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Konvergente Netze - Multi - Gigabit Ethernet und Next - Gen WLAN

Was seit 2006 passiert, ist eine regelrechte Client-Revolution. Nachdem Steve Jobs mit dem I-Phone das Mobiltelefon neu erfunden hatte, ist die Anzahl der mobilen Endgeräte förmlich explodiert. Dies führt auch zu einer Access-Revolution in den lokalen Netzen.

Während noch vor zehn Jahren Konzertbesucher die Szenerie mit Feuerzeugen beleuchten, sieht man heute Handy-Bildschirme. Smartphones und Co. sind jedoch nicht nur ständige Zeugen bei Konzerten, sondern auch bei Events, Versammlungen oder ganz simpel beim ersten Fußballspiel des Kindes. Die Zunahme der Clients führt damit zu neuen Anforderungen an Access Networking. WLAN- und LAN-Applikationen wachsen jedoch zusammen. Die neuen und höheren Geschwindigkeiten für WLAN, die schon jetzt oder in naher Zukunft erreichbar sind, fordern neue und höhere Geschwindigkeiten in der LAN-Verkabelung. Gleichzeitig bedingt die verbesserte Leistung bei PoE eine fachkundige und hochwertige Installation. Somit bleibt die Verkabelung noch immer ein wichtiger und ständig anzupassender Teil des Ganzen. Verkaufszahlen belegen, dass klassische, kabelgebundene Computer deutlich auf dem Rückzug sind. So hat die Nutzung von Desktop und Laptop seit 2010 um rund zehn respektive 15 Prozent abgenommen, während Smartphone und Tablet 20 Prozent öfter in die Hand genommen werden. Auch an den Netzwerkanschlüssen ist dieser Prozess zu beobachten. Die Wire­less-Nutzung hat 2013 den Breakeven-Point mit der Wired-Nutzung erreicht. Im Vergleich dazu wurden 2010 LAN-Anbindungen noch drei Mal öfter verwendet. Neue Ethernet-Geschwindigkeiten im LAN betragen 2,5 GBit/s oder 5 GBit/s bei Kupferleitungen. Dies sind allerdings nur Zwischenschritte für bestehende Verkabelungssysteme. Dies gilt analog zu den anfänglichen Anforderungen von 10 MBit/s zu 100 MBit/s zu 1 GBit/s, deren Migration im heutigen Vergleich natürlich deutlich einfacher scheint. Aktuelle Klasse-EA-Systeme beherrschen bereits heute die Übertragung von 10 GBit/s auf bis zu 100 Meter. Eine weitere Revolution findet bei den Server-Systemen statt. Moderne SSDs können heute im Server-Bereich Geschwindigkeiten bis zu fast 3,5 GByte/s übertragen. Mit dieser Technik ist es im Gegensatz zu alten, langsamen Festplatten möglich, Netzwerke tatsächlich voll auszulasten. Dies gilt nicht nur im Enterprise-Umfeld, sondern vor allem auch für den ganz gewöhnlichen Mittelstand. Die Entwicklung der Server-Systeme zeigt: Liefen sie 2001 noch mit DDR-SDRAM bei 100 MBit/s bis 1 GBit/s und einem IOPS von 110, waren es 2011 bereits 1 bis 10 GBit/s und IOPS von 600 auf einem DDR3-RAM-System. In diesem Jahr sind durch neue Skylake-Prozessoren mit passenden DDR4 respektive DDR5RAM 10 bis 40 GBit/s möglich, wobei der IOPS-Wert bei 100.000 liegt. Die Server-Systeme haben damit eine wesentlich höhere Leistung und können diese auch deutlich besser ins Netzwerk liefern.

Weiterentwicklung des WLAN

Bereits die bestehenden WLAN-Standards bieten eine unverkennbare Weiterentwicklung. Exemplarisch steht der bereits verabschiedete Standard IEEE 802.11ad, der mit 60 GHz auf kurzen Distanzen im Single-Carrier-Modus mit bis zu 4,6 GBit/s überträgt. Im Gegensatz zum klassischen WLAN beträgt die Reichweite dieses Standards nur wenige Meter, da bei 60 GHz viel Sauerstoff-Absorption erfolgt. Infolge der hohen Bandbreite ergibt sich jedoch eine große Datenrate von einigen GBit/s. Das 60-GHz-Band erstreckt sich von 57 bis 66 GHz und ist über ein Kanalraster von 2.160 MHz in vier Kanäle mit einer Bandbreite von 1.760 MHz unterteilt. Was genau aus IEEE 802.11ad wird, ist jedoch noch nicht sicher. Angedacht sind Punkt-zu-Punkt-Funkverbindungen mit Übertragungsgeschwindigkeiten im GBit-Bereich. Um dies zu erreichen, bleibt die Abwärtskompatibilität zu allen vorhergehenden WLAN-Standards auf der Strecke.

Die Weiterentwicklung im WLAN-Umfeld hält an.

« Die Weiterentwicklung im WLAN - Umfeld hält an. »

Verglichen mit den Leistungen, die für die Zukunft anstehen, ist das Ganze allerdings nur ein kleiner Vorgeschmack. Mit 802.11ah, af oder ax entstehen derzeit ganz neue Standards, deren Verabschiedung mit Sicherheit in naher Zukunft erfolgen wird. Sie unterscheiden sich im Verhältnis von Reichweite zu Übertragungsrate. Der Standard 802.11af beispielsweise ist in der Lage, über den Frequenzbereich von 790 bis 862 MHz weitere Strecken zu erreichen, büßt dafür in der Höhe der Datenübertragungsrate ein. Mittlerweile sind Geräte wie der TP-Link Router verfügbar, die Geschwindigkeiten bis 4.600 MBit/s bedienen können. Auch Chipsätze – beispielsweise von Intel – sind nun angepasst, um die Leistungen von 802.11ad-Technik verfügbar zu machen. Gleichzeitig sind sie bereits jetzt schon darauf ausgelegt, Datenübertragungsraten künftiger Standards zu verarbeiten. Am Beispiel des Standards 802.11ax, der der Nachfolger von 802.11ac werden soll, ergibt sich so die Möglichkeit, bis zu 3,5 GBit/s pro Stream zu erreichen. Für den Fall, dass dann ein Access Point verfügbar ist, der vier Streams gleichzeitig bedient, lassen sich damit bis zu 14 GBit/s übertragen. Mittels solcher Access Points kommen Nutzer also in einen Bereich, der sehr hoch performant ist und in der Lage, auch größere Büros mit hoher Leistung auszuleuchten. Mit dem Standard 802.11ay ist sogar die nächste Generation geplant, die mit 60 GHz pro Stream 44 GBit/s brutto erreichen soll und somit auch deutlich höhere Geschwindigkeiten für Multistreaming erreicht. Eine entscheidende Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Access Points über eine passende Verkabelung verfügen. Das heißt, dass Bandbreiten von über 40 GBit/s auch in der Office-Fläche nötig sein werden.

Weiterentwicklung der Verkabelung

Auch für PoE (Remote Powering) stehen neue Standards zur Verfügung. Wichtig dabei ist zunächst eine Änderung, die weder Leistung noch Datenübertragung beeinflusst: Die neue Norm IEEE 802.3bt gibt vor, dass PoE in Zukunft als Remote Powering bezeichnet wird. Der Name ist schlicht universeller, da PoE als Powerover Ethernet sehr konzentriert auf eben das Ethernet zielte. Technisch ist voraussichtlich noch für dieses Jahr geplant, dass Leistungen mit bis zu 90 Watt über vier Paare laufen sollen und parallel bis zu 10 GBit/s übertragen können. Neue Standards von Remote Powering inklusive der angepassten Verkabelung ermöglichen dann gänzlich neue Einsatzgebiete: Beispielsweise kann die Beleuchtung direkt über die LAN-Verkabelung angeschlossen, konfiguriert aber auch mit Strom versorgt sein. In den USA gibt es bereits heute Beispiele dafür, wie die vollständige Beleuchtung mancher Gebäude über Remote Powering realisiert sein kann. Die klassische Beleuchtung weicht dabei einer PoE-fähigen LED-Variante. Nötig sind dann lediglich Datenverteiler mit Remote-Powering-Komponenten, die ausschließlich für die Beleuchtung zuständig sind. Gleichzeitig steigen damit Anforderungen an die Sicherheit. Demnach muss die Schutzkleinspannung eingehalten werden, um Personenschäden beim Kontakt mit Kabeln zu verhindern. Dies zieht neue Vorgaben bei der Kabelmesstechnik nach sich. Entscheidend ist dabei die DC-Widerstands-Unsymmetrie. Wenn so viel Leistung über ein Datenkabel übertragen werden soll, muss es entsprechende Normen einhalten. Die neue Norm IEEE 802.3-2012 gibt eine maximale DC-Widerstands-Unsymmetrie von drei Prozent zwischen den Leitern vor, was bedeutet, dass der Unterschied im Gleichstrom-Widerstand zwischen zwei Leitern drei Prozent des gesamten Gleichstrom-Schleifenwiderstands eines Paares nicht übersteigen darf. Wenn sich diese Widerstandswerte mehr als drei Prozent unterscheiden, kann es entweder an der Kabelqualität respektive des verwendeten Kupfers liegen oder an der Qualität der Installation. Letzteres macht noch zu oft den Unterschied aus. Gerade jedoch das Sicherstellen von Mindestbiegungsradien und das Bewahren der Verdrillung von Paaren so nahe am Punkt des Anschlusses wie möglich sind unerlässlich, um Leistungsparameter insbesondere in den Anwendungen mit höherer Frequenz zu erfüllen. Da sich pro Datenkabel etwa 100 Watt verteilen lassen, müssen die Datenverteiler auch als eine Elektroverteilung angesehen werden. Analog zur Elektroverkabelung sind für Datenkabel in Zukunft passende Verlegearten auszuwählen, damit sie auseichend umlüftet sind.

« Durch die Leistungsübertragung erwärmen sich die Datenkabel teils signifikant. »

Daher steht auch eine Überarbeitung der Norm DIN EN 50174 an. Sie bezieht sich auf die geplanten Verlegearten in Bezug auf Remote Powering. Ein Versuchsaufbau in einem Datenschrank der dtm group hat dabei gezeigt, wie sich unterschiedliche Verlegearten auf die Verlustleistungen auswirken. Dabei lief eine gleichbleibende Stromleistung über klassische Kabelbündel mit Rundschellen und über Bündel mit Flachschellensystem. Zudem erfolgte eine Prüfung der Temperaturen in den Kabeln durch Sensoren. Die Versuche zeigten, dass die Temperatur mit der Flachschellen-Verlegeart deutlich geringer ist als über Verlegung mit Rundschellen.

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Fazit

Die Datenverkabelung befindet sich in einem Umbruch. Die treibenden Kräfte sind neue Remote-Powering-Leistungen und der Bandbreitenbedarf beim WLAN. Fachkundige Verlegung, normgerechte Installation und die Nutzung von hochwertigen Komponenten müssen das Ziel jeder neuen Verkabelung sein.
Jan Moll/jos


hier zum LANline Fachbeitrag
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