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Wireleless Lan (WLAN) Industrie Standards und Normen
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Bei der Betrachtung von verschiedenen Wireless Lan Produkten wird man immer häufiger mit einer großen Anzahl von Piktogrammen und Standards konfrontiert. Um nun etwas Klarheit in die Bedeutung dieser Standards und Normen zu bringen, werden nachfolgend die Zusammenhänge der einzelnen Standards und Normen geklärt. Einige dieser Standards befinden sich noch in der Projektierungsphase, was sich stark auf den kommenden Endgerätemarkt auswirken könnte. Durch eine Vielzahl von Vorschriften und Gesetzen in den unterschiedlichen Ländern in denen WLAN`s betrieben werden sollen, sowie durch immer höher werdende Sicherheitsanforderungen können wir mit weiteren Standards in Zukunft rechnen.

IEEE (Institute of Electrical and Electroncis Engineers)

Als einen der wichtigsten Standards bezeichnet man den IEEE Standard. Die IEEE ist eine Amerikanische Vereinigung von Ingeneuren zur Erstellung von Industriestandards und Normen.

In unserem Falle ist er IEEE802.11 Standard von Bedeutung für die drahtlose Netzwerktechnik. Die Familie der IEEE802-Standards definiert vor allem die Bitübertragungsschicht (Physical Layer) und die Verbindungsschicht (Data Link Layer), also die untersten zwei Schichten des OSI-Referenzmodells.

In der Funktionsweise wird die Verbindungsschicht in zwei unterschiedlich Bereiche aufgeteilt. Die Zugriffssteuerung wird durch das Media Access Control (MAC) realisiert.
Funktionell unterteilt sich die Verbindungsschicht in zwei weitere Bereiche. Das Logical Link Control (LLC), welches bei allen IEEE802-Standards ähnlich ist, übernimmt die logische Steuerung. Hier raus resultieren die Protokolle der höheren Schichten, dem Zugriffsmechanismus und des physikalischen Layers. Auf diese Weise können Protokolle der höheren Schichten unabhängig vom Zugriffsmechanismus und der physikalischen Definition auf die Kommunikationsdienste zugreifen
Die kabellosen Protokolle des IEEE 802.11 Standards können von TCP/IP Protokollen im Allgemeinen in homogenen Verfahren verwendet werden wie herkömmliche verdrahtet Ethernet-Protokolle. Die multiple Implementierung von Fehlerkorrektur-Algorithmen kann sich zum teil allerdings negativ auf den Datendurchsatz auswirken.

WLANA (Wireless LAN Association)

Die WLANA ist eine gemeinnützige Handles-Vereinigung und sich als Leiter und Wegbereiter für öffentlich drahtlose Netzwerke versteht. Und unterstützt die Vermarktung des IEEE802.11 Standards durch Öffentlichkeitsarbeit Marketing.

WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance)

Die WECA zertifiziert unter der Bezeichnung Wi-Fi (Wireless Fidelity) die Kompatibilität zwischen den nach 802.11 Standard arbeitenden Geräten. Es sollte bei einem Kauf von Wireless LAN Produkten auf das Vorhandensein diese Zertifikates geachtet werden um uneingeschränkt auch andere Wireless LAN Umgebung wie z.B. Hotspots zu nutzen.

IEEE 802.11

Der IEEE 802.11 WLAN (Wireless Local Area Networks) Standard wurde erstmals 1997 nach einer Entwicklungsphase von 7 Jahren von der IEEE verabschiedet. Ursprünglich wurden 3 Physikalische Interfaces zur Verfügung gestellt die einen gemeinsamen MAC-Layer darstellen: Zwei Spread Sektrum Funkschnittstellen mit verschiedenen Modulationsverfahren im Frequenzbereich von 2400 – 2485 MHz, das Singnal wird über ein möglichst breites Frequenzspektrum aufgeteilt. Sowie eine Schnittstelle für die Infrarotübertragung 850-950 Nanometer(Licht) mit einer maximalen Reichweite von 10 Metern bei einem Sichtkontakt zwischen den Geräten.

Dieser Standard ist heute in kaum noch einem Endgerät zu finden, durch die größer werdenden Anforderungen an Sicherheit und Übertragungsgeschwindigkeit wurden die Nachfolgenden Ergänzenden Standards entwickelt.

-802.11 IR, 1-2 Mbit/s; Infarot, Pulsmodulation
-802.11 FHSS, 1-2 Mbit`s 2,4 GHz ISM Band, FHSS Ferquenz Hopping Spread Spektrum
-802.11 DSSS, 1-2 Mbit`s, 2,4 GHz ISM Band, DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

IEEE 802.11a

Zum 802.11 Standard kam 1999 der 802.11a Standard mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 6-54 Mbit`s im 5 GHz Bereich und einer OFDM-Modulation. Eine Kompatibilität zwischen dem 802.11a und 802.11b besteht resultierend aus dem unterschiedlichen Übertragungsfrequenzen nicht.

Durch die Verwendung des 5 GHz Ferquenzbereiches kann es zu Störeinflüssen durch andere Geräte die diese Frequenz benutzen kommen. Z.B. Radargeräte, Satellitenübertragungsgeräte, und das Hiperlan 2. Nicht überlappenden Funkkanälen in einem 802.11a WLAN (8 Kanäle ) lassen ca. 3 mal so viele Access-Points auf engen Raum zu wie der 802.11b Standard. Die zugelassen Sendeleistung durch die ETSI für den 802.11a Standard in Europa beträgt 30mW. Dieses Frequenzband ist von der Regtp für Lokale Funknetze am 13. November 2002 gebührenfrei freigegeben worden. Die Nutzung dieser Norm ist auf den Einsatz im Indoorbereich in Deutschland beschränkt.

Der 802.11a Standard ist mit Sicherheit eine sehr Interessante Alternative zum doch sehr in der Übertragung langsamen 802.11b Standard. Jedoch durch die Kollision in Europa mit Millitärischen Radaranlagen ist ein Betrieb nur mit sehr wenig Sendeleistung möglich. Sollten sich entsprechend hier ein mal die Bestimmungen ändern, könnte dieser Standard durch seine 8 Kanäle mit Sicherheit zu einem Flächendeckendem Wireless LAN in Deutschland beitragen, währe da nicht schon UMTS und die teueren Lizenzen dafür oder der Hiperlan 2 Standard der ETSI. Es wird wohl abhängig von den Herstellern und den der Kommunikation zwischen ETSI und IEEE ob sich dieser Standard langfristig durchsetzten wird.

- Datenübertragungsrate Brutto: 6 - 54 Mbit`s
- Datenübertragung Netto: 32 Mbit`s
- Frequenzband: 5150-5350, 5725-5825 GHz
- OFDM (Orthogonal Frequenzy Divison Multiplexing)
- Sendeleistung (durch Regtp genehmigt): 30mW
- Frequenzspektrum: 300 MHz

IEEE 802.11b

Im Jahre 1999 wurde der IEEE 802.11 mit einem Zusatz für das DSSS Interface verabschiedet. Der 802.11b Standard lässt Übertragungsgeschwindigkeiten von 5,5 Mbit`s und 11 Mbits`s zu. Dieser Standard ist der bisher am meisten verwendete im Industrie und Homeoffice Bereich.
Es werden 3 nicht überlagernde Kanäle zur Verfügung gestellt, wodurch es in Zukunft bei einer größeren Flächendeckeung mit 802.11b Access-Points zu Interferenzen mit auf den selben Kanälen senden Access-Points aus der Nachbarschaft kommen könnte. Der 802.11b Standard ermöglichtet erstmals einen konkurrenzfähige und erschwingliche drahtlose Netzwerkumgebung zu bestehenden Netzgebunden LAN`s. Das 2,4 GHz Frequenzband teilen sich unter anderem zum Beispiel Mikrowellenherde und Bluetooth-Geräte welches ebenfalls eventuelle Störungen hervorrufen könnte. Geräte mit dieser Norm dürfen für den Indoor- sowie Outdoorbereich in Deutschland genutzt werden.

Produkte die diesen Standard verwenden gelten im Allgemeinen als Ausgereift und Störungsarm, weshalb Sie auch trotz des neuen 802.11g Standards häufig im professionellen Einsatz wie z.B. bei Point to Point oder Hotspotanwendungen verwendet werden. Durch den setitg gesunken Preis der Produkte im 802.11b Standard fanden diese in den letzten Jahren eine großen Anwenderkreis.

- Datenübertragungsrate Brutto: 5,5-11 Mbit`s
- Datenübertragung Netto: 5 Mbit`s
- Frequenzband 2400,0-2483,5 Ghz ISM Band
- DSSS Direct Sequence Spread Spectrum
- Sendeleistung (durch Regtp genehmigt): 100mW
- Frequenzspektrum: 83.5 MHz
- Reichweite: Indoor zwischen 50 und 10 Metern je nach verwendetem Baustoff. Outdoor: Reichweiten von 550 bis 30 Meter bei einem Sichtkontakt

IEEE 802.11d

Zum teil auch als „World Mode“ bezeichnet ist eine Roaming-Möglichkeit für die Wireless-LAN Endgeräte verschiedener Länder. Die Daten werden über die zulässigen Funkkanäle übertragen und gewährleisten jedem Client die ausreichende Versorgung mit entsprechender Bandbreite, bekannt aus dem Bereich der Mobilfunk Technologie. Der 802.11e Standard ist ein Nachtrag zum IEEE 802.11 Standard. Zur Zeit ist dieser Standard noch in einigen Länder gesetzlich nicht zugelassen, aus diesem Grunde soll der Standard 11d die Rahmbedingungen und Features für den Einstatz von WLAN´s in diesen Ländern Regulieren. Zur Drucklegung waren die Arbeiten zu diesem Standard noch nicht abgeschlossen.

IEEE 802.11e

Entwickelt als Ergänzung zum MAC-Layer mit der Gültigkeit für die 802.11a, b und g Standards, erlaubt eine QoS ( Quality of Service) Unterstützung - Priorisierung von Datenpaketen - für LAN Anwendungen und einen Multimedia Support. Neben der reinen Datenübertragung werden auch Sprach, Audio (VoIP) und Bildübertragungen möglich. Zur Drucklegung waren die Arbeiten zu diesem Standard noch nicht abgeschlossen.

IEEE 802.11f

Eine Interoperabilität mobiler Access-Points verschiedener Hersteller soll durch diesen Standard gewährleistet werden. Es werden Access-Points innerhalb eines Netzwerkes registriert durch den Datenaustausch zwischen den Access-Points wird eine unterbrechungsfreie Weiterleitung der Benutzer von einem Access-Point zum anderen Gewährleistet. Es entsteht eine Art Roaming, ebenfalls aus dem Mobilfunkbereich bekannt. D.h. der Benutzer kann sich frei ohne die Verbindung zu Netzwerk zu verlieren von einer Funkzelle zur andren Bewegen. Dieser Standard befindet sich ebenfalls zur Drucklegung noch nicht in der Abschlussphase. Entsprechende Produkte sind aber schon seit ca. 2002 auf dem Deutschen Markt.

IEEE 802.11g

Im Juli 2003 wurde der 802.11g Standard zur höheren Datenübertragung im 2,4 GHz Bereich verabschiedet. Der 802.11g Standard eignet sich für höhere Datenübertragungsraten, z.B im Anwendungsbereich von Multimedia und Videostreaming. Es besteht ein völlige Abwärtskompatibilität durch Verwendung der CCK-Modulation (Complementary Code Keying) zwischen dem 802.11b und 802.11g Standard. Bei einem Einsatz von Geräten beider Standards wird die Datenübertragung auf 11Mbit´s reduziert. Bei der Verwendung von Geräten ausschließlich im 802.11g Standard arbeitend, wird einen schneller Datenübertragung durch die PBCC-Modulation ermöglicht (Packet Binary Convolutional Coding). Die Nutzung von Geräten mit dieser Norm ist für den Indoor- und Outdoorbereich von der Regtp genehmigt worden.

Der 802.11g Standard biete meiner Meinung derzeit eine Alternative zum 802.11a und 802.11b Standard. Einmal durch seine Abwärtskompatibilität sowie seinen Höhere Bandbreite in der Datenübertragung. Bei der Verwendung von Client-Produkten diese Standards ist der Benutzer flexibel z.B. in der Nutzung von öffentlichen Hotspots, die meist im 802.11b Standard betrieben werden, kann aber dennoch im Büro die höhere Datenübertragung des 802.11g Standards nutzen.

- Datenübertragungsrate Brutto: 6 - 54 Mbit`s
- Datenübertragung Netto: 32 Mbit`s
- Frequenzband: 2400,0-2483,5 GHz ISM-Band
- DSSS Direct Sequence Spread Spectrum
- Sendeleistung (durch Regtp genehmigt): 100mW
- Frequenzspektrum: 83,5 MHz

IEE 802.11h

Ursprünglich für die Einhaltung der Europäischen Vorschriften (ETSI) für 5Ghz WLAN`s wurde dieser Standard als Ergänzung zum MAC-Layer vorgesehen. Die Vorschrift verlangt für das 5Ghz Band einen Anpassung der Übertragungsleistung (TPC) wie die Dynamische Frequenzbandauswahl (DFS). Ein Vorteil dieses Standards ist das der Benutzer immer die entsprechende Sendeleistung erhält die er grade durch seine räumliche Entfernung vom Sender her benötigt um entsprechen Bandbreite zu nutzen. Die Übertragungsleistung wird durch TPC immer auf das Minimum beschränk, dies beugt eventuellen Interferenzen mit andern auf diesem Frequenzband befindlichen Geräten wie z.B. Radar Anlagen vor.

IEE 802.11i

Der Standard zur Verbesserung der Sicherheit in Funknetzwerken, ebenfalls eine Ergänzung des MAC-Layers. Entwickelt als Alternative zum bisher bestehenden WEP-Key (Wired Equivalent Privacy). Dies ermöglicht neue Verschlüsselungs- und Authentifizierungsmöglichkeiten im WLAN. Der Standard IEEE 802.11X bildet einen wesentlichen Bestandteil des 802.11e Standards. Das Verfahren basiert auf TKIP (Temporal Key Integrity Protokoll) und unterstütz wird ebenfalls die AES-Verschlüsselung (Anvanced Encryption System) allerdings erst in der Verwendung von neuen Chipsätzen sowie WEB2 und VPN. Weiterhin soll eine verbesserte Kooperation mit Radius-Server gewährleistet werden. Dieser Standard befindet sich bei Drucklegung noch in der Projektierungsphase.

Tabelle IEEE Standard Vergleich:

Standard 802.11 802.11b 802.11b+ 802.11a 802.11g
Frequenzbereich 2,4 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz 5 GHz 2,4 GHz
Übertragungs-geschwindigkeit 2 Mbit’s 11 Mbit`s 22 Mbits`s 54 Mbit´s 54 Mbit`s
Sendleistung 100mW 100mW 100mW 30mW 100mW
Kompatible zu 802.11b 802.11b+/g 802.11b/g - 802.11b/b+

ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

Die ETSI ist eine nicht Gewinn orientierte Organisation, die sich die Standardisierung Datenfernübertragung zu Aufgabe gemacht hat. Der Hauptsitz der ETSI ist in Sophia Antipolis, im Süden Frankreichs. Die ETSI zählt 786 Mitglieder in 56 Ländern.

HIPERLAN (High Performance Radio Local Area Networks)

HiperLAN Typ 1

Der HiperLAN 1 Standard ist ein drahtloser Netzwerk Standard im 5,15-5,30 GHz Frequenzbereich mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 20Mbit/s und wurde 1996 von der ETSI verabschiedet. Die erforderlichen Standardkanäle sind 0,1 und 2, die Freigabe der Kanäle 3 und 4 unterliegen den regionalen und nationalen Bedingungen. HiperLAN Typ 1 ist kompatibel mit ISO/IEC 15802-1 MAC und ISO/IEC 15802-3 MAC Bridges.

Das HIPERLAN/1 benutzt den Physischen-Layer und den MAC-Layer, d.h. die Layer 1 und 2 des OSI-Referenzmodells. Der MAC-Layer schließt die HIPERLAN Verwaltungs-Funktionen wie Netzbeschaffenheit und Wartungsinformationen, Steuerfunktionen, und Channel Access Control (CAC) ein.
Leider fanden sich nach Herausgabe durch die ETSI (Europäischen Standardisierungsinstitut für Telekommunikation ) für dieses Protokoll kaum Hersteller die Produkte in diesem Standard liefern.

Hiperlan Typ 2

Im April des Jahres 2000 wurde dann im Rahmen des Projektes BRAN (Broadband Radio Access Network) der Hiperlan Typ 2 Standard verabschiedet. Dieser Standard bietet eine Übertragungsgeschwindigkeit auf der Physischen ebene von bis zu 54Mbit`s zum Festnetz in privaten und öffentlichen Umgebungen. Ebenfalls bekannt auch unter dem Arbeitsnahmen Wireless-ATM (Asynchronous Transfer Mode). Ähnlich dem 802.11a Standard und ADSL arbeitet dieser Europäische Standard auch im Modulationsverfahren OFDM (orthogonal Frequency Division Multiplex)

Das Hiperlan 2 wir ebenfalls im 5 GHz Frequenzspektrum betrieben, hierraus können Konflikte mit dem 802.11a Standard resultieren, welches einen enge Abstimmung der ETSI Standards mit dem Amerikanischen und Japanischen IEEE Standard erforderlich machen wird. Gegenüber den IEEE802.11 Standards ist das Hiperlan 2 mit einige Features mehr ausgestattet, wie z.B. eine Schnittstelle zum UMTS System , zum IEEE1394 Standard (dem von weiten Teilen der Unterhaltungselektronikindustrie favorisierten Standard für Multimedia-Home-Networking) sowie Schnittstellen für Abrechnungssyteme (Billing). Durch die Verwendung von ATM, welches von den meisten Europäischen Carrieren als Standardprotokoll verwendet wird, wird ein durchdachtes Bandbreitenmanagment möglich und dies in Echtszeit (QoS).

Ein Hiperlan 2 Netzwerk arbeitet auf der untern Ebene der Netzwerkschicht und besteht somit typischerweise aus mehreren Access-Points mit denen die Funkversorgung eines bestimmten Gebietes gewährleistet wird. Der Aufbau eine HiperLAN 2 Netzwerkumgebung ist ähnlich der einer WLAN umgebung. Der Mobile Benutzer loggt sich auf einem Access Point ein der die Verbindung in das drahtgebunden Netzwerk herstellt. Bewegt sich nun der Mobile Benutzer zwischen zwei Access-Points umher, hält der Access-Point die Verbindung bis der jeweilige andere Access-Point die Verbindung aufgenommen hat (Roaming). Eine direkte Komunikation der Clients unter ander ist ebenfalls möglich, bekannt im WLAN unter dem Namen Ad-hoc, nennt sich diese Verbindungsmethode im Hiperlan 2 „Direkt Mode“. Jedoch ist hier das Vorhandensein eines speziellen Central Controllers notwendig.

Hiperlan 2 arbeitet im Gegensatz zu WLAN Verbindungsorientiert, das heißt bevor Benutzerdaten ausgetauscht werden können, muss eine Verbindung zwischen dem Mobilien Benutzer und einem Access-Point stattfinden. Access-Points im Hiperlan 2 können ebenfalls Daten alle Mobilene Benutzer senden. Dies kann bidirektional (Point-to-Point) oder unidirektional (Point to Multipoint) geschehen.

Copyright 2003 Marcus Gier

Quelle: Seminarunterlagen ABCDATA 7/2003

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