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Technology Insights: Edge Cloud

Technology Insights

Livin' On The Edge: Braucht man in der Schweiz wirklich eine Edge Cloud?

Edge Cloud – Hype oder Notwendigkeit? Braucht man für eine 5G-Campuslösung eine Edge Cloud? Das Thema Edge Cloud wirft viele Fragen auf. Eine einfache Antwort gibt es nicht, da die besondere Ausgangslage in der Schweiz verglichen mit anderen Ländern berücksichtigt werden muss.

Text: Egon Steinkasserer, 25

Was ist eine Edge Cloud?

Alle sprechen über Edge und die Edge Cloud. Eine einheitliche Definition für diese Begriffe gibt es jedoch nicht. Einige Unternehmen stützen ihre Definition auf das Benutzererlebnis und beschreiben Edge Cloud als eine technische Lösung, mit der Dienste realisiert werden können, die äusserst kurze Reaktionszeiten benötigen. Andere wiederum ziehen die Entfernung als Kriterium heran und sehen einen Bedarf für Edge Clouds bei Distanzen von über 500–1500 km bis zum nächsten Rechenzentrum. Zudem werden Edge Cloud und Edge Computing häufig verwechselt. In diesem Artikel unterscheiden wir klar zwischen den beiden Begriffen: Edge Computing bezeichnet die dezentrale Datenverarbeitung und -speicherung direkt in einem Endgerät oder einer industriellen Automatisierungsanlage (Client-Seite). Die Anzahl der Geräte am Rande eines Netzes sowie deren Rechen- und Speicherkapazitäten nehmen exponentiell zu. Es ist sogar sehr wahrscheinlich, dass schon bald über die Hälfte der von Unternehmen generierten Daten ausserhalb von Rechenzentren oder einer Cloud erstellt und verarbeitet werden. Der Begriff Edge Cloud bezeichnet cloudbasierte (Server-Seite) IaaS, PaaS oder SaaS, die so weit an den Rand des Netzwerks verlagert werden, wie es für die Erfüllung der Nutzer- bzw. Anwendungsanforderungen notwendig ist.

Allgemeine Aussagen zum Thema Edge Cloud haben üblicherweise einen globalen Bezug und treffen auf die besondere Ausgangslage in der Schweiz nur bedingt zu.

Der weltweite Hype um die Edge Cloud wird durch eine Vielzahl unterschiedlicher Marktteilnehmer befeuert, wie z. B. Hyperscaler, Telekomausrüster und multinationale Mobilnetzbetreiber. Wir haben die am häufigsten genannten Vorteile einer Edge Cloud unter Berücksichtigung der besonderen Ausgangslage in der Schweiz unter die Lupe genommen. In diesem Artikel erläutern wir, wie niedrige Latenzzeiten, hohe Bandbreiten, Datenschutz, Datensicherheit, Compliance und höchste Verfügbarkeit für den Grossteil der angedachten Anwendungen bereits heute durch das Swisscom Netz abgedeckt sind. Und wir gehen der Frage nach, ob Geschäftskunden von Swisscom in naher Zukunft in Edge Clouds in der Schweiz investieren müssen bzw. an ihren Standorten installieren sollen.

«Die Präsenz globaler Public-Cloud-Anbieter mit vollwertigen Cloud-Regions in der Schweiz in Kombination mit der Qualität und Leistungsfähigkeit der Swisscom Netze bietet einzigartige Geschäftsmöglichkeiten.»

Auf geringe Latenzzeiten kommt es an

Eine geringe Latenz ist wahrscheinlich der am häufigsten genannte Vorteil von Edge Clouds. Dies gilt generell als entscheidend für die Unterstützung von Anwendungen wie AR/VR, Game-Streaming, einigen industriellen IoT-Szenarien oder verbesserten Fähigkeiten für autonomes Fahren. Die (Netzwerk-) Latenz ist die Zeit, die benötigt wird, um eine Informationseinheit vom Sender zum Empfänger zu übertragen. Datenübertragung in Lichtgeschwindigkeit ist hierbei das physikalische Maximum. In diesem Artikel verwenden wir diese Definition für Latenz, die nicht mit der Round-Trip-Time (RTT) verwechselt werden darf. Die RTT ist die Summe aus der Latenz vom Client zum Server, der Verarbeitungszeit auf dem Server und der Latenz vom Server zurück zum Client.

 

Mit einer Fläche von 41 285 km² (ca. 350 km × 220 km) ist die Schweiz verglichen mit Schweden (450 295 km²), Frankreich (643 801 km²), den USA (9 834 000 km²), Kanada (9 985 000 km²), China (9 597 000 km²), Russland (17 130 000 km²) und vielen anderen Ländern relativ klein. Aufgrund der Standorte unserer Rechenzentren ist die Entfernung zu den Kundenstandorten grundsätzlich immer relativ kurz. Daraus ergeben sich als Konsequenz kurze Latenzen. Unsere eigenen internen Messungen sowie zahlreiche externe Benchmarks bestätigen dies. Der Median der Latenz in unserem landesweiten Festnetz beträgt weniger als 5 ms. 32 % unserer Festnetzverbindungen erfolgen über End-to-End-Glasfaser (FTTH, Fibre to the Home). Hier erreichen wir im ganzen Land eine Latenzzeit von weniger als 3 ms – in Grossstädten sogar ca. 1 ms. In unserem Mobilnetz, das 99 % der Bevölkerung in der Schweiz abdeckt, beträgt der Median der Latenz weniger als 8 ms. Alle angegebenen Werte basieren auf repräsentativen Messungen Dritter, die 2020 vorgenommen wurden. In den nächsten Jahren werden sich diese Werte mit der zunehmenden Verbreitung von 5G+ und End-to-End-Glasfaser (FTTH) noch weiter verbessern. Zum Vergleich: Einige US-Netzbetreiber planen mit dem Einsatz von Edge Clouds die Latenz für Zugriffe auf ausgewählte Public-Cloud-Services in ihren Mobilnetzen von derzeit etwa 80–100 ms auf weniger als 10 ms zu senken. Nur durch diese Massnahmen kann in einigen Ballungsräumen ein ähnliches Leistungsniveau erreicht werden, welches das Swisscom Mobilnetz bereits seit Jahren bietet.

Raphael Herzog, Leiter Finanzen/IT bei Herzog Küchen

Latenzanforderungen in Millisekunden für verschiedene Anwendungen

Für Anwendungen, die eine geringe Latenzzeit mit strikten Obergrenzen erfordern, bieten wir Mobile-Private-Network-(MPN-)Lösungen, die am Standort des Kunden bereitgestellt werden. Die Latenz in einem MPN kann natürlich geringer sein als in einem mobilen Makronetz.

Der relativ neue Begriff Operational Technology (OT) steht für Hard- und Software, welche Maschinen und Industrieanlagen überwacht bzw. steuert. Das Hauptaugenmerk von OT ist auf industrielle Anlagen, Prozesse und Ereignisse gerichtet. Ein Programmable Logic Controller (PLC), ist ein für raue Umgebungen optimierter robuster Computer, der für die industrielle Automatisierung (z. B. Fertigung oder Logistik) eingesetzt wird. Bei einigen modernen Fertigungs- oder Logistikanlagen liegen die Latenzanforderungen im Umfeld von OT und PLC im Mikrosekundenbereich (1/1000 Millisekunden). Bei derartigen Anforderungen kann die Installation und Nutzung einer Edge Cloud auf dem Firmencampus unumgänglich sein.

Hohe Datenraten sind ein Muss

Begrenzte Datenraten bzw. limitierte Bandbreiten sind eine häufig genannte Beeinträchtigung, bei der eine Edge Cloud in unmittelbarer Nähe Abhilfe schaffen kann. In Ländern oder Regionen mit schlechter oder mittelmässiger Netzinfrastruktur kann die Verbindung zwischen einer zentralen Cloud und dem Endanwender einen erheblichen Engpass darstellen. Im Swisscom Netz hingegen ist dies nicht der Fall. Stand 2020 bieten wir für 82 % aller Schweizer Haushalte und Unternehmen Festnetzanbindungen mit mindestens 80 MBit/s, für 30 bis 40 % bis zu 500 MBit/s und für 32 % sogar bis zu 10 GBit/s. Wir stellen mobile Internetverbindungen mit 4G+ (bis zu 300 MBit/s) für 99 % der Bevölkerung in der Schweiz bereit, 5G (bis zu 1 GBit/s) für 96 % der Bevölkerung und 5G+ (bis zu 2 GBit/s) in über 500 Gemeinden. Die landesweite durchschnittliche Download-Geschwindigkeit in unserem Mobilnetz betrug 2020 nach Messungen von Ookla 80 MBit/s. Die Upload-Geschwindigkeit lag bei 22 MBit/s. Aktuelle interne Messungen (Februar 2021) haben ergeben, dass sich aufgrund der Einführung von 5G-Mobiltelefonen die durchschnittliche Geschwindigkeit für Downloads auf 230 MBit/s und für Uploads auf 60 MBit/s erhöht hat. Das folgende Diagramm zeigt unsere Pläne für den weiteren Breitbandausbau.

Raphael Herzog, Leiter Finanzen/IT bei Herzog Küchen

Pläne von Swisscom für den Breitbandausbau

Hohe Datenraten und eine zuverlässige Datenübertragung bei Uploads und Downloads sind wesentliche Voraussetzungen für einen umfangreichen Einsatz von Cloud-Lösungen. Swisscom bietet bereits erstklassige Upload-Geschwindigkeiten. Unsere Ambition ist die Unterschiede zwischen Download- und Upload-Geschwindigkeit weiter zu verringern. Im Festnetz streben wir symmetrische Datenübertragungsraten an. Dieses Ziel erreichen wir mithilfe von End-to-End-Glasfaser-Verbindungen (FTTH). Unsere Mobilkonnektivität mit 5G (TDD) bietet aktuell ein Downlink-Uplink-Verhältnis von 4:1.

 

 

Niemals kam es in unserem Transportnetz auch nur annähernd zu einem Engpass. Unser aktuelles Anschlussnetz ist im Vergleich zu unserem Transportnetz leicht überdimensioniert. Mit den bevorstehenden Upgrades unserer Transportnetze wird sich dies sehr bald ändern, sodass hier praktisch unbegrenzte Bandbreiten zur Verfügung stehen.

 

 

Die meisten Rohdaten, welche von Endgeräten am Rand des Netzes produziert werden, haben ohne Verarbeitung keinen grossen Wert, beispielsweise hochfrequente IoT-Signale, welche alle paar Millisekunden erzeugt werden. In der Regel kann dies durch einfache Berechnungen oder Aggregationen substanziell geändert und gleichzeitig das Datenvolumen um mehrere Grössenordnungen reduziert werden. Es gibt diverse Fälle, bei denen eine lokale Datenverarbeitung viel nachhaltiger ist, als riesige Mengen an Rohdaten in die Cloud zu transferieren. In bestimmten Anwendungsfällen kann das generierte Datenvolumen pro Sekunde gigantisch sein (z. B. TBit/s). Falls Edge Computing die jeweils benötigten Szenarien nicht mehr abdeckt, kann eine Edge Cloud auf dem Firmencampus eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative sein.

Datenschutz, Sicherheit und Compliance sind wesentliche Teile des Puzzles

Datenschutz, Sicherheit und Compliance sind Vorteile einer vor Ort installierten Edge Cloud. Bei der Nutzung einer Global-Public-Cloud werden Daten möglicherweise in Drittländern mit anderen rechtlichen Rahmenbedingungen und Datenschutzbestimmungen gespeichert und verarbeitet. Zudem müssen Unternehmen darauf vertrauen, dass die internationalen Anbieter von Cloud-Lösungen die Sicherheit der Daten gewährleisten und den Zugriff durch Unbefugte verhindern. Sicherheit und Datenschutz, stets auf dem neuesten Stand der Technik, stehen im Zentrum des Produkt- und Serviceportfolios von Swisscom. Viele Schweizer Kantonalbanken haben ihre geschäftskritischen IT-Systeme inklusive der Kernbanksysteme vollständig an Swisscom ausgelagert. Sie vertrauen Swisscom seit Jahrzehnten bei der Bereitstellung dieser Dienstleistungen in unseren Rechenzentren. Swisscom erfüllt alle relevanten Sicherheits- und Datenschutzstandards für geschäftskritische Systeme und ist unter anderem nach ISO 27000 und 27001 zertifiziert. Darüber hinaus erfüllt Swisscom für B2B-Kunden die strengen Auflagen, die für Schweizer Banken gefordert sind, darunter die der FINMA (Eidgenössische Finanzmarktaufsicht) und der SWIFT (Society for Worldwide Interbank Financial Telecommunication). Selbst für die kritischsten Anwendungen vertrauen Kunden aus den verschiedensten Branchen seit Jahren auf die Verarbeitung ihrer Daten durch Swisscom unter Einhaltung höchster Compliance- und Sicherheitsstandards. All diese Gründe sprechen dafür, die Swisscom Cloud zu nutzen und Daten in unseren Rechenzentren in der Schweiz verarbeiten zu lassen. Swisscom bietet überdies auch das nötige Know-how für die Überführung und den Betrieb von Kunden-Workloads in Cloud-Umgebungen wie Microsoft Azure und Amazon Web Services (AWS). Und sollte ein Kunde situationsbedingt tatsächlich eine vor Ort installierte Edge Cloud benötigen, steht Swisscom mit Know-how und Dienstleistungen zur Seite.

Unternehmens-Workloads sind geschäftskritisch

Zu guter Letzt wird manchmal einer sogenannten Headless Edge Cloud eine höhere Verfügbarkeit als einer zentralen Cloud nachgesagt. Im Fall eines Netzwerkausfalls aufgrund technischer Probleme oder einer beschädigten Zugangsleitung (z.B. durch Bauarbeiten) kann die Edge Cloud innerhalb eines Unternehmens-LAN weiterhin erreicht werden. Möglicherweise wird sogar ein lokaler Breakout für Sprachanrufe bereitgestellt. Swisscom deckt den Bedarf für hochverfügbare Zugangsleitungen bereits seit über zehn Jahren mit dem Produkt Dualnet ab. Mit Dualnet bieten wir höchstverfügbare, vollständig redundante Anschlüsse und getrennte Wegführung bei einer garantierten Verfügbarkeit von 100 %. Im vergangenen Jahr haben wir zudem wesentlich günstigere Varianten mit vergleichbarem Leistungsspektrum im Rahmen unseres SD-WAN-basierten Enterprise Connect-Angebots eingeführt. Dabei setzen wir auf Application Based Routing, kombinieren einen High-End- und einen Low-End-Zugang und unterstützen Aktiv/Aktiv-Installationen.

 

Dieser Ansatz kann unserer Ansicht nach einer Edge Cloud sogar überlegen sein und den Bedarf nach maximaler Verfügbarkeit besser erfüllen. Nehmen wir das Beispiel eines Spitals, bei dem sich Personen innerhalb des Spitals zwar gegenseitig anrufen können, das Spital aber für Anrufe von aussen nicht erreichbar ist. Ein solches Risiko kann und darf ein Spital nicht eingehen.

Raphael Herzog, Leiter Finanzen/IT bei Herzog Küchen

Swisscom Dualnet bietet vollständig redundante Anschlüsse und getrennte Wegführung für Geschäftskunden

Dennoch existieren Szenarien, die selbst mit Dualnet nicht abgedeckt sind. So könnten beispielsweise die ständig steigenden Anforderungen an die Rechen- und Speicherleistung in Flugzeugen, Schiffen und Zügen durch eine Edge Cloud abgedeckt werden. Grundsätzlich gilt: Wenn die Edge Cloud mobil sein muss, führt kein Weg daran vorbei, sie am «mobilen Standort» bereitzustellen.

 

 

Während die meisten Mobilanbieter weltweit ihr Leistungsangebot nach dem Best-Effort-Prinzip bereitstellen, bietet Swisscom verschiedene SLAs für Inhouse Mobile Services und Mobile Private Networks (MPN). Je nach dem vom Kunden gewählten Service Level können diese SLAs Garantien für QoS, Bandbreite, Latenz und Verfügbarkeit für 4G- und 5G-Implementierungen beinhalten. Der Backhaul für die von Swisscom bereitgestellten MPNs erfolgt immer über Glasfaser. Angesichts der Kapazität unseres Transportnetzes ist ein lokaler Breakout im Allgemeinen keine technische Notwendigkeit. Auf Wunsch des Kunden können wir für die Data Plane eines MPN, das auf dem Kundencampus bereitgestellt wird, einen optionalen lokalen Breakout einrichten.

Schlussfolgerungen und Empfehlungen

 

Edge Clouds bieten für Länder mit grosser geografischer Ausdehnung bzw. schlechter oder unzureichender Netzwerkabdeckung zweifellos offensichtliche Vorteile. Wesentliche Kriterien, welche die Entscheidung für eine vor Ort installierte Edge Cloud beeinflussen, sind: Anforderungen an die Reaktionszeit einschliesslich deterministischer Latenz für Anwendungen, Verfügbarkeit und Kosten lokaler breitbandiger Netzzugänge, der Bedarf an Teilautonomie gegenüber den Kosten einer hochverfügbaren Netzanbindung und die Vertraulichkeit von Daten. Überraschenderweise können sogar die Kosten für rohe Rechenleistung eine Rolle spielen. Die Situation in der Schweiz ist weltweit jedoch einmalig: Swisscom Cloud, Microsoft Azure, Google Cloud und bald auch Amazon Web Services (AWS) stellen in unserer relativ kleinen Nation vollwertige Cloud-Regions zur Verfügung – und Swisscom Kunden greifen über unsere besten Netze darauf zu. Daher können die aktuellsten und neuartigsten Anwendungen sowie Dienste, die auf niedrigste Latenz, höchste Verfügbarkeit, erstklassige Sicherheit und Datenschutz angewiesen sind, bereits heute bereitgestellt werden. Wie dargelegt, besteht in den meisten Fällen weder eine inhärente Notwendigkeit noch ein offensichtlicher Vorteil für eine Edge Cloud auf dem Gelände eines Swisscom Kunden in der Schweiz. Nachhaltige und robuste ICT-Architekturen sind einfach und minimalistisch. Daher ist es nur vernünftig, auf eine Edge Cloud zu verzichten, wenn keine unmittelbare Notwendigkeit besteht. Wir haben sehr stichhaltige Argumente dafür dargelegt, dass die Tendenz in der Schweiz eher in Richtung zentralisiertes Computing geht. Alle in Abbildung  1 dargestellten Anwendungen und viele weitere können die Geschäftskunden von Swisscom bereits heute auch ohne Edge Cloud realisieren.

 

Wir empfehlen Geschäftskunden von Swisscom, in geeignete SLAs für ihre Festnetzanbindungen sowie in Inhouse Mobile Services und Mobile Private Networks zu investieren, um auf dem Firmencampus, in Werkstätten und Fertigungsanlagen sowie unterwegs das beste mobile Erlebnis zu haben. Zum jetzigen Zeitpunkt raten wir von übereilten Investitionen in Edge-Cloud-Produkte in der Schweiz ab. Die Bereitstellung einer 5G-Campus-Lösung ist für Geschäftskunden von Swisscom meistens einfacher, als sie es aufgrund von Erfahrungen im Ausland vielleicht erwarten würden. Sowohl aus globaler Sicht als auch aus Sicht der Swisscom Kunden handelt es sich bei allen in der Schweiz gehosteten Clouds praktisch um Edge Clouds. Davon können unsere Kunden schon heute profitieren.

In «Technology Insights» berichtet das B2B CTO Office von Swisscom regelmässig über aktuelle Themen aus der Welt der Technologie und Innovation, nimmt dazu Stellung und zeigt die Bedeutung und das Angebot für Swisscom Kunden auf.


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