Die WLAN-Leistung wird von neuen Protokollen vorangetrieben

Im dritten Teil der Artikel-Serie über die Entwicklung drahtloser Technologien beschreibt Craig Mathias die nächste Generation drahloser Netzwerke.

Im dritten Teil dieser dreiteiligen Artikel-Serie erläutert Analyst Craig Mathias die Technologie hinter modernen drahtlosen Netzwerken. Im ersten Teil erklärte er die wesentlichen Grundlagen. In Teil zwei beschrieb Mathias, welche Rolle Antennen dabei spielen.

Wir sind in der Anzahl der Funkfrequenzen, die wir für drahtlose Anwendungen zu einem bestimmten Zeitpunken verwenden, begrenzt. Zudem sind wir durch Regulierungen, Sendergröße und Stromverbrauch in der Sendeleistung limitiert. Aufgrund dieser Beschränkungen haben Netzwerk-Entwickler und Architekten drahtloser Systeme eine Reihe von Techniken entwickelt, um die Leistung der drahlosen Netzwerke zu steigern, ohne lokale Regulierungen oder die Gesetze der Physik zu verletzen.

Die wichtigste von ihnen -- und vielleicht der größte Fortschritt in der Funktechnik -- ist MIMO oder Multiple Input Multiple Output. Der In- und Output ist in diesem Fall der Funkkanal. Die Idee ist, mehrere Versionen der zu sendenden Daten zu kodieren und dieses gleichzeitig über mehrere Funkkanäle zu senden. Diese Übertragungen werden als räumliche Ströme beziehungsweise räumliche Diversität (Spatial Streams) bezeichnet. Der Erfolg dieser Technik hängt allerdings vom Mehrwegempfang (Multipath) ab, was in der Vergangenheit eine große Herausforderung darstellte, da es zu einer destruktiven Abschwächung des Funksignals führt.

Je mehr Mehrwegempfang man hat, desto besser funktioniert ein MIMO-System. Ursprünglich nahmen viele Entwickler an, dass MIMO niemals funktionieren würde, da es scheinbar das Shannon-Hartley-Gesetz verletzt. Dieses Gesetz definiert die Menge der Informationen, die über einen bestimmten Kanal übertragen werden können. MIMO ist jedoch eine dreidimensionale Technik, die die Häufigkeit und Zeit jedes Funksignals plus die dritte Dimension des Raums nutzt. Berechnet man das Shannon-Hartley-Gesetz in drei Dimensionen, stellt man fest, dass es funktioniert. Das Ergebnis: Die spektrale Effizienz von MIMO ist extrem hoch und für den erstaunlichen Durchsatz in den heutigen drahlosen Systemen verantwortlich. Diese Entwicklung geht in Zukunft aber noch weiter.

WLAN und Co. auf Hochtouren bringen

Unabhängig davon, wie effizient wir Funksignale machen, obliegt es uns auch, hochentwickelte drahtlose Netzwerk-Protokolle zu erstellen, die in Standards eingebettet sind. Protokolle umfassen zahlreiche IEEE-Standards für WLAN sowie eine Vielzahl von Standards für zellulare Systeme und andere Funksysteme. Protokolle wurden entwickelt, um die Interoperabilität zu verbessern und die Kosten zu veringern. Der Hauptgrund für Protokolle ist aber die Leistungsoptimierung, indem die Menge des Netzwerkverkehrs minimiert wird. Dies erhöht die Zuverlässigkeit durch das Ausblenden von unwichtigen Daten von Betriebssystemen sowie Anwendungen. Der IEEE-Standard 802.11 wurde zum Beispiel entwickelt, um drahtlose Kommunikation genauso aussehen zu lassen wie drahtgebundenes LAN – eine Meisterleistung, wenn man alle unbekannten Variablen drahtloser Technologie berücksichtigt.

Und wenn wir erst einmal an die Netzwerkschichten (Layer 3) und darüber kommen, lassen sich eine Vielzahl weiterer Optimierungen vornehmen. Am wichtigsten sind dabei architektonische und Implementierungs-Entscheidungen, die Systemanbieter machen. Denn diese Techniken umfassen einen klugen Ansatz, der Application Awareness, Airtime Fairness, Funk-Ressourcen-Management (unter anderem die Optimierung der Sendeleistung und Funkkanäle) und viele andere Verbesserungen beinhaltet, um Nutzern leistungsfähigere drahtlose Netzwerke zu bieten. Wenn es also so wirkt, als sei ein drahtloses Netzwerk besser als ein anderes, kann das lediglich das Resultat kleiner Unterschiede bei der Übertragung sein.

Heute gibt es bereits Elemente drahloser Netzwerke, die in Software implementiert sind oder sogar in die Cloud verschoben wurden. Moderne Technologien wie Software-defined Networking (SDN) und Network Functions Virtualization (NFV) arbeiten bereits in heutigen Systemen. Sie versprechen, weitere Leistungssteigerungen zu bringen und die Kosten zu senken.

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Artikel wurde zuletzt im August 2014 aktualisiert

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