IEEE 802.11

IEEE 802.11 (auch: Wireless LAN, WLAN, WiFi (Wireless Fidelity)) bezeichnet einen Industriestandard für drahtlose Netzwerkkommunikation. Herausgeber ist das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

Die erste Version des Standards wurde 1997 verabschiedet. Sie spezifiziert den Mediumzugriff (MAC-Layer) und die physikalische Schicht (vgl. OSI-Modell) für drahtlose lokale Netzwerke. Für die physikalische Schicht sind zwei Spreizspektrumverfahren (Übertragung per Radiowellen) und ein Verfahren zur Datenübertragung per Infrarotlicht spezifiziert, wobei eine Übertragungsrate von bis zu 2 MBit/s (brutto) vorgesehen ist. Zur Datenübertragung per Radiowellen wird das lizenzfreie ISM-Band bei 2,4 GHz verwendet. Die Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern kann direkt im so genannten Ad-hoc-Modus erfolgen oder im Infrastruktur-Modus mit Hilfe einer Basisstation (Access-Point). 1999 folgten zwei Erweiterungen: 802.11a spezifiziert eine weitere Variante der physikalischen Schicht, die im 5-GHz-Band arbeitet und Übertragungsraten bis zu 54 MBit/s ermöglicht. 802.11b ist ebenfalls eine alternative Spezifikation der physikalischen Schicht, die mit dem bisher genutzten 2,4-GHz-Band auskommt und Übertragungsraten bis zu 11 MBit/s ermöglicht. Als möglicher Nachfolger ist IEEE 802.16 alias Wimax in Planung.

Dadurch, dass das 2,4-GHz-Band in den meisten Ländern lizenzfrei genutzt werden darf, haben Produkte nach dem Standard 802.11b eine weite Verbreitung gefunden. Dieser Standard wird bei der Firma Apple unter dem Namen "AirPort" geführt. Produkte, die standardkonform arbeiten und die Interoperabilität mit Produkten anderer Hersteller gewährleisten, können von der Wi-Fi-Alliance zertifiziert werden.

Standard 802.11 und seine Erweiterungen

802.11 ist eine Normen-Familie für WLANs. Die Definition der IEEE 802 Normen, die zunächst ganz allgemein den Netzwerkzugriff beschreiben, begann im Februar 1980, daher wurde die Bezeichnung 802 gewählt. Am 25. Juni 2004 waren 4 Normen verabschiedet: 802.11, 802.11a, 802.11b und 802.11g. Zur Verabschiedung vorgesehen noch für 2004 sind 802.11e und 802.11i.

802.11 ursprünglicher Standard, 1997 verabschiedet
- Datentransfer: brutto 1 oder 2 MBit/s
- Frequenzband 2,400 bis 2,485 GHz (lizenzfrei)
- Akzeptanz: veraltet, nicht mehr breit genutzt

802.11a Erweiterung der physischen Schicht, 1999
- Datentransfer: brutto 54 MBit/s (netto ca. 50 %)
- Frequenzband 5 GHz (seit dem 13. November 2002 in Deutschland freigegeben, genaueres siehe 802.11h)
- Akzeptanz: gering verbreitet

802.11b Erweiterung der physischen Schicht, 1999
- Datentransfer: brutto 11 MBit/s (netto ca. 50 %)
- Frequenzband 2,400 bis 2,485 GHz (lizenzfrei)
- Akzeptanz: noch relativ weit verbreitet

802.11g Erweiterung der physikalischen Schicht, 2003
- Datentransfer: brutto 54 MBit/s (netto ca. 50 %)
- Frequenzband: 2,400 bis 2,485 GHz (lizenzfrei)
- Akzeptanz: mittlerweile der am weitesten verbreitete Standard

802.11n Neuer Standard in der Entwicklungsphase, geplant Ende 2006
- Datentransfer: brutto 540 MBit/s
- Frequenzband: geplant 5 GHz
- Akzeptanz: noch keine

802.11p Erweiterung zu 802.11a für den Einsatz in Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Netzen, auch unter DSRC bekannt. Geplant gegen Ende 2008.
- Datentransfer: brutto 27 MBit/s
- Frequenzband: geplant 5,850-5,925 GHz (in Amerika bereits für Einsatz im Verkehrsbereich reserviert)
- Akzeptanz: noch keine

Zusätzliche Erweiterungen von 802.11:

802.11c MAC-Layer-Bridging gemäß 802.1d
802.11d Anpassung an die regulatorischen Bestimmungen verschiedener Länder
802.11e Unterstützung von Quality-of-Service
802.11f Interoperabilität zwischen Basisstationen
802.11h Reichweitenanpassung, Indoor- und Outdoor-Kanäle (im 5-GHz-Band), TPC/DFS
802.11i Erweiterungen bezüglich Sicherheit und Authentifizierung
802.11j 4.9 GHz-5 GHz Operation in Japan
802.11s Mesh Netzwerke (Geplant gegen Ende 2008)

Neben diesen gibt es proprietäre Erweiterungen, die andere Übertragungsraten erlauben (22 MBit/s im 2,4-GHz-Band, PBCC, bis zu 44 MBit/s durch Kanalbündelung, auch als "802.11b+" bezeichnet; oder "802.11g" mit bis zu 108 MBit/s). Diese sind aber keine offiziellen IEEE-Standards.

max. zulässige Sendeleistungen (Effective isotropic radiated power (EIRP) - Antennengewinne sind also zu berücksichtigen):

2,4 GHz: 100 mW - in Deutschland, andere Länder haben hier andere Regelungen. So sind z.B. in den USA auch Karten mit 300 mW und mehr legal.
5 GHz: Zwischen 30 mW und 1000 mW – je nach Frequenzband. In Europa ist TPC/DFS nach 802.11h für den Betrieb von WLANs nach 802.11a vorgeschrieben. Ohne DFS und TPC sind nur 30 mW und eingeschränktes Frequenzband für 802.11a in Deutschland zugelassen.

Kompatibilitäten:

802.11b und 802.11g sind zueinander kompatibel, jedoch fällt das 802.11g-Gerät dann in einen Kompatibilitätsmodus zurück, der die effektive Geschwindigkeit auf ca. 10-15 MBit/s reduziert.
802.11a und 802.11h sind zueinander kompatibel, keine Einschränkungen.

Medienzugriff

Um einen gemeinsamen Zugriff von mehreren Geräten auf das Medium zu ermöglichen wird innerhalb des 802.11-Standards verpflichtend der CSMA/CA-Mechanismus benutzt. Optional sind CSMA/CA RTS/CTS und CSMA/CA PCF.

Da bei drahtloser Kommunikation eine höhere Fehlerrate auftritt, existiert bei 802.11 ein eigener Mechanismus zu Übertragungswiederholung. Bei einer korrekten Übertragung bestätigt der Empfänger die Datenübertragung, bei einer fehlerhaften Übertragung müssen die Daten erneut gesendet werden.

Die einzelnen Netze werden über ihre Netzwerknamen (Extended Service Set Identifier (ESSID), siehe Service Set Identifier) identifiziert.

Vor- und Nachteile der Frequenzen

2,4-GHz-Vorteile

gebührenfreies freigegebenes ISM-Frequenzband
keine aufwendige TPC/DFS nötig, um volle Sendeleistung ausschöpfen zu können
daher geringere Gerätekosten, in Folge höhere Verbreitung

2,4-GHz-Nachteile

Frequenz muss mit anderen Geräten/Funktechniken geteilt werden (Bluetooth, Mikrowellenherde, Babyphones, etc.), dadurch Störungen und Interferenzen
effektiv nur 3 brauchbare (kaum überlappende) Kanäle

5-GHz-Vorteile

weniger genutztes Frequenzband, dadurch häufig störungsfreierer Betrieb möglich
in Deutschland 19 (bei BNetzA-Zulassung) nicht überlappende Kanäle
höhere Reichweite, da mit 802.11h bis zu 1000 mW Sendeleistung möglich – das überkompensiert die größere Dämpfung der höheren Frequenzen

5-GHz-Nachteile

höhere Kosten
kein ad-hoc-Modus, nur Infrastruktur-Modus
geringere Verbreitung

Bestandteile/Erweiterungen

TPC (Transmit Power Control) reduziert ähnlich wie bei Mobiltelefonen die Sendeleistung abhängig von der Notwendigkeit (guter Kontakt zwischen den Geräten = geringere Sendeleistung)
DFS (Dynamic Frequency Selection) es wird selbständig eine freie Frequenz gewählt, z. B. um das Stören von Radaranlagen zu vermeiden

Frequenzen/Kanäle

802.11b/g

Die Frequenzen im 2,4 GHz Band wurden in Kanäle aufgeteilt; einige Länder erlauben nur bestimmte Kanäle. In Deutschland ist für die Frequenzvergabe die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA) zuständig.

Kanal Nummer	Mittenfrequenz (GHz)	Erlaubt in	Bemerkung
1	2,412	USA FCC, Europa ETSI, Japan
2	2,417	USA FCC, Europa ETSI, Japan
3	2,422	USA FCC, Europa ETSI, Japan
4	2,427	USA FCC, Europa ETSI, Japan
5	2,432	USA FCC, Europa ETSI, Japan
6	2,437	USA FCC, Europa ETSI, Japan
7	2,442	USA FCC, Europa ETSI, Japan
8	2,447	USA FCC, Europa ETSI, Japan
9	2,452	USA FCC, Europa ETSI, Japan
10	2,457	USA FCC, Europa ETSI, Japan	Ehemals in Spanien und Frankreich
11	2,462	USA FCC, Europa ETSI, Japan	Ehemals in Spanien und Frankreich
12	2,467	Europa ETSI, Japan	Ehemals in Frankreich
13	2,472	Europa ETSI, Japan	Ehemals in Frankreich
14	2,484	Japan

In Spanien und Frankreich sind inzwischen auch alle Kanäle gültig, die im Rest Europas gültig sind.

Während der Kanalabstand (außer bei Kanal 14) 5 MHz beträgt, benötigt eine Funkverbindung eine Bandbreite von 22 MHz. Um Störungen zu vermeiden, müssen sich geographisch überlappende Funkzellen disjunkte Frequenzbereiche wählen, nach obigem Schema also zwischen zwei benutzten Kanälen mindestens vier Kanäle ungenutzt lassen. Für überlappende Funkzellen werden daher bevorzugt die Kanalkombinationen (1,6,11), (1,6,12), (2,7,12) usw. verwendet.

Aufgrund der geringen Frequenzbreite der FCC werden US-Karten auch als "World"-Karten bezeichnet. Dies soll unterstreichen, dass sie in den meisten Ländern eingesetzt werden dürfen.

802.11a

Kanal Nummer	Frequenz (GHz)	Erlaubt in
34	5,170	Japan
36	5,180	USA, Singapur
38	5,190	Japan
40	5,200	USA, Singapur
42	5,210	Japan
44	5,220	USA, Singapur
46	5,230	Japan
48	5,240	USA, Singapur
52	5,260	USA, Taiwan
56	5,280	USA, Taiwan
60	5,300	USA, Taiwan
64	5,320	USA, Taiwan
149	5,745
153	5,765
157	5,785
161	5,805

Mit Ausnahme der USA, wo die Kanäle 52-64 auch im Freien verwendet werden dürfen, ist der 802.11a-Standard weltweit nur für den Gebrauch in geschlossenen Räumen zugelassen.

Andere Standards im Nahbereich

Weitere Standards zur drahtlosen Datenübertragung im Nahbereich sind HIPERLAN/1 und HIPERLAN/2, HomeRF und Bluetooth. Von diesen drei Standards hat aber nur Bluetooth praktische Bedeutung erlangt.

Weblinks

Siehe auch

Wireless LAN

WLAN | IEEE-Standard

Gourt Home::Gourt :: IEEE 802.11