Seite 2: Die Standards 802.11a bis 802.11ad

Die WLAN-Netzwerke werden durch IEEE-802-Normen definiert. Die Wi-Fi-Alliance, zuständig für die Festlegung der Standards, hat den Umstand erkannt, dass die Namensgebung für die Endkunden nicht ganz einfach ist und will für die Standards 802.11n, ac und ax zukünftig die Namen Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 und Wi-Fi 6 verwenden. Je höher die Zahl, desto schneller die theoretische WLAN-Verbindung.

  • Wi-Fi 6 soll die neuesten Standards wie 802.11ac und 802.11ax mit einbeziehen
  • Wi-Fi 5 beschreibt Geräte, die ein WLAN nach 802.11ac beherrschen
  • Wi-Fi 4 beschreibt Geräte, die ein WLAN nach 802.11n beherrschen

Ältere Standards will man nicht mehr mit einer neuen Bezeichnung versehen.

Bevor wir nun auf die einzelnen Standards eingehen, ein paar Worte zu den nun folgenden Begriffen. Die Standards definieren über verschieden breite Kanäle und Anzahl an Kanälen eine theoretische Übertragungsrate. Diese stimmt aber nicht mit dem überein, was der Nutzer am Ende sehen wird. Zum Einen ist dies abhängig von der Umgebung, in der das WLAN betrieben wird. Wände, Decken und starke WLAN-Netzwerke im Umfeld haben einen Einfluss auf die Übertragungsrate des eigenen WLANs. Die Angaben zu den Brutto- und Netto-Übertragungsraten beziehen sich auch auf den Umstand, dass es bei IP-Netzwerkübertragungen einen Overhead gibt.

802.11

Bereits 1997 wurde der Standard 802.11 verabschiedet. Gefunkt wird hier im 2,4-GHz-Band und erreicht wurden Datenraten von 1 bis 2 MBit/s. Heute spielt der ursprüngliche Standard in der Praxis keine Rolle mehr.

802.11a

1999 folgte 802.11a mit zahlreichen Verbesserungen. Über ein neues Modulationsverfahren wurden Datenraten von 6 bis 54 MBit/s erreicht. In der Praxis konnten 22 MBit/s erreicht werden. Verwendet wurde das 5-GHz-Frequenzband, was allerdings auch einige Probleme hinsichtlich der Reichweite und Verfügbarkeit mit sich brachte. 802.11a wird heute eigentlich nicht mehr verwendet und ist aufgrund der Rückwärtskompatibilität mit anderen Standards zusammengefasst worden.

802.11b

802.11b funkte wieder im 2,4-GHz-Band und konnte damit einen größeren Bereich abdecken. Die Datenrate ist mit 5 oder 11 MBit/s aber deutlich geringer. Netto wird in etwa die Hälfte erreicht. Der Standard 802.11b wird heute nicht mehr verwendet.

802.11g

2003 startete 802.11g und sollte die Übertragungsrate in der Praxis deutlich steigern. Im lizenzfreien Spektrum von 2,4 GHz werden damit Datenraten von 6 bis 54 MBit/s erreicht – anders als 802.11a kann 802.11g deutlich weiter funken. Die Verbreitung von 802.11g war und ist noch relativ hoch.

2007 wurden viele der bisher genannten Standards zusammengefasst – auch weil sie zunehmend eine geringere Rolle spielten und bei den Nutzern für Verwirrung sorgten.

802.11n

Den nächsten großen Sprung gab es 2009 mit 802.11n und erstmals wurden nicht mehr nur ein Band verwendet, sondern per MIMO (Multiple Input Multiple Output, dazu später mehr) gleich mehrere Bänder. Im 2,4-GHz-Netz erreicht 802.11n über vier Kanäle mit einer Kanalbreite von jeweils 20 MHz nun immerhin schon 288,8 MBit/s (4x 72,2 MBit/s). Im 5-GHz-Netz sind es bis zu 600 MBit/s (4x 150 MBit/s) bei einer Kanalbreite von jeweils 40 MHz.

802.11ac

Derzeit ist bei fast der gesamten neuen Netzwerk-Hardware der Standard 802.11ac im Einsatz. Neue Tablets, Notebooks und Smartphones können fast ausnahmslos mit diesem Standard umgehen. Seit 2013 ist 802.11ac im Gebrauch und hat derzeit die größte Verbreitung. Das 2,4-Frequenzband kommt hier nicht mehr zum Einsatz, stattdessen eine unterschiedliche Anzahl an Funkkanälen mit verschiedenen Breiten. Die Brutto-Datenraten reichen bis 867 MBit/s und können durch eine Kanalbreite von zweimal 80 MHz oder einmal 160 MHz erreicht werden.

Im Schnitt über viele WLAN-Geräte wird ein 3x3-MIMO von den mobilen Clients eingesetzt. Theoretisch denkbar wäre aber auch ein 8x8-MIMO, welches bis zu 6.936 MBit/s ermöglichen würde. In der Praxis spielt eine solche Konfiguration aber keine Rolle, da die Anzahl der Antennen in dieser Form selten umgesetzt wird. Bis zu 1.733 MBit/s sind in Form eines 4x4-MIMO in aktuellen WLAN-Routern häufig zu finden. Ein MIMO hat aber vor allem Vorteile bei einer gleichzeitigen Datenübertragung an mehrere Clients.

802.11ac wird aufgrund der hohen Übertragungsraten häufig als erster Ersatz einer kabelgebundenen Ethernet-Lösung gesehen. Rund 800 MBit/s bzw. 100 MByte/s sind damit je nach Abstand des Routers zum Client durchaus möglich. 

802.11ad

Um noch höhere Bandbreiten zu erreichen, wären nun weitere und multiple Streams oder ein neues Modulationsverfahren denkbar. Durch ein höheres Frequenzband erreicht 802.11ad bis zu 6.936 MBit/s. Bis zu vier Kanäle und unterschiedliche Modulationsverfahren werden dazu verwendet. Die 60 GHz, in denen 802.11ad arbeitet, sorgen aber auch für eine extrem geringe Reichweite des Standards von nicht mehr als 10 m. Ein einzelner Raum lässt sich damit gut abdecken, eine komplette Wohnung, ein Haus oder noch größere Flächen jedoch nicht. Daher hat sich 802.11ad bisher auch noch nicht durchsetzen können und wird wohl auch ein Nischenstandard bleiben.

802.11ax

Durch weiter verbesserte Modulationsverfahren und multiple MIMO-Instanzen soll 802.11ax noch höhere Bandbreite als 802.11ac erreichen. Erste Geräte wurden auf der Consumer Electronics Show im Januar 2018 angekündigt und sollen in Kürze erhältlich sein. Wie bei allen Techniken, die auf mehreren Geräten laufen soll, muss aber auch das entsprechende Gegenstück zum Router vorhanden sein und bisher gibt es noch keine Clients die 802.11ax unterstützen und es wird wohl auch noch bis Ende 2019 dauern, bis wir die ersten Geräte sehen werden.

Aktuell am häufigsten verwendet wird ein WLAN nach 802.11n und 802.11ac. Befinden sich noch ältere Clients in der WLAN-Umgebung, kommt auch noch ein 802.11g oder gar 802.11b zum Einsatz. Größere Datenmengen oder flüssige und zugleich hochauflösende Videostreams lassen sich heutzutage aber nur noch mit den neueren Standards realisieren. Die Anforderungen an ein WLAN sind in der vergangenen Jahren stark gestiegen.

Mesh-Netzwerke als Mischform

Eingehen wollen wir auch auf das Thema der Mesh-Netzwerke. Das Prinzip eines Mesh-Netzwerkes ist weder neu noch sonderlich kompliziert. Zwei oder mehr Endgeräte werden zu einem vermaschten Netz zusammengesetzt. Die Mesh-WLAN-Netzwerke für den Endkunden sollen sich selbständig aufbauen und konfigurieren. Mesh-Netze kommen auch in kabelgebundenen Netzwerkstrukturen zum Einsatz. Wir haben uns die Theorie hinter solchen Mesh-Systemen bereits angeschaut.

Mesh-Netzwerke im Privatkundenbereich verwenden allerdings nur nominell keine zentrale Infrastruktur. Derzeit sind dies allesamt proprietäre Systeme die eine zentrale Intelligenz und damit auch eine zentrale Hardware als Ausgangspunkt in einer Sterntopologie voraussetzen. Im Falle von AVM ist dies eine Fritz!Box, aber auch bei den anderen Mesh-Anbietern gibt es immer eine zentrale Hardware als Router, von dem das gesamte Mesh gesteuert wird. Die zentralen Komponenten eines Mesh sind beispielsweise dazu notwendig, um den einzelnen Knotenpunkten des Mesh Vorgaben zu machen, welche Clients über sie versorgt werden (Stichwort AP Steering). So kann der einzelne Knotenpunkt nicht über die Übergabe an einen weiteren Teilnehmer entscheiden, sondern dies geschieht über die zentrale Fritz!Box. Die einzelnen Knoten oder Satelliten verfügen nicht über die notwendige Intelligenz im Netz, um dies selbstständig zu tun.

802.11s ist eine Teilspezifikation von 802.11, welche den Aufbau echter Mesh-Netzwerke beschreibt, bei denen die einzelnen Knotenpunkte eigenständiger sind. Das Mesh-Routing findet bei 802.11s in der MAC-Schicht statt und soll damit deutlich effizienter sein, da nicht immer über eine zentrale Instanz kommuniziert werden muss, sondern die einzelnen Knoten vieles eigenständig aushandeln können. Für den professionellen Einsatz in größeren Versorgungsflächen gibt es Hardware, die 802.11s unterstützt. Im Heimanwenderbereich ist dies derzeit noch nicht der Fall.

Ein Mesh-Netzwerk kann unterschiedliche Technologien als Rückgrat verwenden. Die wichtigsten sind die oben erwähnten WLAN-Standards. Im Falle von AVM kann aber auch das Powerline-Netzwerk als Verbindungsbrücke des Meshpunktes dienen.