WLAN-Zukunft:802.11ad, 802.11ah HaLow (und andere) untersuchen

In nur 15 Jahren hat sich WLAN von einer trägen Technologie zu einer robusten und vielseitigen Technologie entwickelt. Und weil es mittlerweile eine zentrale Rolle im Leben von Hunderten Millionen Menschen spielt, wird es fast ständig verbessert. Aber werden diese Veränderungen die beiden wichtigsten Dinge bewirken, nach denen Verbraucher und Unternehmen suchen:Sortiment und Geschwindigkeit ?

Es gibt drei kürzlich verabschiedete WLAN-Standards, die entwickelt wurden, um diese Ziele zu erreichen. Aber bevor wir uns diese Standards genauer ansehen, lassen Sie uns einen Schritt zurücktreten und die Geschichte der IEEE-Standards kurz Revue passieren lassen. Das Institut für Elektronik und Elektrotechnik ist ein Berufsverband, der als Behörde für die elektronische Kommunikation fungiert. Das IEEE erstellt Standards und Protokolle für die Kommunikation in Branchen wie Telekommunikation und Informationstechnologie. Jeder vom IEEE ratifizierte Standard wird durch eine eindeutige Nummer gekennzeichnet. 802 ist das Präfix, das für alle Protokolle oder Ergänzungen verwendet wird, die eine Gebietsvernetzung beinhalten. Standards für lokale Ethernet-Netzwerke (LANs) werden beispielsweise durch 802.3 bezeichnet, und Bluetooth-Personennetzwerke (PANs) werden durch 802.15 bezeichnet. Wireless LANs – das Thema dieses Artikels – werden durch 802.11 gekennzeichnet.

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1997 veröffentlichte das IEEE den Basisstandard für die Kommunikation über drahtlose lokale Netzwerke (WLAN), den sie 802.11 nannten In den folgenden Jahren wurden viele Änderungen an dieser Norm vorgenommen.

Hier konzentrieren wir uns auf drei kürzlich erstellte WLAN-Netzwerkoptionen:

• 802.11ah (HaLow) , entwickelt für Sensoren und Controller mit geringer Datenrate und großer Reichweite.
• 802.11af , erstellt für Anwendungen ähnlich wie HaLow. (Diese Netzwerkoption verwendet ungenutzte TV-Spektren anstelle von 2,4-GHz- oder 5-GHz-Bändern für die Übertragung.)
• 802.11ad , entwickelt für Multi-Gigabit-Geschwindigkeiten (ohne Kabel) und Hochleistungsnetzwerke.

Nach einer gründlichen Einführung in diese drei Standards werden wir uns den Rest der 802.11-Familie ansehen.

802.11ah (HaLow) – 2016

Die meisten WLAN-Standards – einschließlich A, B, G, N und AC – arbeiten entweder mit 2,4 GHz oder 5 GHz. Und mit dieser relativ hohen Datenrate geht eine geringere Empfindlichkeit einher. Wenn Sie also einen über WLAN verbundenen Thermostat im zweiten Stock Ihres Gebäudes und einen WLAN-Router im Keller haben, könnte es wirklich schwierig sein, den Thermostat zu verbinden, wenn Sie traditionelles 802.11n verwenden.

Um die relativ kurze WLAN-Reichweite zu erhöhen – speziell für IoT-Sensoren, die keine hohen Datenraten benötigen – wurde 802.11ah eingeführt. HaLow (wie es auch genannt wird) ist 900-Megahertz-WLAN, für die Datenübertragung über große Entfernungen gedacht .

HaLow befasst sich theoretisch auch mit geringem Stromverbrauch . HaLow verwendet beispielsweise die Ziel-Weckzeit, um die Energiemenge zu reduzieren, die ein Gerät benötigt, um mit dem Netzwerk verbunden zu bleiben. Dies geschieht, indem Geräte in definierten Intervallen für sehr kurze Zeit aufwachen – beispielsweise für Millisekunden alle 15 Sekunden – um Nachrichten zu akzeptieren. Dies ähnelt im Konzept der Funktionsweise von eDRX, um LTE-M beim Energiesparen zu helfen.

Wer könnte HaLow verwenden:

• Unternehmen, die Technologie auf Sensorebene verwenden, die WLAN-fähig sein muss.

Vorteile:

• Es dringt durch Wände und Hindernisse besser als Hochfrequenznetzwerke wie 802.11ad, auf die wir weiter unten eingehen werden.
• Ideal für kurze, sprunghafte Daten das nicht viel Strom verbraucht und lange Strecken zurücklegen muss – denken Sie an intelligente Gebäudeanwendungen wie intelligente Beleuchtung, intelligente HLK und intelligente Sicherheitssysteme. Es würde auch für Smart-City-Anwendungen wie Parkhäuser und Parkuhren funktionieren.

Nachteile:

• Es gibt keinen globalen Standard für 900 MHz. Derzeit nutzen 80 % der Welt 2,4 GHz WLAN, was bedeutet, dass Sie sich auf diesen globalen Standardbändern überall auf der Welt verbinden können. Da es jedoch keinen globalen Standard für 900 MHz gibt, ist HaLow sehr US-zentriert.
• AH ist verfügbar, wird aber nicht verwendet . HaLow wurde 2016 veröffentlicht, aber derzeit gibt es kein einziges Produkt auf dem Markt, das diesen Standard verwendet. Dies mag zum Teil am Fehlen eines globalen Standards liegen, wahrscheinlich aber auch daran, dass es konkurrierende Technologien auf dem Markt gibt, die den Anforderungen des IoT besser gerecht werden. Symphony Link hat beispielsweise eine noch niedrigere Datenrate, was das Linkbudget erhöht. Dies bedeutet, dass Sie eine bessere Durchdringung erzielen, als Sie es theoretisch mit 802.11ah könnten. Symphony Link und ähnliche Technologien haben auch nicht annähernd den gleichen IP-Overhead. HaLow muss IP-Datenverkehr unterstützen, aber Symphony kann TCP/IP-Datenverkehr drahtlos adressieren.

802.11af (AF) – 2014

802.11af verwendet ungenutzte Fernsehspektrumfrequenzen (d. h. „weiße Räume“) in UHF und VHF, um Informationen zu übertragen. Aus diesem Grund hat es den Spitznamen "White-Fi" verdient. Da diese Frequenzen zwischen 54 MHz und 790 MHz liegen, kann AF für einen weiten Bereich mit geringer Leistung wie HaLow verwendet werden.

802.11af wurde 2014 veröffentlicht, hat sich aber aus mehreren Gründen nie wirklich durchgesetzt. Erstens gibt es viele Komplexitäten rund um die Geolokalisierung. Wenn Sie sich beispielsweise in Kalifornien befinden, dürfen Sie möglicherweise einen bestimmten UHF-Kanal verwenden, da dieser in Ihrer Nähe verfügbar ist. Wenn Sie jedoch nach D.C. reisen und versuchen, denselben Kanal zu verwenden, besitzt ein dortiger Sender möglicherweise bereits die Lizenz. Darüber hinaus müssen Funk-Frontends speziell entwickelt und gefiltert werden, um über Hunderte von MHz des UHF-Spektrums zu arbeiten. Das bedeutet, dass Sie niemals Geräte kaufen können, die auf all diese Kanäle zugreifen können, ohne Hunderte oder Tausende von Dollar zu zahlen.

Wer könnte es gebrauchen:

• Organisationen, die drahtlose Netzwerke mit extrem großer Reichweite benötigen.

Vorteile:

• Da AF mehrere ungenutzte Fernsehkanäle gleichzeitig nutzen kann, funktioniert es gut für Geräte mit sehr großer Reichweite —potenziell bis zu mehreren Meilen — mit hohen Datenraten.

Nachteile:

• Erfordert teure bandspezifische Hardware.
• „Weißraum“-Kanäle sind nicht überall verfügbar, insbesondere in Großstädten.
• Wie HaLow ist 802.11af kein globaler Standard – es ist spezifisch für die USA/Kanada. Und da die Zertifizierung des Spektrums ein länderspezifischer Prozess ist, werden Gerätehersteller ihre Geräte wahrscheinlich nicht mit AF versehen, es sei denn, sie müssen es tun.

802.11ad (AD) – 2012

802.11ad könnte nicht unterschiedlicher sein als AH. Während AH eine potenzielle Low-Power-Wide Area Network (LPWAN)-Option ist, ist AD ein 60-GHz-WLAN ideal für sehr hohe Datenrate, sehr Kurzstreckenkommunikation. Tatsächlich soll AD ein Glasfaserersatz sein, der 50-mal schnellere Geschwindigkeiten als 802.11n erreichen kann.

AD hat sich nicht durchgesetzt, nur weil es einen so engen Markt hat. Nicht sehr viele Leute benötigen Multi-Gigabit-Geschwindigkeiten in sehr kleinen Netzwerken außer diejenigen, die Rohvideos drahtlos streamen müssen.

Wer könnte es gebrauchen:

• Unternehmen auf Unternehmensebene, die eine erweiterte Bandbreite mit Geräten mit sehr geringer Reichweite benötigen, z. B. drahtloses RAW-Videostreaming.

Vorteile:

• Gut für Dateiübertragungen und Kommunikation mit hoher Datenrate. Mit 8 Gbit/s ist AD 50-mal schneller als 802.11n (das bei seiner Einführung im Jahr 2007 als das bisher schnellste Protokoll galt). Tatsächlich ist dieses Protokoll so schnell, dass AD laut diesem Fast Company-Artikel das Potenzial hat, „eine ganz neue Klasse von Geräten zu ermöglichen“, wie „drahtlose Festplatten, die sich genauso schnell anfühlen wie lokal verbundene.“

Nachteile:

• Die Chips sind sehr teuer in der Herstellung , was die Einrichtung kostspielig macht.
• AD bietet eine sehr kurze Reichweite . Wenn Sie ein wirklich haben Hochfrequenz wie 60 GHz, Kurzstreckenkommunikation ist ideal. Dies ist kein Problem, wenn Sie den Router direkt neben sich haben. Wenn Sie jedoch Wände durchdringen möchten, benötigen Sie zusätzliche Router.
• AD ist kein anerkannter internationaler Standard .

• Die Geschwindigkeit, die 802.11ad bietet, ist sehr gering. In den meisten Fällen ist hochkomprimiertes Video, das über normales WLAN gesendet wird (z. B. wie bei Apple Video und Chromecast), für die Mehrheit der Verbraucher gut genug.

Zusätzliche frühere und aktuelle 802.11-Änderungen

Grafik mit freundlicher Genehmigung von Mikrowellen und HF

802.11a (1990): „WiFi A“ – auch bekannt als OFDM-Wellenform (Orthogonal, Frequency Division Multiplexing) – war die erste Änderung, die zwei Jahre nach Fertigstellung des Standards kam. Diese Änderung definierte 5-Gigahertz-Banderweiterungen, was WiFi A flexibler machte (da der 2,4-GHz-Raum mit drahtlosen Heimtelefonen, Babyphones, Mikrowellen und mehr überfüllt war).

802.11b (2000): Als eines der ersten weit verbreiteten Protokolle hatte „WiFi B“ eine verbesserte Reichweite und Übertragungsrate gegenüber 802.11a, ist aber nach heutigen Standards sehr langsam (maximal 11 Mbit/s). 802.11b definierte 2,4-GHz-Banderweiterungen. Dieses Protokoll wird weiterhin unterstützt (80 % des WLANs laufen mit 2,4 GHz), aber die Technologie wird nicht mehr hergestellt, da sie durch schnellere Optionen ersetzt wurde.

802.11g (2003): „WiFi G“ kam drei Jahre nach B auf den Markt und bietet mit 54 Mbit/s etwa die fünffache Übertragungsrate. Es definiert 2,4-GHz-Banderweiterungen mit einer höheren Datenrate. Sein Hauptvorteil war die höhere Geschwindigkeit, die für die Verbraucher wichtig war. Heutzutage sind diese Geschwindigkeiten jedoch nicht schnell genug, um mit der durchschnittlichen Anzahl von WLAN-fähigen Geräten in einem Haushalt oder einer starken drahtlosen Nutzung mehrerer Geräte Schritt zu halten.

802.11n (2007): „WiFi N“ bot eine weitere drastische Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit – 300-450 Mbit/s, je nach Anzahl der Antennen – und der Reichweite. Dies war das erste Hauptprotokoll, das sowohl auf 2,4 GHz als auch auf betrieben wurde 5 GHz. Dank dieser Übertragungsraten konnten große Datenmengen schneller als je zuvor übertragen werden.

802.11ac (2013): 2013 wurde „WiFi AC“ eingeführt. AC war der erste Schritt zu dem, was als „Gigabit-WLAN“ bezeichnet wird, was bedeutet, dass es Geschwindigkeiten von fast 1 Gbit/s bietet, was 8000 Mbit/s entspricht. Das ist ungefähr 20-mal leistungsfähiger als 802.11n, was es zu einem wichtigen und weit verbreiteten Protokoll macht. AC läuft auf einem 5-GHz-Band, was bemerkenswert ist – da es weniger verbreitet ist, haben Sie einen Vorteil in Bezug auf die Geschwindigkeit, obwohl die höhere Frequenz und die höhere Modulationsrate die Reichweite einschränken. Im Jahr 2016 wurden Änderungen am AC vorgenommen, um seine Leistung zu verbessern.

Wo sehen Sie die Richtung des WLANs?

Vor zwei Jahren glaubten wir, dass HaLow, AD und AF ein klarer Beweis dafür sind, dass WiFi eine spektakuläre Transformation durchlaufen hat – aber wir erwarteten auch, dass alle drei Protokolle nach ihrer Veröffentlichung weit verbreitet sein würden. Es stellte sich heraus, dass ihre Akzeptanz von gering bis nicht vorhanden war. Das IEEE überprüft immer noch regelmäßig Änderungen des 802.11-Protokolls, daher sind wir gespannt, was in den nächsten Jahren passiert!