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.
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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
- Frequenzband 5 GHz (seit dem 13. Dezember 2002 in Deutschland freigegeben, genaueres siehe 802.11h)
- Akzeptanz: gering verbreitet
- 802.11b Erweiterung der physischen Schicht, 1999
- Datentransfer: brutto 11 MBit/s (netto 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
- 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
Neben diesen gibt es proprietäre Erweiterungen, die andere Übertragungsraten erlauben (22 MBit/s im 2,4-GHz-Band, PBCC, auch als "802.11b+" bezeichnet; oder 108 MBit/s). Diese sind aber keine offiziellen IEEE-Standards.
max. zulässige Sendeleistungen (EIRP - Antennengewinne sind also zu berücksichtigen):
- 2,4 GHz: 100 mW
- 5 GHz: 200 mW oder 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 (ESSID) identifiziert.
Vor- und Nachteile der Frequenzen
2,4-GHz-Vorteile
- gebührenfreies freigegebenes ISM-Frequenzband
- keine aufwändige 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
- effektiv nur 3 brauchbare (nicht überlappende) Kanäle
5-GHz-Vorteile
- weniger genutztes Frequenzband, dadurch häufig störungsfreierer Betrieb möglich
- in Deutschland 19 (bei Reg TP-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 Fequenz gewählt, z. B. um das Stören von Radaranlagen zu vermeiden
Frequenzen
Die Frequenzen im 2,4 GHz Band wurden in Kanäle aufgeteilt. So erlauben einige Länder nur bestimmte Kanäle.
| Kanal Nummer | Frequenz (GHz) Kanal (jeweils 22MHz breit) | Erlaubt in | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| 1 | 2,412 | USA FCC, Europa ETSI, Japan | Überschneidungsfreier Kanal |
| 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 | Überschneidungsfreier Kanal |
| 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, Überschneidungsfreier Kanal |
| 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.
Die Kanäle 1, 6 und 11 werden bevorzugt für großflächige Netze gewählt, da sie keine Frequenzen haben, die sich überschneiden - so können zumindest diese Störungen ausgeschlossen werden.
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.
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
- IEEE 802.11 Working Group
- Wi-Fi Alliance
- studentische Ausarbeitung zum Thema
- WLAN Standards und Alternativen