Digitale Infrastrukturen
Erstellt am: 24.06.2015 | Stand des Wissens: 21.04.2020
Ansprechperson
Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck
Das Angebot von digitalen Diensten ist auf die Verfügbarkeit leistungsfähiger Übertragungsinfrastrukturen und Endsysteme (dezentral zum Beispiel Personal Computer (persönlicher Rechner, PC), Smartphone und Tablet, zentral zum Beispiel Server) angewiesen.
Bei den Infrastrukturen für die Datenübertragung kann zwischen den Übertragungsleitungen (beziehungsweise Übertragungsnetzen) und Vermittlungselementen unterschieden werden. Grundsätzlich sind Übertragungsnetze hierarchisch aufgebaut, wobei grundlegend zwischen Kernnetzen ("Backbones"), Konzentrationsnetzen und Anschlussnetzen unterschieden werden kann [ZWB13].
Während in den Kernnetzen nahezu ausschließlich Glasfaser verwendet wird, zeichnen sich die Konzentrationsnetze und die Anschlussnetze durch eine größere Vielfalt an Technologien aus. Insbesondere bei den Anschlussnetzen kann nach leitungsgebundenen Technologien und Funktechnologien (Mobilfunk) unterschieden werden. In Deutschland ist Digital-Subscriber-Line (DSL) über Kupferleitungen nach wie vor die vorherrschende Technologie bei leitungsgebundenen Anschlussnetzen. Die mögliche Übertragungsgeschwindigkeit bei DSL-Anschlüssen wird zum einen durch die Leitungen im Konzentrationsnetz (Kupfer oder Glasfaser) und zum anderen durch die Länge der Leitung im Anschlussnetz determiniert. Zudem kann die Übertragungsrate durch das so genannte Vectoring erhöht werden. Maximal erreichbare Übertragungsgeschwindigkeiten im Downstream variieren zwischen 8 Megabits pro Sekunde bei Asymmetric-Digital-Subscriber-Line (ADSL) und 50 Megabits pro Sekunde bei Very-High-Speed-Digital-Subscriber-Line (VDSL2). Allerdings ist aufgrund der Leitungsdämpfung bei einer Länge der Teilnehmeranschlussleitung von 5 Kilometern unabhängig von der DSL-Technologie nur noch eine Bandbreite von 1 bis 2 Megabits pro Sekunde realisierbar [ZWB13].
Neben Kupferleitungen kommen Koaxialkabel und Glasfaser als Leitungen im Anschlussnetz zum Einsatz. Koaxialkabel, die ursprünglich zur Verbreitung von Fernsehen und Radio verlegt wurden, können durch die Spezifikation Data-Over-Cable-Service-Interface-Specification (DOCSIS) auch zur bidirektionalen Übertragung von digitalen Daten genutzt werden und erreichen dabei Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen 100 und 200 Megabits pro Sekunde. Der Anteil von Glasfaser in Deutschland im Anschlussnetz ist zurzeit noch sehr gering; hier sind Lettland, Schweden und Litauen mit mehr als 40% Anschlüssen Marktführer [FTTH17].
Durch einen Ausbau könnten sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeiten von 1 Gigabit pro Sekunde und mehr angeboten werden. Bei den Funktechnologien haben Universal-Mobile-Telecommunication-Service (UMTS), High-Speed-Packet-Access (HSPA), Long-Term-Evolution (LTE), 5G und drahtlose lokale Netzwerke (Wireless Local Area Network, WLAN) eine hohe Verbreitung.
In Abbildung 1 sind die maximalen Übertragungsgeschwindigkeiten für verschiedene Übertragungstechnologien dargestellt.
Abb. 1: Mögliche Download-Bandbreiten der unterschiedlichen Zugangstechnologien inklusive aktueller Zielwert der Bundesregierung bei 50 Megabits pro Sekunde [BMWi11p]
Neben den grundlegenden Eigenschaften der Technologien ist auch die räumliche Abdeckung für die Nutzung digitaler Dienste von entscheidender Bedeutung. Hier gibt es insbesondere in ländlichen Bereichen Lücken in der Versorgung mit breitbandigen Technologien.
Abb. 1: Mögliche Download-Bandbreiten der unterschiedlichen Zugangstechnologien inklusive aktueller Zielwert der Bundesregierung bei 50 Megabits pro Sekunde [BMWi11p]
Neben den grundlegenden Eigenschaften der Technologien ist auch die räumliche Abdeckung für die Nutzung digitaler Dienste von entscheidender Bedeutung. Hier gibt es insbesondere in ländlichen Bereichen Lücken in der Versorgung mit breitbandigen Technologien.
Endsysteme bei den Nutzenden, wie PC, Smartphone und Tablet, sowie zentrale Server zur Speicherung und Verarbeitung digitaler Daten inklusive der benötigten Software sind für die digitalen Dienste ebenso wichtig wie leistungsfähige Übertragungsinfrastrukturen. Endsysteme benötigen ein Betriebssystem, um die Hardware und Softwareanwendungen (Applikationen oder "Apps") miteinander zu verknüpfen. Häufig gibt es nur eine relativ geringe Anzahl von Betriebssystemen für die verschiedenen Arten von Endsystemen. Während bei PCs nach wie vor Windows den weitaus größten Anteil hat, sind bei mobilen Endgeräten Android und iOS die am weitesten verbreiteten Betriebssysteme. In Abbildung 2 sind die Marktanteile der Betriebssysteme für Smartphones dargestellt.
Abb. 2: Marktanteile der Smartphone-Betriebssysteme in Deutschland im Jahr 2020 (Stand: Januar) (eigene Darstellung basierend auf [STAT20c])