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13.06.1997 - 

Übertragungstechniken im Netz/Technologien im Wettstreit

Datenfunk: Narrow-Band- oder Spread-Spectrum-Verfahren?

Materialfluß und Informationen durch Datenfunk beleglos zu verknüpfen, gehört zu den Maßnahmen, die sowohl in der Produktionslogistik als auch in Lager und Distribution ein hohes Rationalisierungspotential bieten und damit von hoher Bedeutung für die Wettbewerbsfähigkeit und den Erfolg eines Unternehmens sind. Die Entwicklung der Datenfunktechnologien zeigt einen Trend zu offenen, standardisierten EDV-Systemen und erlaubt heute die Anbindung mobiler Datenfunkgeräte an beliebige Rechnersysteme und die Funkversorgung größter Werksgelände. Zu unterscheiden sind Datenfunksysteme mit mobilen Terminals und Schmalbandfunktechnik von Funk-LANs mit mobilen PCs und Breitbandfunktechnik.

Weit über tausend Unternehmen aus Industrie und Handel nutzen heute in Deutschland bereits Datenkommunikationssysteme mit mobilen Terminals. Ein besserer Nutzungsgrad der Betriebsmittel ist die unmittelbare Folge und führt insgesamt zu einer höheren Wirtschaftlichkeit und einem schnellen Return on Investment.

Während noch vor Jahren geschlossene Datenkommunikationssysteme mit mobilen Termi-nals über spezielle Kommunikationsrechner und entsprechendem Programmieraufwand an übergeordnete DV-Anlagen anzubinden waren, ermöglicht heute eine offene Systemarchitektur eine flexible Einbindung mobiler Terminals in Host-Rechnersysteme und mobiler Funk-PCs in Client-Server-Anwendungen.

Der Vorteil einer offenen Systemarchitektur liegt auf der Hand: Vorhandene Applikations-software kann online und meist unverändert auf mobilen Endgeräten benutzt werden. Aufwendige Anpassungen, wie sie für geschlossene Datenfunksysteme erforderlich sind, können entfallen.

Auch Erweiterungen und Änderungen eines drahtlosen Netzwerks sind unproblematisch möglich. Ein Datenfunksystem kann mit den Anforderungen wachsen. Der Einstieg erfolgt häufig mit einem kleinen System, welches sich den Anforderungen entsprechend nach und nach ausbauen läßt.

Da die Reaktionszeit beim Dialog über mobile Datenfunkgeräte oft entscheidend für die Akzeptanz des Systems durch den Benutzer ist, ist durch geeignete Verfahren sicherzustellen, daß zwischen Anforderung einer Information und Anzeige auf dem Display des mobilen Gerätes einschließlich der Funkübertragung und Rechnerzugriffszeit nicht mehr als eine Sekunde verstreicht. Bei Host-Rechner-Anwendungen kann dieser Online-Dialog beispielsweise über die Emulation entsprechender DV-Terminals durch die mobilen Funkstationen erfolgen, wobei als Übertragungsmedium üblicherweise Schmalbandfunk (Narrow-Band-Technology = NBT) auf Frequenzen um 450 Megahertz eingesetzt wird. Client-Server-Anwendungen in Funknetzwerken hingegen arbeiten wie Standardnetzwerke (zum Beispiel Ethernet, Token Ring) mit sehr hohen Datenübertragungsraten und benötigen daher ein Übertragungsmedium mit großer Bandbreite. Solche Systeme arbeiten mit Spreizbandmodulation (Spread-Spectrum-Technology - SST) im 2,4 Gigahertz Frequenzbereich.

Schmalband-Technik eignet sich für Hosts

Wurde vor Jahren noch heftig darüber diskutiert, ob Daten besser per Funk oder per Infrarotlicht zu übertragen sind, geht es heute, nach Etablierung der Funktechnik, um die Frage: Narrow-Band (NB) oder Spread-Spectrum (SS)? Eine Diskussion darüber erübrigt sich, wenn der Datenfunkanbieter über beide Technologien verfügt. Jedes der Verfahren bietet spezifische Vorteile, die sich je nach DV-Architektur und Anwendung gezielt nutzen lassen.

Ein Master/Slave-System mit kurzen Datenblöcken für die mobilen Terminals würde beispielsweise die hohe Übertragungsrate eines SST-Systems nur zu einem Bruchteil auslasten. Für die Kommunikation mit Terminals reicht normalerweise die Übertragungsrate eines NB-Systems. Die höhere Reichweite der Schmalbandtechnik kann jedoch von Vorteil sein, weil großflächige Systeme nur wenige stationäre Funkeinheiten (RFUs) benötigen.

Client-Server-Anwendungen mit Funk-PCs sind dagegen wegen der hohen Datenmengen mit Schmalbandübertragung undenkbar. Der Vorteil der hohen Übertragungsrate wird jedoch durch eine geringere Reichweite relativiert, die aus der niedrigen Sendeleistung (100 Milliwatt) und der geringeren Funkwellenlänge resultiert.

Das Master-Slave-System zeigt ein Beispiel für den typischen Aufbau mit Host-Rechner-, Controller- und Terminalebene im stationären wie im mobilen Bereich. Ein flexibles Datenfunksystem verfügt über vielfältige Emulationsmöglichkeiten, um mit gebräuchlichen Host-Rechnern kommunizieren zu können. Das Beispiel der Client-Server-Architektur mit integriertem drahtlosem Netzwerk veranschaulicht die Verbindung der mobilen Clients (Funk-PCs) zum LAN über LXE-Funkbrücken. Auch die Verbindung räumlich getrennter LANs kann über solche Funkbrücken erfolgen.

Die Zugriffsverfahren und Protokolle in drahtlosen Netzwerken sind identisch mit denen herkömmlicher LANs. Für den Benutzer eines mobilen Endgerätes ändert sich daher kaum etwas. Bei geschickter Kombination von Netzwerk- und Funktechnik entsteht ein Datenfunksystem, das sich wie ein stationäres Netzwerk verhält, bei dem lediglich das Übertragungsmedium Kabel durch Funk ersetzt wurde.

Die vorhandene EDV-Architektur, die geplante Anwendung und die Ausmaße des Betriebsgeländes sind Faktoren, die eine Entscheidung für eine der Technologien beeinflussen. In den USA läßt sich derzeit beobachten, daß die Zahl der Installationen mit Spread-Spectrum-Technology ständig steigt. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß Miniaturisierung und Standardisierung der SST-Funkmodule zur Großserienproduktion und damit zu Preissenkungen bei Datenfunkgeräten führten.

Moderne Datenfunkkomponenten verfügen heute über Synthesizer-Hochfrequenzmodule, deren Frequenzen sich per Software schnell und komfortabel einstellen lassen. Aufwendiger Quarzwechsel ist Vergangenheit. Intelligente Systeme können die Trägerfrequenzen beziehungsweise Funkkanäle nach Bedarf managen und damit die Ressourcen besser ausnutzen. Notwendig wurde diese Technik aufgrund der begrenzten Anzahl der zur Verfügung stehenden Funkkanäle und dem stetig steigenden Bedarf an Funkdiensten, einhergehend mit der Forderung nach größtmöglicher Stör- und Abhörsicherheit.

Die Spread-Spectrum-Systeme, deren Technologie ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurde, gelten als kompromittiersicher, denn sie bieten den höchsten Schutz vor Störung, Manipulation und Abhören. Gegen Störungen durch starke Sender in Bandmitte sind sie jedoch auch machtlos.

Master-Slave

Ein Terminal - als Sklave im Host-System - sendet unmittelbar zu einer Funkeinheit (RFU), die über ein LAN mit dem Netzwerk-Controller verbunden ist. Dieser regelt den Datenverkehr, indem er die Datenpakete in ein Host-entsprechendes Protokoll umsetzt. Die Applikationssoftware läuft bei Master-Slave-Systemen immer auf dem Host-Rechner. Datenfunksysteme in Master-Slave-Architekturen werden überwiegend auf Frequenzen im 70-Zentimeter-Band betrieben. Die deutschen Behörden haben für solche Systeme die Frequenzgruppen B und D um 450 Megahertz mit einer Bandbreite von 20 Kilohertz und die Gruppe F (um 430 Megahertz) mit 25 Kilohertz Bandbreite zur Verfügung gestellt.

Angeklickt

Bei der Rationalisierung von Abläufen in Unternehmen spielt der betriebliche Datenfunk eine nicht unerhebliche Rolle. Auf diesem Gebiet gibt es zwei konkurrierende Techniken: das Schmalbandverfahren und die Spreiz-Spektrum-Methode. Während die Schmalbandtechnik vor allem bei Host-Anwendungen eingesetzt wird, findet die Spreizbandmodulation ihr Anwendungsgebiet bei Client-Server-Applikationen. Dort erfordern die großen Datenmengen eine hohe Bandbreite. Im Gegensatz dazu verfügt das Schmalbandverfahren über eine größere Reichweite. In den USA nimmt die Verbreitung des Spreizbandverfahrens zu, weil Miniaturisierung und Standardisierung der SST-Funkmodule die Großserienproduktion ermöglicht haben. Zudem bietet diese Technik einen relativ hohen Schutz gegen Störungen, Manipulation und Abhören.

*Joachim Gripp ist Leiter des Vertriebsbüros Nord der LXE Datenfunk GmbH in Jülich.