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WLAN-Technologien der Zukunft

01.07.2008
Drahtlose Netzwerke haben bei Privatanwendern längst den kabelbasierten Pendants den Rang abgelaufen. Auch in kleinen Firmen haben sie sich etabliert. Nun setzt die Industrie zum nächsten großen Sprung an: dem kabellosen Computer.

Bereits vor gut 15 Jahren gab es erste Versuche, den Kabelsalat rund um die damaligen Computer in die Mottenkiste zu verbannen: Mithilfe der Infrarot-Technologie wollte die Industrie das seinerzeit übliche Sammelsurium verschiedener Steckerverbindungen am Rechner in die Knie zwingen und gleichzeitig die kabellosen Netze fördern.

Was zunächst noch verheißungsvoll begann, entpuppte sich alsbald mit dem Aufkommen von grafischen Oberflächen, 32-Bit-Betriebssystemen und Multimedia-Inhalten schnell als überholt, denn der Datentransfer zwischen lokalen Systemen mithilfe von Infrarot-Sendern und -Empfängern war nicht den rasant zunehmenden Datenmengen gewachsen. Zudem hatte diese Technologie weitere gravierende Nachteile: Es musste zwischen Sender und Empfänger eine Sichtverbindung bestehen, und die Hersteller verschiedener proprietärer Lösungen schafften es nicht, sich auf einen einheitlichen Standard zu einigen.

Erst in der zweiten Hälfte der Neunziger Jahre kam es zu einem erfolgreicheren Anlauf: Die IEEE verabschiedete mit 802.11 den ersten international gültigen Standard für drahtlose Netzwerke im Jahre 1997. Die aus heutiger Sicht bescheidenen Leistungsdaten der Norm erlaubten ganze 2 MBit/s höchstmögliche Transferrate im 2,4-GHz-Band. Doch ein Anfang war gemacht, und bereits zwei Jahre später erblickte mit der Norm 802.11b die Grundlage für die heute übliche WLAN-Technologie das Licht der Welt.

Aufgrund des durchdachten Designs setzte sich der Standard 802.11b international durch. Entsprechenden Geräten ermöglichten es, über eine Distanz von maximal etwa 100 Metern im Freien und etwa 40 Meter in Gebäuden Daten mit einer maximalen – theoretischen – Rate von 11 MBit/s zu übertragen.

Im gleichen Jahr verabschiedete das Gremium zudem mit der Norm 802.11a eine Weiterentwicklung, die für damalige Verhältnisse rasante Übertragungsraten von maximal 54 MBit/s erlaubte. Dieser Standard verbreitete sich hauptsächlich in den USA und Japan. Das europäische Gegenstück hierzu, der erst 2003 verabschiedete Standard 802.11g, weist zwar ähnliche Leistungsdaten auf, verhält sich jedoch im Gegensatz zu 802.11a abwärtskompatibel zu 802.11b, so dass sich alte Hardware problemlos in WLAN-Anlagen nach dem neuen Standard integrieren ließen.

Die weitere Zunahme der Datenmengen trieb den Ausbau der Standards in diesem Bereich voran, wobei die seit 2003 entwickelte neue Norm 802.11n nun Datenraten von bis zu 320 MBit/s verspricht. Dabei bedienen sich die Entwickler hier verschiedener Tricks, um die Transferrate zu verbessern: Einerseits verwenden Sie sogenannte Trainingssequenzen, die die Verbindungsqualität vor dem Senden der eigentlichen Daten prüfen. Das ermöglicht es Sendeleistung entsprechend anzupassen. Zudem sollen Reflexionen in geschlossenen Räumen, durch die bislang die Daten mehrfach beim Empfänger ankamen, künftig für einen erhöhten Datendurchsatz sorgen. Mehrere Antennen sorgen ebenfalls für verbesserte Datenraten.

Da die WLAN-Technologie nach dem 802.11b/g-Standard das lizenzfreie 2,4-GHz-Band verwendet, ließen sich bislang Interferenzen mit anderen Geräten, die das gleiche Frequenzband nutzen, nicht auszuschließen. Das behinderte das Übertragen von Daten. Die im EDV-Bereich und bei Handys genutzte Bluetooth-Technologie arbeitet beispielsweise im gleichen Frequenzbereich, aber auch die weit verbreiteten Mikrowellenherde und auch viele kabellose Telefone mit Festnetzanschluss nach dem DECT-Standard nutzen das 2,4-GHz-Band.

Der neue Standard beherrscht daher zusätzlich das automatische Abstimmen der Frequenz mit Bluetooth-Geräten, die sich in der Nähe befinden. Schließlich erlaubt es der Aggregationsmodus der neuen WLAN-Technik, mehrere Datenpakete zusammenzufassen, um weniger Überhang durch Header-Dateien zu verursachen. Die 802.11n-Norm steht bislang noch in den Startlöchern. Von ihr existiert erst eine so genannter Draft 2.0. Beim Kauf beschränken Sie sich am besten nur auf solche Geräte, die dieser Draft-2.0-Norm entsprechen.

Manche Hersteller werben mit enormen Datenraten und vergessen jedoch dabei anzugeben, dass es sich hierbei um proprietäre Technologien und Erweiterungen handelt. Mit solchen Geräten stehen Sie, sofern diese sich nicht standardkonform verhalten, schnell auf dem technologischen Abstellgleis: Die versprochenen Übertragungsgeschwindigkeiten erzielen Sie nur im Zusammenspiel mit anderen Geräten des gleichen Herstellers.

Kurzstreckenflüge

Während also die umständlichen Verkabelungen im heimischen Netz zwischen Switch und den einzelnen Rechnern somit nahezu der Vergangenheit angehören, verbinden immer noch zahlreiche Kabel den Rechner mit den vielen Peripheriegeräten. Hier schickt sich nunmehr die Bluetooth-Technologie an, diesen Zustand zu ändern. Ursprünglich im Jahre 1994 von Ericsson und Nokia entwickelt, sollte Bluetooth hauptsächlich Kleingeräte drahtlos miteinander verbinden, wobei die Entwickler natürlich primär an Handys dachten.

Heute zählen unter anderem digitale Diktiergeräte, Computer-Mäuse und Tastaturen sowie auch mobile MP3-Player zu den Bluetooth-fähigen Geräten. Beim Entwickeln legten die Macher weniger Wert auf hohe Datenübertragungsraten als vielmehr auf einen niedrigen Energieverbrauch und kurze Latenzzeiten. Mit Bluetooth in der Version 1 konnten maximal acht Geräte ohne Sichtkontakt auf kurze Strecken miteinander kommunizieren. Dabei überbrückten zwei Geräte in der stärksten Leistungsklasse bei einer Sendeleistung von 100 mW maximale Entfernungen von etwa 100 Metern.

Um Störungen durch andere Nutzer des 2,4 GHz-Frequenzbandes zu vermeiden, beherrscht Bluetooth das sogenannte Frequenz-Hopping, bei dem die Geräte zwischen verschiedenen Frequenzkanälen hin- und herschalten. Ab Version 2 stieg die bislang sehr bescheidene Datenrate von gerade 1 MBit/s auf 3 MBit/s. Außerdem hielt eine effizientere Verschlüsselung Einzug. Ab Version 2.1 vereinfachte sich zudem das bislang umständliche Koppeln der Geräte drastisch.

Ultra-Wideband

Bereits in den Startlöchern steht zudem das sogenannte Ultra-Wideband (UWB) oder auch W-USB (Wireless USB), das in der Norm 802.15.3a spezifiziert ist. Setzt sich diese Kurzstreckentechnologie als drahtloser USB-Nachfolger durch, fallen künftig die vielen USB-Anschlüsse an modernen Rechnern und deren Hubs weg. Zusätzlich ergänzt die Technologie Bluetooth. UWB arbeitet im Frequenzbereich von 3,1 bis 10,6 GHz und ist daher von den Regulierungsbehörden zu lizenzieren.

In Deutschland hat die Bundesnetzagentur im Januar 2008 den Frequenzbereich von 6,0 bis 8,5 GHz für UWB freigegeben. Gemäß der Norm liegt die Signalstärke im gesamten verfügbaren Frequenzspektrum bei zehn Nanowatt. Da nur die UWB-Empfänger die Signale über diesen weiten Bereich empfangen, stört der UWB-Dienst keine anderen Dienste, die in Teilbereichen des Bandes arbeiten. Zudem arbeitet UWB impulsgesteuert und daher frequenzunabhängig.

Die maximale Datenrate liegt wie bei der herkömmlichen kabelbasierten USB-2.0-Spezifikation bei 480 MBit/s bei bis zu drei Metern Distanz zwischen Sender und Empfänger. Damit auch alte Geräte mit Anschlüssen nach dem USB-Standard bei der neuen Technologie mitspielen, ermöglichen sogenannte Device-Wire-Adapter (für das angeschlossene USB-Gerät) und Host-Wire-Adapter (für den USB-Host) das Einbinden der alten Hardware ins Kurzstreckennetz. Eine Bridge bietet darüber hinaus die Möglichkeit, Bluetooth-Geräte zu integrieren. Im Falle des UWB hat die Zukunft bereits begonnen: Erste Notebooks von Lenovo mit UWB-Sende- und Empfangseinheit liegen in den USA bereits in den Läden.

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