802.11ax – WLAN mit hoher Effizienz

Die technische Entwicklung schreitet ständig voran. Seit einigen Jahren schon ist der IEEE-Standard 802.11ax in Arbeit und wird wohl im Laufe des Jahres 2018 von der WiFi Alliance zertifiziert. Deshalb ist in der gleichen Zeit auch mit dem vermehrten Erscheinen von WLAN Geräten mit dem neuen Standard zu rechnen.

Schwerpunkt bei der Entwicklung waren die Verbesserung der Effizienz der Protokolle in Umgebungen mit hoher Clientdichte sowie eine Steigerung der realistischen Datendurchsätze um den Faktor 4. Bisherige Laborergebnisse zeigen, dass diese Steigerung wohl wirklich möglich sein wird.

Hier einige der Erweiterungen von 802.11ax im Überblick:

  • OFDMA (Orthogonal frequency-division multiple access)
  • Trigger Frame (weniger Overhead)
  • Spacial frequency reuse / BSS Coloring
  • Target Wake Time  (IoT, Energieeffizienz)

OFDMA beschreibt ein Verfahren zur Unterteilung der einzelnen WLAN-Kanäle in kleinere Unterbereiche (Resource Units). Somit kann das Übertragungsmedium effizienter genutzt werden. Die Koordination übernimmt dabei der Access Point. In einem Trigger Frame teilt er allen beteiligten Clients mit, wann sie auf welchem Teil des Frequenzbandes mit welcher Leistung senden dürfen. Nachdem das Zeitfenster zum Senden der Nachrichten verstrichen ist, werden diese geprüft und EINE zusammenfassende Bestätigung (acknowledgment) verschickt. So wird viel Overhead beim Aushandeln der Verbindungen gespart, da nicht mit jedem Client gesondert gesprochen wird.

BSS Coloring adressiert das Problem der Code Channel Interference (CCI), also der Störung zwischen zwei Access Points, die auf gleichen Kanälen operieren. Jedem Basic Service Set (BSS = AP + verbundene Clients) wird eine „Farbe“ zugeordnet und als weiteres Feld in die Frames aufgenommen. Wenn ein Client bei der Prüfung des Kanals Kommunikation feststellt, konnte er bisher nur schweigen und warten. Mit BSS Coloring in 802.11ax kann er unterscheiden, ob es sich um Kommunikation in seinem eigenen BSS handelt. Ist das nicht der Fall, kann er versuchen trotzdem zu senden. Davon profitieren 2,4GHz und 5GHz Umgebungen mit gebündelten Kanälen. In beiden Fällen stehen nur wenige überlappungsfreie Kanäle zur Verfügung und es ist nur schwer vermeidbar, dass zwei Sendebereiche mit gleichen Kanälen aneinanderstoßen.    

Ein Target Wake Time Interval ist das Zeitfenster, auf welches die Aktivität eines Clients durch den Access Point beschränkt wird. In der restlichen Zeit kann der Client „schlafen“ und ggf. sein Sendemodul völlig abschalten. Davon profitieren Clients, die begrenzte Energiereserven haben und keine konstante Datenverbindung benötigen. Das sind Charakteristiken, die auf die Masse der IoT-Geräte (Internet of Things) zutreffen. Die Unterstützung von Clients, die ausschließlich 20MHz breite Kanäle unterstützen, ist ein weiteres Merkmal von 802.11ax, um die Konstruktion von sehr energieeffizienten Endgeräten zu ermöglichen, die dennoch zum aktuellen WLAN-Standard kompatibel sind.

Fazit

Durch die Steigerung der Effizienz und der Datenraten in Umgebungen mit hoher Clientdichte sowie der verbesserten Unterstützung von IoT-Geräten, wird erwartet, dass 802.11ax den Markt recht schnell durchdringen wird. Der immer kürzere Lebenszyklus von Consumer Geräten wie Smartphone beschleunigt diese Entwicklung zusätzlich.

Wir vom wlanport sind auf die neuen Geräte gespannt und glauben, dass die Entwicklung der Standards in die richtige Richtung geht. Wir hoffen, dass 802.11ax eine gute Basis für die Umsetzung zukünftiger Kundenwünsche sein wird.

Quellen:

Aerohive Webinare
https://www3.aerohive.com/resources/webinars/

Ekahau Webinar: 802.11ax Sneak Peek – The Next Generation Wi-Fi
https://www.youtube.com/watch?v=hMJPAE8q5cw

National Instruments: Introduction to 802.11ax High-Efficiency Wireless
http://www.ni.com/white-paper/53150/en/#toc9

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