Einwurf zum 2. Entwurf des neuen WLAN-Standards IEEE 802.11n

Mehr Performance durch die MIMO-Technologie – Indoor- Speed durch Reflexionen

Der erste Entwurf (Draft) des Standards IEEE 802.11n, wurde am 20. Januar 2006 verabschiedet. Er wird nach der endgültigen Festlegung eine Technik zum Aufbau von drahtlosen lokalen Netzwerken definieren. Dazu werden mehrere Sende- und Empfangsantennen eingesetzt. Auch wird in Hinblick auf mobile Anwendungen ein geringerer Stromverbrauch spezifiziert. Der jetzt anstehende zweite Entwurf (Draft2.0) wird genauere Vorgaben setzen und den Herstellern in der Auslegung weniger Freiraum lassen, wodurch die bisher nur bedingte Kompatibilität verbessert werden soll.

Vorsprung sichern

Ungeachtet des bis heute noch im Entwurf befindlichen n-Standards, haben so gut wie alle namhaften Unternehmen entsprechende Geräte auf den Markt gebracht, sogenannte Pre-n-WLAN-Produkte. Die Startblöcke sind also schon verlassen worden, obwohl die nötige Übereinstimmung im Lager der beteiligten Mitglieder der 802.11n-Kommission fehlt. Die beiden beteiligten „Fraktionen“, zum einen die WWiSE (WorldWide Spectrum Efficiency) um Texas Instruments, Broadcom und Conexant und zum anderen die TGn Sync eine zweite Gruppe um Intel, Atheros, Cisco und einigen Chipentwicklern, wollen jedoch noch Mitte dieses Jahres zu einer umfassenden Übereinkunft gelangen. WWISE möchte mit 20 oder 40 MHz breiten Funkkanälen und zwei bis vier Sender-/Empfängerzügen arbeiten und in der höchsten Ausbaustufe bis zu 540 Mbit/s brutto erreichen. TGn Sync will dagegen mit einer zusätzlichen Stufe (10, 20 und 40 MHz) arbeiten und durch Verbesserungen am MAC (Media Access Controller) will man die Bruttodatenrate mit 600 Mbit/s noch ein Quäntchen höher treiben als WWiSE. Welche Technik sich auch durchsetzt, das IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) will in jedem Fall sicherstellen, dass neue Basisstationen auch mit älteren Clients zusammenarbeiten, die nach 802.11g oder 802.11b funken und darüber hinaus auch keine anderen WLAN-Netzwerke negativ beeinflussen.

Warum bis heute keine verbindliche Einigung zustande kam, liegt neben den technischen Differenzen und dem Lizenzgerangel im Hintergrund, scheinbar auch am Machtpoker der Beteiligten. Welche Gründe dafür momentan noch ausschlaggebend sein mögen, die Verzögerung ist aus Handelssicht besonders unerträglich im Hinblick auf den mehr als reizvollen Wireless-Markt mit seinem gewaltigen Umsatzpotential.

MIMO

Die beim 802.11n Standard verwendete MIMO-Technologie (Multiple Inputs – Multiple Outputs) überlagert die Signale mehrerer Funkgeräte und vervielfacht so die effektive Datenrate. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Wireless-Netzwerktechnologien, bei denen sich Signalreflexionen störend auswirken, nutzt die MIMOTechnologie diese Reflexionen, um die Reichweite zu erhöhen und tote Punkte im Empfangsbereich zu beseitigen. Dies ermöglicht WLAN-Verbindungen mit einer bis zu vierfachen Reichweite gegenüber standardmäßigen G-Systemen. Mit 802.11.n wird mit zunehmender Entfernung der Geschwindigkeitsvorteil umso größer. Wireless-N funktioniert einwandfrei mit Wireless-G- und B-Geräten. Wenn jedoch beide Enden der Verbindung mit N-WLAN ausgestattet sind, kann die Durchsatzrate des Gateways noch weiter gesteigert werden, da doppelt so viel Funkband verwendet und die zehn- bis zwölffache Geschwindigkeit von standardmäßigem 802.11g erreicht werden kann. Im Gegensatz zu anderen Technologien zur Steigerung der Geschwindigkeit kann 802.11n diesen Double Speed- Modus für Wireless-N-Geräte automatisch aktivieren und dabei eine Verbindung zu anderen Geräten mit ihrer jeweils höchsten Geschwindigkeit aufrecht erhalten. In überlasteten Bereichen sucht der Router zunächst nach anderen WLAN-Geräten, bevor er das Funkband nutzt.

802.11b und 802.11a/g

Auf 802.11 folgten zwei neue Generationen: 802.11b mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 11 MBit/s sowie 802.11a/g, jeweils mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 54 MBit/s.

Die Standards 802.11a (5 GHz) und 802.11g (2,4 GHz) nutzen Techniken, die das Funkspektrum in mehrere parallele Übertragungskanäle aufteilen. Dabei wird besonders darauf geachtet, Interferenzen zwischen benachbarten Kanälen zu vermeiden und die Datenströme auf alle Kanäle aufzuteilen, so dass lokale Interferenzen möglichst wenig negative Auswirkungen haben. Die beiden Techniken sind nach dem heutigen Stand der Entwicklungen bereits ausgereizt. Schnellere Netzwerke verlangen demzufolge entweder nach mehr Kanälen, breiteren Kanälen, oder nach beidem in Kombination.

802.11n: MIMO+Reflexionen : Algorithmen = WLAN-High-Speed

Der neue 802.11n-Standard wird beide Möglichkeiten nutzen. Zusätzliche Kanäle nebeneinander in den international zugewiesenen Frequenzbändern bei 2,4 GHz und 5 GHz unterzubringen ist nicht möglich. Deswegen überlagert 802.11n mehrere Kanäle auf den gleichen Frequenzen durch mehrere Sender und Empfänger. Dieses Verfahren (MIMO) funktioniert so, dass die minimalen Laufzeitunterschiede bei den physischen Abständen zwischen Sende- und Empfangsantenne genutzt werden, um die Signale auseinander zuhalten. Sobald das Netzwerk berechnet hat, wie groß die Differenzen sind, kann es mit exakt definierten Algorithmen die kombinierten Signale von jedem Kanal extrahieren, auch wenn sie die selbe Frequenz nutzen.

Bei diesem Verfahren ist die exakte Antennenpositionierung für eine maximale Leistung überaus wichtig. Eine vertikale oder horizontale Drehung der Antennen um 45 oder 90 Grad kann das Ergebnis stark beeinflussen. Ansonsten gelten die bereits bekannten Empfehlungen für das optimieren der Sende- und Empfangsqualität.

Die Einbeziehung der Mehrwegeausbreitung führt zu einer deutlich größeren Reichweite, als sie Wireless- G-Produkte ermöglichen. Der 802.11n-Entwurf ist zudem abwärtskompatibel mit den aktuellen 802.11bund g-Produkten. Je nach Hersteller, wird aber in einem bestehenden Hi-Speed-WLAN durch die Integration von 802.11-b oder -g Komponenten die Netzwerkgeschwindigkeit insgesamt vom langsamsten Gerät bestimmt.

QoS – Ein Performanceabfall kommt nicht in Frage

Ein integriertes Management für die Dienstgüte oder Quality of Service (QoS), soll für ruckfreie Sprach- und Videoübertragung sorgen. Ein besonderer Vorteil zeigt sich bei der Nutzung von Produkten unterschiedlicher Standards in ein und derselben Wireless-N-LAN Umgebung: In diesem Fall fällt die Geschwindigkeit nicht auf den kleinsten gemeinsamen Nenner ab, vielmehr ermöglichen die meisten Wireless-N-Router (zum Beispiel D-Link) allen Teilnehmern die Kommunikation mit dem Router auf deren höchstmöglichen Geschwindigkeitsniveau.

Um diese zuverlässige und unterbrechungsfreie Datenübertragung zu gewährleisten, bieten diese Router die Möglichkeit der Daten-Priorisierung durch die Quality of Service (QoS) - Technologie. Herkömmliche Router fassen jeglichen Datenverkehr, ob über Kabel oder Funk, zu einem einzigen Datenfluss zusammen. Hierdurch kann es bei Anwendungen wie Video Streaming, VoIP oder Online-Spielen zu Unterbrechungen oder Verzögerungen kommen.

Die neuen QoS-Router erkennen solche Datenpakete und bevorzugt diese, so dass sie schneller verarbeitet und gesendet werden können. Darüber hinaus gibt es noch weitere Funktionen zur Datenpriorisierung. Mit WMM (WiFi Multimedia) werden bereits im Wireless LAN zeitkritische Anwendungen priorisiert. Eine weitere Funktion analysiert Datenströme und sorgt dynamisch dafür, dass jeder Verbindung ausreichend Bandbreite zur Verfügung steht.

Fazit: Durch HD-Video, Video, Fotos, Musik, VolP, Online- Games und andere Daten steigen die Anforderungen an die Performance auch im Wireless-LAN. Der neue Standard IEEE802.11n ist leider noch nicht ganz in den bekannten „trockenen Tüchern“, zum Ärger von IT-Industrie, Händlern und Endkunden. Alle namhaften Hersteller sind frühzeitig auf den HighSpeed-Zug aufgesprungen um sich wichtige Marktanteile in diesem lukrativen IT-Segment zu sichern. Solange sich aber die zuständigen Kommissionen nicht auf einen stabilen einheitlichen Standard einigen können, wird der Absatz der 802.11-Geräte nur sehr langsam anlaufen. Die Unsicherheit der Händler wird dazu nicht unerheblich beitragen. Die von Asus jüngst ankündigte Hardwareaustausch- Garantie im Bereich 802.11n, und Intels noch unklare Strategie diesbezüglich geben keine Gründe zur Euphorie. Selbst die Ankündigung von AVM, die Fritz!Box 7270 schon im Sommer 2007 zu liefern, oder Apples mutiges Bestücken ihrer Macs, geben noch keinen Hinweis darauf, ob in Zukunft eventuelle Änderungen im Hardwarebereich erforderlich sind oder ob Neuerungen lediglich durch Firmwareupdates einzuspielen sind. Es wird also höchste Zeit, die Vorschläge der Experten zur Anpassung schnell und klar und möglichst unpolitisch umzusetzen.

Neben der Leistungssteigerung steht durch den schnell wachsenden WLAN-Markt auch der Sicherheitsaspekt im Focus. Die Hersteller haben in den vergangenen drei Jahren Methoden entwickelt, die es auch dem Laien ermöglichen drahtlose Netzwerke einfach aber effektiv selbstständig einzurichten. Diese Verfahren nennen sich dann je nach Anbieter beispielsweise JumpStart, Secure Easy Setup, AOSS oder WPS.

Die Technik ist in beiden Bereichen vorhanden, nur die einheitliche Umsetzung lässt leider noch auf sich warten. Die Kombination der beiden Frequenzbänder, 2,4 GHz und 5 GHz (in unserer WLAN-Router-Übersicht nur das Gerät von AVM) in einem Gerät macht Sinn und lässt für die Zukunft viele Optionen offen. „Smart- Frequency-Band-Switching“ könnte die Lösung im neuen WLAN-Standard 802.11n sein und zu dem nötigen Konsens unter den Mitgliedern im EWC-Gremium führen. Wir können es kaum erwarten.

Quelle: Profiler Link

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