IEEE 802.11ah / Low Power WiFi / WiFi HaLow

Der WLAN-Standard IEEE 802.11ah ist ein Low-Power-WLAN für Funkverbindungen mit hoher Reichweite (bis 1 km), aber niedriger Datenrate. Der Standard läuft unter der Bezeichnung „Low power, long range 802.11 WiFi at Sub 1 GHz“. Die Wi-Fi Alliance verwendet die Bezeichnung „WiFi HaLow“.

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 angedacht. Das ist besonders in den USA (915 MHz) und in Ländern interessant, in denen Schutzbänder frei sind 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.

In Europa sollen 802.11ah-WLANs die Frequenz 868 MHz (863 bis 870 MHz) nutzen. In diesem Frequenzband dürfen die Geräte nur sehr selten senden. Die Beschränkung nennt sich „Duty Cycle“. IEEE 802.11 füllt allerdings schon mit den periodischen Beacon-Paketen diese Zeit voll aus.

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. 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.
Bei einer Reichweite von nur 1 km stellt sich die Frage, ob 802.11ah noch ein LPWAN ist, oder doch nur ein WLAN für lokale IoT-Devices.

Ein WLAN nach 802.11ah ist als Zubringer für das Internet der Dinge gedacht. Damit soll WLAN für niederbitratige Funkverbindungen für Haushaltsgeräte und Smart Meter, sowie drahtlose Gateways für Sensornetze dienen. Damit konkurriert IEEE 802.11ah in gewisser Weise mit Bluetooth LE und dem sehr energiesparsamen ZigBee.
Ein WLAN mit 802.11ah hat einen entscheidenden Vorteil. Die Reichweite ist höher. Dadurch können komplette Einfamilienhäuser über mehrere Stockwerke und auch im Garten und angrenzenden Gebäudeteilen mit nur einem Access Point vernetzt werden.

Ein großer 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.

Ob die Technik für ein Low-Power-WLAN Erfolg haben wird, ist noch nicht sicher. Vermutlich wird IEEE 802.11ah keine große Rolle spielen.

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