Paralleler Datenaustausch mit bis zu neun Teilnehmern

Der Standard Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) bietet erhebliche Verbesserungen gegenüber früheren WLAN-Generationen. Das trifft insbesondere auf den im industriellen Bereich vorherrschenden Standard Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n) zu. Im Vergleich zu Wi-Fi 4 stellt Wi-Fi 6 eine höhere Geschwindigkeit und Bandbreite bereit. Mit der üblichen kosteneffizienten Zweiantennenlösung (2×2 Mimo) ermöglicht Wi-Fi 6 eine theoretisch maximale Geschwindigkeit bis 2,04 GB/s bei 160 MHz breiten Kanälen. Wi-Fi 4 erreicht lediglich bis zu 300 MBit/s bei 40 MHz breiten Kanälen. Mit Wi-Fi 6 werden somit eine schnellere Kommunikation sowie bandbreitenintensive Anwendungen unterstützt.

Wi-Fi 6 nutzt Technologien wie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) und TWT (Target Wake Time), um die Effizienz und Kapazität des Netzwerks zu optimieren. Derzeit funkt WLAN bis Wi-Fi 5 (beispielsweise IEEE 802.11 n, ac) auf der Grundlage von OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Bei diesem Verfahren kann nur jeweils ein Teilnehmer zu einem Zeitpunkt Daten austauschen. Der aktiv sendende Teilnehmer verfügt stets über die gesamte Bandbreite, selbst wenn er davon lediglich einen geringen Anteil benötigt. Durch den Einsatz des aus dem Mobilfunk stammenden OFDMA-Verfahren ab Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) lässt sich der Übertragungskanal nun in Unterkanäle, sogenannte Resource Units (RU), aufteilen. Ein 20 MHz breiter WLAN-Kanal umfasst bis zu neun Resource Units, die verschiedenen WLAN-Teilnehmern zugeordnet werden können. Auf diese Weise ist der parallele Datenaustausch mit bis zu neun WLAN-Teilnehmern realisierbar. Das funktioniert sowohl im Uplink als auch im Downlink. Bei breiteren WLAN-Kanälen gibt es entsprechend mehr RU, zum Beispiel 37 Resource Units bei 80 MHz. Besonders in der industriellen Automatisierungskommunikation, wo meist kleinere Datenpakete weitergeleitet werden, erlaubt OFDMA die gleichzeitige Übertragung mit mehreren Geräten auf einem Kanal. Das erweist sich als vorteilhaft bei zeitkritischen Echtzeitanwendungen in Umgebungen mit hoher Gerätedichte (Bild 2).

Mehr Schutz durch verbesserte Verschlüsselung

Mit der Funktion Target Wake Time (TWT) können Endgeräte und Access Points außerdem vereinbaren, wann und wie häufig sie Daten austauschen. So lässt sich Energie einsparen sowie eine bedarfsorientierte und konfliktfreie Kommunikation im WLAN-Netzwerk umsetzen. Durch TWT kann ein per Wi-Fi 6 funkender Access Point spezifische Übertragungszeitpunkte mit den WLAN-Clients aushandeln. Die Weiterleitung im Netzwerk wird folglich derart synchronisiert, dass die WLAN-Clients Daten nicht mehr parallel, sondern zu unterschiedlichen Zeiten senden. In Kombination mit OFDMA erhöht dies die Effizienz zusätzlich und sorgt für kurze Latenzzeiten mit geringerem Jitter.

Wi-Fi 6 unterstützt darüber hinaus den neusten Sicherheitsstandard WPA3, der eine verbesserte Verschlüsselung und Schutz vor Brute-Force-Angriffen bietet. Dadurch steigt die Sicherheit der drahtlosen Kommunikation.

Erhebliche Erhöhung der Netzwerkkapazität

Wie beschrieben, eröffnet Wi-Fi 6 deutliche Vorteile. Bei überfüllten WLAN-Kanälen oder dem Einsatz älterer WLAN-Geräte lässt sich das Optimierungspotenzial allerdings oft kaum ausnutzen. In diesem Fall zeigt sich Wi-Fi 6E als vielversprechende Lösung. Das neue 6-GHz-Band stellt aktuell in Europa 24 neue, wenig ausgelastete 20-MHz-Kanäle zur Verfügung. Alternativ gibt es sechs weitere 80-MHz-Kanäle respektive drei zusätzliche 160-MHz-Kanäle. Die Netzwerkkapazität erhöht sich also erheblich. Derzeit wird in der EU geprüft, ob auch die restlichen 500 MHz des 6-GHz-Bands zukünftig zur Nutzung bereitgestellt werden, wie dies zum Beispiel in den USA der Fall ist. Dann lassen sich die Daten über noch mehr Kanäle austauschen.

Im Unterschied zum 5-GHz-Band sind zudem alle WLAN-Kanäle ohne Einschränkung für Automatisierungsanwendungen verwendbar. Entgegen den im 5-GHz-Band vorgeschriebenen Mechanismen, wie DFS (Dynamic Frequency Selection), beinhaltet das 6-GHz-Band keine Restriktionen. Der praktische Einsatz des 6-GHz-Bands ist jedoch auf Applikationen im Indoor-Bereich beschränkt. So sollen Primär-User des Frequenzbands geschützt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das 6-GHz-Band lediglich mit WLAN ab der Version Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) nutzbar ist. Damit lassen sich sämtliche Vorteile von Wi-Fi 6 anwenden, ohne Rücksicht auf ältere WLAN-Standards nehmen zu müssen.

Fazit

Aufgrund der Verwendung des 6-MHz-Bands erweitert Wi-Fi 6E die Fähigkeiten von Wi-Fi 6. Anwender erhalten mehr verfügbare Kanäle. Es treten weniger Interferenzen auf. Die Effizienz steigt. Die Erweiterungen eignen sich besonders für Anwendungen, in denen viele Teilnehmer kleine Datenpakete bei geringer Latenz weiterleiten müssen. Das trifft beispielsweise auf AGV-Anwendungen und die Profinet-Kommunikation zu.    

Tripple-Band-fähige WLAN-Moduleals Client und Access Point nutzbar  

Phoenix Contact bietet mit den Modulen FL WLAN 1022 und FL WLAN 1122 für Wi-Fi 6/6E industrielle Tripple-Band-fähige Geräte für das 2,4-GHz-, 5-GHz- und 6-GHz-Band an. Die Module sind für den Einsatz in der EU zertifiziert. An weiteren Länderzulassungen wird gearbeitet. Die Geräte lassen sich in den drei genannten Frequenzbereichen sowohl als WLAN-Client ebenso wie als Soft-Access-Point verwenden. Der Anwender kann so beispielsweise eine zuverlässige und schnelle Profinet-Kommunikation über WLAN im 6-GHz-Band umsetzen. Darüber hinaus unterstützen die Module die parallele Dualbandnutzung des 2,4-GHz- und 5-GHz- beziehungsweise 6-GHz-Bands. Das ermöglicht ein schnelles und effizientes Out-of-Band-Roaming im 6-GHz-Band (Bild 3).    

Literatur

1. Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Bad Pyrmont: www.phoenixcontact.com/wireless