WLAN: So sieht die Zukunft des Funknetzwerks aus

Die Stärke von Wireless LAN (WLAN) ist kabellose Konnektivität. Die Schwächen sind im Vergleich zum Kabel die schmale Bandbreite und die geringe Reichweite. Unschlagbar sind Drahtlosnetzwerke aber überall da, wo es darum geht, Geräte mit wenig Aufwand zu vernetzen - speziell wenn diese nicht stationär an einem Ort wie dem Schreibtisch stehen.

WLAN (Wi-Fi) ist eine Sonderform von Ethernet und hat den gleichen Vorfahr, der vor 40 Jahren an der Universität von Hawaii in Betrieb ging: Das Alohanet diente dazu, verschiedene Außenstellen auf entfernten Inseln mit einem Zentralrechner auf der Hauptinsel Oahu zu verbinden. Anders als das ebenfalls im Aufbau begriffene Arpanet, Vorläufer des Internets, machte Alohanet die Netzwerkverbindung per Funkstrecke zu einem gemeinsam genutzten Übertragungsweg. Während im Arpanet eine Station nur mit einer anderen direkt über ein Kabel kommunizieren konnte, waren im Alohanet alle Teilnehmer auf einer gemeinsamen Frequenz zu einer Station verbunden - heute würde man dies den "Access Point" nennen. Eine weitere Besonderheit war die Hardware, die mit handelsüblichem Amateurfunk-Equipment realisiert wurde. Das verwendete Band umfasste eine Broadcast-Frequenz um 413.475 MHz und einen Datenkanal um 407.350 MHz. Darauf funkten alle Teilnehmer gleichzeitig, und der Access Point erkannte dabei Paketkollisionen. Im Falle einer Kollision bekam die Sendestation keine Empfangsbestätigung und legte eine kurze Wartezeit zufälliger Länge ein, um das Paket noch einmal zu senden. So ließ sich immerhin schon eine Übertragungsrate von 9600 Bit/s erreichen.

Die 802.11-Standards für Funknetzwerke

Damit sich aus Alohanet ein Funkstandard für höhere Bandbreiten entwickeln konnte, war noch ein größeres Frequenzband erforderlich. 1985 erlaubte die US-Regulierungsbehörde FCC die lizenzfreie Nutzung von "schmutzigen" Bändern im Gigahertz-Bereich. Diese Frequenzen um 900 MHz, 2,4 GHz und 5 GHz wurden vordem kaum für Kommunikation verwendet, zumal sich hier schon eine Menge Störsender befinden, beispielsweise Mikrowellenöfen und Babyphones. 1988 nutzte der Hardwarekonzern NCR das Spektrum, um Registrierkassen drahtlos zu verbinden, und daraus entstand schließlich der Standard IEEE 802.11. Um die Probleme mit den zahlreichen Störsendern im freien Frequenzspektrum zu umgehen, baut die Technologie auf Frequenzspreizung auf, die ein Signal auf einen größeren Frequenzbereich dehnt und damit weniger störanfällig macht.

Die technische Gestaltung des Funknetzstandards liegt beim Berufsverband der Elektrotechnik- und Elektronik-Ingenieure (IEEE) und ist dort Aufgabe der Arbeitsgruppen zu 802.11. Deren Spezifikationen unterliegen einer stetigen, wenn auch langsamen Weiterentwicklung.

Übersicht: Aufbau eines Funknetzwerks

WLAN unterstützt in den bisherigen Unterstandards 802.11a/b/g/n zwei Übertragungsmethoden: Infrastrukturnetzwerk und Ad-hoc-Verbindungen. Im WLAN greifen Teilnehmer im Infrastrukturmodus über einen zentralen Access Point auf das Netzwerk zu, im Heimnetzwerk üblicherweise der WLAN-Router. Dieser sendet an alle Geräte in Reichweite etwa zehn Mal in der Sekunde einen Beacon - den Herzschlag des Netzwerks. Dabei handelt es sich um ein passives Grundsignal, das Teilnehmern die Verfügbarkeit eines Funknetzwerks mitteilt, sowie Netzwerknamen (SSID), MAC-Adresse des Access Points, Angaben zur Übertragungsrate und Verschlüsselungsmethode.

Ad-hoc dient dazu, ohne zentralen Zugangspunkt direkt eine Verbindung zu einem anderen Teilnehmer aufzubauen, etwa für den Austausch einiger Dateien. Die Koordination aller Details wie Übertragungsrate und Verschlüsselung machen beide Teilnehmer direkt unter sich aus und informieren sich auch nicht über andere Geräte im Netzwerk. Die beiden Modi sind exklusiv, eine gleichzeitige Nutzung von Infrastruktur und Ad-hoc unterstützen die aktuellen Standards noch nicht.

Wenn die Funkverbindung steht, bekommen die verbundenen Geräte auf Netzwerkebene ihre IP-Adressen zugeteilt, falls ein DHCP-Server vorhanden ist, oder melden sich mit fester IP-Adresse an. Da in Funknetzen durch Störungen viele Übertragungsprobleme auftreten, rutscht ein nicht unerheblicher Teil der gesendeten Daten in die Fehlerkorrektur: Rund die Hälfte der Brutto-Datenrate geht für Redundanz und Übertragungswiederholung drauf.

Ausblick: Direktverbindung mit 802.11ad

Nicht für gemeinsame Drahtlosnetzwerke, sondern für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen wird parallel zu 802.11ac bereits der kommende Standard 802.11ad entwickelt. Obwohl sich die Bezeichnung nur in einem Buchstaben unterscheidet, geht es dem Standard mit dem griffigen Alias "WiGig" doch um etwas ganz anderes: 802.11ad soll USB-, SATA- und HDMI-Kabel überflüssig machen und Geräte untereinander verbinden - über kurze Abstände.

Aus diesem Grund kommt bei dieser Übertragungstechnik zusätzlich zu 2,4 GHz und 5 GHz noch das lizenzfreie 60-GHz-Band zum Einsatz. Zusammen schaffen die drei Bänder über kurze Strecken eine enorme Datenrate bis zu 7 Gbit/s. Die neue 60-GHz-Frequenz erlaubt hohes Tempo, bringt allerdings auch neue Probleme mit sich: Je höher die Frequenz, desto geringer die Reichweite und desto störanfälliger die Übertragung. Eine Person im Raum kann die Funkverbindung bereits deutlich dämpfen, und Techniken wie etwa Beamforming sind daher Pflicht.

802.11ad soll bis zu zehn Meter funktionieren, und für Geräteverbindungen genügt diese Entfernung. Der Standard nutzt nicht wie 802.11ac eine Netzwerkinfrastruktur mit Access Point, sondern baut eine direkte Verbindung zwischen den Geräten auf. Seit 2009 arbeitet an dem Standard ein Industriekonsortium, dem unter anderem Marvell, Wilocity, Intel, Qualcomm und Broadcom angehören. Die komplette technische Spezifikation und erste Geräte sollen im Laufe des Jahres 2014 auf den Markt kommen. (hal)

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag unserer Schwesterpublikation PC-Welt.