Kaum zu glauben, dass das Wort "Wi-Fi" vor nicht einmal zehn Jahren Eingang in das Merriam-Webster’s Dictionary gefunden hat. Seither hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt, von der IEEE-Norm 802.11b über 802.11bg bis hin zu 802.11abgn. Von allen drahtlosen Technologien spielt Wi-Fi die bedeutendste Rolle bei der Entwicklung des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT). Das liegt daran, dass eine direkte Verbindung mit IP-Netzwerken möglich ist, die Technik allgemein verstanden und universell eingesetzt wird und große Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungsfällen bietet.
Aus IEEE 802.11 sind mehrere Varianten hervorgegangen, die speziell auf die jeweiligen Anwendungsanforderungen zugeschnitten werden können. Damit diese Abhandlung nicht ausufert, wird im Folgenden lediglich auf drei wichtige Netzwerktypen eingegangen: Hochleistungsnetzwerke, drahtlose Sensornetzwerke und Peer-to-Peer-Netzwerke. Mit der Entwicklung von Normen in diesen Bereichen sollte bestimmten Bedürfnissen des Markts entsprochen werden. Nachfolgend ein Überblick über die einzelnen Netzwerktypen und ihre Weiterentwicklungen im Zuge der IoT-Revolution.
Hochleistungsnetzwerke
Diese Netzwerke beherbergen Anwendungen, die höhere Geschwindigkeiten erfordern. Mit der Einführung von Smartphones und Tablets hat die IEEE-Norm 802.11n die Schallgrenze von 100 Mbit/s durchbrochen. Im aktuellen Jahr fanden dann Technologien auf der Basis der 802.11ac-Norm zunehmende Verbreitung, die den Weg für Geschwindigkeiten im Gigabitbereich ebnete.
IEEE 802.11ac unterstützt höhere Datenraten, arbeitet effizienter im 5 GHz-Frequenzspektrum (in der Regel sauberer und weniger überfüllt ist als das 2,4-GHz-Spektrum) und optimiert die Leistung des Multimedia-Datenverkehrs. Die Geräte weisen eine höhere Datenübertragungsrate auf und werden schneller in den Ruhezustand versetzt. Das schont den Akku. Dementsprechend unterstützen die Smartphones und Tablets der neuesten Generation die 802.11ac-Norm und bieten den Benutzern ein besonderes mobiles Erlebnis. Plug-in-Geräte und solche mit größerer Akkukapazität greifen auf IEEE 802.11n 2x2 zurück. Sie sind mit zwei Transceivern (d. h. zwei Sendern und zwei Empfängern) ausgestattet und somit noch leistungsstärker. Auch Laptops und Settop-Boxen sind geeignete 802.11ac 2x2-Geräte.
Neben IEEE 802.11ac hat die Wi-Fi Alliance kürzlich die 802.11ad-Norm (auch "WiGig" genannt) ratifiziert. Mit WiGig stößt Wi-Fi in den Gigabitbereich vor. Damit werden Datenübertragungsraten von imposanten 7 Gbit/s möglich. Im Gegensatz zu IEEE 802.11ac nutzt 802.11ad das 60 GHz-Frequenzspektrum. Die Reichweite ist aufgrund der hohen Frequenz gering, dafür sind hohe Datendurchsatzraten möglich. Die Technologie ist demnach wie geschaffen, Videodateien in Echtzeit von Handheld-Geräten auf größere Bildschirme zu übertragen und sorgt so für ein Kinoerlebnis im eigenen Wohnzimmer. Zudem kann sie für drahtlose Dockingstationen genutzt werden. Da sich IEEE 802.11ad und IEEE 802.11ac/11n durch ihre Frequenz unterscheiden, können sie in einem einzigen Chip untergebracht werden. Darüber hinaus liefert 802.11ad das Fundament für die Übertragung eines gesamten HD-Spielfilms innerhalb weniger Minuten, während zuvor mehrere Stunden dafür nötig waren. Das ist vor allem für die Home-Entertainment-, Spiele-, Automobil- und Medizinbranche von Interesse.
Drahtlose Sensornetzwerke
Ein drahtloses Sensornetzwerk (Wireless Sensor Network, WSN) ist mit kleinen Sensorknoten ausgestattet, die Daten mit verschiedenen Niedrigraten übertragen können. In der Regel sind solche Netzwerke akkubetrieben; sie senden unterschiedliche Signale mit sehr geringen Übertragungsraten über das IP-Netzwerk, sodass ihr Status von jedem Standort der Welt aus remote überwacht werden kann. Das Wichtigste für ein WSN sind Knoten mit niedriger Leistung, weil diese mehrere Jahre lang mit einem besonders kleinen Akku betrieben werden können. Weil darüber hinaus eine größere Reichweite erwünscht ist, kommt ein bestimmtes Gebiet mit weniger Kommunikationsknoten aus. IEEE 802.11b und IEEE 802.11g bieten längere Reichweiten und eine höhere Akkuleistung. Es gibt Chipsätze nach der 802.11-Norm, die für einen niedrigeren Stromverbrauch optimiert wurden und zugleich sehr geringe Datendurchsatzraten unterstützen, z. B. 1 Mbit/s.
IEEE 802.11-Spezifikationen werden aktuell im Hinblick auf die weitere Optimierung von WSN-Anwendungen weiterentwickelt. IEEE 802.11ah unterstützt z. B. laut Definition Wi-Fi über den Frequenzbereich von 900 MHz. Im unteren Frequenzspektren können Produkte über große Reichweiten hinweg miteinander kommunizieren. Derzeit sind Wi-Fi-Verbindungen in den Bereichen 2,4 GHz, 5 GHz und 60 GHz möglich. Durch die Möglichkeit der Nutzung von Wi-Fi über den Frequenzbereich von 900 MHz können Verbindungen mit sehr großer Reichweite aufgebaut werden. Das reduziert die Gesamtanzahl der Netzwerkknoten und damit die Kosten. Nach jetzigem Stand werden viele WSN-Netzwerke im Bereich 900 MHz betrieben, allerdings über proprietäre Kommunikationsprotokolle. Die Aktivierung von Wi-Fi in diesem Frequenzband würde die Möglichkeit eröffnen, dass Geräte schneller mit IP-Netzwerken verbunden werden könnten.
Peer-to-Peer-Netzwerke
Die aktuellen 802.11-Spezifikationen unterstützen Wi-Fi Direct, d. h. Wi-Fi-Geräte können ohne Zugriffspunkt unmittelbar miteinander kommunizieren. Diese Funktion kommt in vielen Verbrauchsgütern zum Einsatz, z. B. bei Druckern. Des Weiteren werden Peer-to-Peer-Netzwerke bei der Kommunikation zwischen Fahrzeugen eingesetzt. Bei IEEE 802.11p handelt es sich um eine anerkannte Erweiterung zu IEEE 802.11, um die Drahtlostechnik in Fahrzeugen zu etablieren (WAVE), also um ein Kommunikationssystem für Kraftfahrzeuge. Die dedizierten Protokolle DSRC (Short-Range Communications) und WAVE von IEEE 802.11p wurden eigens für die Fahrzeug-Fahrzeug- und die Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation (C2C- und C2I-Protokoll) entwickelt. Die Technik ermöglicht den Versand von Sicherheits- und Kontrollmeldungen, z. B. zur Vermeidung von Kollisionen. Das Protokoll zeichnet sich durch geringe Verzögerungszeiten und schnelle Verbinden/Trennen-Vorgänge aus, weil sich mit diesen Funktionen die Nähe zweier Fahrzeuge zueinander messen lässt. Obwohl die Norm bereits vor vielen Jahren ratifiziert wurde, gab es erst kürzlich stärkere Bemühungen in Richtung kommerzieller Nutzung dieses Protokolls.
Im August 2014 kündigte das US-Verkehrsministerium neue Normen zur Unterstützung von C2C-Verbindungen in neueren Fahrzeugen an, damit Kollisionswarnsysteme eingeführt werden können. Für dieses Mandat wurde zwar kein klarer Zeitrahmen definiert, allerdings führen Autohersteller seit einigen Jahren Versuche mit IEEE 802.11p/DSRC durch, die hoffen lassen, dass C2C-Anwendungen auf der Grundlage dieser Norm schon bald Wirklichkeit werden.
Angesichts der Vielzahl neuer Anwendungen, die zahlreiche Branchen auf der Grundlage der IEEE 802.11-Technologie auf den Markt bringen, wird ein enormer Anstieg verbundener Geräte erwartet, z. B. in den Bereichen Appliances, Maschinen, Anlagen, Fahrzeuge und Soziales. Damit wird die Revolution des Internets der Dinge vorangetrieben. Das ist mit großen Chancen für alle Mitglieder des technischen Ökosystems verbunden, ob Hardwarehersteller, Software- oder Systemanbieter.
Über Murata
Murata ist der weltweit größte Entwickler von Wi-Fi-Modulen nach der IEEE 802.11-Norm. Das Unternehmen hat sich einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil bei der Vermarktung der unterschiedlichen Wi-Fi-Varianten in den oben genannten großen Branchen verschafft. Viele dieser Märkte werden mittlerweile von Murata bedient mit einem breitgefächerten Portfolio an Modulen, darunter 802.11bgn, 802.11abgn, 802.11ac, 802.11ac 2x2, Embedded-Wi-Fi-Systeme (mit integriertem Stack), 802.11ad/WiGig und 802.11p. Um den jeweiligen Marktanforderungen (z. B. Verbrauchsgüter, Industrie und Automobilbranche) gerecht zu werden, sind die Module in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich.