IEEE 802.11ah / WiFi HaLow

Der WLAN-Standard IEEE 802.11ah ist als Funksystem für das Internet of Things (IoT) ausgelegt. Ein WLAN mit IEEE 802.11ah ist für Funkverbindungen mit hoher Reichweite, aber niedrigen Datenraten konzipiert. Die mögliche Reichweite liegt bei bis zu einem Kilometer. Zudem soll die Durchdringung von Wänden deutlich besser sein, um auch eine Indoor-Versorgung zu ermöglichen. Insgesamt ist dann auch der Energiebedarf der Geräte geringer als bei den üblichen Standards für lokale Funknetzwerke.

Frequenzen, Kanäle und Übertragungsrate


Vorgesehen ist eine stabile Verbindung mit einer Übertragungsrate von mindestens 150 kBit/s bei der Nutzung eines 1-MHz-Kanals. Es ist aber auch möglich, mehrere Kanäle zu bündeln, um die Datenrate zu steigern. Wenn ein 4-MHz-Bereich genutzt wird, sind immerhin bis zu 18 MBit/s erreichbar.

Während die üblichen WLAN-Standards bei 2,4 GHz oder 5 GHz arbeiten sind mit IEEE 802.11ah niedrigere ­Frequenzbändern um 900 MHz (in Europa 863 bis 868 MHz) angedacht (außerhalb der terrestrischen Rundfunkbänder). Das ist besonders in den USA und in Ländern interessant, in denen Schutzbänder frei oder einzelne TV-Kanäle freigegeben und neu zusammengefasst werden. Ob diese Frequenzbereiche von einer WLAN-Technik genutzt werden dürfen, ist natürlich eine andere Frage und weltweit nicht einheitlich geregelt.

Als Alternative kann IEEE 802.11ah auch im Bereich 2,4 GHz arbeiten. Nachteilig ist hier, dass das neue Verfahren mit den etablierten WLANs im 2,4-GHz-Bereich (802.11b/g/n) koexistieren muss. Das erzwingt bei einer typischen Kanalbreite von 20 MHz eine Begrenzung der Sendeleistung und damit eine untere Rauschgrenze von rund -100 dBm. Das heißt, die Reichweite ist im Bereich 2,4 GHz für IEEE 802.11ah begrenzt.

Doch genau hier liegt das Problem bei der Vernetzung beim Internet der Dinge. Die Reichweite der Funksignale üblicher Funktechniken ist zu gering. Gerade in größeren Wohnungen oder bei Wohnflächen, die sich über mehrere Etagen erstrecken. Hier ist man gezwungen mit mehreren WLAN-Access-Points oder WLAN-Repeatern zu arbeiten, um eine akzeptable Netzabdeckung im gesamten Wohnbereich zu erreichen.

Für mehr Reichweite müsste man eine neue Betriebsart im 2,4-GHz-Spektrum kreieren. Das hat aber zur Folge, dass man nur mit Kanalbreiten zwischen 1 und 16 MHz arbeiten dürfte. Übrig bliebe eine Datenrate zwischen 100 kBit/s und 1 MBit/s. Die Reichweite könnte dann bei mehreren hundert Metern liegen. Das ist auch notwendig, weil jede Mauer und jede Decke die Reichweite drastisch reduziert. Außerdem soll das WLAN-Sensornetz vielleicht auch noch im Gartenhäuschen funktionieren.

Hinweis: Die Nutzung eines bestimmten Frequenzbereichs unterliegt der Regulierung und damit regulativen Bestimmungen. Das heißt, ein Frequenzbereich darf nur genutzt werden, wenn man sich an Grenzwerte hält, die eine Koexistenz mit anderen Systemen erlaubt. Die Grenzwerte definierten z. B. Kanalbreiten und Signalstärke. Beides hat Einfluss auf Datenrate und Reichweite. Das heißt, beides ist begrenzt.

Übertragungstechnik

Grundsätzlich sind die Ideen, die der Standard IEEE 802.11ah mitbringt auch etwas für die herkömmlichen WLAN-Standards 11g, 11n und 11ac. Dazu zählen ein kürzerer MAC-Header und dass in Bestätigungspaketen (ACK) auch Nutzdaten hinzugefügt werden dürfen, was insgesamt zu einem höheren Nutzdatenanteil in der Datenübertragung führt.

Anwendungen

Wie, wo und ob überhaupt ein WLAN nach IEEE 802.11ah zur Anwendung kommt, ist noch nicht sicher. Ein Problem ist sicherlich die Konkurrenz-Situation und die Verfügbarkeit des vorgesehenen Frequenzbereichs.
Im Prinzip konkurriert IEEE 802.11ah in gewisser Weise mit Bluetooth LE und dem sehr energiesparsamen ZigBee. Ein Vorteil von IEEE 802.11ah ist sicherlich die höhere Reichweite. Allerdings nur, wenn ein freier und lizenzfreier Frequenzbereich unterhalb von 1 GHz zur Verfügung steht.
Ein weiterer schwerwiegender Nachteil von IEEE 802.11ah ist, dass nicht alle Optionen des Standards verbindlich umgesetzt werden müssen. Das heißt, Geräte nach IEEE 802.11ah werden nur eine Teilmenge der vorgesehenen Leistungsmerkmale beherrschen. Womöglich sind das nur die, die sich leicht implementieren lassen. Damit wäre das Potential eines kommerziellen Erfolgs im Keim erstickt.

Denkbar wäre, dass ein WLAN zur lokalen Vernetzung zusätzlich auch IEEE 802.11ah mit geringer Bandbreite aber höherer Reichweite beherrscht, um umliegende lokale Sensoren, Wearables und Smart Meter ans Netzwerk anzubinden. Man könnte in vielen Fällen auf kostspielige und stromfressende Mobilfunkmodule verzichten. Ein 802.11ah-fähiger WLAN-Router wäre in der Lage, mehr als tausend Empfänger zu versorgen, da diese nicht permanent senden und empfangen.

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