Wireless-Versorgungs-Strukturen: kommen die Hybriden?

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Die Messe für Mobilkommunikation in Barcelona und die letzten Quartalsergebnisse von Herstellern für Endgeräte, Chips und Infrastruktur sowie verschiedener Provider brachten nicht nur die Erkenntnis, dass die Backbone-Netze der Provider durch Fortschritte in der optischen Übertragungstechnik auch in Zukunft praktisch keine Limits zu befürchten haben, sondern auch eine erhebliche Verfestigung des 4G-Mobilfunk (LTE). Für ein Unternehmen ist die Frage der zukünftigen Gestaltung von Wireless-Versorgungs-Strukturen von elementarer Bedeutung. Neben dem klassischen WLAN und dem 4G Mobilfunk wird es noch eine weitere Alternative geben: hybride Access Points oder WLAN-Controller, die beide Welten beherrschen und zu neuen Planungsmöglichkeiten führen.

Spätestens seit der überaus erfolgreichen Einführung des iPad 3 durch Apple muss auch der Skeptiker einsehen, dass 4G nicht mehr zu bremsen ist. In einer Reihe von Märkten für das iPad 3 war 4G gar nicht oder nur sehr eingeschränkt verfügbar. Hier gab es sofort lautes Wehklagen und in Australien wollten Verbraucherschützer Apple wegen irreführender Werbung verklagen, was allerdings mit einer Entschädigung für die entsprechenden Käufer auf kurzem Wege geregelt werden konnte.

Weltweit rüsten Provider auf 4G-LTE um. Die bekanntesten Großprojekte kommen z. Zt. von Verizon und T-Mobile (USA). Die technischen Varianten sind dabei unterschiedlich, so wird China direkt mit der SCDMA-Variante ausgerüstet. Allgemein hat es sich durchgesetzt, neue Projekte auf der Basis von „LTE-Advanced“-Standardisierung der ITU vorzunehmen. LTE-Advanced (oder LTE 10) kann im Endausbau bis zu 1 Gbit/s. Up- und Downlink für eine individuelle Subscriber Station liefern. Aktuell sind Datenraten von 84 und 150 Mbit/s.

Eine Schlüsselrolle bei der aktuellen Entwicklung spielt der Chip-Hersteller Qualcomm. Dieser Hersteller hat die meisten Patente für LTE und ist Hoflieferant von Apple für die Kommunikationschips. Qualcomm konnte Umsatz und Gewinn im letzten Quartal erheblich steigern, hat aber jetzt das „Luxusproblem“, dass sie den Bedarf von Apple nicht so schnell decken können, wie Apple das möchte. Denn unbemerkt von den Meisten vollzieht sich auch bei den Funkchips ein Wechsel von der bisherigen 45 nm-Technologie zur 28 nm-Technologie. Dieser Wechsel bedeutet nicht nur einen niedrigeren Energiebedarf, sondern auch eine erhebliche Zunahme der auf einem Chip möglichen Funktionen. Es ist natürlich klar, dass Apple und andere Hersteller jetzt nur noch mit den neuen Chips planen möchten. Der Aufbau der entsprechenden Produktions-Kapazitäten ist jedoch nicht so einfach und auch in gewisser Weise riskant. Hersteller von SSD-Chips haben z.B. im letzten Quartal schmerzliche Erfahrungen mit Überkapazitäten gemacht, die der Markt nicht so schnell aufnehmen konnte.

Wie so oft ist es ein einziger Chip, der zu einer kleinen Revolution führt. Der MDM 9615 von Qualcomm ist ein „2G – 4G“-Universalchip und beherrscht LTE-TDD, LTE-SCDMA, FDD, CDMA, WCDMA und GSM. Mit Multi-Band und Carrier-Aggregation deckt er praktisch den gesamten Bereich statistisch wichtiger Mobilfunktechniken von 2G bis HSPA+ (LTE Rel.10) ab. Das ist für Endgeräte-Hersteller eine Rettung vor teuren Diversifizierungen im Hinblick auf regionale Teilmärkte und für Provider sehr praktisch, da sie ihre Netze in der gebotenen Ruhe weiterentwickeln können. In einem Endgerät benötigt man zu diesem Chip zwingend noch einen Radio-IC und optional einen weiteren für das Power-Management. Der Chip hat auch einen eigenen Kosenamen: „Gobi-Chip“, wahrscheinlich weil er die Konkurrenz in die Wüste schicken soll. Als Maximal-Leistung für eine Verbindung gibt der Hersteller 150 Mbit/s. an.

Die seit einigen Wochen z.B. in den USA ausgelieferten iPad 3 haben noch einen 45nm 4G-Chip. Der MDM 9615 wird erst im 3Q12 in Stückzahl verfügbar sein. Deshalb erwartet man auch das iPhone 5 erst zu diesem Zeitpunkt. Dann wird es auch nochmal ein für den Weltmarkt überarbeitetes iPad mit universellen 4G-Fähigkeiten geben, nennen wir es jetzt einfach mal iPad 3S.

Auch wenn hier vorwiegend die Produkte von Apple genannt werden, wird es natürlich auch von anderen Herstellern Pads und Smartphones geben, die die neuen Chips beinhalten und eben mit Android oder einem System von Microsoft betrieben werden.

Für ein Unternehmen stellt sich angesichts derartiger Entwicklungen natürlich die Frage, wie eine Wireless-Versorgungsstruktur gestaltet werden kann. Und da gibt es jetzt nicht nur zwei, sondern drei grundsätzliche Alternativen, die jeweils eine Reihe möglicher Ausprägungen nach sich ziehen:

  1. Unternehmenseigene WLAN-Infrastruktur
  2. (Reine) LTE-Infrastruktur
  3. Hybride Infrastruktur

Unternehmenseigene WLAN-Infrastruktur
Das ist die Form, die heute überwiegend benutzt wird. In Bild 1 sehen wir die klassischen Komponenten. Heutige WLANs basieren vorwiegend auf 802.11n, Nachfolgestandards sind die bereits hinlänglich besprochenen Systeme nach IEEE 802.11ac und 802.11ad. 11ac wird eine sanfte Migration ermöglichen, weil es technisch erhebliche Parallelen zu 11n hat. Von daher bedarf vor allem die Zellenplanung keiner wesentlichen Änderungen. Die Leistung steigt zwar, aber nur um den Faktor 2-3 gegenüber 11n, alle anderen Versprechen können wir in Ruhe abwarten. Eine wirkliche Verbesserung hinsichtlich der Leistung steht bei 11ad zu erwarten. Funknetze im Millimeterwellenbereich gehorchen aber ganz anderen Randbedingungen. Die Zellen werden viel kleiner sein, daher wird es viel mehr Zellen geben müssen und genau das ist ein mögliches schwerwiegendes Problem für die hinter den WLAN-Zellen liegende Infrastruktur. Denn die gegenüber 11n/ac vier- bis fünffache Anzahl von Zellen zusammen mit der Notwendigkeit eines 10 GbE-Anschlusses für einen 5-7 Gbit/s.-fähigen AP führt zu erheblichen Kosten. Außerdem ist die Frage nach PoE für 10 GbE ungeklärt, meine persönliche Meinung ist, dass das aufgrund technischer Probleme nicht kommen wird. Betriebsaufwand und Kosten sind also der Preis für eine unternehmenseigene Lösung, der gegen das Gut der vollständigen Kontrolle über alle Daten und Wege, die sie nehmen, abzuwägen ist.

(Reine) LTE Infrastruktur
Jeder Controller in einem Unternehmen wird über die Frage nachzudenken haben, ob die Weiterentwicklung der eigenen WLAN-Infrastruktur angesichts der Verfügbarkeit von LTE wirtschaftlich überhaupt noch sinnvoll ist. Bild 2 zeigt, was dann entsteht: eine vollständig durch einen Provider abgedeckte Lösung. Hinsichtlich der Übertragungstechnik braucht man also nichts mehr zu machen, aber die spannende Frage ist jetzt, was mit den unternehmenseigenen Daten geschieht. Natürlich gibt es immer die Möglichkeit, Virtuelle Verbindungen aufzubauen. Hierfür bietet sich z.B. Carrier Ethernet vor allem mit den neuen, in Version 2.0 seit einigen Wochen festgelegten Möglichkeiten an. Ohne das weiter auszuführen, besteht der wesentliche Unterschied zwischen CE 1.0 und CE 2.0 in der Möglichkeit der Definition und Durchsetzung vollständig auch über kombinierte Domänen hinweg kontrollierbarer Service-Level.

Auch in Deutschland fallen die LTE-Preise bereits. Ende April 2012 bietet O2 den Einstieg für 14,90 pro Monat an. 7,2 Mbit/s. sind noch nicht die Welt, aber auch das wird sich schnell ändern. Etwas abstrus bei allen Anbietern ist das so genannte Datenvolumen. Ist das für einen Monat vereinbarte Volumen bei der Übertragung (z.B. 10 GB) aufgebraucht, wird die Datenrate heruntergestellt. Das ist schlicht eine Kinderkrankheit, die sich bei höherem Netzausbau verlieren wird.

Es ist aber blauäugig, anzunehmen, dass Provider es bei dem Anbieten bloßer Übertragungswege belassen. Vielmehr arbeiten sie ja schon heute daran, passende einfache und angereicherte Cloud-Services anzubieten. Die bekannte Telekom-Cloud sei hierfür ein Beispiel. Damit beeilen sie sich auch, um Boden auf dem Markt gut zu machen. Denn es gibt ja auch andere verlockende Angebote, wie z.B. G-Drive von Google oder iCloud von Apple, die alle neben dem einfachen Speichern auch Synchronisation und Zugriff über die Palette möglicher Endgeräte liefern. Provider haben allerdings den entscheidenden Vorteil, dass sie Cloud Service UND Zugriff aus einer Hand anbieten. Das ist ein Kampf, der im Massenmarkt schon einige Monate läuft, und sich mit weiter angereicherten Produkten in den Bereich der Unternehmensnetze fortpflanzt.

Also führen an dieser Stelle die Überlegungen zur Weiterentwicklung der Wireless Infrastruktur automatisch auf ein wesentlich gravierenderes Problemfeld, nämlich die Akzeptanz von Cloud-Lösungen. Das Dumme ist nur, dass hier die Entscheidungsprozesse wesentlich langsamer sind, weil es ja auch letztlich um existenzielle Fragen des Unternehmens geht.

Kommt man also vom Regen der teuren Weiterentwicklung eigener WLAN-Infrastrukturen nur in die Traufe der weitest gehenden Abhängigkeit von Providern?

Nein, denn es zeichnet sich glücklicherweise noch eine weitere Alternative ab.

Hybride Infrastruktur
Der Anstoß zu dieser Alternative kommt von Qualcomm. Bei der Präsentation des Gobi-Chips wurde die Möglichkeit erwähnt, diesen einfach mit einem WLAN-Controller Chip, wie z.B. den Atheros AR 6003 oder 6004 zu kombinieren und damit auf einfache Weise einen sehr preiswerten hybriden WLAN-AP herzustellen. Die Idee an sich ist nicht neu, schon vor Jahren hatte Intel vorgeschlagen, WiMax statt einer verkabelten Infrastruktur für die Versorgung der WLAN-APs zu verwenden. In der Breite ist das daran gescheitert, dass WiMax recht teuer und kaum verbreitet war und außerdem die Datenraten nicht zu denen von WLANs harmonierten.

Das ist aber jetzt fundamental anders. Der Gobi-Chip unterstützt Verbindungen bis zu 150 Mbit/s, also genau die Leistung besserer 11n Access Points. Qualcomm hat dabei natürlich vor allem an günstige Router für die Versorgung von Haushalten gedacht.

Grundsätzlich entsteht dabei die in der oberen Hälfte von Bild 3 zu sehende Infrastruktur: Endgeräte werden über WLAN angebunden, die hybriden APs über LTE. Das ist überall da praktisch, wo es sich nicht lohnt, ganze Straßenzüge für Glasfaserkabel aufzureißen. Die Konstruktion als solche ist auch skalierbar, mit Fortschritten im Leistungsangebot von LTE können dann eben auch mindestens 11ac APs angemessen versorgt werden.

Für Wireless-Infrastrukturen von Unternehmen ist das eine ganz spannende Alternative, denn nirgendwo steht, dass ein hybrider AP nicht auch eine normale Ethernet-Anbindung haben darf. Mit dieser kann er dann auch in die „normale“ Switching-Struktur des Unternehmens eingebunden werden. Das Unternehmen kann dann ja durchaus an den Stellen, wo es praktisch erscheint, das Cloud-Angebot eines Providers annehmen, behält aber auch eine eigene Infrastruktur. Das sehen wir in der unteren Hälfte von Abbildung 3.

Wenn schon durch die neue Klasse von Endgeräten erhebliche neue Anforderungen an die Unternehmen herangetragen werden, ist es doch sinnvoll, die neuen, multiplen Kommunikationsfähigkeiten dieser Geräte auch zu nutzen. Sie können heute schon alle 3G-Mobilfunk und 802.11n. Noch vor Ende des Jahres können sie auch 4G/LTE und wahrscheinlich auch 802.11ac. Neben den generellen Aspekten ergeben sich folgende klare Vorteile einer Hybrid-Lösung:

  • Die Wireless Infrastruktur eines Unternehmens muss nicht wirklich vollständig mit WLAN-Technik realisiert werden. In Bereichen, wo es sich wegen z.B. einer geringen Nutzeranzahl oder geringen Kommunikationsaufkommens nicht lohnt, ein WLAN aufzubauen, kommunizieren die Geräte eben mit LTE
  • Für Benutzer mit hoher Mobilität innerhalb des Unternehmens braucht man keine Klimmzüge hinsichtlich des Handovers zu machen, sie bekommen auch LTE
  • Zwischen der Einbindung externer Mitarbeiter (z.B. Vertrieb) und interner Mitarbeiter braucht es keinen technologischen Bruch zu geben, weil über die Provider-LTE-Domäne einheitliche Sicherheits-Funktionen definiert werden können, die im Grundsatz auf der strikten Trennung zwischen Subscribern basieren
  • Fällt das WLAN ganz oder teilweise aus, werden die betroffenen Benutzer über LTE umgeleitet. Eine Redundanz auf der Ebene der WLANs ist daher nicht zwingend erforderlich
  • Weitere Redundanzmöglichkeiten ergeben sich gegebenenfalls durch die Kombination der unternehmenseigenen Daten-Infrastruktur mit der Cloud-Lösung eines Providers

Abschließend sei noch erwähnt, dass auch die LTE-Standards eine Auffächerung eines leistungsfähigen Kanals ermöglichen, nämlich unter Benutzung der so genannte Femto-Zellen. Dies wird aber z. Zt. noch nicht wirklich ernsthaft verfolgt und durch Produkte hinterlegt.

Für den Privatbereich gibt es schon hybride LTE/WLAN-APs, die schlicht als LTE-Router bezeichnet werden und im Einkauf unter 100 Euro liegen. Vodafone, Deutsche Telekom und O2 verteilen alle den B390s-2 von Huawei. Eine professionelle Gestaltung sieht natürlich anders aus. So bietet z.B. Cisco LTE-Einschubkarten für die Integrated Services Router der Reihen 1900, 2900 und 3900 an. Diese Router liefern dann auch direkt Ethernet-Switching und PoE sowie umfangreiche Sicherheitsfunktionen einschließlich Firewalling, Filterung und Verschlüsselung in Hardware sowie WLAN-Controller und die einheitliche Steuerung größerer WLAN-Infrastrukturen. Die aktuellen LTE-Einschubkarten unterstützen 50/100 Mbit/s. für den individuellen Up/Downlink und insgesamt 350 Mbit/s. Die kompakten Geräte werden als „Branch Router“ angeboten und bieten neben praktisch allen denkbaren Schnittstellen zu kabelgebundenen WANs eben jetzt auch die Alternative LTE, was bei Cisco auch als WWAN (Wireless WAN) bezeichnet wird.

Fazit
Die durch die neuen Endgeräte an die Unternehmen herangetragenen Anforderungen an neue wireless Infrastrukturen sind umfangreich, aber die Lage ist nicht hoffnungslos. Auch in Deutschland werden die Provider ihre LTE-Angebote zügig ausweiten. Viele neue Endgeräte werden direkt in Bundles mit LTE-Verträgen auf den Markt drängen. Was dem Privatnutzer recht ist, kann dem Unternehmen nur billig sein. Durch hybride Access Points (oder eben um LTE angereicherte WLAN-Controller) werden zusätzliche Alternativen entstehen. Die Diskussion über neue wireless Infrastrukturen muss nicht notwendig in eine (wesentlich komplexere) Diskussion um die Auslagerung von Daten und Funktionen in Cloud-Dienste münden, sondern kann glücklicherweise davon weitest gehend getrennt werden, ohne dass man sich wichtige Optionen verstellen würde.

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