Die Hochzeit der Mobilität

31. August 2019 - Von Stefan Leemann

Mit der neuesten Generation von Wi-Fi wird die Netzwerkplanung komplexer, die Anwendung aber einfacher. Seine Stärke spielt Wi-Fi 6 im Zusammenspiel mit 5G und neuen drahtlosen Datenmaschinen aus.


Ein Anruf geht ein – per Video. Reicht die Kapazität? Den Angerufenen kümmert nicht, auf welchem Weg das Gespräch geführt wird. Netze interessieren ihn nicht, nur der Gesprächspartner und die besprochenen Inhalte zählen. Am Hotspot Flughafen greift er zum Smartphone und lässt die Augmented-Reality-App den Belegungsplan des Parkhauses zeigen; wo der rote Punkt blinkt, steht sein Auto, dessen Sensorendaten übers Funknetz eingetroffen sind. Ein realistisches Zukunftsszenario. Denn: Mit Wi-Fi 6 steht ein neuer Standard zur Verfügung, der Mobilfunk- und WLAN-Netze näher bringt. Gleiche Interessen, gleich gebaut.

Die sechste Generation der stationären Mobilfunktechnologie Wi-Fi stellt nach 20 Jahren mehr als nur eine technische Evolution dar; Wi-Fi ist im mobilen Ecosystem zum gleichwertigen Partner von Mobilfunk aufgerückt und fügt sich neben dem traditionellen kabelbasierten LAN in die Netzwerkarchitektur von Unternehmen ein. Agil kann die IT auf jedes stationäre und mobile Bedürfnis von sich immer schneller verändernden Firmenstrukturen und Geschäftsmodellen ­eingehen.

Die IT-Abteilung kann Businessprozesse nahtlos vom LAN ins WLAN und ins Mobilfunknetz führen, sie im Zeitalter der digitalisierten Wirtschaft nahe am Use Case abbilden. Zudem ist Wi-Fi nicht länger mehr ein intransparentes Anhängsel im LAN, bei dem Fehler nur mit grossem Aufwand zu eruieren sind. An belebten und dichten Orten mit sehr vielen Clients sind Anwendungen wie Augmented Reality und datenintensive IT-Prozesse vom Netz leichter und sicherer zu handeln.


Wi-Fi 6 ist einfacher

Was zusammengehört, wächst zusammen – die Marschrichtung der Wi-Fi Alliance ist klar: Sie will zu ihrem 20-Jahr-Jubiläum ihre lokale Funknetzwerktechnologie mit derjenigen der Mobile Operators ausserhalb der Bürogebäude und Hot­spots wie Flughäfen oder Stadien verschmelzen – ohne die eigene technische Identität zu verlieren. Dazu hat sie sich auch ein neues Marketingkonzept verordnet: Statt unverständlicher IEEE-Kürzel bezeichnet sie die Generation: Wi-Fi 6 statt 802.11ax, der Vorgänger heisst nun Wi-Fi 5 statt IEEE 82.11ac.

Wi-Fi 6 ist der neue Standard für drahtlose Netzwerke mit begrenzter Reichweite und ergänzt den Smartphone-Standard 5G, wird von ihm also nicht verdrängt: 5G für unterwegs, Wi-Fi 6 überall da, wo man sich länger aufhält, das ist die Idee.

Die ersten Geräte, die Wi-Fi 6 unterstützen sind bereits auf dem Markt, etwa das Samsung Galaxy S10 Smartphone oder die Cisco Catalyst 9100 Access Points. Seine Stärken spielt der rückwärtskompatible Standard nur im Zusammenspiel mit anderen Wi-Fi-6-Komponenten aus. Der noch nicht ratifizierte Standard wird sich ab 2020 auf breiter Front durchsetzen, dies aufgrund seiner Vorzüge für Unternehmen, User und die digitale Wirtschaft.


Wi-Fi 6 ist schneller – aber das ist nicht der Punkt

Wi-Fi 6 nutzt die gleichen Frequenzen wie die bisherigen Standards, jedoch weitaus effizienter und smarter: rund 30 Prozent mehr Speed als Wi-Fi 5, bis 10 Gbit pro Sekunde, bei günstigsten Voraussetzungen auf kurzen Strecken sogar mehr. Theoretisch sind es 4,8 Gbit/s für jeden Client, acht Clients pro Access Points gleichzeitig statt wie früher nur einer. Doch das Tempo ist nur ein angenehmer Nebeneffekt, nicht die Haupt­sache. Wi-Fi 6 ist dank gleichzeitig verarbeitbarer grösserer Datenströme zuverlässiger; mehr Clients denn je vertragen sich im Netzwerk untereinander ohne Qualitätseinbussen. Die Leistung lässt sich besser vorhersagen, etwa in hochdichten Umgebungen mit erweiterten Anwendungen und IoT. Die Latenzzeiten sind gering, mehr Daten werden simultan übertragen bei gleichzeitig höherer Energieeffizienz. Wi-Fi 6 vergreift sich nicht mehr ungebührlich am Akku des mobilen End­geräts.

Das technische Herzstück ist nebst einer dichteren Modulation für die Zeitplanung das Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) Modulationsverfahren. Es verbessert das alte OFDM-Verfahren, mit dem die verschiedenen Clients und Access Points sozusagen um die Fähigkeit zur Datenübertragung kämpfen; das neue Verfahren koordiniert den Datenverkehr über die 802.11ax-Access Points. Um ein Bild zu verwenden: Die vielbefahrene Kreuzung erhält nun endlich ein neues Ampelsystem, um den Verkehrsfluss aufrecht zu erhalten. Die Access Points verkleinern das Frequenzspektrum für jeden Client angepasst und bringen die zur Verfügung stehenden Frequenzen für den Datenverkehr von und zu diversen Geräten im WLAN in die richtige Reihenfolge. OFDMA reduziert die Latenzzeiten und erhöht die Netzwerk­effizienz. Outdoor Access Points profitieren von den gleichzeitig ausgesandten Signalen. Sie arbeiten schneller und sind verfügbarer.

Wi-Fi 6 bietet aber auch andere technische Neuerungen, die etwa Multi-Input/Multi-Output (MU-MIMO) neu auch im Upstream ermöglichen. Resultat: mehr simultan arbeitende Geräte im Netzwerk. Die Netzwerkreichweite und der Datendurchsatz von Wi-Fi 6 sind dank doppelt so vielen möglichen Streams grösser als bei den älteren Versionen. Der Standard nutzt die 2,4- und 5-GHz-Frequenz simultan. Target Wake Time (TWT) verbessert die Energieeffizienz der Geräte und schont den Akku: Die Verbindung wird nur dann hergestellt, wenn sie tatsächlich gebraucht wird. Energiefressende Wake-up-Calls sind überflüssig. Nicht zuletzt ist Wi-Fi 6 mit WPA 3 sicherer, im Unternehmensbereich mit 192-Bit-Encryption entfaltet der neue Sicherheitsstandard seine volle Wirkung. Durch OWE (Opportunistic Wireless Encryption) werden an öffentlichen Hotspots und in Gast-WLANs Man-in-the-middle-Attacken technisch bereits im Ansatz vereitelt.


Wi-Fi 6 ist ähnlich wie 5G – hat jedoch wichtige Vorteile

Wi-Fi 6 und 5G – letzteres ist in der Schweiz bekanntlich politisch umstritten – betreten fast gleichzeitig die Technologiebühne und werden sich über die nächsten zwei, drei Jahre zum neuen Standard entwickeln. Da sind sich die Experten einig. Wi-Fi 6 und 5G versprechen ähnliche Eigenschaften und Verbesserungen. Schneller, mit weniger Latenz und mehr Tempo. Sie teilen sich sogar gewisse Technologien wie Beamforming zur Verbesserung der Verbindungsstärke und MU-MIMO für die parallele Nutzung mehrerer Datenströme.

Die Anwendungsbereiche sind unterschiedlich, ergänzen sich jedoch optimal. Wi-Fi 6 ist für lokale Datennetze konzipiert. 5G ist ein Wide-Area Network (WAN) für Mobiltelefone, Edge Computing, Internet-of-Things-Anwendungen und andere Outdoor-Datenverbindungen, mit beschränkter Reichweite in die Gebäude hinein. Der Bau neuer Funkmasten stösst derzeit auf harten Widerstand. Nur mit Wi-Fi 6 lassen sich Firmengebäude, Fabrikhallen, Uni Campus, Logistikzentren, Wartebereiche und mehr Orte denn je vollständig drahtlos vernetzen, sogar ihr Aussenbereich.

Während Wi-Fi-6-Geräte auch mit jenen der älteren Generation zusammenarbeiten, ist 5G eine komplett neue Technologie, die die Anschaffung neuer Hardware voraussetzt. Ein 4G-Gerät kann nicht mit einem 5G-Gerät Verbindung aufnehmen. Aber: Dank Open Roaming (openroaming.org), einer Initiative von ICT-­Grössen und Mobile-Providern, soll dereinst der nahtlose Wechsel von 5G auf Wi-Fi 6 möglich sein. Ein erneutes Einloggen wird überflüssig.


Wi-Fi 6 ist für die Zukunft – doch jetzt ist die richtige Zeit

Bisher haben sich Wi-Fi und Mobilfunk nebeneinander entwickelt; mit den jüngsten Generationen vereinen sich die Stärken zum Fundament einer digitalisierten Wirtschaft und Gesellschaft. Ging es bis jetzt um Geschwindigkeit, die Portabilität von Anwendungen und das Sharen von Informationen, umschliesst in der neuen mobilen Datenwelt das Internet mit seinen Datenströmen das ganze Leben und Arbeiten. Immersive Experiences werden zur Normalität. Nicht ohne Grund: 80 Prozent der Unternehmen glauben laut einer Umfrage von Bain & Company, ein grossartiges Kundenerlebnis zu liefern – doch nur 8 Prozent der Kunden bestätigen das. Wi-Fi 6 und 5G sind Businesstreiber und verändern die Zusammenarbeit im Unternehmen und mit den Konsumenten.

Überall Zugriff, kurze Reaktionszeiten, mit einer Bandbreite, die aufwändige Anwendungen ermöglicht. Beim Zieleinlauf des Marathons die Strecke per Augmented Reality mit dem Smartphone noch einmal erlaufen und seine Leistung mit anderen vergleichen; in der Apotheke blitzschnell den Arzt konsultieren; schon an der Tramhaltstelle die Heizung hochfahren; im Studium die Schlacht am Morgarten als Soldat erleben oder als Tell den Hut grüssen; im Fussballstadion gleichzeitig mit den anderen 30’000 Fans das Erlebnis mit Freunden teilen; als Chirurg die anstehende Operation in der virtuellen Realität mit Patientendaten in Echtzeit proben. Ohne mühsames Einloggen, überall, wo eine 5G-Antenne oder ein WLAN funkt. Mit ins Netzwerk integrierten IoT-Geräten wie Sensoren stehen mehr Daten für ganz neue Anwendungen bereit. Mit Open Roaming geht die Wahrnehmung von Funklöchern zurück; beim Eintritt ins Gebäude wechselt der Client ins Wi-Fi-6-LAN. Ein nahtloses Datenerlebnis für die Betreiber von Gast-WLAN oder kommerziellen Zugangspunkten.


Darauf muss die IT achten

Wi-Fi 6 ist besonders auf Netzwerke mit vielen gleichzeitig genutzten Clients ausgerichtet. Das eröffnet neue Möglichkeiten im Einsatz von Sensoren und Steuerungsgeräten, mit unterschiedlichen Übertragungsgeschwindigkeiten und Bedürfnissen bezüglich Reichweite. Deshalb gestaltet sich die Netzwerkplanung anspruchsvoller, jedoch kann das WLAN exakt auf den Use Case zugeschnitten werden. Dieser steht im Vordergrund, bevor überhaupt die technischen Arbeiten aufgenommen werden, denn Business-relevantes lässt sich exakter als mit den alten WLAN-Generationen abbilden. Generell können die neuen Access Points am gleichen Platz installiert werden; der Wechsel auf Wi-Fi 6 könnte jedoch zum Anlass für ein Neuausleuchten genommen werden. In dichten Umgebungen wie Messen oder Hörsälen sollte man die Access Points etwas dichter platzieren. So lassen sich die möglichen höheren Geschwindigkeiten nutzen, die eine höhere Signalqualität erfordern. Gerade hier ist der Austausch gegen Multi-Gigabit-fähige Switches im Backbone ratsam, denn die neuen Wi-Fi 6 Access Points verfügen über 2,5- oder 5-Gbit-Multi-­Gig-Anschlüsse.


Fazit: Neue Chancen für Unternehmen

Die neue Freiheit kommt, doch zuvor sind einige Vorarbeiten zu leisten. Schon heute sollten sich CIOs und Administratoren mit Wi-Fi 6 und 5G beschäftigen. Sie bringen vorerst Komplexität für die IT-Teams mit mehr Optionen und dem Ziel, den Datenhunger eines Unternehmens zu stillen, gleichzeitig aber auch Flexibilität in der Ausgestaltung des lokalen Netzwerks. Laut Gartner wird bis 2023 ein CIO für dreimal mehr Endpunkte als noch 2018 verantwortlich sein. Das bedingt eine Überarbeitung der gesamten IT-Architektur mit dem Netzwerk im Zentrum. Eine grundlegend neue Architektur drängt sich auf und ein Feinschliff an allen Ecken und Enden, unter Einsatz von künstlicher Intelligenz im Netzwerk. So bieten mehr Geräte auch mehr Angriffsflächen – ein hoher Grad an Intelligenz und Automatisierung im Netzwerk sorgt für das harmonische Nebeneinander von Ethernet, WLAN und 5G. In der digitalisierten Wirtschaft ist das Verbinden von Datenströmen und deren Auswertung die Grundlage zur Entwicklung ganz neuer Geschäftsmodelle. Mit Wi-Fi 6 und 5G im Verbund sind Mitarbeitende und Unternehmen so agil, die Herausforderungen der bevorstehenden grossen Digitalisierung zu meistern.

Das ist neu mit Wi-Fi 6

• Neue und weiterentwickelte Technologien: Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), QAM-1024, Mu-MIMO auch im Upstream, Target Wake Time (TWT), WPA3
• Simultane Nutzung des 2,4- und 5-GHz-Frequenzbands für stabilere Verbindungen und grössere Reichweiten im Funknetz bei geringerem Stromverbrauch
• Acht Clients gleichzeitig pro Access Point (Wi-Fi 5: Ein Client)
• Mehr Bandbreite pro Client und geringere Latenzzeiten
• 30 Prozent mehr Speed im Vergleich zu Wi-Fi 5
• Weiter entwickelte Sicherheit mit kryptografischen Verfahren selbst ohne sichere Passwörter
• Technisch identische Basis mit 5G; Seamless Roaming möglich


Der Autor

Stefan Leemann, 47, ist bei Cisco Schweiz Technical Solutions Architect und seit fünf Jahren Ansprechperson für Mobility und Cisco DNA. Er arbeitet seit mehr als 20 Jahren in verschiedenen Funktionen in der IT-Branche und ist auch als Speaker in Europa und in den USA an der Cisco-Live-Veranstaltung tätig.

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