der Front-End-Schnittstelle benötigt wird.

In einem C-RAN (zentralisiertem Funkzugangsnetz) beispielsweise beschreibt der Fronthaul die Übertragung von der BBU zur RRH. Dank dieser Fronthaul-Technologie können Mobilfunkbetreiber Basisband- und austauschbare Funkkomponenten nutzen.

Versuchen wir nun zu erklären, wie Fronthaul und Backhaul zusammenwirken. Von den MSCs werden Informationen über den Backhaul an die BBU übertragen, was (in den meisten Fällen) über Ethernet-Leitungen erfolgt. Der Fronthaul beginnt dann, wenn Daten von der BBU über den Backhaul an die RRH übertragen werden. Die Nutzer erhalten die Verbindung über CPRI.  

So funktioniert der Backhaul

So funktioniert der Backhaul:

• Backhaul-Daten, einschließlich Bild- und Tonmaterial von der Mobilfunkbasisstation, werden an die MSC oder andere mögliche zentrale Vermittlungsstellen übertragen. Anschließend erfolgt die Übertragung an ein Mobilfunknetz. Außerdem ist dieser Ansatz für die Verkehrsverlagerung von der Mobilstation zum Mobilfunkmast erforderlich.
• Die Übertragung erfolgt in der Regel über Mikrowellen oder Glasfaser/Kupfer. Ein MSC (Mobile Switching Center) ist ein Standort, an dem die Netzbetreiber Internetrouter installieren. Über diese Verbindungen werden Daten an die MSC übertragen.
• Glasfaserverbindungen kommen vor allem in dicht besiedelten städtischen Gebieten zum Einsatz, während Mikrowellen eher in ländlichen und abgelegenen Gebieten wie Gebirgen, Inseln und ähnlichen Regionen genutzt werden.
• In entwickelten Märkten sind die meisten Mobilfunkmasten in der Regel an Glasfasernetzwerke angebunden. In Entwicklungsländern können hingegen weiterhin Kupferleitungen genutzt werden.
• Betrachten wir anhand eines Telefonats, wie Backhaul-Verbindungen funktionieren:
• Ein Signal vom Mobiltelefon wird über das Funkfrequenzspektrum an die Antenne gesendet.
• Diese Funkwellen werden im Mobilfunkmast in ein Backhaul-Signal umgewandelt.
• Dieses Signal wird dann über das Backhaul an die Aggregationsstation gesendet.
• Dort wird der Datenverkehr vor der Weiterleitung gebündelt.
• Das Anrufsignal wird aus dem Backhaul entnommen, in das erforderliche Format umgewandelt und über einen Mobilfunkmast an den gewünschten Nutzer weitergeleitet.

Wer nutzt Backhaul-Technologie?

Die Backhaul-Technologie wird vorwiegend von staatlichen Organisationen, Glasfaseranbietern und Mobilfunkanbietern genutzt. Konkret handelt es sich dabei um Unternehmen aus dem Telekommunikationssektor, wie beispielsweise T-Mobile und andere. Einer der Mobilfunkanbieter, der Backhaul nutzt, ist Verizon.

Backhaul kann eine hervorragende Wahl für Anbieter von Glasfaserdiensten sein, wenn die Nutzung der Glasfaser für sie zu kostspielig ist oder der Standort auf andere Weise nicht erreichbar ist. Auch Notfalldienste können solche Dienste bei Bedarf mieten.

Wichtige Anwendungsbereiche von Backhaul

Der immense Anstieg von Daten- und Videoinhalten steigert auch die Nachfrage nach Backhaul. Derzeit spielt Backhaul in den meisten Bereichen eine wichtige Rolle; lassen Sie uns daher einige davon betrachten.

1. Ausbau der öffentlichen Konnektivität in einem Metropolitan Area Network (MAN)

Einige Städte nutzen MAN, also Metropolitan Area Networks. Diese werden benötigt, um die öffentliche Konnektivität in Bereichen wie Straßen, Parks, Geschäften und anderen Orten auszubauen. Diese Verbindung steht den Nutzern auch ohne verlegte Kabel zur Verfügung.

2. Verbesserung der Betriebssicherheit

Durch den Einsatz dieser Technologie lässt sich die Betriebssicherheit verbessern. Stellen Sie sich vor, dass Überwachungsnetzwerke mögliche kriminelle Aktivitäten verfolgen, die Verbindung jedoch aus irgendeinem Grund unterbrochen wird. In einem solchen Fall könnten wichtige Informationen verloren gehen; die Verbindung kann durch drahtloses Backhaul gestärkt werden. Zudem ist ein direkter Zugang zum Internet möglich.

3. Unterstützung des 5G-Ausbaus

5G-Backhaul kann drahtlos, kabelgebunden oder glasfaserbasiert sein und bietet Mobilfunkbetreibern sowie privaten Unternehmen breitere Möglichkeiten. Diese Chancen stehen sowohl dem privaten als auch dem öffentlichen Sektor offen.

4. Lösung von Problemen im Mobilfunknetz

Viele Probleme im Mobilfunknetz lassen sich mit dieser Technologie lösen; konkret geht es dabei um die Verdichtung des 5G-Netzes und die Bereitstellung von mehr Kapazität. Mit Backhauls ist es möglich, die Latenz zu senken, verschiedene Dienste zu verwalten und sogar die Kapazität zu erhöhen.

5. Stärkung privater Netzwerke

Private Netzwerke ermöglichen einen umfassenderen Zugang zum Internet der Dinge (IoT) und zu anderen institutionellen Umgebungen. Der Kapazitätsbedarf für Unternehmensanwendungen ist enorm, und Backhaul kann hierfür eine hervorragende Option sein. Diese Technologie ist ein wichtiger Bestandteil der Architektur privater Netzwerke.

6. Modernisierung kritischer Infrastruktur

Kritische Infrastruktur muss äußerst sicher und gleichzeitig sehr gut zugänglich sein. Lange Zeit wurden in dieser Infrastruktur restriktive Technologien eingesetzt, doch nun ändert sich die Situation allmählich. Viele Unternehmen beginnen, 4G und 5G zu nutzen, und diese Technologien erfordern Backhaul.

Abschließende Gedanken

Backhaul ist eine äußerst wichtige Technologie, von der die meisten Endnutzer gar nichts wissen. Sie wirkt sich jedoch direkt auf das Interneterlebnis aus, insbesondere für mobile Nutzer. Deshalb sollten Unternehmen und große Organisationen versuchen, diese Praxis zu verstehen und effektiv zu nutzen.