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IEEE: Ausblick auf 802.11be-WLAN und neuen Ethernet-Standard

Das IEEE 802-Gremium schafft Standards, um die WLAN- und Ethernet-Technologie zu verbessern. Künftig geplant sind etwa 802.11be, WLAN-Sensorik und eine höhere Ethernet-Reichweite.

Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ist seit 1980 die treibende Kraft bei der Entwicklung der IEEE-802-Standards. In den letzten 40 Jahren hat das IEEE unzählige Funktionen und Techniken rund um Ethernet und WLAN eingeführt und verbessert. Hinter jeder offiziellen Einführung eines Standards stehen jedoch Jahre der Entwicklung und der durchaus kontroversen Diskussionen. Dieser Prozess sei zwar zeitaufwendig, aber notwendig, um die relevanten Standards detailliert festzulegen, sagt Paul Nikolich, Vorsitzender des IEEE 802 LAN/MAN-Standardkomitees und IEEE-Fellow.

Bevor der 802-Ausschuss grünes Licht für ein neues Standardprojekt gibt, verwendet er bestimmte Kriterien, um Projektvorschläge zu bewerten, sagt Nikolich. Zu diesen Faktoren gehören Überlegungen zu Produktionskosten, technischer Durchführbarkeit, kommerzieller Tragfähigkeit und Marktrelevanz. Wenn sich ein vorgeschlagenes Projekt als gefragt erweist, treibt das IEEE die Entwicklung voran und beurteilt, welche Fähigkeiten und Funktionen notwendig sind.

Die meisten Projekte erweitern einen bestehenden Standard um zusätzliche Fähigkeiten und haben gemeinsame Ziele, wie zum Beispiel eine größere Kapazität, höhere Reichweite und einen reduzierten Stromverbrauch. Es kann jedoch für die Mitglieder eine Herausforderung sein, sich auf die gewünschten Spezifikationen zu einigen. Daher können Jahre vergehen, bis ein Standard offiziell ratifiziert wird.

„Es geht seit sehr langer Zeit viel hin und her“, erklärt Nikolich. „Damit die Dinge vorankommen, brauchen wir einen 75-prozentigen Konsens [unter den Mitgliedern], und das ist eine ziemlich hohe Messlatte“.

Die Zukunft von WLAN: 802.11be

Die 802.11-Wireless-Standards stehen stellvertretend für diese permanenten Diskussionen, da im Durchschnitt fünf oder sechs Jahre zwischen jeder großen WLAN-Generation liegen. Der neueste WLAN-Standard 802.11ax (Wi-Fi 6) hat eine siebenjährige Entwicklungszeit hinter sich; das Ratifizierungsdatum wird für Oktober 2020 erwartet.

Abbildung 1: Die Wi-Fi-Zeitleiste zeigt anschaulich den Prozess bei der Entwicklung eines 802-Standards.
Abbildung 1: Die Wi-Fi-Zeitleiste zeigt anschaulich den Prozess bei der Entwicklung eines 802-Standards.

Aber dieser Zeitplan hat den WLAN-Markt nicht zum Stillstand gebracht. Die Anbieter haben bereits Produkte veröffentlicht, die den neuen Standard 802.11ax unterstützen. Außerdem hat die Wi-Fi-Alliance, eine mit dem IEEE verbundene Organisation, im September 2019 ein Zertifizierungsprogramm für Geräte nach 802.11ax beziehungsweise Wi-Fi 6 gestartet.

„Normalerweise sind in einem Entwurf des IEEE weitaus mehr Funktionen enthalten, als die Menschen zur Einführung eines brauchbaren Produkts benötigen“, sagte Nikolich. „Die Wi-Fi-Alliance orientiert sich an diesem Entwurf, wählt die wichtigsten Funktionen aus und beschließt auf deren Basis einen vorläufigen Standard, den sie für marktfähig hält.“

Nachdem die Wi-Fi-Alliance die notwendigen Funktionen bestimmt und die Interoperabilität getestet hat, bietet sie laut Nikolich eine Zertifizierung für die Mindestmenge an Funktionen an. Für 802.11ax umfassen diese Funktionen mehr unabhängige Datenströme (Spatial Streams) am Access Point sowie Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), bei dem das zur Verfügung stehende Frequenzband in einzelne Frequenzkanäle unterteilt wird, um die Bandbreite optimal auszunutzen.

Aber das IEEE blickt bereits auf die nächste Iteration der WLAN-Standards, 802.11be, die laut Nikolich idealerweise bis 2027 fertig sein soll. Dieser Standard wird sich auf einen erhöhten Durchsatz, eine effiziente Nutzung des Spektrums und eine verbesserte Steuerung der Access Points konzentrieren.

Während 802.11ax voraussichtlich einen Durchsatz von 1 bis 2 GBit/s erreichen wird, sollte 802.11be einen Zieldurchsatz von 10 GBit/s schaffen, so Nikolich. Diese Steigerung ist durch Fähigkeiten wie die Strahlsteuerung (Beam Steering) realisierbar, die es einem Access Points erlaubt, seine Energie in eine bestimmte Richtung zu lenken, um eine effizientere Übertragung und einen effizienteren Empfang zu ermöglichen.

WLAN-Sensorik

Das 802-Normenkomitee entwickelt auch eine WLAN-Sensortechnologie, die die Position und Bewegung eines Objekts durch Analyse der WLAN-Energie in einem Raum erkennt.

„Dies ist ein interessantes neues Gebiet für 802, das nicht auf Kommunikation basiert“, sagt Nikolich. Anstatt sich auf die Datenübertragung zwischen standortabhängigen Geräten zu verlassen, wie etwa die Beacon-Technologie, die Gutscheine an Kunden im Einzelhandel verteilt, identifiziert die WLAN-Sensorik Bewegungsmuster.

„Es klingt ein wenig unheimlich, aber die Technik erkennt nur, dass es ein Objekt gibt, das eindeutig identifiziert wurde und typischerweise dieses spezielle Bewegungsmuster aufweist“, meint Nikolich. „Wenn sich dieses Bewegungsmuster verändert, ist es möglich, die Verantwortlichen mit einer Warnmeldung zu benachrichtigen.“

Paul Nikolich, IEEE Chairman of 802 Standards Committee und IEEE-Fellow

„In der Vergangenheit war der Trend klar: Höhere Geschwindigkeit, höhere Geschwindigkeit, höhere Geschwindigkeit“

Paul Nikolich, IEEE Chairman of 802 Standards Committee und IEEE-Fellow

Diese Funktion eröffne eine neue Reihe von Wi-Fi-Anwendungsfällen, fügt er hinzu. Beispielsweise ließe sich mit Hilfe der WLAN-Sensorik eine allein lebende ältere Person überwachen, um einen möglichen Sturz oder eine Bewegungsunterbrechung zu verfolgen.

Sie könnte auch die Anwesenheit von Objekten oder Personen in Fahrzeugen ermöglichen, um jemanden zu alarmieren, wenn etwa ein Kind oder ein Haustier allein in einem Auto zurückgelassen wurde.

Die Zukunft von Ethernet: Größere Reichweite, geringere Geschwindigkeit

Einige der revolutionärsten Arbeiten des IEEE konzentrierten sich laut Nikolich auf den 802.3-Standard für Ethernet, insbesondere für Twisted-Pair-Kabel mit paarweise miteinander verdrillten Adern. Vor dreißig Jahren arbeitete Nikolich an der ersten physischen Twisted-Pair-Schnittstelle, bei der die bestehende Verkabelung in Gebäuden genutzt wurde.

„Es war revolutionär, weil wir die physische Infrastruktur nicht ändern mussten, um Netzwerke in Gebäuden zu implementieren; wir konnten die vorhandene Verkabelung nutzen“, erklärt er. „Das war 1990 der Schritt nach oben, durch den Ethernet im Wesentlichen der Gewinner der kabelgebundenen Netzwerktechnologien wurde.“

Seitdem gab es stetige Fortschritte, da das Komitee die Bandbreite für Twisted-Pair- und Glasfaser-Technologie weiterhin verbessert. Interessanterweise sagt Nikolich jedoch, dass einige Branchen niedrigere Geschwindigkeiten und eine höhere Reichweite gefordert hätten.

„Die Automobil- und die Fertigungsindustrie mit automatisierter Produktion haben erkannt, dass sie nicht unbedingt eine Bandbreite von 10 GBit/s benötigen, sondern eher eine größere Reichweite bevorzugen“, sagt er. „Statt 100 Meter sollte die Reichweite einen Kilometer betragen und der Standard sollte über Multidrop-Fähigkeit verfügen, damit sie sich mit mehreren Geräten verbinden können.“

Diese Fähigkeit, mehrere Sensoren oder Geräte anzuschließen, würde verteilten IoT-Umgebungen zugute kommen, die keine hohen Geschwindigkeiten erfordern. Die Datenraten könnten hier beispielsweise auf bis zu 10 MBit/s sinken, so Nikolich.

„In der Vergangenheit war der Trend klar: Höhere Geschwindigkeit, höhere Geschwindigkeit, höhere Geschwindigkeit“, sagt er. „Jetzt sind wir an dem Punkt angelangt, an dem die Leute sagen: Lasst uns die Reichweite auf der drahtgebundenen Seite erweitern und eine geringere Geschwindigkeit akzeptieren, um die größere Reichweite zu erhalten.“

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