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23.08.2005

Der Weg zum universellen Zugang

Jan Geldmacher 
Die Frage nach dem geeigneten Access-Medium für Außendienstmitarbeiter verliert in der konvergenten IP-Welt von morgen an Bedeutung.

Die wachsende Auswahl an Übertragungstechnologien ließ aus der Vision einer rundum mobilen Kommunikation in vielerlei Hinsicht Realität werden. Gleichzeitig ermöglichen die steigenden Übertragungsraten neben der Übertragung von Sprache zunehmend auch die ernst zu nehmende (Echtzeit-) Übertragung von Daten. Die nach wie vor verwirrende Vielzahl an teils nicht kombinierbaren Standards macht jedoch auch klar: Noch ist die Branche auf dem Weg zur Konvergenz von Festnetz und Mobilfunk nicht am Ziel. Entgegen der oft zitierten Prognose, dass das Festnetz - geschwächt durch die wachsende Mobilfunkkonkurrenz - diesen Weg künftig nicht mehr wesentlich mitgestalten wird, gibt es angesichts der wachsenden Verbreitung VoIP-fähiger Endgeräte immer mehr Grund zu der Annahme, dass die Mobilfunkanbieter Schwierigkeiten haben werden, ihren aggressiven Wachstumskurs beizubehalten: Mehr und mehr Mobilminuten werden ins IP-Festnetz wandern.

Mobilfunkstandards im Überblick

Zweite Generation (2G)

• GSM (Global System for Mobile Communications):

Das volldigitale Mobilfunknetz GSM ist als Nachfolger der analogen Systeme der erste Standard der zweiten Generation. GMS ist heute (als Sammelbegriff für alle Spezifikationen und Schnittstellen, die für ein funktionierendes Mobilfunknetz benötigt werden) der weltweit meistverbreitete Mobilfunkstandard und eignet sich ideal für die Sprachübertragung. 2004 nutzten mehr als eine Milliarde Menschen und damit ungefähr 80 Prozent aller Mobilfunkkunden GSM. In Deutschland bildet GSM die Grundlage der D- und E-Netze.

Der Standard, der festnetzseitig auf ISDN basiert, wird auch zur leitungsvermittelten und paketvermittelten Datenübertragung sowie für Kurzmitteilungen (SMS) eingesetzt. Per Circuit Switched Data (CSD) erlaubt GSM Übertragungsraten von 9,6 Kbit/s; per Compressed Mode ist eine Steigerung auf bis zu 14,4 Kbit/s möglich. Allerdings ist diese Methode fehleranfällig.

GSM arbeitet für den Uplink (vom Mobiltelefon zum Netz) beziehungsweise den Downlink (vom Netz zum Mobiltelefon) jeweils mit unterschiedlichen Frequenzen. In Deutschland sind dies die Frequenzbereiche 890 bis 915 Megahertz, 935 bis 960 Megahertz, 1725 bis 1780 Megahertz und 1820 bis 1875 Megahertz.

Da GSM Daten jedoch nur vergleichsweise langsam überträgt, wurden ihm bereits zahlreiche Erweiterungen wie etwa HSCSD, GPRS und Edge zur Seite gestellt.

• HSCSD (High Speed Circuit Switched Data):

HSCSD erhöht die maximale Datenrate pro GSM-Kanal auf 14,4 Kbit/s. Zudem nutzt HSCSD das Verfahren der Kanalbündelung, was eine Höchstleistung von 57,6 Kbit/s ermöglicht.

2,5. Generation (2,5 G)

• GPRS (General Packet Radio Service):

GPRS ermöglicht Paketdatenübertragungen von bis zu 53,6 Kbit/s, indem sich mehrere Benutzer einen Kanal teilen.

• Edge (Enhanced Date Rate for GSM Evolution):

Edge ermöglicht die Erhöhung der Datenrate durch ein neues Modulationsverfahren (8PSK) und erweitert damit GPRS zu Enhanced GPRS (E-GPRS = Nutzung von Edge für Paketdatenübertragung) - sowie HSCSD zu ECSD (Enhanced Circuit Switched Data).

Dritte Generation (3G)

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System):

UMTS ist Nachfolger von GSM und bildet den Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G). Als Zusammenfassung von Protokollen und Schnittstellen, die für ein Mobilnetz der dritten Generation erforderlich sind, definiert UMTS sowohl ein terrestrisches Funknetz als auch mobile und satellitengestützte Netze. Auf Basis der Funktechnologie Wideband-CDMA (basiert auf dem Multiplexverfahren Code Division Multiple Access = CDMA) erlaubt UMTS eine Datenübertragungsrate von maximal 2 Mbit/s und bietet somit eine gute Basis für datenlastige multimediale Dienste. Dazu gehören neben der Audio- und Videotelefonie etwa Nachrichtendienste (Unified Messaging, Chat), Informationsdienste, Navigation und vieles mehr. Außerdem kann ein entsprechend ausgerüstetes Endgerät mehrere Datenströme gleichzeitig senden oder empfangen. Der Anwender kann so beispielsweise telefonieren und dabei E-Mails erhalten. Die Nutzfrequenzen liegen bei 1900 bis 1920 Megahertz im Time-Division-Duplex-Verfahren (TDD), 1920 bis 1980 Megahertz beim Frequency-Division-Duplex-Uplink (FDD), 2020 bis 2025 Megahertz (TDD) sowie 2110 bis 2170 Megahertz (FDD-Downlink)

3,5. Generation (3,5 G)

• HSDPA (High Speed Downlink Packet Access):

HSDPA ist eine Spezifikation des 3rd Generation Partnership Project (3GPP), einer weltweiten Kooperation von Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk. Damit soll die Datenrate von UMTS-Systemen im Downlink (bei der Übertragung von Datenpaketen) von jetzt 384 Kbit/s auf bis zu 10 Mbit/s gesteigert werden.

• HSUPA (High Speed Uplink Packet Access):

HSUPA soll als Zusatz die Datenrate im Uplink von UMTS-Systemen nach Herstellerangaben in Kürze auf bis zu 5,8 Mbit/s beschleunigen.

Beide Protokollzusätze sind vom Prinzip her mit Edge für GSM vergleichbar und erhöhen die Datenrate durch den Einsatz höherwertiger Modulationsverfahren. HSDPA/HSUPA sind noch nicht vom 3G-Konsortium verabschiedet, HSDPA ist voraussichtlich bis Ende 2005 in die UMTS-Netze implementiert. Für die Nutzung von HSDPA/ HSUPA sind entsprechende Endgeräte (beispielsweise Laptop-Datenkarte) notwendig, auf Seiten der Mobilfunknetzbetreiber ist ein (Software-)Upgrade in den Basisstationen erforderlich. Neuere Datenkarten lassen sich eventuell per Firmware-Upgrade aufrüsten.

Drahtlose Datenkommunikation

Bluetooth

Der Industriestandard Bluetooth unterstützt die Übertragung von Sprache und Daten und ermöglicht die drahtlose (Funk-)Vernetzung von Geräten über kurze Distanz. Innerhalb des Wireless Personal Area Network (WPAN) kommunizieren Mobiltelefone, PDAs, Computer und Peripheriegeräte über die drahtlose Schnittstelle. Auf Basis von EDR (Enhanced Data Rate) kann mittlerweile eine Datenübertragungsrate von bis zu 3 Mbit/s erreicht werden. Der Bluetooth-Standard für WPANs ist IEEE 802.15.1. Drei Sendeleistungsklassen mit 1 mW (0 dBm), 2,5 mW (4 dBm) beziehungsweise 100 mW (20 dBm) erlauben Reichweiten von zehn bis 100 Metern. Ein modifizierter Bluetooth-USB-Dongle mit Richtfunkantenne kann die Reichweite auf bis zu 1,6 Kilometer erweitern. Bluetooth-Geräte senden im lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) zwischen 2,402 Gigahertz und 2,480 Gigahertz. Da WLAN-Netze, schnurlose Telefone oder auch Mikrowellenherde im gleichen Frequenzband arbeiten und daher eine Störungsquelle darstellen können, setzt Bluetooth ein Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) ein.

Wireless LAN

Ein Wireless LAN (WLAN) bietet als lokales Funknetz im Vergleich zum Wireless Personal Area Network mehr Sendeleistung und Reichweite sowie eine höhere Datenübertragungsrate von rechnerisch bis zu 128 Mbit/s. WLANs basieren meist auf einem Standard der IEEE-802.11-Familie. Es gibt mehrere WLAN-Frequenzbänder in unterschiedlichen Bereichen (beispielsweise 5,15 Gigahertz bis 5,725 Gigahertz bei IEEE 802.11a oder 2,4 Gigahertz bis 2,4835 Gigahertz bei IEEE 802.11b). Einige liegen damit im gleichen Frequenzbereich wie Bluetooth, Mikrowellen etc. WLANs können sowohl im Infrastruktur- als auch im Ad-hoc-Modus betrieben werden. Bei Letzterem sind alle Stationen, vergleichbar einem Peer-to-peer-Netzwerk, gleichwertig und kommunizieren untereinander. Ein Netz auf Basis des Ad-hoc-Modus lässt sich vergleichsweise schnell und unkompliziert erstellen. Ab mehr als vier Usern empfiehlt sich dagegen der Wechsel zum Infrastrukturmodus: Hier wird eine Station gezielt als Basisstation definiert und damit zum Wireless Access Point, über den die vernetzten Geräte miteinander kommunizieren. WLANs nach IEEE 802.11 und HIPERLAN unterstützen beide Verfahren. Die Reichweite von 802.11-Endgeräten beträgt momentan 30 bis 100 Meter, in geschlossenen Räumen bis zu 80 Meter. Richtfunkantennen erlauben bei Sichtkontakt eine Reichweite von bis zu mehreren Kilometern.

Wimax

Der Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access)-Standard IEEE 802.16 ist eine Weiterentwicklung der WLAN-Technik und soll als Breitbandfunktechnologie in regionalen Funknetzen dienen. An einem kommerziellen Einsatz wird derzeit gearbeitet. Wimax ermöglicht theoretisch Verbindungen mit einer Reichweite von bis zu 50 Kilometern und Übertragungsraten von bis zu 70 Mbit/s beziehungsweise bis zu 109 Mbit/s (bei 28 Megahertz). Das Funkverfahren gilt als Alternative zum weit verbreiteten DSL und kann die letzte Meile überbrücken. Wimax ermöglicht - genauso wie auch WLANs - eine Sprachübertragung auf Basis von IP (VoIP) und gilt deshalb als besonders zukunftsträchtig. Die Branche hat sich im Wimax-Forum zusammengeschlossen, um den Standard entsprechend weiterzuentwickeln.

Wimax, vor allem seine mobile Variante 802.16e, wird von etlichen Analysten als potenzielle Bedrohung für UMTS gesehen

Hier lesen Sie …

• wie europäische Manager zum Thema "Mobiles Arbeiten" stehen;

• welche Techniken heute en vogue sind;

• wie neue Endgeräte den Konvergenzgedanken vorantreiben.

Mehr zum Thema

www.computerwoche.de/go/

155077: BT Fusion;

*78617: BT wagt Spagat zwischen Netz und IT;

155247: Unterwegs Arbeiten - aber wie?

Eine aktuelle Studie von Coleman Parkes zeigt den Stellenwert, den das Thema "Mobiles Arbeiten" einnimmt: Unter den europaweit knapp 250 befrag-ten Unternehmen zeigten sich 98 Prozent davon überzeugt, dass sich mobile Arbeitsformen in den kommenden Jahren weiter durchsetzen werden. 88 Prozent der Befragten waren der Meinung, dass die Mobilkommunikation ein produktiveres Arbeiten ermöglicht.

IDC prognostiziert, dass die Anzahl der "Remote Worker" - also der Mitarbeiter, die über mobile Netze (siehe Kasten "Mobilfunkstandards im Überblick") und Breitbandverbindungen auf die unternehmenseigenen IT-Systeme zugreifen können - im westeuropäischen Raum (exklusive England) bis Ende dieses Jahres auf 28,8 Millionen steigen dürfte.

Mobiles Arbeiten ist mehr als nur Mail-Abruf

Mobile Anbindung, Remote Access und drahtlose Netze - schon jetzt sorgen die entsprechenden Technologien für eine ständig wachsende Zahl an externen Zugangspunkten zu den Firmennetzen und ermöglichen so den Mitarbeitern zunehmend das flexible beziehungsweise mobile Arbeiten vom Heimarbeitsplatz oder von unterwegs.

Doch mobiles Arbeiten ist nicht gleich mobiles Arbeiten, und es beinhaltet mehr als den Internet-Zugang, den Daten-Download oder die Kommunikation per Mail. Vielmehr variieren die Anforderungen der Nutzer und sind in vielen Fällen zudem branchenspezifisch. Dabei benötigt der Außendienstmitarbeiter ebenso Zugriff auf die IT-Systeme des Unternehmens wie der Angestellte, der vom Home-Office aus tätig ist.

Potenzial der Endgeräte wird immer wichtiger

Wie dieser Zugriff realisiert wird, ob eine Anwendung Web-basiert ist oder nicht, ist für den Nutzer dabei unwesentlich, solange sie seine Erwartungen erfüllt. Anders ausgedrückt: Endgeräte, die über die nötigen Funktionen verfügen, um den reibungslosen externen Zugriff auf Office-Umgebungen, Datenbanken und Applikationen zu erlauben, werden immer wichtiger.

Die Diskussion hat sich damit längst von der Betrachtung und der Bewertung der einzelnen Übertragungstechnologien und -standards wegentwickelt. Für den Anwender ist nicht die jeweilige Zugangstechnologie ausschlaggebend, sondern für ihn liegt der Mehrwert im lückenlosen Access. Firmen, die vor einer Investition stehen, fragen nicht mehr, wie sie eine vorhandene Zugangstechnologie am besten ausnutzen, sondern welche Anwendungen sie brauchen und wie diese am kostengünstigsten realisiert werden können.

Positiv ist in dieser Hinsicht die wachsende "Intelligenz" der mobilen Endgeräte zu bewerten. Sie beinhalten zum Teil Least-Cost-Routing-Funktionen, die eine automatische Anwahl des jeweils günstigsten Netzes ermöglichen. Je nach Situation könnte das zum Beispiel bedeuten, dass ein Gerät zwar UMTS-fähig ist, aber bei Vorhandensein der entsprechenden Infrastruktur auf eine schnellere und kostengünstigere Verbindung per WLAN, Wimax oder auch DSL umschaltet.

In diesem Zusammenhang gewinnen speziell die "VoIP-enabled" Endgeräte an Bedeutung. VoIP-enabled oder auch IP-fähig bedeutet, dass das Gerät überall dort, wo ein IP-Zugang möglich ist, entsprechend umstellt und der Anwender damit zum Beispiel unter seiner Festnetznummer auf Basis von VoIP Anrufe tätigen und entgegennehmen kann. Als Device kommen etwa ein Multimedia-fähiges Notebook oder ein PDA mit WLAN-Karte in Frage. Zusätzlich wird ein spezieller Software-Client zum Telefonieren benötigt. Beim Netzbetreiber ist ein entsprechender Server Voraussetzung, der im Normfall auch Access zu GSM-und WLAN-Netzen bietet. Auf diese Weise kann der Anwender beim Wechsel vom IP-Netz ins Mobilfunknetz nahtlos weitertelefonieren.

Das Handy der Zukunft ist konvergent

Wie weit die Verknüpfung der unterschiedlichen Netztechniken gehen kann, veranschaulicht das neue konvergente Mobiltelefon "BT Fusion", das BT unlängst auf dem britischen Markt vorstellte. Im Haus nutzt es beispielsweise Bluetooth, um die Verbindung zu einer Basisstation herzustellen. Es routet Gespräche wahlweise über das GSM-Netz oder das Breitbandfestnetz und hilft damit, die Telefonkosten wann immer möglich zu reduzieren. An einem vergleichbaren, WLAN-fähigen Gerät für den Einsatz in Unternehmen wird derzeit gearbeitet.

Ganz grundsätzlich gilt: Unter den diversen Kombigeräten - zu denen etwa auch PDAs oder Multifunktionsgeräte mit Keyboard, Festplatte und Kamera gezählt werden - erobern sich Smartphones derzeit eine klare Führungsrolle: Laut einer Markteinschätzung von Mummert Consulting wird 2006 jedes zweite genutzte Handy ein Smartphone sein. Hauptgrund hierfür ist laut Analysten die breite Palette an Einsatzmöglichkei-ten, die diese Kombination aus Organizer und Mobilfunkgerät eröffnet. Die grundsätzliche technologische Flexibilität dieser Geräte, in die teilweise auch die UMTS-Technik integriert ist, bedeutet rein theoretisch auch einen Startvorsprung für die entsprechenden Mobilfunkanbieter.

Allerdings ist das wachsende Kostenbewusstsein der Anwender nicht zu unterschätzen: In der eingangs zitierten Studie von Coleman Parkes gaben 90 Prozent der befragten Unternehmen an, sie sähen es als eine konkrete Notwendigkeit, die galoppierenden Kosten ihrer zwar als wichtig erkannten, aber noch zu teuren mobilen Kommunikation in den Griff zu bekommen. Betrachtet man die aktuelle Preisstruktur der Anbieter, so kann mithin angenommen werden, dass die Betreiber von GSM/GPRS- und UMTS-Netzen im Wesentlichen dann Umsätze machen werden, wenn dem Nutzer keine günstigere Alternative zur Verfügung steht.

Den Mobilfunkanbietern könnte durch die wachsende Verbreitung von VoIP ein ähnliches Schicksal drohen wie jenes, das zuvor dem Festnetz mit der zunehmenden Verbreitung der Mobiltelefonie prophezeit wurde: Zu dem massiven Druck, unter den sich die etablierten Mobilfunkfirmen durch die zunehmende Anzahl von Billiganbietern ("no-frills") gestellt sehen, kommt nun die wachsende Substitution der Endgeräte in Hinblick auf VoIP. Jedes VoIP-enabled-Gerät mehr trägt durch die zunehmenden Roaming-Möglichkeiten letzten Endes zur Verlagerung von Mobilminuten ins IP-Festnetz bei. Ein entsprechend ausgestattetes Mobilgerät wechselt in Reichweite eines Access Point umgehend und vollautomatisch auf WLAN oder Wimax (siehe Kasten "Drahtlose Datenkommunikation") und ermöglicht so preisgünstige Datenübertragung und günstiges Telefonieren auf IP-Basis.

Dazu kommt die wachsende Abdeckung, die WLAN sowie in Zukunft Wimax bieten: Deutschland nimmt laut IDC momentan mit mehr als 5000 öffentlichen Hotspots weltweit den dritten Platz nach den USA und Großbritannien ein. An Orten, wo sich mobile Nutzer aufhalten und Zeitlücken für ihre Arbeit und damit die mobile Einwahl nutzen können (Hotelzimmer, Flughäfen, Cafés sowie in Zukunft auch Züge oder Flugzeuge), stehen bereits preiswerte Zugangsmöglichkeiten zur Verfügung. Eine Einwahl speziell in UMTS-Netze dürfte damit für die Benutzer mobiler Geräte wesentlich seltener nötig werden als von den UMTS-Betreibern erhofft: Während an den beschriebenen öffentlichen Plätzen Hotspots angewählt werden, kann zu Hause auf das Home-WLAN, die Breitbandanbindung via DSL, Kabel oder Wimax zurückgegriffen werden. Hält sich der Nutzer im Unternehmen auf, greift das Corporate WLAN.

UMTS ist nur eine Technik unter vielen

Für momentan bestehende Engpässe - beispielsweise das Roaming zwischen den WLAN-Hotspots unterschiedlicher Betreiber - entwickelt die Branche bereits Lösungen: Eine technische Grundlage bietet beispielsweise das Irap-Protokoll von Intel. Während sich UMTS vor diesem Hintergrund langfristig wohl zu einer Zugangstechnologie unter vielen entwickeln wird, profitieren von der Entwicklung sowohl die Festnetzbranche als auch der Anwender: Flexibilität, lückenloser Access und niedrige Kosten sind die Vorteile, die ihn erwarten, wenn die Konvergenz von Festnetz und Mobilfunk Realität wird. (hi)