Aktuelle Entwicklungen bei IEEE 802
Mobilität und Bandbreite
Ohne Standardisierungen läuft im Massenmarkt nichts. Normierungsgremien wie die amerikanische IEEE-Projektgruppe 802 stehen daher unter hohem Erfolgsdruck. Ein zu langes "Tauziehen" wie aktuell bei 802.11n verärgert Anwender wie Hersteller und blockiert den Markt. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Aktivitäten von IEEE 802 im vergangenen Jahr. Die aktuellen Schwerpunkte für anstehende Standards lauten Mobilität und Bandbreite.
Die IEEE-Projektgruppe P802, das "LAN & MAN Standards Committee" (LMSC), beschäftigt sich
mit den Standards unterhalb von IP und gliedert sich in zwei wesentliche Gruppen: Ethernet und
Funktechnologien. Die Mobilitätsthematik ist wesentlich von den Funkarbeitsgruppen geprägt, die in
Bild 1 blau gekennzeichnet sind:
802.11: WLAN (Wireless Local Area Networks),
802.15: WPAN (Wireless Personal Area Networks),
802.16: BWA (Broadband Wireless Access),
802.18: RRTAG (Radio Regulatory TAG – Technical Advisory Group),
802.19: CoTAG (Coexistence TAG),
802.21: MIHS (Media Independent Handover Services) und
802.22: WRAN (Wireless Regional Area Networks).
Natürlich spielt die Ethernet-Arbeitsgruppe 802.3 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection) nach wie vor eine entscheidende Rolle und leistet weiterhin entscheidende
Arbeit in Richtung höherer Bandbreiten. Rege Aktivität weist auch der Arbeitskreis 802.1 HILI
(Higher Layer Interfaces) auf, der besonders die Bedürfnisse der Provider adressiert und damit den
LAN-&-MAN-Rahmen verlässt.
IEEE 802.3: Schwerpunkt Bandbreite
Im letzten Jahr fanden die wesentlichen Arbeiten an 10 Gigabit Ethernet ihren Abschluss: Neue
preiswertere Glasfaser-Interfaces sind hinzugekommen, und vor allem ist jetzt auch der
10GBase-T-Standard verabschiedet. Daher war es höchste Zeit, neue Aufgaben in Angriff zu nehmen.
Wie in Bild 2 zu erkennen ist, umfasst der heute gültige amerikanische IEEE-802.3-Standard fünf
Sektionen, die einen durchaus respektablen Umfang haben: Über 1500 Seiten beschreiben Ethernet,
Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet und EFM (Ethernet in the First Mile). Die
internationalen Standards hinken nach wie vor den amerikanischen stark hinterher: International
gültig sind derzeit nur 10 bis 1000 MBit/s.
Fünf weitere bereits verabschiedete amerikanische Standards sollen später in diese Sektionen
eingebunden werden:
802.3af: "DTE Power via MDI" – Stromversorgung über Ethernet,
802.3aj: "Maintenance" – Korrekturen des Standards,
802.3an: 10GBase-T – 10 GBit/s über Cat. 6/7,
802.3aq: 10GBase-LRM – 10 Gigabit Ethernet über Multimode-Glasfaser und
802.3as: "Frame Format Extension" – Kapselung von Frames.
Damit kommen rund 550 weitere Seiten zum Gesamtwerk hinzu, wobei noch nicht ganz klar ist, wie
die neue Version der Normierung letztlich aussehen soll: Es ist absehbar, dass der Standard zerlegt
werden muss, denn ein Buch mit über 2000 Seiten wäre kaum mehr handhabbar.
Noch in Arbeit befinden sich weitere drei Standards, die bereits ihren PAR (Project
Authorisation Request) erhalten haben und somit offiziell gestartet sind:
802.3ap: 10GBase-K – 1/10-Gigabit-Ethernet-Backplane,
802.3at: "DTE Power Enhancements" und
802.3av: 10G EPON – 10 Gigabit EFM ans Haus.
Als ganz neue Aktivität zu verzeichnen ist die Arbeitsgruppe
802.3aw: "HSSG (Higher Speed Study Group)",
die sich derzeit bemüht, einen PAR für eine 100-Gigabit-Technik zu erhalten. Seine Arbeit
eingestellt hat hingegen der Arbeitskreis
802.3ar: "Congestion Management",
was belegt, dass das Thema QoS (Quality of Service) im Ethernet-Bereich durch "Bandbreite satt"
erledigt wird. Das Interesse an einem energieeffizienten Ethernet erkundet wiederum ein so
genannter CFI (Call for Interest):
802.3EEESG: "Energy Efficient Ethernet".
Vollständig ist vorerst immerhin die 10-Gigabit-Technik (802.3ae), die dem Anwender die in Bild
3 aufgeführten Interfaces anbietet. Zu den bereits definierten Standards (weiß dargestellt) sind
noch der Glasfaserstandard 10GBase-LRM und der Kupferstandard 10GBase-T (gelb gekennzeichnet)
hinzugekommen. Das "L" aus 10GBase-LRM steht für "Long Wave Length" (1310 Nanometer), "R" steht für
"Blockcoding" wie bei 10GBase-LR und "M" für "FDDI-Grade Multimode Fiber". Intention ist dabei eine
preiswerte 10-Gigabit-Technik für existierende Multimode-Glasfasernetze. Mit 10GBase-T steht eine
Kupfertechnik zur Verfügung, die sich auf Cat.-6- oder Cat.-7-Verkabelung verwenden lässt. Auf
existierender Cat.-6-Verkabelung sind Längen bis 55 Meter erreichbar, neuere Cat.-6-
beziehungsweise Cat.-7-Kabel erreichen Längen bis 100 Meter. Nach wie vor unstimmig erscheint die
Argumentation für die Notwendigkeit dieser Technik: Sie sei erforderlich zur Unterstützung
existierender Kupferinstallationen in Rechenzentren. Solche Installationen dürften allerdings
relativ selten sein. Wenn aber ohnehin neue Kabel zu verlegen sind, dann ist sicher in diesem
Geschwindigkeitsbereich Glasfaser die bessere Alternative. Mit den in Bild 3 orange
gekennzeichneten "Backplane"-Standards soll Ethernet direkt in die Geräte kommen.
802.3ap – Backplane Ethernet: Der Arbeitskreis 802.3ap war im Sommer 2004 gestartet und arbeitet
an der Spezifikation einer Ethernet-Backplane. Vorgabe ist unter anderem, dass das System auf
Kupfer bis zu einem Meter (über maximal zwei Stecker) arbeiten soll. Es sind drei Interfaces
definiert, davon befindet sich eines im Gigabit-Bereich und zwei weitere unterstützen die
10-Gigabit-Technik:
1000Base-KX: 1 GBit/s, serieller Port (PMD – Physical Medium Dependent),
10GBase-KX4: 10 GBit/s, vier Leitungspaare ("4-Lane") und
10GBase-KR: 10 GBit/s, serieller Port.
Die Arbeiten zu diesen Standards sind nahezu abgeschlossen, sodass mit der Verabschiedung in
Kürze zu rechnen ist.
802.3at – DTE Power Enhancements: Weiterhin in Arbeit befindet sich der Standard DTE Power
Enhancements. Der Arbeitskreis 802.3at erhielt im September 2005 einen Normierungsauftrag und
arbeitet mit PoE-Plus (Power over Ethernet Plus) an der Erhöhung der Leistung, die sich über
Klasse-D-Kabel transportiert lässt: Mindestens 30 Watt sollen es sein. Die Kompatibilität zum
existierenden DTE-Power-Standard gilt als entscheidendes Designmerkmal.
802.3av – 10G EPON: Dieser neu gestartete Standardisierungsansatz hat eine
10-Gigabit-Access-Technik zum Ziel. Der im Jahr 2004 verabschiedete EFM-Standard definiert bereits
eine Gigabit-EPON-Technik (EPON: Ethernet Passive Optical Network), die der Arbeitskreis 802.3av um
eine 10-Gigabit-Technik erweitern soll. Zwischen einer zentralen Vermittlungsstelle (Central
Office) und dem Netzwerk zu Hause ist ein Verteilernetzwerk zu spezifizieren, das bis zu 32
Haushalte über eine Glasfaser mit 10 GBit/s versorgt.
Motiviert ist die Entwicklung vor allem durch zukünftige neue Dienste und Anwendungen wie
beispielsweise HDTV oder LSDI (Large Screen Digital Imagery). Diese benötigen in der Regel eine
höhere Bandbreite als bisher, und auch die Service-Provider werden zudem mehr TV-Kanäle anbieten
als heute. AT&T beispielsweise spricht von über tausend Kanälen, die dem Kunden in Zukunft zur
Verfügung stehen sollen. Diese Zahlen sind wohl Motivation genug, um diese enormen Bandbreiten ans
Haus zu liefern.
802.3aw/HSSG – High Speed Study Group: Mit der gerade etablierten HSSG läutet 802.3 eine neue
Bandbreitenära ein. Die 10-Gigabit-Zeiten sind vorbei, es folgt das 100-Gigabit-Zeitalter. Damit
ist auch das Geheimnis um die nächste Ethernet-Technik gelüftet: Es wird kein "40 Gigabit Ethernet"
geben, 100 GBit/s stellen die nächste Ethernet-Stufe dar. Diese wird die Bandbreitenforderungen aus
folgenden zwei Anwendungsbereichen erfüllen: Data Center und Campus-Architekturen.
Im Data Center (DC) werden wir nach 2010 die 100-Gigabit-Technik im DC-Core und
DC-Aggregationsbereich finden, während der DC-Access-Bereich dann mit 10 GBit/s bedient wird (Bild
4). Bemerkenswert ist, dass nach Einschätzung der HSSG in letzterem Bereich keine 100-Meter-Distanz
nötig ist und damit auch keine 10GBase-T-Technik. Die 10GBase-T-Gruppe hatte hingegen immer mit dem
Data Center argumentiert. Im Enterprise und Campusbereich ist die 100-Gigabit-Technik im Core und
in der Distribution angesiedelt. In diesem Szenario findet sich ebenfalls keine 10GBase-T-Technik,
da der Anschluss der Computer auch nach 2010 mit Fast Ethernet beziehungsweise Gigabit Ethernet
erfolgen wird, wozu eine Cat.-5e-Verkabelung ausreicht.
Zum Erzielen höherer Geschwindigkeiten und insbesondere der 100 GBit/s stehen prinzipiell vier
verschiedene Verfahren zur Verfügung, wie Bild 5 zeigt. Die Normierungsgruppe wird aus der
reichhaltigen Palette der Möglichkeiten eine größere Anzahl unterschiedlicher Interfaces auswählen,
um verschiedenen technischen und finanziellen Anforderungen gerecht zu werden – wie dies bei den
10GBase-x-Techniken auch der Fall war.
Wie aus den Anwendungen in Bild 4 zu erkennen ist, kommt die 100-Gigabit-Technik sicher nicht zu
spät. Es handelt sich um eine Technik, die jeweils die Core- und Aggregations- beziehungsweise
Distributionsbereiche bedient. Einzelne Endgeräte erreichen solche Geschwindigkeiten bei weitem
nicht – zumal dann, wenn sie ihre Daten von Festplatten holen müssen. Hier reicht die
Gigabit-Technik noch weit über das Jahr 2010 hinaus. Wenn allerdings 10-Gigabit-Switches für die
Bandbreitenaggregation zum Einsatz kommen, so benötigen diese Uplinks mit höheren
Geschwindigkeiten. Diese sind gegenwärtig noch durch WDM-Techniken (WDM: Wave Division
Multiplexing) oder Link-Aggregation realisierbar. Der heutige Bandbreitenbedarf lässt sich also
ausreichend befriedigen, sodass eine 100-Gigabit-Technik im Jahr 2010 noch rechtzeitig kommt.
Schwerpunkt Mobilität
Die Schwerpunkte der aktuellen Arbeiten im Funknetzbereich von IEEE 802 liegen in der Mobilität.
Dabei gibt der MAN-Bereich (802.16) den Ton an. Der Standard 802.16e "Mobility" ist verabschiedet
und dürfte unser Leben entscheidend verändern: Überall wird in Zukunft Breitband-Internetzugang zur
Verfügung stehen, auch in sich schnell beweglichen Objekten wie Autos und Zügen. Die wichtigste
Funktion ist dabei das Handoff (oder Handover), wodurch dem Benutzer auch bei wechselnden
Standorten ein unterbrechungsfreier Betrieb garantiert ist. Die Arbeitsgruppe 802.21 MIHS (Media
Independent Handover Services) denkt noch etwas allgemeiner über das Thema Mobilität nach. Hier
soll der problemlose Übergang auch zwischen unterschiedlichen Techniken möglich werden.
802.22 WRAN (Wireless Regional Area Networks) wiederum nimmt die regionalen Netze ins Visier:
Durch die Digitalisierung des terrestrischen Fernsehens (DVB-T) werden Frequenzbereiche frei, die
besonders für mobile (nLoS – "non Line of Sight") Anwendungen geeignet sind. Daher ist es nahe
liegend, darüber nachzudenken, diese Frequenzen für die Datenübertragung zu nutzen. Natürlich darf
auch die wichtigste Gruppe, 802.11 WLAN (Wireless LANs), nicht fehlen im Konzert der Mobilität:
Deren wichtigste Aufgabe liegt aktuell in der endgültigen Verabschiedung eines Wireless Fast
Ethernet (IEEE 802.11n).
Wireless MANs
IEEE 802.16 BWA (Broadband Wireless Access) ist im mobilen Funkbereich besonders aktiv. Nachdem
im Jahr 2002 zunächst Mikrowellensysteme für Sichtverbindungen standardisiert wurden, folgte zwei
Jahre später der für den mobilen Betrieb notwendige nLoS-Modus, der heute im Gesamtwerk von 2004
enthalten ist. Aktuell dreht sich alles um die Mobilität in 802.16e. Dieser Standard –
verabschiedet im November 2005 – befindet sich nun in der Implementierungsphase. Die Hersteller von
802.16-Geräten (Basisstationen und CPE – Customer Premises Equipment) haben die Interoperabilität
der 802.16-2004-Geräte beim Wimax-Forum demonstriert, sodass einem Rollout von 802.16-Netzen nun –
nachdem auch das Lizenzproblem in Deutschland gelöst ist – nichts mehr im Wege steht.
Ebenfalls gelöst ist das Problem der Konkurrenz zum Arbeitskreis 802.20 MBWA (Mobile Broadband
Wireless Access). Dieser Arbeitskreis hätte nach den IEEE-802-Statuten eigentlich gar nicht erst
gegründet werden dürfen und ist inzwischen suspendiert.
Eine gesunde Konkurrenz besteht allerdings zum Arbeitskreis 802.22 WRAN (Wireless Regional Area
Networks), sind doch beide Gruppen hochgradig an dem möglicherweise frei werdenden
TV-Frequenzbereich interessiert. Die Arbeitsteilung ist aber mittlerweile klar: Der
TV-Frequenzbereich bleibt den 802.22-Leuten überlassen, diese werden aber eine möglichst
802.16-kompatible Technik verwenden.
Wireless LANs
Den Funkbereich insgesamt dominiert die Arbeitsgruppe 802.11 WLAN, die lediglich die langsameren
Geschwindigkeiten in ihrer 2003-Edition veröffentlicht hat (Bild 6). Die schnelleren Techniken wie
zum Beispiel 802.11g sind in getrennten Ausgaben dokumentiert. Ferner sind noch die folgenden
Standards verabschiedet:
802.11e: "QoS – Quality of Service",
802.11f: "Inter Access Point Protocol",
802.11h: "Managed Spectrum for 802.11a" und
802.11i: "Enhanced Security".
Das am meisten umkämpfte Thema in 802.11 stellt nicht die Mobilität dar, sondern die Bandbreite:
Nahezu jeder Hersteller von 802.11-Komponenten bietet heute Interfaces im 100-MBit/s-Bereich an.
Leider sind das proprietäre Lösungen. Nun ist es gelungen, einen Kompromiss zu finden, der es allen
ermöglicht in eine Richtung zu gehen. Damit ist ein Standard in diesem Bereich in greifbare Nähe
gerückt und wird noch dieses Jahr fertig werden:
802.11n: "High Throughput".
Neben der Bandbreite ist aber auch Mobilität ein Thema von IEEE 802.11. Hier arbeiten Gruppen an
folgenden Projekten:
802.11p: "Vehicular Access",
802.11r: "Fast Roaming" und
802.11s: "Meshed Networks".
Neue Standards sind aus den Arbeitsgruppen 802.11u bis 802.11w zu erwarten: Diese haben ihren
Normierungsauftrag erhalten und befinden sich auf dem Weg zu ihrem ersten Entwurf.
802.11u: "Wireless Interworking with External Networks", erarbeitet Lösungen
der Zusammenarbeit mit externen Netzen.
802.11v: "Wireless Network Management", definiert Netzwerkmanagementfunktionen
für Funknetze.
802.11w: "Protection of Management Frames", arbeitet am Schutz von
Managementverbindungen.
Wireless PANs
Eng mit 802.11 zusammen arbeitet die Gruppe 802.15 WPAN (Wireless Personal Area Networks), die
sich auf den Bluetooth-Standard stützt. Schwerpunkt der aktuellen Arbeiten hier sind höhere und
niedrigere Bandbreiten. Niedrigere deshalb, um den Stromverbrauch zu verringern und damit die
Standzeiten der Geräte (zum Beispiel Temperaturfühler) zu verlängern. Höhere Bandbreiten werden
angestrebt, um Geräte wie beispielsweise Fernseher, Radios oder Computer im Haus drahtlos
miteinander zu verbinden.
Mittlerweile haben alle Task Groups (bis auf TG 5, "Recommended practice for mesh networking in
ad hoc networks") ihre Basisstandards verabschiedet:
802.15.1-2002: "IEEE Version of Bluetooth Spec v1.1",
802.15.2-2003: "Recommended Practice on Coexistence",
802.15.3–2003: "55 MBit/s WPAN for Multimedia",
802.15.4-2003: "Low data rate, ultra low power WPAN".
Die Gruppen arbeiten nun an folgenden Erweiterungen:
Task Group 1a: "Update to Bluetooth specification v1.2",
Task Group 3a: "Alternative PHY supporting link rates of at least 110 MBit/s"
,
Task Group 3b: "MAC extensions and maintenance",
Task Group 4a: "Alternative PHY supporting mobility, increased range and
ranging" sowie
Task Group 4b: "Corrections and enhancements".
Besondere Aufmerksamkeit finden in 802.15 die UWB-Arbeitskreise (UWB: Ultra Wide Band). Unter
UWB sind alle Techniken zu verstehen, die eine Bandbreite von mindestens 500 MHz oder 20 Prozent
der Mittenfrequenz besitzen. 120 Endgeräte pro Zelle sind typische Werte, auch dreidimensionale
Strukturen sollen Unterstützung finden. In den USA hat die "FCC" UWB bereits für die kommerzielle
Nutzung freigegeben. In einem Bereich von drei Metern sind Bandbreiten von über 500 MBit/s
erzielbar. Die hohen Bandbreiten interessiert die TG3a bei der Definition einer drahtlosen
USB-Schnittstelle. Ferner ist UWB auch durch die Möglichkeit einer exakten Lokalisierung (TG4a)
interessant, sind doch mit dieser Technik Genauigkeiten von wenigen Zentimetern zu erzielen. Damit
lassen sich hochinteressante Anwendungen realisieren wie beispielsweise aus den Bereichen
Gebäudeautomatisierung, Home Automation, Inventarisierung oder Personenverfolgung.
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