Fiber to the Edge (FTTE) So geht Konnektivität am Netzwerkrand

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Zwar gibt es immer noch einen Platz für Kupfer in einer vernetzten Gebäudeinfrastruktur, aber aufgrund der Limitierungen von Kupferlösungen in Bezug auf Bandbreite, Leistungsdichte und möglichen Entfernungen, sollten Netzwerke so konzipiert werden, dass die Aggregation der Daten und damit der Übergangspunkt von Glasfaser zu Kupfer möglichst nah an den Rand des Netzwerks rückt.

Die Digitalisierung und der Trend hin zu einer immer tiefer vernetzen Welt ist seit mehr als 20 Jahren ungebrochen – und steckt immer noch in einer frühen Phase. Wie Timotheus Höttges auf der Hauptversammlung der Deutschen Telekom 2015 treffend bemerkte: „Alles, was digitalisiert werden könne, werde digitalisiert. Und alles, was vernetzt werden könne, werde vernetzt – Menschen, Maschinen und Produkte.“ Smart Buildings, Industrie 4.0 und M2M Kommunikation sind nur einige Beispiele aus der Vielzahl der Optionen, die unter anderem maßgeblich auch durch das Internet der Dinge (IoT) vorangetrieben werden.

Laut Cisco VNI Report gehen die jüngsten Prognosen davon aus, dass sich die Anzahl der IP-fähigen Endgeräte bis 2030 verdoppeln wird. In der Natur der Sache begründet ist unter anderem, dass ein nicht unerheblicher Anteil dieser Endgeräte über Funkprotokolle wie Wi-Fi in die Infrastruktur eingebunden wird. Ebenso wird Wi-Fi in einem nicht unerheblichen Maße zum Data-Offloading von mobilen Datennetzen wie 3G, 4G und 5G genutzt und hilft so, die Lastverteilung der mobilen Netze in der Fläche und in Gebäuden zu optimieren.

Infolgedessen hat die Glasfaser verstärkt ihren Weg in das horizontale LAN gefunden. Mit dem Aufkommen von Echtzeit-Anwendungen, die die Aufnahme und Verarbeitung der Daten am Edge – am Rande des Netzwerks – erfordern (wie z. B. Sicherheits-, Telekommunikations-, Life-Safety- und Gebäudeautomatisierungssysteme) sehen sich Unternehmen gezwungen, Daten-Workloads tiefer in das Netzwerk zu verlagern. Insbesondere IP-Kameras und Sicherheitsgeräte sind heute in Innen- und Außenbereichen weit verbreitet, befinden sich aber möglicherweise nicht in der Nähe vorhandener Telekommunikationsräume oder eines PoE-basierten Switches. Dies kann eine ausschließliche Twisted-Pair-Infrastruktur mit Kupferkabeln im Hinblick auf die benötigte Entfernung, Bandbreite, den Platzbedarf und die nötige Flexibilität überfordern. Zwar sind herkömmliche Klasse EA Systeme in der Lage, Bandbreiten von bis zu 10 Gbps über 100 Meter inklusive PoE zu transportieren, jedoch weisen aktuelle Wi-Fi 6E Lösungen heute schon einen Durchsatz von mehr als 9,6 Gbps auf und die kommende Generation Wi-Fi 7 übertrifft dies mit einem Durchsatz von mehr als 30 Gbps noch. Es ist also kein Geheimnis, dass Kupferkabel bei Hochgeschwindigkeitsübertragungen und -kapazitäten sowie -längen an ihre Grenzen stoßen.

Die herkömmliche strukturierte Verkabelung erfordert außerdem eine Vielzahl von Kabeln im horizontalen Pfad, was zu einer erhöhten Komplexität, auch unter Einbeziehung der Konvergenz der Netze und Integration von Gebäudediensten, führt, die im Laufe der Zeit nur schwer zu bewältigen ist. Notwendige Netzerweiterungen und -upgrades von in die Jahre gekommenen Installationen sind auch angesichts überfüllter Verteilerräume und Kabelwege eine Herausforderung für jeden Betreiber. Umso mehr und von entscheidender Bedeutung ist es, ein LAN-Konzept zu designen und umzusetzen, das den aktuellen und zukünftigen Anforderungen gerecht wird – und das mit minimalen Auswirkungen auf die Gebäude und den Arbeitsalltag der dort ansässigen Unternehmen. Glasfaser ist die offensichtliche Lösung für den Anschluss von Endgeräten im LAN – dies kann direkt oder über Wandler wie Medienkonverter, klassische Bereichsswitches oder optische Netzwerkterminals (Optical Network Terminals; ONTs) in passiven optischen Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzen erfolgen.

Fiber to the Edge (FTTE), also Glasfaser bis an den Netzwerkrand, ist ideal für Unternehmen, die eine hohe Kapazität und Flexibilität in ihrem Netzwerk benötigen. Glasfaser bietet eine skalierbare Bandbreite, geringe Latenz, sowie die Reichweite und die Flexibilität, die erforderlich sind, um die Anforderungen von Anwendungen wie Wi-Fi der nächsten Generation, hochverfügbare A/V Dienste und 5G innerhalb eines einzelnen Gebäudes oder auf einem großen Campus zu erfüllen. Durch die Reichweite von Glasfaserkabeln können mehrere Geräte über ein einziges Kabel eingebunden werden, das bis zu einem gemeinsamen zentralen Sammelpunkt reicht, von dem aus einzelne Bereiche bis hin zu mehreren Stockwerken versorgt werden können.

Schlüsselelemente von FTTE

Wie jedes IT-Netzwerk eines Unternehmens besteht auch ein FTTE-basiertes LAN aus aktiven (Router, Switches usw.) und passiven (Kabel, Stecker usw.) Komponenten. Wichtige Anforderungen sind:

• eine weitreichende und flexible Strom- und Datenversorgung

• Intelligente Remote-Power-Lösungen

• Ein Ende der „Rip-and-Replace“-Praxis

In vielen LAN-IT-Architekturen von Enterprise Unternehmen werden die Daten entweder vollständig über Kupferkabel oder über eine Kombination aus Glasfaser-Backbone und Kupferkabel bis zum Endgeräteanschluss übertragen, was Verteilerschränke im gesamten Netz erfordert. Eine FTTE-Architektur ist vollständig optisch, die gesamte Datenübertragung erfolgt also über Glasfaser. Dadurch kann das Netzwerk von einem zentralen Geräteraum aus, dem Hauptverteiler (Main Distribution Frame; MDF), in Form eines Collapsed Backbone betrieben werden, wodurch untergeordnete Verteiler (Bereichsverteiler/ Etagenverteiler) überflüssig werden und die freie Fläche als Nutzfläche genutzt werden kann. Ebenso lässt sich durch die Zentralisierung und Fernspeisung mit Strom direkt positiv Einfluss auf die Kosten für Strom und Kühlung nehmen. Die extrem hohe Bandbreite und Skalierbarkeit, die eine FTTE-Architektur auch in Kombination mit Wi-Fi-Technologien ermöglicht, wird dem Bedarf nach einer modernen kabellosen Arbeitswelt in einer flexiblen Büroumgebung gerecht. Und, so wird der Bedarf an individueller Verkabelung und Portierung ebenfalls reduziert.

Da Glasfaser an sich ungeeignet ist, die Spannungsversorgung von Endgeräten zu transportieren, empfiehlt sich in FTTE Netzen der Einsatz einer Verbundverkabelung, die sowohl Glasfaser als auch Kupfer enthält. Dadurch wird die Skalierbarkeit und Bandbreitenkapazität von Singlemode-Glasfasern mit den stromleitenden Eigenschaften von Kupfer kombiniert, um sowohl Daten als auch Strom für Geräte am Netzwerkrand zu liefern. Verbundkabel benötigen viel weniger Platz als vergleichbare Kupferdatenkabel, und sind in Bezug auf Stromdichte, Spannungsabfall und übertragbare Leistung sowie die erreichbare maximale Kabellänge deutlich besser geeignet als reine Kupferkabel. Hierdurch werden künftige Upgrades auf z.B. neue Wi-Fi Accesspoints vereinfacht und gleichzeitig geringere Wartungskosten in Aussicht gestellt.

Wi-Fi-Design und die Anforderungen von Enterprise-Kunden

Aktuell verfügbar und in Bereichen schon gut etabliert ist derzeit die sechste Wi-Fi-Generation. Die nächste Generation, Wi-Fi 6E, beginnt sich immer mehr durchzusetzen und bietet eine Erweiterung dieses Standards auf das 6-GHz-Band, wodurch die Netzauslastung erheblich verringert wird. Wi-Fi 7 dürfte in den nächsten ein bis zwei Jahren auf den Markt kommen.

Was bedeutet das nun für Gebäudeeigentümer und Betreiber? Um den maximal möglichen Datendurchsatz von Wi-Fi 6E und Wi-Fi 7 zu unterstützen, müssten zusätzliche Kabel eingezogen werden. Wie Eingangs schon erwähnt benötigt Wi-Fi 6E bis zu 10G Bandbreite und Wi-Fi 7 bis zu 40G. Letzteres kann mit vier Klasse EA Kanälen basierend auf Cat-6A-Kabeln bei einer Entfernungsbegrenzung auf 90 Meter oder mit einem Glasfaser-Verbundkabel erreicht werden, das auch größere Entfernungen für Strom und Daten bietet.

Ein weiterer integraler Bestandteil eines glasfaserbasierten Designs, speziell mit Verbundkabeln, ist die Möglichkeit zur Fernspeisung. Eine zentrale Gleichspannungsversorgung bietet hierzu eine simple Lösung, die je nach Anzahl der benötigten Geräte aufgestockt werden kann. Die zentralen Einheiten können auch entsprechend den PoE-Anforderungen, dem Gesamtbudget und der Entfernung zum Endpunkt aufgeteilt werden. Es gibt viele Lösungen mit großer Reichweite, die Geräte am Rande des Netzwerks unterstützen können – in einigen Fällen sogar über Entfernungen von mehr als 600 Metern.

Kleinspannung von 57 V wird direkt an Endgeräte wie interaktive AV-Displays geliefert oder zur Weiterverteilung an kleinere PoE-Switches. So können nahegelegene Zugangspunkte, intelligente Beleuchtungen und IoT-Geräte nahtlos angeschlossen und mit Strom versorgt werden.

Wenn ein Gerät nicht über einen Glasfaser-Eingang und -Ausgang verfügt – zum Beispiel eine Sicherheitskamera – können Wandler wie Medienkonverter das Signal von optisch in elektrisch umwandeln und mit einem kurzen Kupfer-Patchkabel an das Gerät bringen. Dies ist ein weiterer integraler Bestandteil eines FTTE-Netzwerkdesigns und es gibt hier eine Reihe kostengünstiger Optionen, die 10G-Geschwindigkeiten unterstützen und Abwärtskompatibilität zu 1G- oder 2,5G-Portgeschwindigkeiten sind.

Ein zukunftssicheres Netzwerk

Zwar gibt es immer noch einen Platz für Kupfer in der vernetzten Gebäudeinfrastruktur, aber aufgrund der Limitierungen von Kupferlösungen in Bezug auf Bandbreite, Leistungsdichte und Entfernung sollten Netzwerke so konzipiert werden, dass die Aggregation der Daten und damit der Übergangspunkt von Glasfaser zu Kupfer dichter an den Rand des Netzwerks rückt.

Bei Corning setzen wir dies in unserem globalen Hauptsitz in Charlotte, North Carolina, selbst in die Praxis um. Hier haben wir jüngst ein FTTE-Netz mit mehr als 460 Glasfaserleitungen und einem einzigen Hauptverteiler in Betrieb genommen, das sich über mehrere Stockwerke erstreckt.

Mit FTTE verfügen wir am Standort nun über eine zukunftssichere, flexible Infrastruktur, die Konnektivität, praktisch unbegrenzte Bandbreite und eine sichere Spannungsversorgung im gesamten Gebäude bereitstellt. Der geringere Platzbedarf für die Netzwerkausrüstung und die Konvergenz der Dienste – die Zusammenführung mehrerer Netzwerke in ein einziges, rationalisiertes Netzwerk – reduzieren die benötigen Ressourcen. Angefangen bei den Kosten für die Kühlung zusätzlicher Geräte bis hin zu weniger Kabeln – das alles macht einen Unterschied!

Über den Autor

Piers Benjamin ist EMEA Marketing Manager „In Building Networks (IBN)“ bei Corning Optical Communications.

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