802.11a t/m z: de nieuwste technologieën bij draadloze netwerken

2 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. 802.11n
  3. 3. MIMO
  4. 4. Pre-N producten
  5. 5. 802.11i: WPA2
  6. 6. 802.11e: Quality-of-Service
  7. 7. 802.11r: WLAN on the move
  8. 8. 802.11s: Mesh networks
  9. 9. Conclusie
  10. 10. Reacties

Inleiding

Als je op dit moment onderdelen voor een draadloos netwerk aanschaft, zijn die naar verwachting allen compatible met de IEEE 802.11g standaard, de opvolger van 802.11a en 802.11b. Er zit echter weer een nieuwe variant aan te komen, met codenaam 802.11n, waarvan de eerste producten op basis van een voorloper van de standaard al beschikbaar zijn.. Daarnaast moeten de 802.11e, 802.11i, 802.11r en 802.11s standaarden draadloze netwerken sneller, flexibeler en veiliger maken. Hardware.Info dook in de wereld van de 802.11 a t/m z!

Toen men in de vorige eeuw begon met de ontwikkelingen voor draadloze computernetwerken, werd de eerste algemene standaard vastgelegd door het IEEE (Institue of Electrical and Electronics Engineers) in een document met codenaam 802.11. Gedurende de afgelopen jaren zijn er veel uitbreidingen op de WLAN-standaard gekomen. Draadloze netwerken zijn echt populair geworden dankzij 802.11a en 802.11b. De eerst genoemde standaard maakt gebruik van de 5 GHz band en biedt een maximale bandbreedte van 54 Mbit/s. Aangezien de 5 GHz band in veel landen, waaronder de meeste landen van Europa, niet beschikbaar is, kwam vrijwel gelijktijdig de 802.11b standaard uit, die WLAN-netwerken op de 2.4 GHz band met een maximale bandbreedte van 11 Mbit/s voorschrijft. Hoewel 11 Mbit/s wel voldoende is om draadloos gebruik te maken van een ADSL- of kabel-internetverbinding, was er ook landen waar de 5 GHz band niet bruikbaar is, behoefte aan snellere draadloze verbindingen. Vandaar dat men direct begon met de ontwikkeling van de 802.11g standaard, die ook binnen de 2.4 GHz band een bandbreedte van 54 Mbit/s biedt. De 802.11g werd in 2003 officieel door het IEEE goedgekeurd, maar daarvoor al brachten veel fabrikanten WLAN-producten op de markt die compatible waren met de draft-versies van de 802.11g standaard. Hierdoor was de nieuwe wireless technologie al een groot succes nog voordat de standaard helemaal officieel was.

802.11g biedt voldoende mogelijkheden voor de meeste huidige gebruiksdoelen, maar de standaard is absoluut voor verbetering vatbaar. Nieuwe toepassingen vragen om snellere en flexibelere draadloze netwerken. Een opvolger voor 802.11g is al geruime tijd in maak, maar daarnaast zijn er nog voldoende andere initiatieven om de draadloze netwerken beter te maken.

802.11n

Op dit moment zijn de ogen allen gericht op 802.11n, de gedoodverfde opvolger van 802.11g. De belangrijkste doelen die het IEEE voor 802.11n heeft gesteld, zijn betere reikwijdtes en hogere doorvoersnelheden. 802.11n zou een netto bandbreedte van minstens 100 Mbit/s moeten bieden, vergelijkbaar met de snelheid van bedrade netwerken. Om echter in de praktijk 100 Mbit/s te kunnen bieden, moet de bruto bandbreedte van de technologie minimaal zo’n 200 Mbit/s bedragen, ofwel vier keer zoveel als 802.11g, dat een bruto bandbreedte van 54 Mbit/s biedt.

Een aantal samenwerkingsverbanden van verschillende bedrijven ging aan het werk om allen een opzet te maken voor de toekomstige 802.11n standaard. Nadat losse voorstellen van onder andere Motorola, Nokia en Qualcom in stemrondes al van tafel werden geveegd, bleven er twee kampen over. Aan de ene kant is er de WWiSE groep, waar onder andere Airgo, Broadcom, Connexant, Texas Instruments en later ook Motorola toebehoren. Het andere kampt met een kandidaat voor de 802.11n standaard noemt zich TGn Sync en hiertoe behoren onder andere Intel, Cisco, Atheros en Sony.

Hoewel beide voorstellen qua implementatie duidelijk verschillen hebben, maken beide kampen gebruik van de zogenaamde MIMO technologie om hogere snelheden en een betere dekking mogelijk te maken. Ondanks diezelfde basis, leek het er lang op dat beide kampen niet tot een overeenstemming konden komen. Tijdens de laatste stemronde in Maart 2005, kreeg TGn Sync 56% van de stemmen, WWiSE kreeg 44%. Aangezien het IEEE echter heeft voorgeschreven dat een standaard pas kan worden uitgewerkt als een voorstel de goedkeuring geniet van 75% van de stemgemachtigde bedrijven, zijn beide groeperingen sindsdien genoodzaakt te gaan samenwerken om tot één standaard te komen.

Begin 2006 bereikten veel bedrijven een principe accoord over de 802.11n standaard, en gingen diverse chip-fabrikanten al direct aan de slag om chips op basis van de draft-versie van de standaard te maken. Inmiddels verkopen ondermeer Linksys en Netgeart al producten op basis van Broadcom chips gebaseerd op de 802.11n standaard. Tijdens een stemming op 2 Mei 2006 kreeg het nieuwe 802.11n voorstel echter slechts 46.6% van de stemmen, terwijl 75% benodigd was. Niet minder dan zo’n 12.000 op- en aanmerkingen zijn er gesteld ten opzichte van de draft-versie. De 802.11n standaard is dus wederom opnieuw naar de tekentafel gestuurd en men hoop vóór het eind van 2006 een nieuw voorstel te kunnen indienen. Inmiddels heeft IEEE aangegeven dat men een uiteindelijke 802.11n standaard niet voor juli 2007 verwacht. De kans dat de producten die nu gebaseerd zijn op de draft versie van 802.11n later door middel van een firmware upgrade ook volledig 802.11n geschikt kunnen worden, wordt zodoende met de dag kleiner.

wap4400n_med
De eerste WLAN-producten op basis van een draft van de 802.11n standaard zijn op het moment van schrijven al beschikbaar.

MIMO

Zoals gezegd is de toekomstige 802.11n standaard, hoewel men het over implementatie nog steeds niet helemaal eens is, gebaseerd op de zogenaamde MIMO technologie. MIMO staat voor Multiple Input Multiple Output en werkt zowel aan de verzend- als een de ontvangstkant gebruik van meerdere antennes. De technologie maakt gebruik van een tot nu toe ongewenst neveneffect van draadloze communicatie: als je vanaf een accesspoint draadloos informatie verstuurd naar een PC binnen een draadloos netwerk, de gegenereerde radiogolven de PC meerdere keren zullen bereiken. Indien mogelijk uiteraard één keer rechtstreeks, maar aangezien radiogolven ook weerkaatsen op muren of meubels zullen alle signalen ook nog meerdere keren met enige vertraging en demping bij de ontvanger aankomen. Tot nu toe probeerde men deze bijverschijnselen altijd zoveel mogelijk de kop in te drukken en richten conventionele WLAN-producten zich puur op de grootste en dus meest directe radiogolf. We moeten echter niet onderschatten dat er veel van het zendvermogen op deze manier gewoon wordt weggecijferd.

MIMO werkt zoals gezegd met meerdere antennes, die allen tegelijkertijd andere stukken data versturen. Aan de ontvangstkant zijn er ook meerdere antenne’s die de verschillende signalen en alle reflecties daarvan opvangen. In plaats van het juist proberen weg te werken van de reflecties, wordt er in een MIMO-ontvanger juist dankbaar gebruik van gemaakt om te berekenen welke data tegelijkertijd werd verzonden. Door optimaal van alle reflecties gebruik te maken en meerdere stukke data tegelijk te versturen, weet MIMO allereerst hogere doorvoersnelheden mogelijk te maken, maar daarnaast is ook de dekking veel beter, zeker als er veel obstakels tussen de verzender en ontvanger staan.

wlantechmimo_550
MIMO weet de bandbreedte en dekking van draadloze netwerken te verbeteren door ook gebruik te maken van de reflecties van radiosignalen.

Pre-N producten

Aangezien de 802.11n nog de nodige tijd op zich laat wachten, zijn er al voldoende initiatieven om MIMO nu al in de praktijk te brengen. Chipontwerper Airgo introduceerde inmiddels ruim een jaar geleden al chips waarbij MIMO-mogelijkheden toegevoegd aan haar 802.11g WLAN-chips. Een aantal fabrikanten, waaronder Belkin, Linksys en Netgear, maakten dankbaar gebruik van deze Airgo True MIMO chips en heeft deze verwerkt in diverse WLAN-producten. Uit onze test blijkt duidelijk dat MIMO ook al voor 802.11g een grote verbetering van prestaties en dekking van verzorgen. Het is wel belangrijk om te weten dat deze producten niet gebaseerd zijn op een standaard en dus alleen goed samenwerken met andere MIMO-producten van dezelfde fabrikant. Linksys en Netgear promoten deze producten puur met kreten als ‘powered by MIMO-technology’, maar Belkin gaat een stap verder en noemt haar nieuwste generatie WLAN componenten ‘Pre-N’. Deze benaming is echter niet helemaal fair: het is inmiddels wel duidelijk dat MIMO een integraal onderdeel wordt van 802.11n, maar het is volstrekt onwaarschijnlijk dat de exact door fabrikant Airgo gebruikte technieken verwerkt gaan worden in de standaard. Het ligt daarom ook niet in de lijn der verwachting dat de Pre-N producten dankzij een firmware-upgrade later compatible zullen zijn met 802.11n.

Zoals gezegd heeft Broadcom inmiddels een chip op basis van de draft van de 802.11n standaard beschikbaar, en ook producten op basis van deze chips worden als Pre-N aan de man gebracht. Ook hier nogmaals de waarschuwing dat je geen compatibiliteit met de uiteindelijke standaard hoeft te verwachten. Wie echter nu al behoefte heeft aan hogere snelheden en betere dekking doet aan deze Pre-N producten echter zeker geen slechte koop.

802.11i: WPA2

802.11n laat dus nog wel even op zich wachten, maar een substandaard die wel al enige tijd geleden is goedgekeurd is 802.11i, een verbetering van de beveiliging van draadloze netwerken. Bij de introductie van de 802.11a en 802.11b standaarden had men als beveiligingslaan de WEP-incryptie. Al snel bleek dat deze encryptie verre van toereikend was en dat een hacker met de juiste tools binnen enkele tientallen minuten op het draadloze netwerk zou kunnen inbreken. Als aanloop op een betere beveiliging werd WPA (Wi-Fi Protected Access) geïntroduceerd, een betere beveiliging. Het belangrijkste verschil tussen WEP en WPA is het feit dat bij deze laatste standaard de gebruikte keys telkens na een tijdje gewijzigd worden. Dus als een hacker na tientallen minuten een key gekraakt heeft, is deze inmiddels alweer geruime tijd invalid. Dit systeem noemt wel ook wel TKIP, wat staat voor Temporal Key Integrity Protocol. WPA is tegenwoordig op vrijwel alle draadloze routers en accesspoints terug te vinden. Er zijn twee varianten van WPA: één gericht op grote bedrijven die gebruik maakt van een aparte user- en keydatabase en één voor gebruik thuis of in kleine bedrijven, die werkt met zogenaamde passphrases die op het accesspoint en op de client PC’s moet worden ingevoerd. De 802.11i standaard staat ook wel bekend als WPA2 en is backwards compatible met de huidige WPA beveiliging. Het belangrijkste verschil tussen WPA en WPA2 is dat de eerst genoemde gebruik maakt van RC4 encryptie, waar WPA2 van AES encryptie gebruik maakt. AES is een stuk krachtiger en daardoor (vrijwel) onkraakbaar, maar vereist wel betere processors in accesspoints.

802.11e: Quality-of-Service

Een substandaard die sinds eind 2005 beschikbaar is geworden is 802.11e. Het doel van deze standaard is Quality-of-Service (QoS) toe te voegen aan draadloze netwerken, om op die manier bepaalde datastromen meer prioriteit te geven boven anderen. Draadloze netwerken worden voor steeds meer toepassingen ingezet en bij een groot aantal van de moderne gebruiksdoelen – denk aan telefonie (VoIP) of streaming video – mag er geen vertraging zitten in de dataoverdracht. De 802.11e standaard, ofwel Wi-Fi Multimedia (WMM) in marketing termen, kent een viertal prioriteitsniveaus voor data. De hoogste prioriteit heet WMM Voice Priority en kan zoals de naam al aangeeft gebruikt worden voor telefonie, waar zelfs de kleinste vertraging voor problemen zorgt. Het twee prioriteitsniveau is WMM Video Priority en wordt gebruikt voor streaming audio en video. Ook hier zijn vertragingen uit den bozen, maar wel minder desastreus dan bij telefonie. Het derde prioriteitniveau is WMM Best Effort en kan gebruikt worden voor toepassingen waar latency niet belangrijk is, maar lange delays wel vervelend zijn. Denk bijvoorbeeld aan webbrowsing: het maakt weinig uit als je pagina’s een fractie langzamer binnenkomen, maar seconden lang wachten op een nieuwe pagina zorgt wel weer voor ergernis. Het laagste prioriteitsniveau is WMM Background Priority en kan gebruikt worden voor zaken die geheel niet afhankelijk zijn van snelle afhandeling. Denk hij bijvoorbeeld aan email-berichten op printjobs. Als die met enkele seconden of minuten vertraging worden verstuurd is er geen man over boord.

In de afbeelding kun je op een voorbeeld zien van de voordelen van Quality-of-Service. De grafieken tonen een situatie waar er een 10 Mbit/s videostream en een andere verbinding die geen hoge prioriteit heeft, bijvoorbeeld een download van een groot bestand. Na 10 seconden start er een derde verbinding die ook relatief veel bandbreedte opslokt. In de bovenste grafiek zien we wat er zou gebeuren in een draadloos netwerk zonder QoS: in de eerste tien seconden heeft de videostream de benodigde 10 Mbit/s ter beschikking en neemt de andere taak de resterende bandbreedte voor zijn rekening. Zodra de derde communicatie wordt gestart, wordt de bandbreedte van beide bestaande verbindingen beperkt, waardoor de videostream niet meer de benodigde 10 Mbit/s ter beschikking heeft. De tweede grafiek laat zien wat er zou gebeuren in een netwerk met QoS mogelijkheden. Hier heeft de videostream een hogere prioriteit dan de andere verbindingen, waardoor ook zodra de derde verbinding wordt opgezet, de video voldoende bandbreedte tot zijn beschikking houdt. De twee andere verbindingen met lage prioriteit verdelen de resterende bandbreedte.

wlantechqos_550

 

802.11r: WLAN on the move

Een andere 802.11 substandaard die op dit moment in ontwikkeling is draagt de codenaam 802.11r. Deze moet ervoor zorgen dat je in een groot draadloos netwerk van het ene naar het andere accesspoint kunt overstappen, zonder dat de verbinding wegvalt. Als je met bestaande WLAN-technologie binnen een bedrijfspand van de ene kamer naar de andere kamer loopt en zodoende verbinding krijgt met een ander accesspoint, zal een paar (micro)seconden de verbinding niet beschikbaar zijn, aangezien de communicatie met het nieuwe accesspoint opgezet moet worden. Voor moderne gebruiksdoelen als VoIP is dat echter ongewenst. De afbeelding toont hoe 802.11r dat gaat oplossen. In de afbeelding zien we een VoIP telefoon die via WLAN-technologie verbonden is met een accesspoint. Bij stap 1 is de VoIP-telefoon aangemeld bij het linker accesspoint en zijn daar de authenticatie en QoS afspraken gemaakt. Zodra de telefoon wordt verplaatst richting het rechter accesspoint wordt in stap 2 zolang verbinding met het linker accesspoint nog intact is al een verbinding opgezet met het twee accesspoint, ofwel via een draadloze verbinding (a) ofwel via een bedrade verbinding via het linker accesspoint (b). Zodra de authenticatie en QoS afspraken met het twee accesspoint zijn voltooid, kan de VoIP-telefoon verder verplaatst worden (stap 3), waarna in stap 4 de verbinding zonder enige vertraging door het tweede accesspoint wordt overgenomen. Dit alles gebeurt vanzelfsprekend volledig automatisch: net zoals je met je GSM toestel probleemloos kunt blijven bellen terwijl je in de auto langs verschillende GSM-masten rijdt, moet je in de toekomst dankzij 802.11r ook zonder neveneffecten kunnen roamen tussen verschillende accesspoints.

wlantechroaming_550
802.11r zorgt ervoor dat je zonder vertraging kunt roamen tussen twee access points.

802.11s: Mesh networks

De meest indrukwekkende ontwikkeling op het gebied van draadloze netwerken wordt ontwikkeld onder codenaam 802.11s. Deze substandaard omschrijft zogenaamde Mesh Networks ofwel netwerken die zichzelf op basis van de aanwezige omstandigheden inrichten. Dat betekent dat netwerkverkeer dan apparaat A naar B niet meer noodzakelijkerwijs rechtsreeks hoeft te gaan, maar ook via één of meer andere apparaten gerouteerd kan worden, als dat de prestaties ten goede komt.

Een voorbeeld: stel dat je een groot huis op de begane grond je WLAN accesspoint hebt staan. Een PC op de eerste verdieping heeft een prima verbinding hier mee, maar de verbinding met een andere PC op de zolder is uiterst matig vanwege de vele opstakels. Een mesh network zou zich nu zo kunnen inrichten dat alle data van het accesspoint naar de zolder PC wordt gerouteerd via de PC op de eerste verdieping. Van het accesspoint naar deze PC is er immers een snelle verbinding en ook de PC op zolder kan een sneller verbinding opzetten met de PC op de eerste verdieping. Dankzij het mesh network maakt het niet zoveel meer uit op welke plaats in huis de WLAN apparaten staan: als er altijd maar een apparaat met een goede verbinding gevonden kan worden, zoekt de 802.11s standaard zelf de juiste route. Mocht een bepaalde verbinding wegvallen, bijvoorbeeld omdat één van de apparaten in het WLAN netwerk wordt uitgeschakeld, wordt ook direct een andere, sub-optimale router opgezet.

Mesh networks kunnen de prestaties en flexibiliteit van draadloze netwerken enorm vergroten, maar zoals je je wel kunt voorstellen is dit alles bijzonder complex en wordt er ook veel verwerkingskracht van alle WLAN-apparaten vereist. Het zal ook nog de nodige jaren duren eer de 802.11s standaard voltooid zal worden. Op dit moment zijn er verschillende samenwerkingsverbanden van bedrijven bezig met het opstellen van de mogelijke standaard, maar naar schatting zal het nog tot ongeveer 2011 duren eer 802.11s helemaal voltooid is.

wlantechmesh_550

 

Conclusie

We wachten er al lang op en het kan ook nog wel even duren, maar in de toekomst zal 802.11n de beschikbaar bandbreedte en de reikwijdte van draadloze netwerken flink laten toenemen. Naar schatting zal de standaard niet voor juli 2007 voltooid zijn, maar gelukkig zijn er ook nu al draadloze producten die gebruik maken van de binnen 802.11n toegepast MIMO-technologie. Naast deze snellere WLAN-standaard, kunnen we de komende maanden en jaren nog voldoende andere ontwikkelingen op het gebied van draadloze netwerken verwachten. 802.11e zorgt ervoor dat WLAN veel geschikter is voor zaken als draadloze telefonie en streaming video. 802.11i zorgt voor een (vrijwel) onkraakbare beveiliging en 802.11r bewerkstelligt dat we met WLAN-apparaten net zo mobiel zijn als met onze GSM-toestellen. Ver in de toekomst brengt 802.11s ons mesh networks. Dankzij deze technologie kunnen draadloze netwerken veel efficiënter werken en worden ze tevens veel betrouwbaarder. Helaas moeten we hiervoor nog tot 2011 wachten…

0
*