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IEEE-Tagung: WLAN soll bis zu 176 GBit/s schaffen

Wimax baut weiter ab, WLAN bei 60 GHz legt weiter zu und könnte als Mobilfunkzubringer agieren, die Positionierung per Funkmessung wird genauer und Ethernet soll direkt ins TV-Kabel wandern.

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"Wir können als Ingenieure sehr präzise die nächsten fünf Jahre vorhersagen, aber die Gesellschaft benötigt eine Prognose für die nächsten 20 Jahre."

(Bild: IEEE)

Die zweimonatlichen Tagungen der IEEE-Netzwerkarbeitsgruppe (IEEE 802) und ihrer Untergruppen finden normalerweise zur Monatsmitte statt. Im November kamen die Delegierten in San Antonio (USA) ausnahmsweise am Monatsanfang zusammen. Wie es sich für eine Hauptversammlung (Plenary) gehört, trafen sich alle aktiven Arbeitsgruppen (802.1, .3, .11, .15, .16, .18, .19, .21, .22 und .24).

Wie schon früher berichtet, neigt sich die WMAN-Gruppe 802.16 (Wimax) ihrem Ende zu. Von den letzten acht Mitgliedern waren diesmal nur noch fünf anwesend und diese klopfen schon länger bei den Nachbargruppen an, ob jene nicht die verbleibenden Wimax-Projekte übernehmen wollen. Bislang hat sich jedoch niemand der unfertigen Themen des einstigen, selbst ernannten LTE-Konkurrenten erbarmt.

Ganz anders sieht es hingegen in den Funkgruppen 802.11 (WLAN) und 802.15 (WPAN: Zigbee & Co) aus. Beide erfreuen sich rund 280 beziehungsweise 80 teilnehmender Mitglieder und eines regen Ausbaus ihrer jeweiligen Normen.

Die zum ersten Mal tagende 802.11 Study Group (SG) Next Generation 60 GHz (NG60) hat sich zum Ziel gesetzt, die zur Umwandlung in eine Task Group (TG) nötigen Anträge bis März vorzulegen, um ab Juli als TG weiterarbeiten zu können. Nach den bisher vorgelegten technischen Beiträgen ist die Modellierung des Funkkanals eines der wichtigsten Themen: Zwar dürften die meisten Links als Punkt-zu-Punkt-Verbindungen arbeiten, aber wahrscheinlich wird sporadisch auch Mehrwegeausbreitung auftreten. So hält es die Study Group für möglich, mit vier gebündelten Kanälen zu 8,64 GHz Gesamtbandbreite und 4-Stream-MIMO bis zu 176 GBit/s brutto zu übertragen.

In der EU und in Japan kann man im 60-GHz-Band 9 GHz breite Signale nutzen. Dort soll das NG60-WLAN bis zu 176 GBit/s brutto übertragen und statt teurer Glasfasern als Richtfunk-Mobilfunkzubringer arbeiten.

(Bild:  A. Eitan, Qualcomm )

Mit orthogonaler Polarisations-Diversity, die heute schon bei WLAN-Richtfunk im 5-GHz-Band eingesetzt wird, ließen sich nach dem NG60-Vorschlag 2 Streams mit zusammen 88 GBit/s brutto übertragen. Wegen solch hoher Kapazitäten gibt es Vorschläge, den Nachfolger der 802.11ad-Norm auch für drahtlose Backbone-Verbindungen im Mobilfunk zu verwenden. Pro Zelle werden dort nämlich schon bald Spitzen von mehreren GBit/s anfallen, die mitunter über Relaisstationen ins Festnetz geführt werden müssen. Durch Vermeiden teurer Richtfunksysteme im lizenzierten Spektrum könnte NG60 den Infrastrukturausbau deutlich vergünstigen.

Die ab Januar ihre Arbeit aufnehmende Next Generation Positioning SG wird sich dem wachsenden Bedarf nach genauer Positionsbestimmung annehmen: Sie will bis zu 10 Zentimeter Genauigkeit erreichen und ebenso die Bestimmung der Richtung eintreffender Signale. So könnte es möglich werden, Empfänger zielgenau zu bestimmen und Daten wesentlich zielgerichteter zuzustellen.

Nach wie vor die größte Gruppe in der 802.11 bildet TGax. Neben der Verabschiedung eines noch recht leeren Normengerüstes für die nächsten WLAN-Generationen bei 2,4 und 5 GHz besann man sich darauf, vier Untergruppen zum Thema MAC (Medienzugriff), PHY (Übertragungsschicht), Multiuser und Spatial Reuse (räumliche Kanalwiederverwendung) einzurichten. Obschon neue Verfahren wie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) zwischen mehreren Untergruppen koordiniert werden müssen, wird man vermutlich ab März die technischen Grundlagen des 802.11ac-Nachfolgers ausarbeiten. Ob die ehemals avisierte Vervierfachung der Spitzen- sowie Nutzdatenrate jedoch zustande kommt, stellen immer mehr Teilnehmer infrage.

802.11ah, das WLAN fürs Internet der Dinge unterhalb 1 GHz, soll nicht nur Haushaltsgeräte oder Smart Meter ins Netz binden, sondern auch als drahtloses Gateway für Sensornetze dienen.

(Bild:  W. Sun et al, Seoul National University )

Obschon in der Industrie große Nachfrage nach einem schnelleren Verbindungsaufbau im WLAN besteht, scheint die daran arbeitende TGai immer wieder auf neue Widerstände zu treffen. Daher gibt es leider nur langsame Fortschritte, aber mit etwas Glück bleibt es beim erwarteten Abschlusstermin im März 2016. Bis dahin hat sich TGai schon mal einige der nun zuneige gehenden Element IDs gesichert. Letztere werden im WLAN für maximal 254 Byte große Kontrollnachrichten verwendet. Mit jeder weiteren Ergänzung der Normen kamen neue Nachrichten hinzu, sodass der gegenwärtige Vorsitzende der 802.11 vorsorglich eine Erweiterung der Nachrichtenstruktur vorschlug, die unisono Unterstützung fand.

Gute Fortschritte macht auch die Gruppe 802.11ah, die sich auf das Gewinn versprechende Gebiet des Internets der Dinge (IoT) fokussiert und eine Normenergänzung für niederbitratige WLAN-Verbindungen unterhalb von 1 GHz entwickelt. Ob 802.11ah jedoch mit dem sehr energiesparsamen ZigBee um die gleichen Märkte konkurrieren können wird, ist noch nicht ausgemacht. Gewissheit werden erst fertige Chips bringen. Dieser Bedarf an energiesparenden Chips ist es auch, der den WLAN-Zombie 802.11b nach wie vor am Leben erhält. Eine finale Entscheidung über den Verbleib – oder zumindest eine Empfehlung auf OFDM zu setzen – wird jedoch erst im Januar erwartet. Überhaupt hat die hierfür zuständige Wartungsgruppe TGmc noch einige Arbeit vor sich. Ein separater Arbeitstermin vor der Juli-Tagung ist schon in Planung, um die überarbeitete Fassung 802.11-2016 der WLAN-Norm wie im Zeitplan vorgesehen verabschieden zu können.

Da das schnelle WLAN nach IEEE 802.11ac immer mehr eingesetzt wird und die nächste Baustein-Generation Funktionen wie 160 MHz breite Funkkanäle und Downlink Multiuser MIMO (DL MU-MIMO) nachrüstet, reicht Gigabit-Ethernet schon bald nicht mehr aus, um die Spitzendatenraten vom Funk- ins Festnetz zu bringen. 10GBase-T (10-GBit/s-Ethernet, 10GE) ist aber immer noch viel zu teuer sowie auf neue, ziemliche starre und wesentlich dickere Kabel angewiesen. Auch das Bündeln zweier Gigabit-Anschlüsse ist kein Ausweg, da nicht überall das benötigte zweite Kabel verlegt ist.

Die Ethernet-Arbeitsgruppe 802.3 hat diese Lücke erkannt und lotet deshalb gegenwärtig die Optionen eines Viertelschritts mit 2,5 GBit/s aus. Diese Datenrate würde für 802.11ac reichen und könnte auf vielen vorhandenen CAT-5- und CAT-6-Kabeln zum Einsatz kommen. Interessanterweise gibt es mit der 25GBASE-T SG (25 GBit/s) bereits eine Gruppe, die aus ähnlichen Erwägungen einen Zwischenschritt zwischen 10GE und 40GBase-T sucht. Auch hier geht es um Kostenersparnis, wenn auch im Rechenzentrumsumfeld, wo Virtualisierung dafür sorgt, dass Server immer effizienter ausgelastet werden können, und 10GE somit zum Engpass wird.

EPOC soll das Leben des TV-Koaxkabels verlängern: Die per EPON (Ethernet Passive Optical Network) angelieferten Daten wechseln am Bordstein ins TV-Kabel. Das erspart den Glasfaserausbau auf den letzten Metern.

(Bild:  M. Laubach et al, IEEE )

Da Ethernet alle anderen Übertragungsverfahren schon lange hinter sich gelassen hat, scheint es nur logisch, dass ein Tutorial den Blick der Teilnehmer in Richtung der Kabelfernsehnetze richtete. Mit EPON (Ethernet Passive Optical Network) steht ein bewährtes Verfahren für Fiber To The Home (FTTH) und ähnliches bereit. Die EPON-Grundprinzipien gedenkt 802.3bn auf Kabelnetze zu übertragen, um mittels EPOC (EPON Protocol Over Coax) die gleichen Netzstrukturen abbilden zu können. Bis zu 10 GBit/s scheinen machbar.

Die guten Übertragungsbedingungen in einem Fernsehkabel ermöglichen es, sehr feinstufige Modulationsverfahren wie 4096-QAM für sehr hohe Spektrumseffizienz bis zu 12 Bit/s pro Hertz Kanalbandbreite zu übertragen. Um der gigantischen Zahl von 3800 Unterträgern in einem von mehreren 192 MHz breiten Blöcken Herr werden zu können, wird es einen dauerpräsenten 400 kHz breiten Kontrollkanal geben, auf dem sich die Endgeräte (CM, Cable Modem) erst mal umsehen können, bevor sie sich ins Netz einklinken.

Ein ganz heißes Eisen zur Verbesserung der Privatsphäre mittels zufällig gewählter MAC-Adressen wurde in der Executive Committee (EC) Privacy Recommendation SG diskutiert: Die Gruppe schlägt vor, dafür den gesamten 46-Bit-Adressraum für lokal verwaltete MAC-Adressen zu verwenden, um die Wahrscheinlichkeit von Adresskonflikten so gering wie möglich zu halten. Die zum Vorschlag stehende Gruppe 802c hingegen würde gerne der Tatsache gerecht werden, dass bereits heute verschiedene Protokolle feste Zuweisungen in diesem nicht von der IEEE mittels OUIs (Organizationally Unique Identifier) koordinierten Adressbereich machen.

Der Locally Administered Address Space dient beispielsweise dazu, virtuelle Maschinen mit MAC-Adressen auszustatten oder FCoE-Geräte (Fibre Channel over Ethernet ) mit Fibre Channel IDs zu bestücken. Die 802c-Befürworter wünschen sich Ordnung in das Chaos dieser Selbstzuweisungen zu bringen, um zu verhindern, dass verschiedene Protokolle künftig in Adressenkonflikte geraten. Einige Hersteller warnen zudem, dass häufiges Wechseln der MAC-Adressen zu Problemen führen könnte, da "Optimierungen" in den Geräten (Switches, Firewalls, Router, Deep-Packet-Inspection-Systeme, kurz Middle Boxen) auf fixe MAC-Adresszuweisungen angewiesen sind. (Peter Jensen) / (ea)

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