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Funk-(W)LAN-Technologie

Die Möglichkeit, Computer drahtlos zu vernetzen, ist auf den ersten Blick verlockend, konnte sich aber im Vergleich zu kabelgebundenen Lösungen bisher nur für einige Spezialaufgaben durchsetzen. Das hat vor allem folgende Gründe:

  • Drahtlose Netzwerk-Adapter sind erheblich langsamer als herkömmliche Netzwerkkarten. Selten wird eine Geschwindigkeit von mehr als 2 MBit/s erreicht, meist erheblich weniger.
  • Innerhalb der Reichweite (je nach Gebäudestruktur etwa 10...50 m) teilen sich die drahtlos vernetzten Computer die Übertragungsleistung. Die Netto-Geschwindigkeit sinkt dadurch weiter.
  • Die Kosten für drahtlose Adapter liegen um den Faktor 20 über jenen für konventionelle 10-MBit/s-Netzwerkkarten.
  • Bei den meisten Lösungen sind zusätzliche teure "Access Points" nötig, die die Schnittstelle zwischen einem Kabel-Netzwerk und drahtlosen Workstations darstellen.

Die ersten "Radio LANs" arbeiteten überwiegend mit dem gegenüber Störungen relativ unempfindlichen Spread-Spectrum-Verfahren, bei dem die Daten auf viele Trägerfrequenzen verteilt werden, typisch auf einen Bereich von 20 MHz bei einer Datenrate von 2 MBit/s. Das Spreizen des Signals erfolgte entweder mit dem Zufallssystem Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) oder durch das zyklische Springen zwischen mehreren Frequenzbändern (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum). Sicherheitshalber werden die Daten verschlüsselt.

Technisch entsprechen diese Netze einem Bus-System ohne Kabel oder die Schnurlos-Stationen bilden zusammen eine Bridge. Seit 1997 werden Funk-LANs mit 1 oder 2 MBit/s im 2,4-GHz-Bereich mit der Norm IEEE 802.11 standardisiert. Als Sendeleistung ist maximal 1 Watt vorgesehen. Die Reichweite innerhalb von Gebäuden beträgt etwa 50 m, außerhalb davon einige hundert Meter. Neuere Entwicklungen erreichen bei 19 GHz bis zu 10 MBit/s, allerdings bei deutlich kleinerer Reichweite.

Mit IEEE 802.11 (Teil der Standardisierungsbemühungen des IEEE 802 Komitees, zuständig für lokale Netzwerktechnologien) ist nun ein erster Standard für Funk-LAN-Produkte geschaffen worden. Mitte 1997 wurde der erste IEEE 802.11 Standard (2 Mbit/s Funk-LAN-Technologie) veröffentlicht, welcher dann, im Oktober 1999, mit IEEE 802.11b (High Rate) um einen Standard für 11-Mbit/s-Technologie erweitert wurde. Der IEEE 802.11 Standard beschreibt die Übertragungsprotokolle bzw. Verfahren für zwei unterschiedliche Arten, Funk-Netzwerke zu betreiben.

Der 802.11 Standard basiert auf CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Der WLAN Standard ist ähnlich aufgebaut wie der Ethernet-Standard 802.3, verfügt aber über Vorkehrungen um Kollisionen zu minimieren. Der Grund liegt darin, daß z.B. zwei mobile Einheiten zwar von einem Access Point erreicht werden, sich aber gegenseitig nicht „hören". Damit kann die wirkliche Verfügbarkeit des Access Points nicht in jedem Fall erkannt werden.

Das erste Funk-Netz-Szenario beschreibt die Kommunikation in einfachen "Ad-hoc"-Netzwerken. Hierbei sind mehrere Arbeitsrechner in einem begrenzten Sendebereich miteinander verbunden. Zentrale Übermittlungs- bzw. Kontrollsysteme, sogenannte "Access-Points" sind bei diesem Anwendungsfall nicht vorgesehen. Ein derartiges "Ad-hoc" Netzwerk könnte zum Beispiel zwischen den tragbaren Computersystemen während einer Besprechung in einem Konferenzraum aufgebaut werden.

Im zweiten Anwendungsfall, der im IEEE 802.11 Standard beschrieben wird, kommen sogenannte "Access-Points" zum Einsatz. Bei diesen Geräten handelt es sich um Netzwerkkomponenten, welche die Kommunikation innerhalb eines Funk-LANs, zwischen einzelnen Funk-LAN-Zellen und die Verbindung zwischen Funk-LANs und herkömmlichen LANs (Kabel basierend) ermöglichen und kontrollieren. Access-Points regeln die "gerechte" Verteilung der zur Verfügung stehenden Übertragungszeit im Funk-Netzwerk. Des Weiteren ermöglichen diese Komponenten mobilen Arbeitsstationen das unterbrechungsfreie Wechseln (Roaming) von einer Funk-LAN-Zelle in die Nächste.

Verschiedene Systeme können mittels einer speziellen Frequenzwahl bis zu acht unterschiedliche Kanäle im Frequenzband alternativ oder teilweise auch gleichzeitig nutzen. Durch dieses Verfahren können in bestimmten Fällen z. B. auch durch Störungen belastete Frequenzen umgangen werden, um so die Übertragung zu sichern. Des weiteren können durch den Einsatz mehrere Accesspoints parallele Funkzellen auf unterschiedlichen Frequenzen aufgebaut werden und so die Gesamtübertragungskapazität eines WLANs erweitern. Die dadurch entstehende Möglichkeit unterschiedliche Frequenzen zur Datenübertragung mit getrennten Benutzergruppen zu nutzen, kann den Datendurchsatz in einem solchen Funknetz vervielfachen, da die einzelnen Frequenzsegmente jeweils die volle Bandbreite für den Datenstrom zur Verfügung stellen.

Eine wichtige Frage, die sich im Hinblick auf den Einsatz von Funk-Technologie immer wieder stellt, ist die mögliche gegenseitige Störung von elektronischen Geräten (nicht nur von Funk-Sendern und Empfängern). Oftmals werden sogar Bedenken zu einem möglichen Gesundheitsrisiko durch die Nutzung von auf Funk basierenden Produkten geäußert.
Auf Funk basierende Geräte müssen einer Vielzahl von Standards und strengen gesetzlichen Richtlinien entsprechen, die sicherstellen, daß die Beeinflussung zwischen verschiedenen auf Funk basierenden Geräten und auch anderen elektronischen Geräten entweder unmöglich ist, oder die festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten, welche die internationalen und nationalen bzw. europäischen Standardisierungs-Gremien festlegen.

Alle in Deutschland zugelassenen WLAN Systeme benutzen ein offiziell für industrielle und andere Zwecke reserviertes ISM-Frequenzband (Industrial Scientific Medical) zwischen 2,400 und 2,483 GHz und übertragen durch Nutzung eines Teils der darin verfügbaren Frequenzen mit Datenraten von bis zu 11 Mbps. Da IEEE 802.11 Funk-LAN-Produkte speziell für den Einsatz in Büros und anderen Arbeitsumgebungen entwickelt wurden, senden sie auch mit einer entsprechend niedrigen, gesundheitlich unbedenklichen Leistung. Diese Leistung liegt unter einem maximalen Wert von 100 mW und damit z. B. signifikant unter der Sendeleistung von gebräuchlichen GSM Telefonen (ca. 2 W bei Geräten GSM Klasse 4, d. h. Frequenzbereich 880-960 MHz). Erhöhte Gesundheitsrisiken konnten deshalb beim Umgang mit Funk-LANs im 2.4 GHz Frequenzband nicht festgestellt werden.

Die größten Bedenken gelten üblicherweise der Technologie Funk selbst. Aber unberechtigtes "Mithören" erweist sich in der Praxis sogar als wesentlich schwieriger und aufwendiger als bei herkömmlichen auf Kupferkabeln basierenden Netzwerken. Sogenannte "Walls" sichern den Datenverkehr mittels eines Verfahrens zur Bandspreizung (Spread-Spectrum, SS) gegen Abhören und Störungen, dieses Verfahren entspricht einer komplexen Kodierung, die ein Abhören schon durch die eingesetzten technischen Prinzipien sehr schwer macht. Alle z. Zt. bekannten zugelassenen WLAN Systeme setzen zwei verschiedene Techniken ein, das sogenannte Direct Sequence SS (DSSS) und das Frequency Hopping SS (FHSS) Prinzip.

Direct Sequence SS verschlüsselt jedes Bit in eine Bitfolge, den Chip, und sendet diesen auf das Frequenzband aufgespreizt. Für unbefugte Lauscher verschwindet das Signal dadurch im Hintergrundrauschen, erst der autorisierte Empfänger kann es wieder ausfiltern. Das DSSS System ist unempfindlicher gegen Störungen und hat sich als Lösung mit den meisten installierten Geräten in diesem Markt durchgesetzt.

Beim Frequence Hopping vereinbaren Sender und Empfänger während des Verbindungsaufbaus eine Folge, nach der einige Male pro Sekunde die Sendefrequenz umgeschaltet wird. Ein nicht autorisierter Zuhörer kann diesen Sprüngen nicht folgen, die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger bedeutet jedoch zusätzlichen Ballast (Overhead) in der Datenübertragung.

Um das komplette Signal erfolgreich empfangen und interpretieren zu können, muß der Empfänger den korrekten Entschlüsselungsalgorithmus kennen. Daten während der Übertragung abzufangen und zu entschlüsseln wird dadurch recht schwierig. Die Sicherheit von IEEE 802.11 Funk-LAN-Produkten beschränkt sich selbstverständlich nicht nur auf die Wahl von DSSS als Übertragungsverfahren. So sieht der IEEE-802.11-Standard optional auch verschiedene Methoden für Authentisierung und Verschlüsselung vor. Unter Authentisierung versteht man dabei all jene Mechanismen mit denen überprüft bzw. kontrolliert wird, welche Verbindungen im Funk-LAN zulässig sind. Mit der zusätzlichen Verschlüsselungstechnik WEP (Wired Equivalent Privacy), welche auf dem RC4-Verschlüsselungsalgorithmus basiert, wird ein Sicherheitsniveau erreicht, welches dem herkömmlicher LAN-Technologien mehr als entspricht. Als weitere sehr flexible Sicherheitsfunktion, erweisen sich auch Filter auf MAC-Adress-Ebene, die im Access-Point konfiguriert werden können. Über diese Filter kann die Kommunikation über den Access-Point sehr wirkungsvoll gesteuert werden.

Funk-LAN-Technologie und -Produkte ergänzen in idealer Weise die "klassischen" LAN-Lösungen. IEEE-802.11-konforme Produkte zu attraktiven Preisen gibt es heute in Ausführungen, welche Bandbreiten von 2 Mbit/s oder 11 Mbit/s unterstützen. Schon 2-Mbit/s-Lösungen verfügen über eine ausreichende Übertragungsleistung, um herkömmliche Netzwerkanwendungen zu ermöglichen. Beispiele für solche Anwendungen sind die gemeinsame Nutzung von Druckern, File-Transfer, Internet und E-Mail. Bandbreite wird jedoch dann zu einem entscheidenden Faktor beim Einsatz von Funk-LAN-Installationen, wenn eine große Anzahl von Arbeitsstationen angebunden werden soll und der Einsatz sehr "bandbreitenintensiver" Multimedia-Anwendungen geplant ist. 11-Mbit/s-Produkte bieten hierbei ein verbessertes Lastverhalten. Jedoch sollte man nicht übersehen, daß Funk-LAN-Technologie sich wie jedes andere "Shared-Medium" verhält und damit sehr ähnlich zu Ethernet-Lösungen ist.

Ein weiterer wichtiger, zu beachtender Aspekt bei Planung und Einsatz von Funk-LAN-Lösungen, liegt in den oftmals schwer einschätzbaren Umgebungseinflüssen, welche die Übertragungsqualität und Übertragungsreichweite vermindern können. So können Reichweite und Qualität der Übertragung nicht nur durch die Positionierung und Anordnung der Arbeitsstationen und Access-Points beeinflusst werden, sondern es entsteht auch eine, zum Teil gravierende, Beeinträchtigung durch die zu durchdringenden Hindernisse (Ziegelwände, Stahlbeton, etc.).

Die weitere Entwicklung der Funk-LANs

Die Nachteile möglicher Störungen in einem ungeschützten Frequenzband und den weiteren Nachteil der 2,4-GHz-Funknetze, die mit 2 - 11 MBit/s recht geringe Bandbreite, soll das bei ETSI in der Spezifikation befindliche High Performance European Radio LAN (Hiperlan) vermeiden. 25 Mbps im 5-GHz-Band und 100 bis 150 Mbps im 17 GHz-Band peilt das Komitee RES 10 für das "Super-Funknetz" an. Obwohl Hiperlan Type 1 schon seit mehreren Jahren als Standard vorliegt und neben der hohen Übertragungsrate von bis zu 25 MBit/s auch Quality of Service- (QoS-) Parameter und die Abwicklung isochronen Datenverkehrs bietet, kam diese Variante bislang nicht so recht in die Gänge. Als einer der wenigen Anbieter hatte beispielsweise Proxim letztes Jahr mit Rangelan-5 ein Hiperlan/1-System vorgestellt. Der große Durchbruch, sowohl bei der Nachfrage als auch daraus folgend beim Angebot, fand jedoch nicht statt. Hiperlan/1 nutzt das Gauss'sche Minimum-Shift-Keying Modulationsverfahren (GMSK) und koexistiert ohne weiteres mit vorhandenen WLANs im 2,4-GHz-Band.

Zur Komplettierung des Hiperlan/1-Standards wurde ein neues Projekt gestartet, um die drahtlose Version von ATM zu definieren. Dieses drahtlose ATM-Projekt ist unter der Bezeichnung Hiperlan Type 2 (Hiperlan/2) bekannt, und dieses scheint in der Industrie auf deutlich höheres Interesse zu stoßen, als Typ 1. Die drahtlose ATM-Variante unterstützt natürlich die gleichen QoS-Parameter wie die drahtgebundene Version. Außerdem verfügt Hiperlan/2 über zahlreiche Sicherheits-Services und das so genannte Hand-over - wenn eine Bewegung zwischen lokalen Bereichen und Weitbereichen oder von firmeninternen nach öffentlichen Umgebungen stattfindet. Hiperlan/2 hat eine sehr hohe Übertragungsrate, die auf dem physikalischen Layer bis zu 54 MBit/s und auf Layer 3 bis zu 25 MBit/s beträgt. Um diese zu bewerkstelligen, macht Hiperlan/2 von einer Modulationsmethode Gebrauch, die sich Orthogonal-Frequency-Digital-Multiplexing (OFMD) nennt.

Für die Realisierung eines Hiper-LAN/2-Netzwerks stehen zwei Betriebsarten zur Verfügung:

  • Der Zugang im Centralised Mode erfolgt ähnlich wie bei einem WLAN über Access-Points, die sich bedarfsgerecht kaskadieren lassen. Bei der Raumabdeckung ist mit einem Radius von rund 50 Metern zu rechnen, innerhalb dessen sich die mobilen Stationen um einen Access-Point bewegen können.
  • Beim Direct Mode können mobile Stationen innerhalb einer Funkzelle spontan eine direkte Ad-hoc-Verbindung ohne Access-Point aufnehmen. Dabei sind Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen möglich.
Verbindungen werden im Time-Division Multiplexverfahren über die Luftschnittstelle realisiert.Mit den hohen Übertragungsraten des HiperLAN/2-Standards von maximal 54 MBit/s lassen sich schnelle Zugänge ins Internet und Multimediadienste in Echtzeit realisieren. Das System soll einfach zu installieren sein und stellt Interworking-Funktionen mit zahlreichen anderen Netzwerkprotokollen bereit. Dazu gehören beispielsweise IP, Ethernet, PPP, ATM und IEEE 1394. Zudem unterstützt es sowohl infrastrukturbasierte zellulare als auch Ad-hoc-Netztopologien. Darüber hinaus stellt HiperLAN/2 dedizierte Funktionen für den Zugang, die Vermittlung und das Management (Mobilität, Funkressourcen) im gesamten Einzugsbereich des Netzwerks bereit.

Die neuen Funk-LAN-Standards

Die ETSI-Projektgruppe BRAN (Broadband Radio Access Networks) arbeitet an einer neuen Generation von WLANs und plant die Eigenschaften bezüglich Quality of Service, Multiservice-Netzwerken, Sicherheit, Roaming zwischen LAN und WAN beziehungsweise privaten und öffentlichen Netzen sowie die Bandbreite zu verbessern. Das BRAN-Projekt konzentriert sich dabei auf die Entwicklung von zwei Basisstandards mit der Absicht, einen Zugang zu den künftigen Kernnetzen ATM und IP mit Datenraten von mindestens 25 MBit/s upstream oder Downstream bereitzustellen. Obwohl noch keine charakteristische Killerapplikation existiert, muss eine breitbandige Zugangstechnologie äußerst vielseitig sein und die Kommunikation von und zu den Terminals mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen. Ein dritter Standard für drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ist in Planung. Die Zielsetzungen umfassen feste und drahtlose Breitbandzugänge bei Datenraten von 25 bis 155 MBit/s sowie Nettodatenraten zwischen 16 kBit/s und 16 MBit/s bei Reichweiten von 50 Metern bis 5 Kilometer. Die Gruppe visiert eine Zusammenarbeit mit anderen Foren für Kernnetztechnologien an. Im Einzelnen entwickelt die Projektgruppe BRAN aktuell drei Netzwerkstandards:
  • HiperLAN/2 mit typischen Datenraten von 25 MBit/s für die Kommunikation zwischen portablen Computern und breitbandigen ATM- oder IP-Netzen innerhalb von Gebäuden. Die Mobilität von Benutzern beschränkt sich nur auf lokale Servicebereiche; Roaming innerhalb von öffentlichen Netzen ist nicht Bestandteil der BRAN-Aktivitäten.
  • HiperAccess stellt feste Funkverbindungen außerhalb von Gebäuden mit typischen Datenraten von 25 MBit/s bereit. Damit sollen Serviceprovider in der Lage sein, breitbandige Netzzugänge für Privatkunden und kleine unternehmen innerhalb kurzer Zeit bereitzustellen.
  • HiperLink stellt eine statische Richtfunkverbindung mit hohen Übertragungsraten bis zu 155 MBit/s bereit. Die neue Technik soll HiperAccess- und HiperLAN-Netzwerke zu einer vollständigen drahtlosen Infrastruktur zusammenfassen.

Sicherheit von Funknetzen

Der größte Vorteil des Mediums Funk ist auch gleichzeitig sein größter Nachteil: Die Funkwellen gehen überall hin, auch dorthin, wo sie nicht hin sollen. Die von 802.11 als Zugangsschutz vorgesehenen MAC-Adressfilter lassen sich aushebeln, weil gängige Funknetzwerkkarten mit einer beliebigen MAC-Adresse arbeiten, die sich leicht in der Treiberkonfiguration einstellen lassen. Anders sah es noch beim nach IEEE 802.11b gebräuchlichen Verschlüsselungsverfahren WEP (Wired Equivalent Privacy) aus - es galt als wirksamer Schutz. Doch zeigten Experten, daß der WEP zugrunde liegende Verschlüsselungsalgorithmus RC4 aufgrund der bereits 1995 entdeckten schwachen Schlüssel die Kryptanalyse erleichtert.

Inzwischen ist allein durch das Erlauschen des Datenverkehrs ein passiver Angriff auf WEP mit handelsübliche Hardware und frei erhältliche Software gelungen. Er beruht auf der Tatsache, daß WEP einen berechneten und nicht einen zufälligen Initialisierungsvektor im Klartext überträgt. So kann aus den erlauschten Daten der bei WEP verwendeten Schlüssel errechnet werden. Nach Schätzungen dauert das Berechnen eines 40-Bit-WEP-Schlüssels eine Viertelstunde, die bessere 128-Bit-Variante mit 104 Bit langem Schlüssel würde nur rund 40 Minuten dauern.

Für die Absicherung von Funknetzen bleiben damit nur Techniken, wie sie in Virtual Private Networks (VPNs) gebräuchlich sind - also Verfahren, die auf höheren Netzwerkebenen greifen. Das erfordert allerdings einige Umstellungen: Anstatt die Access Points schlicht in die bestehende LAN-Infrastruktur zu integrieren, muss man ein separates Netz für sie aufbauen. An einem Übergabepunkt zwischen WLAN und LAN muss dann die Zugriffsberechtigung überprüft werden. Man sollte dabei nicht nur von der normalen Benutzerverwaltung getrennte Passwörter verwenden, sondern diese möglichst lang machen. Deutlich sicherer geht es mit IPsec.

Weitere drahtlose Verfahren

Das Nebeneinander verschiedener kabelloser Vernetzungstechniken ist nicht leicht zu durchschauen. Hier ein Überblick über Technik und Anwendung gängiger Systeme, die für den Heimbereich geeignet sind.

IrDA

Der IrDA (Infrared Data Association) - Standard für den Kurzstreckenbereich (wenige Meter) gehört schon fast zu den Veteranen der drahtlosen Technologien. Entsprechende Hardware ist sehr preisgünstig und heute Grundausstattung in Notebooks, Palm-, Handspring- und CE-Plattformen sowie Handys. Mobile Telefone mit Infrarotschnittstelle gibt es beispielsweise von Siemens, Nokia, Qualcomm, Motorola und Ericsson. Seit einigen Monaten wird die Infrarot-Technologie mit 16 MBit/s-Transceiver ausgeliefert. Ein schwerwiegendes Handikap hat die IrDA-Technik, denn Sender und Empfänger benötigen eine direkte Sichtverbindung. Dieses Manko hat sich in der Praxis als so drastisch erwiesen, daß die Akzeptanz von IrDA sehr nachgelassen hat. Die Hersteller haben bereits reagiert - in vielen Fällen wird wohl IrDA demnächst von Bluetooth ersetzt, obwohl IrDA mit seinem Licht-Übertragungsmedium keine Rangeleien um Funkfrequenzen kennt und natürlich auch keinerlei möglicherweise gesundheitsschädliche Mikrowellen-Strahlung emittiert. Eine weitere Einschränkung der IrDA-Anwendung: Es sind nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen möglich.

Bluetooth

Über 200 Hersteller ziehen an einem Strang und entwickeln ein Verfahren zur drahtlosen Integration mobiler Geräte. Aus dem Projekt mit Codenamen "Bluetooth" ging bis zur CeBIT 1999 die erste Version einer Spezifikation hervor. Wer oder was ist "Bluetooth"? Der Held, um den es hier geht, regierte vor 1000 Jahren Dänemark und hieß Harald Blaatand, zu deutsch Blauzahn. Eines der wenigen Zeugnisse für die Existenz des Königs legt ein jütländischer Runenstein ab, auf dem steht: "... Harald, der ganz Dänemark und Norwegen gewann und die Dänen christianisierte." Was dieser Herrscher vergangener Tage mit drahtlosem Datenaustausch zu tun hat, versucht eine Powerpoint-Präsentation der "Bluetooth Special Interest Group" zu deuten: "Harald glaubt, daß mobile PCs und Handys kabellos miteinander kommunizieren sollten." Im Frühjahr 1998 beschlossen die Hersteller Ericsson, IBM, Intel, Nokia und Toshiba, gemeinsam eine Technik für die kurzreichweitige Funkverbindung von PCs, digitalen Kameras, Mobiltelefonen und anderen tragbaren Geräten zu entwickeln. Als Forum für den Austausch von Ideen gründeten sie die "Bluetooth Special Interest Group", eine Arbeitsgruppe, die zunächst Rahmenbedingungen formulierte und nach und nach einen Standard festlegen sollte. Die Initiatoren hatten ein Verfahren im Visier, das Anwendern von Notebooks das Leben erleichtert. Dementsprechend sollte die drahtlose Technik
  • Stimme und Daten übertragen,
  • überall funktionieren,
  • automatisch Verbindungen aufbauen,
  • Störeinflüssen von Mikrowellenherden widerstehen,
  • mit kleinen Chips arbeiten, die auch in Handys passen,
  • wenig Strom verbrauchen,
  • auf offenen Standards beruhen und
  • sehr billig sein.
Am 20. Mai 1998 gab die Special Interest Group Einzelheiten zur Technik bekannt und begrüßte neue Mitglieder: 3Com, Axis, Cetecom, Compaq, Dell, Lucent, Motorola, Puma, Qualcomm, Symbionics TDK, VLSI und Xircom. Fünf Monate später wurde von bis dahin mehr als 200 Mitgliedern auf einer Entwicklerkonferenz in Atlanta die Version 0.7 der Bluetooth-Spezifikation aus der Taufe gehoben. Heute zählt die Teilnehmerliste rund 520 Einträge. Nun steht die Herausgabe der endgültigen Fassung 1.0 des Reglements kurz bevor. Nach dem Kalender der Bluetooth-Gruppe sollte das Dokument im 1. Quartal 1999 erscheinen, nach Möglichkeit bis zur CeBIT. Bis dahin blieben Detailinformationen in den Händen der Mitglieder. Kurz nach der Veröffentlichung, so lauten die Pläne, werden Entwicklungswerkzeuge für Bluetooth-Anwendungen erhältlich sein. Die ersten Produkte schließlich, welche die Technik umsetzen, könnten dann in der zweiten Jahreshälfte auf den Markt gehen. Auch wenn es bislang nocht keine Bluetooth-Chips zu kaufen gibt, können wir schon davon träumen; die Web-Site der Arbeitsgruppe (http://www.bluetooth.org) versorgt uns mit genügend Stoff:
  • Handys schalten am Arbeitsplatz automatisch auf den kostenlosen Betrieb im firmeninternen Telefonnetz um und funktionieren zu Hause als Schnurlosapparate im Festnetz.
  • Die Teilnehmer einer Konferenz brauchen ihre Notebooks nur einzuschalten, um sie miteinander zu verbinden. Auch der Referent braucht kein Kabel, wenn er den Projektor an einen PC anschließt.
  • E-Mail, die der Anwender im Flugzeug auf seinem Notebook verfaßt, wird abgeschickt, sobald er nach der Landung sein Handy auf Stand-by schaltet.
  • Der PDA des Außendienstmitarbeiters tauscht selbständig mit dem PC im Büro Informationen aus und aktualisiert seine Daten.
Das Verfahren, nach dem Bluetooth-Geräte arbeiten, gründet zum Teil auf dem Standard 802.11 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Eine 9 mal 9 Zentimeter große Chipkarte sendet im Mikrowellenbereich von 2,4 GHz bis 2,48 GHz. Dieser Abschnitt des gebührenfreien ISM-Bands (ISM = Industrial, Scientific and Medical) liegt sehr nahe an der Arbeitsfrequenz eines Mikrowellenherds, dessen Magnetron in der Regel mit 2,450 GHz schwingt. Daß der Funkverkehr trotzdem störungsfrei verläuft und auch neben anderen Wireless-Netzen funktioniert, soll eine Technik garantieren, die sich in dem sogenannten Baseband-Protokoll manifestiert. Hierin ist festgelegt, daß die Trägerfrequenz nicht konstant bleibt, sondern in einer zeitlichen Abfolge verschiedene Werte aus einer festen Menge von Frequenzen annimmt. Der Sender springt bis zu 1600 mal in der Sekunde zwischen 79 Stufen einer Frequenztreppe, die mit 1 MHz großen Abständen den Bereich von 2402 MHz bis 2480 MHz abdecken. Ein Gerät, das die Nachricht empfangen will, muß mit dem Sender synchronisiert sein und genau die gleiche Sprungfolge für die Trägerfrequenz verwenden. Nur Nachrichten, die diesen Fingerabdruck tragen, landen bei den Teilnehmern eines Bluetooth-Netzes, Signale anderer Quellen werden herausgefiltert. Die Daten schließlich werden der Sprungfolge durch eine binäre Frequenzmodulation angehängt. Bluetooth kann in einem asynchronen Modus Pakete übertragen, wobei in der Regel auf einen Slot, das heißt pro Element der Sprungfolge, ein Paket zu liegen kommt. Der Austausch erfolgt entweder symmetrisch mit einer Datenrate von 432 KBit/s oder asymmetrisch mit 721 KBit/s in einer Richtung und 57,6 KBit/s in der anderen. Reservierte Zeitfenster ermöglichen dabei einen Full-Duplex-Betrieb, bei dem Kommunikationspartner zur selben Zeit senden und empfangen dürfen. Alternativ zur Datenleitung kann eine Verbindung auch gleichzeitig drei Sprachkanäle mit jeweils 64 KBit/s Bandbreite unterbringen. Zum Umwandeln von Sprache in ein digitales Signal dient "Continuous Variable Slope Delta Modulation", ein Verfahren, das gegenüber Bitfehlern als vergleichsweise unempfindlich eingeschätzt wird.

Ein Bluetooth-Netz ist aus einzelnen Blasen, sogenannten Piconets, aufgebaut, die jeweils maximal acht Geräte aufnehmen. Damit auch mehrere Teilnehmer drahtlos kommunizieren können, treten bis zu zehn Piconets eines Empfangsbereichs miteinander in Kontakt. Der Gründer eines Teilnetzes, nämlich das Gerät, welches die erste Verbindung herstellt, nimmt unter den übrigen Mitgliedern eine primäre Stellung ein und gibt die innerhalb des Piconet gebräuchliche Sprungfolge vor. Damit die anderen Geräte Schritt halten, schickt der Master Synchronisationssignale. Außerdem führt er Buch über die drei Bit langen Mac-Adressen der Piconet-Teilnehmer und versetzt diese nach Bedarf in eingeschränkte Betriebszustände.

Den Aufbau einer Verbindung übernimmt das Software-Modul "Link-Manager". Dieses entdeckt andere Link-Manager in einem Empfangsbereich, mit denen es über ein eigenes Protokoll, das Link-Manager-Protokoll, Daten austauscht. Das Modul authentifiziert Geräte, behandelt Adreßanfragen, verfügt über eine einfache Namensauflösung und sendet und empfängt Anwendungsdaten. Darüber hinaus handelt es mit dem Kommunikationspartner den Verbindungstyp aus, der bestimmt, ob Sprache oder Daten über den Äther gehen. Auch an die Sicherheit haben die Entwickler gedacht. Bluetooth-Geräte weisen sich gegenseitig mit einem Challenge/Response-Mechanismus aus und kodieren Datenströme mit Schlüsseln von bis zu 64 Bit Länge. Abgesehen davon haben es Mithörer wegen der großen Zahl möglicher Sprungfolgen schwer, sich in ein Piconet einzuklinken.

Eine Mitgliedschaft in der Special Interest Group ist für Unternehmen der EDV-Branche aus zweierlei Hinsicht interessant. Zum einen erhalten Entwickler die Gelegenheit, die Spezifikation nach ihren Vorstellungen mitzugestalten. So ist von den Gründern der Gruppe die Firma Ericsson für weite Teile des Baseband-Protokolls verantwortlich, während die Module für die PC-Integration von Toshiba und IBM stammen, Intel Wissen über integrierte Schaltungen einbringt und Nokia Software für Mobiltelefone liefert. Zum anderen bekommen Teilnehmer Zutritt zu den Vorabversionen des Standards und können frühzeitig mit der Entwicklung von Bluetooth-konformen Geräten und Programmen beginnen. Wer sich in die Gruppe aufnehmen lassen will, besucht die Bluetooth-Web-Site und schickt unter dem Link "Members" eine E-Mail mit verschiedenen Angaben an eines der fünf Gründungsmitglieder. Kurz darauf erhält der Bewerber in elektronischer Form zwei Vertragsformulare, die er unterschrieben per Post zurückschickt. Das eine, genannt "Adopters Agreement", sichert dem Teilnehmer die gebührenfreie Benutzung der Spezifikation für eigene Produkte, die ein Bluetooth-Label tragen dürfen. Wie das lauten wird, heißt es dort - denn Bluetooth ist lediglich ein vorläufiger Codename des Projekts -, entscheidet Ericsson. Die Vertragsanlage "Early Adopter Amendment" verpflichtet jene, die vor der Veröffentlichung des Standards beitreten, die Dokumente vertraulich zu behandeln.

Damit Produkte das Bluetooth-Label erhalten, müssen sie nicht nur das Baseband-Protokoll unterstützen. Je nach ihrem Einsatzgebiet müssen sie auch mit Protokollen der Anwendungsebene arbeiten und verschiedene Datenobjekte integrieren. Mobiltelefone zum Beispiel sollten mit PCs oder PDAs elektronische Visitenkarten des V-Card-Standards austauschen, wohingegen ein Kopfhörer weniger Aufgaben zu erledigen hat. Bluetooth-Geräte bauen dabei nicht nur selbständig Verbindung zu ihren Kollegen auf, sie erkennen auch, mit welchen Fähigkeiten diese ausgestattet sind.

Die Datenrate eignet sich eher für Anwendungen mit seltenem Datenaustausch in meist kleinem Umfang. So bildet Bluetooth keine Konkurrenz zu Wireless-LANs (WLANs), da dort inzwischen Bandbreiten von 11 MBit/s eingeführt wurden. Die wesentlichen Bluetooth-Applikationen, die in Betrieben von Mitarbeitern angenommen werden, bestehen aus unternehmenseigen Anwendungen wie Messaging, Knowledge Management (Unwired Portal), Datenbankabfragen usw. sowie dem Zugang zum Internet.

DMAP

(DECT Multimedia Access Profile), die um Datendienste erweiterte Variante des DECT-Standards für Schnurlostelefone, wird zwar ebenfalls sehr stark für den Home-Markt angeboten, will aber auch im SOHO-Bereich Fuß fassen - im Prinzip überall da, wo heute schnurlose Telefone zum Einsatz kommen. DMAP will sich vor allem als Multimedia-Funkstandard etablieren, immerhin lassen sich Audio- und Videosignale mit bis zu 128 kBit/s austauschen. DMAP hat im Gegensatz zu Bluetooth und SWAP den Vorteil, daß es mit dem 1,9-GHz-Band ein reserviertes Frequenzband benutzt. So sind Komplikationen mit anderen Anwendungen ausgeschlossen. Ursprünglich wurde DECT (Digital Enhanced Cordless Telekommunications) von dem Europäischen Telekommunikations Standard Institut (ETSI) als flexibler High-end-Standard für mikrozellulare Funknetzwerke mit einem Radius von 300 Metern entworfen. DECT ist heute darüber hinaus auch beispielsweise Trägertechnologie des Wireless Application Protocols (WAP) in den GSM/GPRS-Mobilfunknetzen.
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