Hub and Spoke

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Der Begriff Hub and Spoke, Speichenarchitektur bzw. Nabe-Speiche wird im Transportwesen und in der Informationstechnik benutzt. Allgemein ist damit gemeint, dass die Verbindung zwischen zwei Endknoten A und B nicht direkt, sondern über einen Zentralknoten Z, die Nabe (englisch: hub), geführt wird. Die Verbindungen der Endknoten A, B zum Knoten Z bezeichnet man hierbei als Speichen (englisch: spokes). Bei einem System mit mehreren Hubs führt der Weg von einem Knoten A im Bereich des Hubs Z1 zu einem Knoten B im Bereich des Hubs Z2 von A über Z1 und Z2 nach B, auch wenn die direkte Verbindung A nach B kürzer und technisch machbar wäre. Dabei die Transportkosten zu minimieren ist Gegenstand des Umladeproblems, ein Optimierungsproblem aus dem Bereich der Logistik.

Hub and Spoke

Hub and Spoke im Transportwesen[Bearbeiten]

Unter Hub and Spoke versteht man im Transportwesen eine sternförmige Anordnung von Transportwegen, wobei diese alle auf einen beziehungsweise von einem zentralen Knotenpunkt in alle Himmelsrichtungen verlaufen, um die Fläche bedienen zu können (Sterntopologie).

Man unterscheidet Hub-and-Spoke-Systeme mit Einfachzuordnung (Single Allocation) und Mehrfachzuordnung (Multiple Allocation). Bei Einfachzuordnung besitzt jede Quelle und jede Senke genau eine Verbindung zu genau einem Hub. Bei Mehrfachzuordnung können Quellen und Senken zu mehreren Hubs Verbindungen aufbauen. Die Einfachzuordnung ist folglich ein Sonderfall der Mehrfachzuordnung. Darüber hinaus gibt es Hub&Spoke-Systeme ohne Direktverbindungen (reine Hub&Spoke-Systeme) und Systeme mit Direktverbindungen (hybride Hub&Spoke-Systeme) zwischen den Nichthubknoten.

Anwendung fand dieses System Ende der 1970er-Jahre im kommerziellen Luftfrachtverkehr innerhalb der USA. Grund dafür war und ist die Bündelung von Verkehrsströmen und der entsprechenden Nachfrage, so dass es zur Optimierung von Auslastung der eingesetzten Transportfahrzeuge kommt, indem Leerfahrten oder Leerflüge vermieden werden. Durch das System wird das Gesetz der Fixkostendegression genutzt, somit Kosteneinsparung im Gegensatz zur Anwendung von Point-to-Point-Verkehren (Direktverbindungen). Ein Nachteil dieses Systems ist, dass sich der Transportweg verglichen mit einem Direktverkehr von Punkt A nach Punkt B verlängert. (Siehe auch Transportnetzstruktur)

Von Bedeutung ist dieses System bei fast allen Verkehrsmitteln:

  • Seeverkehr, wobei es dort indirekt angewendet wird bei Feederverkehren
  • Luftfrachtverkehr, z. B. bei den großen Kurier-Express-Paket-Dienste (KEP-Dienste) wie UPS oder der Deutschen Post. Bei der Deutschen Post wird Frankfurt am Main als ein Hub für den Luftfrachtverkehr eingesetzt. Bei UPS ist es der Köln/Bonn Airport.
  • Eisenbahnpersonenverkehr: hauptsächlich im Fernverkehr Konzentration auf die Verbindungen zwischen den Flughafenstandorten und damit verbundener Stilllegung kürzerer direkter Fernverbindungen (Beispiel: HagenFrankfurt am Main über Köln statt bisher SiegenGießen) und daher Abkoppelung auch solcher größeren Städte vom Eisenbahnfernverkehr bei auf den direkten Strecken verbleibendem Nahverkehr mit kürzeren Laufwegen und zusätzlichen Halten der einzelnen Züge mit daher zusätzlich notwendigem Umsteigen sowie Fahrpreisberechnung ausschließlich über den Hub auch bei Benützung der kürzeren direkten Strecke; außerdem Stilllegung von kürzeren, in der Nähe von Hubs, aber quer zu diesen liegenden Strecken;
  • Schienengüterverkehr: sowohl im Einzelwagenladungsverkehr mit Konzentration auf sehr wenige Rangierbahnhöfe als Hubs als auch bei Containerverkehren im Kombinierten Verkehr.
  • Straßengüterverkehr, bei allen Sammelgutspeditionsunternehmen, um in Deutschland einen 24-h- und europaweit einen 48-h-Transport (Sammelgutverkehr) anbieten zu können.
  • Ein weiteres Anwendungsgebiet stellen Paketdienstleister dar. Hierbei werden die im Nebenlauf in den Depots eingesammelten Pakete im sogenannten Hauptlauf konsolidiert und über einen Hub umgeschlagen. Die Speichen (Spoke) stellen somit die Verbindungen des Hubs zu den Depots dar. Meist findet man aber eine Mischform der beiden Netzwerkalternativen vor, Depots mit einer hohen wechselseitigen Beziehung durch ein hohes Paketaufkommen zwischen den beiden werden meist durch Point-to-Point Verbindungen, auch Direktverkehre genannt, miteinander verbunden; über den Hub laufen vor allem jene Pakete, deren Absender- oder Empfängerdepots keine kompletten LKW-Ladungen ausmachen.

Auch Systeme mit mehreren Hubs, die untereinander wieder mittels Direktverkehren verbunden sind, sind möglich. Ein Beispiel hierfür ist das Netzwerk von GLS Germany; das Unternehmen bezeichnet die Hubs als 'zentrale Umschlagspunkte' (ZUP).

Im motorisierten Individualverkehr ist das Hub-and-Spoke-Verfahren nahezu bedeutungslos, da der Autofahrer üblicherweise die kürzeste Strecke (allenfalls mit kleineren Umwegen über Autobahnen statt Landstraßen) fährt. Anders jedoch beim akquirierten Mitfahren ("Autostoppen"), wo je nach Methode und Verkehrslage Städte, Autobahnstationen und Grenzübergange Hub-Eigenschaften bekommen.

Hub and Spoke in der kommerziellen Passagierluftfahrt[Bearbeiten]

Nahezu alle großen Verkehrsfluggesellschaften setzen an ihren Drehkreuzen das Hub-and-Spoke-Verfahren für all ihre Flüge ein. Ausnahme sind dabei die in den 1980er Jahren aufgekommenen und seit den 90er Jahren boomenden sog. Billigfluggesellschaften, die zum größten Teil Point-to-Point-Verbindungen anbieten. Durch das Hub-and-Spoke-Verfahren ist es im Unterschied zum Point-to-Point-Verfahren möglich, eine weitaus größere Anzahl an Verbindungen, allerdings mit entsprechend häufigerer Umsteigenotwendigkeit, anzubieten.

Rechnerisch[Bearbeiten]

Ein System von Transportendpunkten mit den Verbindungswegen kann als ungerichteter Graph ohne Mehrfachkanten abstrahiert werden. Für die Anzahl der nötigen Verbindungen, um alle n Knoten je paarweise miteinander zu verbinden ergibt sich:

Bei Hub-and-Spoke-Verkehr:

n-1 Verbindungen, die Komplexität ist O(n)

Bei ausschließlichem P-P Verkehr:

(n - 1) + (n - 2) +...+ 1 = [n * (n - 1)] / 2 Verbindungen, die Komplexität ist O(n2)

Bei Hub-and-Spoke-Verkehr mit x Hubs:

maximal n-x+[x*(x - 1)] Verbindungen

Beispiel mit Flughäfen[Bearbeiten]

In einem System von n=10 Flughäfen ist die Anzahl der nötigen unterschiedlichen Einzelverbindungen, um alle Flughäfen über ein daraus ausgewähltes zentrales Drehkreuz miteinander zu verbinden 9, während für P-P-Transporte 9 + 8 + ... + 2 + 1 = [10 * ( 9 )] / 2 = 45 verschiedene Flugverbindungen nötig wären.

Hub and Spoke in der Informationstechnik[Bearbeiten]

Enterprise Application Integration[Bearbeiten]

Als Hub-and-Spoke-Architektur oder Nabe-und-Speichen-Architektur in der Informationstechnik bezeichnet man eine Form der Integration von Geschäftsfunktionen auf der Basis von Meldungsaustausch oder Service-Anfragen, bei der aller Datenverkehr über eine zentrale Integrationsplattform geleitet wird. Sie ist eine der möglichen Topologien für die Enterprise Application Integration. Man spricht hierbei auch vom Business Bus, wobei die Begriffe nicht vollständig synonym sind.

Netzwerktechnik[Bearbeiten]

In der Netzwerktechnik spielt die Sterntopologie eine wesentliche Rolle in der Vernetzung mit Hilfe von Twisted Pair-Verkabelungen. Dabei werden die einzelnen Netzknoten jeweils mit zentralen Hubs oder Switches verbunden, die ihrerseits wieder untereinander verbunden sind. Dabei wird der Begriff Hub in der Netzwerktechnik in erster Linie für einen bestimmten Gerätetyp für die zentralen Netzknoten verwendet. Dieser Gerätetyp spielt allerdings in größeren Netzen oder beim Neuaufbau von Netzen nur noch eine untergeordnete Rolle und wird weitestgehend durch Switches ersetzt. Die Netztopologie ändert sich dadurch jedoch nicht, sodass Switches topologisch gesehen ebenfalls Hubs sind.

Telefonie[Bearbeiten]

Telefonnetze sind ebenfalls weitestgehend in Form einer Hub-and-Spoke-Topologie aufgebaut. Dabei bilden die Vermittlungsstellen und Telefonanlagen die Hubs und die Endgeräte die Spokes. Im Bereich der digitalen Telefonie auf Basis von ISDN gibt es aber auch Bus-Architekturen.

Weblinks[Bearbeiten]