WiMax, VoIP und das Metropolitan Area Network

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Der aufkommende IEEE 802.16-Standard, allgemein bekannt als WiMAX, verspricht die Bereitstellung eines drahtlosen Breitband-Internetzugangs für die letzte Meile, der in der Lage ist, datenintensive Anwendungen wie VoIP und Video-Streaming für Netze in Großstädten sowie für vorstädtische und ländliche Gemeinden zu übertragen. WiMAX gilt als disruptive Technologie, konzipiert als Alternative zu Festnetz-DSL und Koax-Technologien und mit der Revision 802.16e auch zu den Mobilfunknetzen.

Weltweite Interoperabilität für Mikrowellen AXcess wird über lizenzierte und nicht lizenzierte Frequenzen unter Verwendung von Non-Line-of-Sight- (NLOS) und Line-of-Sight-Technologien betrieben und erweitert die Breitbandabdeckung drahtlos über ein Metro-Netzwerk auf Städte und Gemeinden. Darüber hinaus ist wimax aufgrund seiner weitreichenden Fähigkeiten und seiner einfachen Implementierung die einzige Technologie, die wahrscheinlich die digitale Kluft überbrücken wird, indem unterentwickelte Regionen und dünn besiedelte ländliche Gebiete viel kostengünstiger verbunden werden als der Einsatz einer drahtgebundenen Infrastruktur.

WiMAX und WLAN im Vergleich

Die weitverbreitete Einführung von Wireless LAN in der Geschäftswelt sowie das Aufkommen von WiFi-Hotspots in öffentlichen Bereichen, Flughäfen, Hotels und Cafés war von enormer Bedeutung für die Bereitstellung von Mobilität für Geschäftsleute und Verbraucher gleichermaßen. Dank der offenen Standards, die vom 802.11-Komitee und der WiFi Alliance geleitet werden, setzt sich die WiFi-Technologie in unserer Gesellschaft durch. WiMAX plant, WiFi einen Schritt weiter zu bringen.

Obwohl die beiden Technologien gleich klingen, sind sie von ihrer Konzeption her für völlig unterschiedliche Anwendungen ausgelegt. WiFi ist ein Kurzstreckenstandard, der hauptsächlich als Erweiterung des lokalen Netzwerks (LAN) konzipiert wurde, um dem Endbenutzer Mobilität zu bieten. Es arbeitet auf nicht lizenzierten Frequenzen und hat eine Reichweite von etwa 100 Metern, abhängig von Hindernissen. Typischerweise wird ein Zugangspunkt mit einem Festnetz verbunden, entweder einem kabelgebundenen LAN oder einer DSL/Kabel-Breitbandverbindung, und die Reichweite kann durch Hinzufügen weiterer Zugangspunkte in angemessenen Abständen erweitert werden.

WiMAX hingegen ist darauf ausgelegt, als Carrier-Netzwerk oder Wireless Internet Service Provider (WISP) zu fungieren und ganze Städte und Regionen mit Breitband-Internetzugang zu versorgen, der mit DSL vergleichbar ist. Die Abdeckung unter optimalen Bedingungen könnte 50 Kilometer erreichen, aber in Wirklichkeit sind es eher 5 km für Benutzer mit NLOS-Geräten am Kundenstandort (CPE) oder bis zu 15 km mit einem CPE, das an eine externe Sichtlinienantenne angeschlossen ist.

Als ältere, etabliertere Technologie wurde 802.11 WiFi in einer Mesh-Topologie verwendet, um größere Bereiche wie College-Campus und Kommunen abzudecken, beispielsweise um die Terminals in Polizeifahrzeugen mit ihrer Datenbank zu verbinden. Das aufkommende 802.16 WiMAX wird besser für größere Installationen geeignet sein und die privaten WiFi-Netzwerke ergänzen, indem es einen billigeren und sichereren Internetzugang für Daten- und Sprachanwendungen bietet.

Die WiMAX-Standards: Fixed, Nomadic und Mobile

Der vom IEEE entwickelte Standard 802.16 sieht ein festes drahtloses Breitbandnetz vor, das im Spektrumbereich von 10 GHz bis 66 GHz arbeitet. Ursprünglich wurde in diesem Bereich nur das lizenzierte Spektrum adressiert und die Line-of-Sight-Multipath-Technologie durch die Einführung von OFDM als Standard behandelt. Nachfolgende Überarbeitungen fügten dem Spektrum das 2-GHz- bis 11-GHz-Band hinzu und integrierten die Unterstützung für Non-Line-of-Sicht-Technologien und QoS-Techniken (Quality of Service), eine Voraussetzung für solche zeitkritischen Anwendungen wie Sprache und Video.

Die als 802.16-2004(d) bekannte Revision hat alle vorherigen Revisionen zusammengefasst und dann einige hinzugefügt. Die meisten dieser ursprünglichen Probleme betrafen die Ebenen der physischen und Medienzugriffskontrolle und führten zu einer Standardliste mit optionalen und obligatorischen Elementen, anhand derer Anbieter ihre Produkte entwerfen konnten.

Der resultierende feste WiMAX-Standard hat eine Datenrate von bis zu 40 Mbit/s, Unterstützung für Halb- und Vollduplex-Übertragung, verbesserte QoS und die Einbeziehung mehrerer Polling-Techniken, wodurch letztendlich Paketkollisionen und Overhead reduziert werden.

Basisstationen sollen mehrere unterschiedliche Topologien unterstützen, wie z. B. drahtgebundenes Backhauling, Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und die Fähigkeit der WiMAX-Basisstation, sich selbst zu backhaulen, indem sie einen Teil der Bandbreite für diesen Zweck reserviert.

802.16d richtet sich per Design an Privathaushalte und kleine Unternehmen und bietet drahtlosen Breitbandzugang mit Geschwindigkeiten, die mit DSL vergleichbar sind. Enterprise-Märkte könnten mit T1/E1-Datenraten bedient werden.

Während diese Version von WiMax als fest bezeichnet wird, ist sie in Wirklichkeit nomadisch. Benutzer eines privaten WLAN-Netzwerks in Innenräumen könnten nahtlos an das öffentliche WiMAX-Netzwerk weitergeleitet werden, wenn sie sich im Freien bewegen, wobei ihre Hardware das beste verfügbare Netzwerk bestimmt. Zu den Geräten im WiMAX-Datennetz gehören Laptops, PDAs und Smartphones, die mit einem integrierten WiMAX-fähigen Chip oder einer PC-Karte ausgestattet sind und das Spektrum für Sprach-, Daten-, Video- und Musikübertragungen nutzen.

Nomadic WiMAX sorgt für eingeschränkte Mobilität, da die Reichweite der Abdeckung von derselben Basisstation gehandhabt wird.

WiMAX wird mobil

Mit der Verabschiedung der 802.16e-Revision Ende 2005 richtete sich der ganze Hype auf Mobile WiMAX, eine Technologie, die entwickelt wurde, um mit den Mobilfunknetzen zu konkurrieren.
Mit großer Unterstützung von Herstellern wie Intel, Motorola, Siemens und Nokia unter anderem basiert das mobile WiMAX auf offenen Standards und soll angeblich viermal schneller sein als die zellularen 3G-Technologien (EVDO, HSDPA). Bei Sprachanwendungen können erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden, indem Anrufe über das Internet über VoIP getätigt werden.

802.16e sorgt für schnelle und nahtlose Übergaben zwischen Basisstationen mit einem Zellradius von etwa 3 Meilen, ähnlich wie bei Mobilfunknetzen. Der Standard wurde Ende 2005 ratifiziert, und im Jahr 2007 beginnen sich reale Anwendungen zu zeigen, wobei eine robustere Entwicklung im Laufe des Jahres 2008 erwartet wird.

Da diese Technologie eine solche Bedrohung für die alte Telekommunikationsbranche darstellt, ist es keine Überraschung, dass Sprint Nextel WiMAX anstelle von EVDO in seinem 4G-Netzwerk einsetzen wird. Sprint hat einen Großteil des WiMAX-Spektrums aufgekauft und kürzlich eine Partnerschaft mit Nokia angekündigt, um WiMAX bis Mitte 2008 in vier Städten in Texas bereitzustellen. Dies ist nicht ihr erstes WiMAX-Netzwerk, und Telekommunikationsunternehmen auf der ganzen Welt tun dasselbe.

Die 802.16-Standards sind noch in Arbeit und unterliegen daher Änderungen und Überarbeitungen. Während das Standardkomitee an der Technologie arbeitet, hofft das WiMAX-Forum, das zu tun, was die WiFi Alliance für die 802.11-Standards getan hat, indem es die Interoperabilität zwischen Komponenten durch Tests fördert und Anbietern, die den 802.16-Standards entsprechen, eine WiMAX-Zertifizierung anbietet.

Es sollte beachtet werden, dass viele der WiMAX-Implementierungen zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels proprietär sind und daher nicht unbedingt den Empfehlungen des IEEE oder des WiMAX-Forums folgen. Der Breitband-Wireless-ISP Clearwire Communications hat über 200.000 Abonnenten in 375 Städten und bezeichnet seinen Service als „Lösung der WiMAX-Klasse, die drahtlose Technologie der nächsten Generation ohne Sichtverbindung nutzt“. Andere Early Adopters der Pre-WiMAX-Technologie schreiten voran und bieten drahtlosen Breitbandzugang für private Verbraucher und den Markt kleiner Unternehmen, wobei viele Unternehmen auf den Zug der sich entwickelnden Standards aufsteigen, um die Interoperabilität und Abwärtskompatibilität von Geräten und Anwendungen sicherzustellen.

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