Wireless Local Area Networks Übersicht über die verfügbaren WLAN- Technologien = Dr. Gerhard Kadel T-Systems Nova, Technologiezentrum Abteilung Lokale Breitband-Funknetze 16. Januar 2003
. Inhalt. 1. WLAN Definition und Anwendungsmöglichkeiten 2. Einordnung und relevante Standards 3. Eigenschaften von IEEE 802.11 und 802.11b 4. Neue IEEE 802.11 Standards und HIPERLAN/2 5. Zukunftsperspektiven und Herausforderungen 6. Zusammenfassung Januar 2003, Seite 2
. Was ist ein Wireless LAN? Definition Ein Wireless Local Area Network (WLAN) ist ein auf ein lokales Areal begrenztes drahtloses Netzwerk zur breitbandigen digitalen Datenkommunikation. Die Verbindung erfolgt durch Funktechnologien und ist nicht auf eine Sichtverbindung zwischen den Geräten angewiesen. WLAN Technologien lassen sich als Erweiterung bzw. Zugangslösung oder als Alternative für kabelgebundene Netzwerke einsetzen. Es lassen sich grundsätzlich zwei Betriebsarten unterscheiden: (1) Im Ad-hoc Modus kommunizieren die Geräte direkt miteinander. (2) Im Infrastructure-Modus geht der Datenverkehr über eine oder auch mehrere Basisstationen (sog. Access Points) Januar 2003, Seite 3
. Anwendungsszenarien Mobilfunk ISP Internet Heimanwendungen Office Ethernet Öffentliche Netze Firmennetze Januar 2003, Seite 4
. Einordnung. Mobilität Hoch Gering Portabel GSM / GPRS DECT Bluetooth UMTS T-DAB WLAN (IEEE 802.11b) DVB-T IEEE 802.11a/g/h HIPERLAN/2 GSM Global System for Mobile Communications GPRS General Packet Radio System UMTS Universal Mobile Telecommunications System DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications WLAN Wireless Local Area Network HIPERLAN High Performance Radio LAN DAB Digital Audio Broadcasting DVB Digital Video Broadcasting P-MP Point-to-Multipoint P-P Point-to-Point Festnetz P-MP Radio P-P Radio ISDN ADSL ATM Datenrate 9.6 32 64 2 34 155 kbit/s Mbit/s Januar 2003, Seite 5
. Relevante Standards. HIPERLAN/2; 54 Mbit/s 5-GHz Bereich; ca. 450 MHz verfügbar IEEE802.11h/i; 54 Mbit/s IEEE802.11a, 54 Mbit/s 2,4-GHz ISM-Band; ca. 80 MHz verfügbar Bluetooth; 1 Mbit/s IEEE802.11g; 54 Mbit/s IEEE802.11b; 11 Mbit/s IEEE802.11; 2 Mbit/s 1996 1998 2000 2002 2004 Januar 2003, Seite 6
. IEEE 802.11 und IEEE 802.11b. Eigenschaften Frequenzbereich: 2.400-2.483 GHz (in einigen Ländern eingeschränkt) Kanalbandbreiten: 22 MHz, 14 überlappende Kanäle verfügbar Anzahl der max. unabhängig nutzbaren Kanäle: 3 Empfohlener Abstand zwischen benachbarten Kanälen: 5 Kanäle Max. zulässige Sendeleistung: 100 mw EIRP (USA: 1 W) Bandspreizung: DSSS (Direct Sequence Spread Spectum) oder FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) - 802.11b nur DSSS Medium Access Scheme: CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) connection less operation Januar 2003, Seite 7
. Kanäle für IEEE802.11 im 2.4-GHz-ISM-Band. Kanal-Nr. Mittenfrequenz [MHz] EU (ETSI) Spanien Frankreich 1. Funkband 1 2412 X Kanal 3 2 2417 X 3 2422 X 4 2427 X 5 2432 X 2. Funkband 6 2437 X Kanal 8 7 2442 X 8 2447 X 9 2452 X 10 2457 X X X 3. Funkband 11 2462 X X X Kanal 13 12 2467 X X 13 2472 X X 14 2484 Januar 2003, Seite 8
. IEEE 802.11 und IEEE 802.11b. Eigenschaften Datenraten auf der Luftschnitstelle: 802.11: 1 und 2 Mbit/s 802.11b: 11 5.5 2 1 Mbit/s (abwärtskompatibel) Nutzerdatenrate ist abhängig von den Ausbreitungsbedingungen, Anzahl Nutzer und der Paketlänge Sicherheitsmechanismus: WEP (Wired Equivalence Privacy) Garantie der Interoperabilität durch WECA (Wireless Ethernet Compatibility Allicance) vergibt WiFi (Wireless Fidelity) Zertifikat Januar 2003, Seite 9
. Einfluss der Entfernung auf Datenraten von 802.11b. Performance-Messungen im freien Raum Freiraumausbreitung WLAN 2,4 GHz 4,5-55 Throughput (Max) [Mbit/s] 4 3,5 3 2,5 2 Throughput (Median) Throughput (Average) Streaming UDP Eingangspegel -60-65 -70-75 -80 Empfangspegel [dbm] 11Mbit/s 1,5-85 5,5 Mbit/s 1-90 2 Mbit/s 0,5-95 1 Mbit/s Grenzwertlinien 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450-100 Entfernung [m] Januar 2003, Seite 10
. Neue IEEE 802.11-Standards. 802.11a: Neue Luftschnittstelle im 5-GHz-Band OFDM-Modulation Ratenadaption mit Datenraten von 6 Mbit/s bis 54 Mbit/s auf der Funkschnittstelle MAC-Protokoll wie bei 802.11(b) 802.11e: MAC Erweiterungen für for QoS 802.11f: Inter Access Point Protocol (IAPP) 802.11g: Neue Luftschnittstelle im 2,4 GHz-Band OFDM-Modulation (wie 802.11a) Kompatibel zu 802.11b (nicht zu 802.11) 802.11h: Erweiterung für 802.11a (DFS, TPC) 802.11i: MAC Erweiterungen für Security and Authentication Januar 2003, Seite 11
. HIPERLAN/2. Europäischer ETSI-Standard Frequenzbereich: 5.150-5.350 GHz u. 5.470-5.725 GHz Kanalraster: 20 MHz (19 Kanäle) Nahezu identische Luftschnittstelle wie 802.11a OFDM-Modulation Ratenadaption mit Datenraten von 6 Mbit/s bis 54 Mbit/s auf der Funkschnittstelle MAC-Protokoll: Zentrale Ressourcen-Kontrolle QoS-Unterstützung durch connection oriented MAC Dynamic Frequency Selection (DFS), Transmit Power Control (TPC) Skalierbare Fehlerverarbeitungs- und Security-Mechanismen Netzwerkschnittstellen: ATM, Ethernet, IEEE1394, UMTS und IP 5 GHz Global Study Group strebt weltweite Harmonisierung zwischen Europa (ETSI), USA (IEEE) und Japan (MMAC) an Januar 2003, Seite 12
. Frequenzbänder im 5-GHz-Bereich. Japan MMAC 5.15 5.25 DFS: TPC: MMAC: Dynamic Frequency Selection Transmit Power Control Multimedia Mobile Access Communication Systems USA IEEE 802.11a 5.15 5.35 5.725 5.825 Indoor 200 mw / Outdoor 1 W EIRP Outdoor 4 W EIRP Max peak Tx power Europa HiperLAN/2 5.15 DFS & TPC 5.35 5.470 DFS & TPC 5.725 Indoor 200 mw EIRP Outdoor 1W EIRP Max mean Tx power 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Freq./GHz Januar 2003, Seite 13
. Vergleich von WLAN-Standards. Standard IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11a IEEE 802.11h HIPERLAN/2 Verfügbarkeit des Standards Seit 1999 Erwartet bis Q3/2002 Verfügbarkeit von Produkten Seit 2000 Erwartet Anfang 2003 Seit 1999 Erwartet bis Q4/2002 Seit 1999 Erste Produkte verfügbar Erwartet 2. Hälfte 2003 Max. User-Datenrate (1 User, 5-6 Mbit/s 32 Mbit/s 32 Mbit/s Standard ist 42 Mbit/s 1500 Byte Datenpakete) 1) Erweiterung von QoS-Support 2) - 2)) - 2) - 2) 802.11a um DFS und TPC ja Frequenzbereich 3) 2,4 GHz 2,4 GHz 5150-5250 MHz 5150-5350 MHz Anzahl nicht überlappender Frequenzkanäle 5470-5725 MHz 5150-5350 MHz??? 5470-5725 MHz 3 3 3 8 11 8 11 Max. Sendeleistung 4) 100 mw 100 mw 30 mw (60 mw) 200 mw 1 W 200 mw 1 W Indoor 50 m 50 m 15 m 30 m 50 m 30 m 50 m Max. Reichweiten 5) Outdoor 400 m 400 m Nicht zugelassen Nicht zugel. 200 m Nicht zugel. 1) Gilt für kleine Abstände, bei größeren Abständen reduzieren sich die Datenraten 2) QoS bedeutet u.a. garantierte Bandbreiten für Echtzeit-Anwendungen (z.b. Sprache, Video), mit Standard-Erweiterung 802.11e (erwartet Standard Q4/02, Produkte Q3/03) (bedingte) QoS-Unterstützung auch für 802.11x möglich 3) Regulatorische Situation in Deutschland 4) Leistung, die regulatorisch zugelassen ist manche Produkte haben geringere Leistungen; (Klammer bei 802.11a: zul. Leistung mit TPC Relgelber. > 6dB) 5) Reichweiten sind sehr stark von Gebäude- oder Umgebungsstruktur abhängig, bei Vergrößerung der Reichweiten Reduktion der Datenraten (Ratenadaption). 200 m Januar 2003, Seite 14
. WLAN und Bluetooth Hardware und Geräte. Zahlreiche moderne Endgeräte sind bereits mit WLAN und/oder Bluetooth- Technologie ausgestattet oder lassen sich einfach damit erweitern (durch PCMCIA- oder Compact Flash Cards): Notebooks PDAs Robuste Spezial-Handheld-PCs Scanner Tablet-PCs Drucker bzw. Druckserver Info-Kiosks... zunehmend hohe Verbreitung zunehmend günstiger Januar 2003, Seite 15
. Zukunftsperspektiven, Herausforderungen. Roaming über verschiedene WLAN-Inseln (Intra- und Internet) Integration von WLAN und Mobilfunk (Netzkonvergenz) Mobilitäts- und QoS-Unterstützung auf der Basis von IP- Protokollen (Mobile IP, Cellular IP, HAWAII,...) Public Access über WLAN in Hot Spots Neue Aktivitäten bei IEEE 802.11 Weltweite Harmonisierung im 5-GHz-Bereich Verträglichkeit der ISM-Band-Systeme Januar 2003, Seite 16
. Roaming über verschiedene Inseln. Hausanschluss Flughafen Office Roaming Hotels & Konferenzen Bahnhof Öffentl. Plätze Januar 2003, Seite 17
. Netzarchitektur der IST-Projekte BRAIN und MIND. Operator s Server Farm DHCP WAP AAA Billing VHE SIP Proxy Server Broadband Radio Access for IP based Networks UTRAN Release 00 Vertical Handover SGSN IP backbone DiffServ IP - macro mobility management GGSN ISP Server Farm Global Internet Mobile IP based Network Developments IP-based micro-mobility IntServ Access Router Gateway Router HIPERLAN 2 Mobile Router ADSL Januar 2003, Seite 18
. Zusammenfassung. Auf der Basis der WLAN-Technologie können in lokal begrenzten Bereichen folgende Anforderungen erfüllt werden: Datenraten wie in drahtgebunden Netzen Drahtlose Vernetzung von Kommunikationssystemen Steigerung der Flexibilität und Effizienz, z.b. im Logistikund Prozessbereich Die Innovationszyklen im Bereich der lokalen Funktechnologien sind sehr kurz und die Dynamik am Markt sehr hoch. Die Herausforderung für die Zukunft besteht darin, die Technologien zu leistungsfähigen Gesamtlösungen zu integrieren, um die spezifischen Leistungsmerkmale optimal zu nutzen. Januar 2003, Seite 19
Dr. Gerhard Kadel Abteilungsleiter Lokale Breitband-Funknetze T-Systems Nova GmbH Technologiezentrum Hausanschrift Am Kavalleriesand 3, 64295 Darmstadt Telekontakte Telefon (06151) 83-3581 Telefax (06151) 83-4611 E-Mail: Gerhard.Kadel@t-systems.com = Januar 2003, Seite 20