Digitalisierung und die Migration zu Glasfaser-Netzen E-Book

Jürgen Kaack

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2017

Seitenzahl: 64

Beschreibung

Der Breitbandausbau in Deutschland kommt gut voran, das Bundesförderprogramm für den NGA-Ausbau hat einen guten Schub ergeben. Bis 2019 werden mit Zuwendungen in Höhe von ca. 8 Mrd. Euro Infrastrukturen ausgebaut, die mindestens 50 Mbit/s ermöglichen, in vielen Fällen werden dabei direkt FTTB-Anschüsse mit Glasfaser bis zum Hausanschluss verlegt. So weit ist eigentlich alles gut, wenn es nicht die Notwendigkeit gäbe innerhalb der nächsten 10 Jahre flächendeckende Glasfaseranschlüsse zu schaffen. Das laufende Bundesförderprogramm ermöglicht Zuwendungen nur für Anschlüsse, die heute weniger als 30 Mbit/s haben. Bei Start des Programms im Dezember 2015 betraf dies ca. 25% aller Anschlüsse in Deutschland. Glasfaseranschlüsse sind in Deutschland bislang eher die Ausnahme. Nur etwa 5% der Anschlüsse sind in Glasfaser ausgeführt (die tatsächliche Nutzungsquote liegt sogar nur bei etwas der Hälfte). Mithilfe der Mittel aus dem Bundesförderprogramm könnten weitere 15% der Anschüsse mit Glasfaser-Hausanschüssen ausgebaut werden, so dass bei fertiger Umsetzung des Bundesförderprogramm Ende 2019 noch ca. 80% der Hausanschüsse immer noch in Kupfer ausgeführt sind. Nicht nur im Hinblick auf die Glasfaser-Infrastruktur besteht in Deutschland Nachholbedarf, auch bei der Entwicklung und Nutzung von digitalen Anwendungen sind andere Länder mittlerweile weiter als Deutschland. Dabei bietet die Digitalisierung gute Chancen zur Gründung von neuen Unternehmen und neuen Wachstumssegmenten. Eine Förderung des flächendeckenden Aufbaus von Glasfaser-Anschlüssen mit Zuwendungen zur Schließung einer Deckungslücke ist im Hinblick auf die zu erwartende Höhe der Förderbudgets und die Komplexität vermutlich nur schwer zu vertreten. Aus meiner Sicht müssen neue Ansätze mit einem längerfristigen Horizont begangen werden. Auch für die Entwicklung von innovativen digitalen Anwendungen sind neue Ansätze erforderlich, bei der die stärkere Einbindung von Hochschulen, der Abbau von Bürokratie und die Schaffung von geeigneten Rahmenbedingungen zu gestalten sind. In einem Konzeptpapier habe ich meine Analyse zur Situation erläutert und stelle meine konzeptionellen Ansätze für die weitere Ausgestaltung zur Diskussion.

Leseprobe

Digitalisierung und die Migration zu Glasfaser

TitelseiteVorwort1. Ausgangslage bei der Breitbandversorgung2. Migrationsschritte in der Technologie3. Kosten für den FttB-Ausbau4. Ansätze zur Nutzungssteigerung und Kostenreduktion5. Geschäftsmodelle für den Breitbandausbau6. Vorgehen zur Schaffung einer Glasfaser-Infrastruktur7. Neue Ansätze für eine nachhaltig wirkende Förderung8. Schaffung von Rahmenbedingungen9. Entwicklung digitaler Anwendungen und Förderung von Unternehmensgründungen mit digitalen GeschäftsmodellenFazitGlossarÜber den AutorImpressum

Digitalisierung und die

Migration zu Glasfaser-Netzen

Eine Konzeptstudie zur Umsetzung

Dr. Jürgen Kaack

Vorwort

Der Breitbandausbau in Deutschland kommt gut voran, das Bundesförderprogramm für den NGA-Ausbau hat einen guten Schub ergeben. Bis 2019 werden mit Zuwendungen in Höhe von ca. € 8 Mrd. Infrastrukturen ausgebaut, die mindestens 50 Mbit/s ermöglichen, in vielen Fällen werden dabei direkt FTTB-Anschüsse mit Glasfaser bis zum Hausanschluss verlegt. So weit ist eigentlich alles gut, wenn es nicht die Notwendigkeit gäbe innerhalb der nächsten 10 Jahre flächendeckende Glasfaseranschlüsse zu schaffen.

Das laufende Bundesförderprogramm ermöglicht Zuwendungen nur für Anschlüsse, die heute weniger als 30 Mbit/s haben. Bei Start des Programms im Dezember 2015 betraf dies ca. 25% aller Anschlüsse in Deutschland. Glasfaseranschlüsse sind in Deutschland bislang eher die Ausnahme. Nur etwa 5% der Anschlüsse sind in Glasfaser ausgeführt (die tatsächliche Nutzungsquote liegt sogar nur bei etwas der Hälfte). Mithilfe der Mittel aus dem Bundesförderprogramm könnten weitere 15% der Anschüsse mit Glasfaser-Hausanschüssen ausgebaut werden, so dass bei fertiger Umsetzung des Bundesförderprogramm Ende 2019 noch ca. 80% der Hausanschüsse immer noch in Kupfer ausgeführt sind.

Nicht nur im Hinblick auf die Glasfaser-Infrastruktur besteht in Deutschland Nachholbedarf, auch bei der Entwicklung und Nutzung von digitalen Anwendungen sind andere Länder mittlerweile weiter als Deutschland. Dabei bietet die Digitalisierung gute Chancen zur Gründung von neuen Unternehmen und neuen Wachstumssegmenten.

Eine Förderung des flächendeckenden Aufbaus von Glasfaser-Anschlüssen mit Zuwendungen zur Schließung einer Deckungslücke ist im Hinblick auf die zu erwartende Höhe der Förderbudgets und die Komplexität vermutlich nur schwer zu vertreten. Aus meiner Sicht müssen neue Ansätze mit einem längerfristigen Horizont begangen werden. Auch für die Entwicklung von innovativen digitalen Anwendungen sind neue Ansätze erforderlich, bei der die stärkere Einbindung von Hochschulen, der Abbau von Bürokratie und die Schaffung von geeigneten Rahmenbedingungen zu gestalten sind.

In der vorliegenden Konzeptstudie habe ich meine Analyse zur Situation erläutert und stelle konzeptionelle Ansätze für die Umsetzung einer flächendeckenden Migration auf durchgehende Glasfasernetzezur Diskussion.

Inhaltsübersicht

1. Ausgangslage bei der Breitbandversorgung

2. Migrationsschritte in der Technologie

2.1. Übertragungstechniken

2.2. Migration der Breitbandtechnologien

3. Kosten für Ausbau der Glasfaser-Anschlussnetze

4. Ansätze zur Nutzungssteigerung und Kostenreduktion

4.1. Trennung von Netz und Diensten

4.2. Steigerung der Nutzungsquoten

4.3. Nutzung von Synergien mit Tiefbaumaßnahmen

4.4. Einsatz von alternativen Verlege-Technologien

4.5.Einsatz eines Breitbandkoordinators

5. Geschäftsmodelle für den Breitbandausbau

5.1. Ausbau mit Zuwendungen an Netzbetreiber

5.2. Ausbau unter Nutzung vorhandener Infrastrukturen

5.3. Ausbau mit bürgerschaftlichem Engagement

5.4. Ausbau durch Stadtwerke oder Versorgungsunternehmen

5.5. Motivation von Netzbetreibern

5.6. Kooperationen mit Infrastrukturbetreibern

5.7. Gründung von Betreiber-Institutionen oder Zweckverbänden

6.Vorgehen zur Schaffung einer Glasfaser-Infrastruktur

6.1. Netzaufbau in Verbindung mit Sanierungsarbeiten

6.2. Gründung von Infrastrukturinstitutionen

7. Neue Ansätze für eine nachhaltig wirkende Förderung

7.1. Förderprogramm für Gewerbegebiete und Schulen

7.2. Breitbandkoordinatoren sind zwingend erforderlich

7.3. Förderung der Erstellung von Netzplänen

7.4. Förderung des Mehraufwands für die Mitverlegung

8. Schaffung von Rahmenbedingungen

9. Entwicklung digitaler Anwendungen und Förderung von Unternehmensgründungen mit digitalen Geschäftsmodellen

10. Fazit

Glossar

1. Ausgangslage bei der Breitbandversorgung

Das Internet ist aus dem heutigen Leben nicht mehr wegzudenken, weder im beruflichen noch im privaten Umfeld. Emails verdrängen Briefe und Faxe, Streaming-Dienste ersetzen physikalische Datenträger und in der vernetzten Industrie bestellen Maschinen automatisch benötigtes Material. Es gibt kaum noch einen Bereich, der unberührt bleibt. Gleichzeitig steigt die Intensität der Nutzung die Menge der übertragenen Daten, derzeit um über 20% im Jahr. Wenn immer mehr Daten übertragen werden, muss die Übertragungsgeschwindigkeit entsprechend mit steigen, um lange Wartezeiten zu verhindern. Waren vor fünfzehn Jahren noch 364 Kbit/s und vor zehn Jahren 2 Mbit/s ausreichend, sind im Jahr 2017 50 Mbit/s kaum zufriedenstellend. Die Zeiten von Gbit/s-Geschwindigkeiten sind längst absehbar und das aufgrund des veränderten Nutzungsverhaltens mit symmetrischen Geschwindigkeiten für Down- und Upstream.

Nicht in allen Gegenden ist der Infrastrukturausbau für die Netzbetreiber unter den gegebenen unternehmerischen Vorgaben wirtschaftlich möglich. Spätestens seit 2007 wurde eine Reihe von Förderprogrammen aufgelegt, um unterversorgte Gebiete, so genannte „weiße Flecken“, zu beseitigen. Dabei hat sich die Definition von „unterversorgt“ stetig nach oben verschoben von zunächst 1 über 2 und 6 auf derzeit 30 Mbit/s. Trotz aller Bemühungen verbleiben 2018 vermutlich noch ca. 5 % aller Anschlüsse, die mit weniger als 50 Mbit/s auskommen müssen, dem von der Politik 2012 verkündeten Ziel. Dies trifft z.B. Siedlungen, die nur über lange Anlaufstrecken erreicht werden oder wenige Anschlüsse an einem Verteilerschrank haben. Es trifft aber auch Anschlüsse in Großstädten, wenn in Multifunktionsgehäusen keine Portkarten mehr frei sind oder Anschlusslängen zu lang.

Mit Vectoring werden über die Kupferdoppelader zum Hausanschluss bis zu 100 Mbit/s bereitgestellt, über die Koaxialkabel können die Kabelnetzbetreiber mit dem Standard DOCSIS 3.1 bereits 400 Mbit/s realisieren, der Übertragungsstandard erlaubt bis zu 10 Gbit/s. Trotzdem ist unbestritten, dass beide Technologien nur Brückentechnologien auf dem Weg zu Glasfaser-Anschlussnetzen darstellen. Da Licht physikalisch die schnellste Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht, sind Lichtwellenleiter das optimale Übertragungsmedium. Dabei sind neben der maximalen Downstream-Geschwindigkeit gerade die Latenzzeiten, die Laufzeiten der Signale vom Sender zum Empfänger, für eine Reihe von Anwendungen von besonderer Bedeutung. Hierzu gehören nicht nur Industrie 4.0-Anwendungen, sondern u.a. auch das autonome Fahren und Gesundheitsanwendungen. Auch individuelle Dienste-Einstellungen (QoS „Qualities-of-Servcies“) werden für Geschäftskunden an Bedeutung weiter zunehmen. Weiterhin sind Leitungsdämpfung und Energieeffizienz im Netz wichtige Kriterien. Ein durchgängiges Glasfasernetz bietet nicht nur nahezu unbegrenzte Kapazität und ermöglicht Geschwindigkeiten im Gbit/s-Bereich bei einer sehr geringen Leitungsdämpfung und kann zwischen Glasfaser-PoP (Point-of-Presence) und Hausanschluss in der Regel auf aktive Netzkomponenten verzichten, die gewartet werden müssen und störanfällig sind.

Wann der Übergang von den bislang kupferbasierten Anschlussnetzen auf durchgängige Glasfaserstrecken für FttB- oder FttH-Netze („Fiber-to-the-Building“ oder „Fiber-to-the-Home“) erfolgen muss, kann derzeit nur vermutet werden. Realistisch ist aber eine Zeitdauer von knapp 10 Jahren. Spätestens dann werden weitere Updates bei der Übertragungstechnik über die bestehenden Kupfer-Anschlussnetze nicht mehr helfen. Bei VDSL-Lösungen führt eine Erhöhung der Geschwindigkeit unweigerlich zu einer höheren Dämpfung und somit mit einer abnehmenden Reichweite. Mit Vectoring erhalten nur Anschlüsse im Umfeld von weniger als 600 Metern um den Verteilerschrank (Multifunktionsgehäuse) die volle Leistung, für den ländlichen Raum bleibt somit die Steigerung der Geschwindigkeit bei längeren Anschlussstrecken begrenzt, sofern nicht zusätzliche Verteilerschränke für nur wenige Nutzer errichtet werden sollen. Für die Betreiber wäre eine solche Struktur nicht mal mit einmaligen Zuwendungen dauerhaft wirtschaftlich gestaltbar.

Eine Zeitdauer von gut zehn Jahren eröffnet allerdings bei der heute noch ausreichenden Versorgung Chancen für den Aufbau der erforderlichen nachhaltigen Infrastruktur. Von den großen Netzbetreibern mit Bestandsnetzen ist ein schneller Ausbau von Glasfaser-Anschlussnetzen nicht zu erwarten, da der mögliche Mehrumsatz die Investitionen im Bereich von € 3.000 bis über 10.000 je Glasfaser-Anschluss kaum decken kann. Erschwerend kommt hinzu, dass die Errichtung eines neuen Anschlussnetzes mit Amortisationszeiten von teilweise deutlich über 20 Jahren verbunden ist. Während der Laufzeit desBundesförderprogrammsbis Ende 2018 können die mit weniger als 30 Mbit/s unterversorgten Gebiete bereits mit Glasfaser-Anschlussnetzen ausgebaut werden und von dieser Möglichkeit machen viele Gebietskörperschaften Gebrauch. Das Fördervolumen von gut € 4 Mrd. (zusammen mit Kofinanzieurng der Länder und Eigenanteilen der Kommunen € 8 Mrd.) reicht allerdings nur für die knapp 25% aller Anschlüsse, die Ende 2015 mit weniger als 30 Mbit/s unterversorgt waren. Für die ca. 95% der Anschlüsse, die auch 2017 noch keinen Glasfaser-Hausanschluss haben, wäre ein um ein Vielfaches höheres Förderbudget erforderlich oder ein anderer Ansatz für den Infrastrukturaufbau zu verfolgen, für den im Folgenden mögliche Ansätze erläutert werden. Eines sollte allerdings auf keinen Fall geschehen, ein Abwarten mit der Umsetzung, bis die Möglichkeiten der Brückentechnologien ausgeschöpft und der Bedarf in der Breite tatsächlich vorhanden ist.

2. Migrationsschritte in der Technologie

Aus der Kundenperspektive wird nach Übertragungsgeschwindigkeit, Dienstemerkmalen und Preisen unterschieden. Damit ein Kunde einen Dienst nutzen kann muss eine komplexe Infrastruktur im Zusammenspiel unterschiedlicher Technologien und meist auch mehrerer Anbieter vorhanden sein.

Begriffsbestimmungen zu Breitbandnetzinfrastrukturen und –technologien

Begriff

Erläuterung

Kernnetz

(Backbone)

Das Kernnetz (Backbone) besteht aus den globalen und regionalen Switching Zentren. Sie sind mit Glasfaser und Richtfunk verbunden. Die Bandbreiten beginnen mit 100 Mbit/s bis über 10 Gbit/s.

Zugangsnetz

(Last Mile)

Das Zugangsnetz (Access-Netz, Anschlussnetz, „Last-Mile“) umfasst die „letzte Meile“ zum Nutzer. Für dieses Netz gibt es kabelgebundene, optische und drahtlose Referenzarchitekturen.

Teilnehmer-Anschluss-Leitung (TAL)

Der Zugang besteht i.d.R. aus einer Kupferdoppelader zwischen dem Hauptverteiler (HVT) in der Ortsvermittlungs-Stelle (OVSt) und dem Teilnehmer (TAE). Sie ist reguliert und entbündelt und kann von alternativen TAL-Betreibern genutzt werden.

Optische Zugangsnetze