Funktechniken für jeden Zweck

01.06.2006
Von Mike Lange 
Über die Zukunft der WLANs wird oft diskutiert. Vor allem über die Frage, wie sie sich gegenüber neueren Funkverfahren behaupten können.

Wächst der Markt für drahtlose WLAN-Technik wirklich noch? Wird er von neuen Wireless-Technologien überflügelt? Analysten meinen: Es lohnt sich, auch weiterhin auf WLAN zu setzen. So sagt eine aktuelle Studie von IDC dem deutschen Markt für das Jahr 2006 einen Verbreitungsanstieg von WLAN-Client-Adaptern um 31 Prozent voraus. Für 2007 rechnen die Auguren immerhin noch mit einem weiteren Wachstum von 26 Prozent.

Hier lesen Sie …

• welche verschiedenen Funktechniken es gibt;

• wo die spezifischen Stärken liegen;

• für welche Szenarien sie geeignet sind.

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576225: Was ein Business-Notebook ausmacht;

574476: Gute Geschäfte mit Wimax.

WLAN-Standards

Standard Frequenz Datendurchsatz

802.11a 5 GHz 54 Mbit/s

802.11b 2,4 GHz 11/22 Mbit/s

802.11g 2,4 GHz 54 Mbit/s (g+ = 108 Mbit/s)

802.11n 2,4/5GHz Pre-n: 300 Mbit/s Standard: 600 Mbit/s

Übersicht Wireless Technologien

Frequenzbereich Reichweite Datenrate Anwendung

WLAN 2,4 GHz/5 GHz indoor: Pre-n: Bürovernetzung, 50 - 100m bis zu 300 Mbit/s Gebäudekopplung, outdoor: Logistik, Hotspots etc. bis zu 3 km

WiMAX 3,5 GHz/5 GHz bis zu 50 km bis zu 70 Mbit/s Breitband-Access, proprietär WLAN-Backhauling, Abdeckung weitflächiger Gebiete

UWB 3,1 - 10,6 GHz 10 m bis zu 1320 Mbit/s auf kleinem Raum IT und UE Geräte miteinander vernetzen, spezielle Anwendungen in Medizin, Militär

ZigBee 868 MHz/2,4 GHz 100 m 20 - 250 Kbit/s Home-Automation

Insteon 904 MHz 50 m 3 - 38 Kbit/s Home-Automation

15 Prozent Wachstum

Der Markt für Access Points werde in den nächsten drei Jahren durchschnittlich um 15 Prozent wachsen. Für das relativ junge Marktsegment der Wireless Switches prognostiziert IDC 2006 ein überproportionales Wachstum von 38 Prozent und für 2007 von weiteren 18 Prozent. Auch in den Auftragseingängen der Anbieter spiegelt sich ein kontinuierliches Marktwachstum für WLAN-Komponenten wider.

Betrachtet man die aktuellen Markt- und Technologietrends, so spielt das Thema Mobilität nach wie vor eine große Rolle: Standortunabhängigkeit bleibt einer der großen Trends für die nächsten Jahre. Dabei ist der geflügelte Ausspruch von einer Netzwerkverbindung "Any where, any time, any how" tatsächlich umsetzbar. Über Wireless-Technologien kann man sich von jedem Ort, zu jeder Zeit mit dem Internet und über eine VPN-Verbindung mit dem Firmennetzwerk verbinden. Zur Umsetzung dieses Szenarios kommen jedoch zumeist verschiedene Funktechniken wie Wireless LAN (WLAN), UMTS oder GPRS zum Einsatz.

Des Weiteren existieren spezielle Branchenanwendungen - etwa in der Logistik -, die nur mittels einer bestimmten Funktechnik umsetzbar sind. Hier werden zur Warenerfassung kabellose Terminals und Scanner verwendet. Dies erhöht die Flexibilität für die Nutzer und spart letztlich Zeit und Geld. In der Logistik finden sich auch die ersten konkreten Anwendungsfälle von RFID-Tags (Radio Frequency Identification), die der Kennzeichnung und Nachverfolgung von Produkten und Teilen dienen.

RFID in der Produktion

Einsatzszenarien sind längst nicht mehr nur Einkaufszentren, wo sämtliche Waren über RFID-Tags erfasst sind und der Verbraucher zum Bezahlen mit seinem Einkaufswagen lediglich noch ein Gate passieren muss. RFID-Tags vereinfachen beispielsweise auch die Inventur. Es besteht außerdem die Möglichkeit, Geräte zu lokalisieren. Hersteller können ihre Produkte bei der Fertigung mit den Funkchips kennzeichnen, um den Produktlebenszyklus später exakt zu verfolgen.

Im medizinischen Umfeld überzeugen Funktechniken vor allem durch die Optimierung gesamter Prozessabläufe. Ein gutes Beispiel hierfür ist die "Mobile Visite": Der behandelnde Arzt verwendet zur Aufnahme der Visitedaten ein Notebook oder ein spezielles Handheld. Dieses liefert einerseits die vollständigen und aktuellen Daten über die Patientenhistorie, die online vom Krankenhaus-Server empfangen werden. Zudem werden die neu aufgenommenen Daten sofort in das zentrale System geschrieben. Hinzu kommt, dass etwa in Operationssälen medizinisches Equipment jederzeit drahtlos angeschlossen werden kann, was das aufwändige und teure Verlegen und Sterilisieren von Kabeln überflüssig macht. Diese flexible Netzanbindung ermöglicht außerdem den Einsatz der teuren Geräte in mehreren Operationssälen. Nicht zu vergessen sind an dieser Stelle Räumlichkeiten, in denen eine Netzwerkanbindung ausschließlich über WLAN möglich ist.

WLAN und VoIP - ein starkes Duo

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Einführung von VoIP (Voice over IP). Für die mobile Sprachkommunikation in Unternehmen stehen verschiedene Alternativen zur Verfügung. Die Konsolidierung auf ein WLAN als Alternative zu unterschiedlichen Funknetzen bietet die Möglichkeit, Daten und Sprache über ein einziges Medium zu übertragen - der entscheidende Vorteil gegenüber dem Dect-Funknetz. Derzeit befindet sich Voice over WLAN noch in einem frühen Stadium der Verbreitung, und es gilt vor allem, diverse Kinderkrankheiten zu beseitigen. Insbesondere die noch unbefriedigende Akku-Laufzeit der WLAN-Telefone schreckt viele Nutzer ab. Weitere Voraussetzungen sind komfortable Roll-outs vieler Funktelefone sowie die abgeschlossene Standardisierung von 802.11r. Dieser Standard bietet Fast Roaming und sorgt für die nahtlose Weiterführung von VoIP-Gesprächen beim Wechsel des Access Point.

Vor- und Nachteile von Wimax

Noch ist Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) erst bei wenigen Internet-Service-Providern (ISP) zu finden. Für Unternehmenskunden beginnt dieses Thema mit der Standardisierung und weiteren Entwicklung der Wimax-Komponenten allmählich spannend zu werden. Weltweit gesehen ist Wimax sicher die Funktechnik, die in den nächsten Jahren vermehrt zum Einsatz kommen wird. Vor allem in Regionen ohne kabelgebundenen DSL-Anschluss - so genannte White Spots - ist Wimax häufig die einzige Chance auf einen schnellen und relativ preiswerten Breitbandzugang.

Allerdings muss derzeit noch in Kauf genommen werden, dass für den Wimax-Client eine Außenantenne erforderlich ist. Dies schränkt die Flexibilität und einfache Installation von CPEs (Customer Premise Equipment) natürlich ein. Chip- und Notebook-Hersteller arbeiten bereits intensiv an der Weiterentwicklung zu einer "Mobile-Wimax"-Version. Entsprechende Implementierungen sind in Deutschland in den nächsten zwölf Monaten jedoch nicht zu erwarten. Andere Länder, allen voran in Asien, planen schon früher mit einer entsprechend flächendeckenden Wimax-Versorgung sowie den mobilen Endgeräten.

Wimax im Vergleich

Was unterscheidet Wimax von den anderen Funktechniken? Teilweise wird Wimax auch als Wireless ATM (Asynchronous Transfer Mode) bezeichnet; damit soll verdeutlicht werden, dass bei Wimax - im Gegensatz zur WLAN-Technologie - bereits Quality-of-Service-Mechanismen (QoS) existieren, die bei der klassischen verkabelten Netzwerktechnik immer mit dem Begriff ATM gleichgesetzt wurden. Wimax ist im IEEE-802.16-Standard verabschiedet worden. Demzufolge soll es möglich sein, Entfernungen von bis zu 50 Kilometern und Datenraten von bis zu 70 Mbit/s zu erzielen. In der Praxis wurden bei ersten Installationen Entfernungen von 20 Kilometern und Datenraten von bis zu 20 Mbit/s erreicht. Übertragungen über mehrere Kilometer sind auch bei Non-Line-of-Sight (NLOS), also ohne direkte Sichtverbindung, möglich - dies zeigt den großen Unterschied zu heutigen WLAN- und Richtfunk-Verbindungen.

Vorteil QoS

Zudem bietet Wimax tatsächlich erheblich bessere Qualitätsmechanismen als aktuelle 802.11b/ g-WLANs. In der Praxis kommt es natürlich auf die konkrete Implementierung dieser Features in den Endgeräten an, die sich wiederum komplizierter darstellt, sobald Systeme verschiedener Anbieter installiert werden sollen.

In der standardisierten Version von Wimax wird im 3,5-Gigahertz-Frequenzbereich gesendet. Diese Frequenzen sind lizenzpflichtig und werden in Deutschland von der Bundesnetzagentur vergeben. Lizenzvergaben an Telco/Carrier-Unternehmen haben bereits stattgefunden. Wimax-Komponenten existieren aber auch für das lizenzfreie 5,4-Gigahertz-Frequenzband. Dies hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass sich mehrere Anwender im gleichen Bereich tummeln können und die Übertragungsqualität sowie Datenraten darunter leiden. Durch die nicht vorhandene Standardisierung droht darüber hinaus auch eine Abhängigkeit von proprietären Systemen der verschiedenen Anbieter.

Löst Wimax das WLAN ab?

Wimax ist prädestiniert für ein Backhauling von mehreren WLANs; das heißt, kleinere Funkzellen werden weiterhin über ein WLAN nach 802.11 a/b/g und künftig vermehrt nach 802.11n vernetzt. Dies gestattet zum einen die Nutzung vorhandener, preiswerter Endgeräte. Zum anderen gewährleistet eine zentrale Wimax-Station die breitbandige Anbindung für mehrere WLAN-Nutzer und die Versorgung eines größeren Gebietes.

Auch im herkömmlichen WLAN-Umfeld gehen die Entwicklungen voran. Im Einzelnen zu nennen sind hier:

• Höhere Bandbreiten (802.11n);

• verbesserte Reichweiten (802.11n);

• Implementierung von Quality of Services (802.11n und 802.11e);

• Fast Roaming (802.11r);

• einfachere Implementierung und Verwaltung (Wireless Switching).

Insbesondere in Ballungsgebieten mit einer Vielzahl von WLAN-Nutzern trifft vermehrt die Aussage zu: "Die Verbreitung von WLAN ist gleichzeitig auch der Tod von WLAN." Die Spezifikationen 802.11b und g benötigen - bei insgesamt 13 zur Verfügung stehenden Funkkanälen - drei Kanäle, die sich nicht gegenseitig überlappen. Da viele Access Points verschiedener Hersteller in der Default-Einstellung identische Kanäle verwenden, ist eine Überlappung jedoch recht schnell erreicht. Dies führt zu einem drastischen Rückgang der Datenraten. Das Problem lässt sich bei 802.11b und 802.11g teilweise mittels der Abstimmung von gemeinsamen Frequenznutzungsplänen, eines aktiven Radio-Managements oder über die Verwendung von Richtantennen lösen. Bessere Möglichkeiten bieten jedoch der Standard 802.11a und der neue Standard 802.11n (siehe Kasten "WLAN-Standards").

WLAN versus UMTS

Noch vor kurzem wurden WLANs als Bedrohung für UMTS angesehen. Mittlerweile hat sich gezeigt, dass beide Technologien erfolgreich nebeneinander und miteinander existieren können. WLANs werden in erster Linie innerhalb von Unternehmen eingesetzt und zwar auch zur Verbindung von Gebäudeteilen mit Outdoor-Access-Points oder für die Funkversorgung von Außenbereichen. Private oder öffentliche Hotspots werden ebenfalls weiterhin über WLAN aufgebaut. UMTS ist hierfür keine Alternative. Da WLAN Clients mit 802.11b und 802.11g nach wie vor am weitesten verbreitet sind, besteht für Hotspot-Betreiber ein gewisser Handlungszwang, diese Technik zu implementieren. Für neu anstehende Installationen lohnt sich eine Investition in Dualband-Systeme, welche 802.11g und 802.11a gleichzeitig unterstützen, sowie den künftigen Standard 802.11n. Hier ist von einer größeren Verbreitung der Endsysteme auszugehen, da einerseits die Technologie einen Meilenstein setzt und durch 802.11n andererseits eine größere Akzeptanz als von proprietären 108-Mbit/s- und Mimo-Systemen zu erwarten ist.

Die Neulinge UWB und ZigBee

Auch die Funktechniken bleiben nicht stehen. Insbesondere bei der Kopplung von PCs mit Endgeräten aus dem IT- oder Unterhaltungselektronik-Bereich arbeiten verschiedene Konsortien an Weiterentwicklungen.

Noch ist Bluetooth der Platzhirsch, und der Herausforderer heißt Ultra Wide Band (UWB). Während Bluetooth 2.0 Übertragungsraten von maximal 2,1 Mbit/s ermöglicht, sollen die Endsysteme über UWB mit Datenraten zwischen 480 bis 1.320 Mbit/s funken - und das bei einer Sendeleistung von nur 0,6 Milliwatt. Um diese hohen Datenraten zu erreichen, wird das Signal in einem großen Frequenzspektrum (zwischen 3,1 bis 10,6 Gigahertz) übertragen. Unterschieden wird hier zwischen einem "Low Band" und einem "High Band". Ferner lässt sich UWB-Funk kaum orten und bietet somit auch Einsatzmöglichkeiten in sensiblen Bereichen wie Militär oder Medizin. Zwar sind mittlerweile erste Produkte als Vorseriengeräte auf dem Markt, jedoch herrscht noch ein Wettstreit zwischen den verschiedenen Herstellerallianzen hinsichtlich der Spezifizierung.

Eine weitere Funktechnologie im Home-Automation-Umfeld treibt die ZigBee-Allianz voran. Der Ansatz ist vertraut: IT-Produkte werden mit anderen Geräten aus dem digitalen Heim vernetzt. Die Datenraten sind mit 20 bis 250 Kbit/s allerdings zu niedrig, um PCs, Media Player und Fernseher miteinander zu verbinden. Stattdessen sollen Sensoren an Heizungen, Thermostaten, Lichtschaltern, Jalousien etc. angebracht und in das Netzwerk einbezogen werden. Der Vorteil der ZigBee Allianz ist die Möglichkeit, auch im lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) von 2,4 Gigahertz zu senden.

Mit Insteon steht eine weitere Technik für die Vernetzung unterschiedlichster Geräte im Heimbereich mit kurzen Reichweiten von bis zu 50 Metern am Start. Das große Schlagwort in diesem Zusammenhang lautet "Smart Homes". Ziel ist es, durch den geringen Leistungsverbrauch der Sender die Wireless Clients möglichst batterielos und für den Benutzer wartungsfrei zu gestalten.

Derzeit buhlen also zahlreiche Wireless-Technologien um die Gunst der privaten Anwender. Lediglich im Bereich der Home-Automation gibt es mit Bluetooth, UWB, ZigBee und Insteon große Überschneidungen zwischen den verwendeten Technologien und Einsatzszenarien. UWB hat im Bereich der Vernetzung von IT- und Unterhaltungselektronik-Endgeräten das Potenzial zum Nachfolger von Bluetooth. Wenn es darum geht, weitere Geräte mit einzubeziehen, haben aus Kostengründen wohl eher ZigBee oder Insteon gute Chancen, sich durchzusetzen.

Fazit

Anders sieht es im Geschäftsumfeld aus: Hier ist WLAN der klare Favorit für die drahtlose Unternehmenskommunikation. Wimax wird zunächst in anderen Regionen der Erde eine größere Rolle spielen. Für die flächendeckende Funkversorgung außerhalb des Unternehmens ist UMTS derzeit die beste Wahl, zumal mit Weiterentwicklung von HSDPA Datenraten von bis zu 7,2 Mbit/s zur Verfügung stehen sollen. Wo UMTS nicht funkt, wird nahtlos auf GPRS umgeschaltet. So sind die Anwender "Any where, any time, any how" erreichbar. (hi)