Wi-Fi Direct: WLAN ganz ohne Router

Unschlagbar sind Drahtlosnetzwerke überall dort, wo es darum geht, mobile Geräte mit wenig Aufwand, aber hoher Bandbreite zu vernetzen. Die Stärke von WLAN ist kabellose Konnektivität bei einer Reichweite und Bandbreite, die andere Funktechniken nicht erreichen. Eine Schwäche ist im üblichen WLAN mit Infrastruktur-Modus die Notwendigkeit eines Router oder Access Points, über den alle Geräte in ein gemeinsames Netzwerk gehen.

Die Funkabdeckung ist dabei ausschlaggebend für Signalqualität und Datenrate zwischen Clients: Selbst wenn zwei WLAN-Clients beim Datenaustausch direkt benachbart sind, so ist die Entfernung zum Access Point oder WLAN-Router und die Auslastung des gesamten Drahtlosnetzwerks entscheidend. Gerade bei Smartphones und Geräten der Unterhaltungselektronik, die sich nicht immer in Reichweite eines WLANs befinden, sind Drahtlosnetze im Infrastruktur-Modus deshalb nicht immer ideal.

Warum nicht Ad-hoc-Modus?

Android hat den Ad-hoc-Modus verworfen und bietet stattdessen nur noch den Hotspot- Modus für Tethering sowie Wi-Fi Direct auf zertifizierten Geräten.

Die Nachteile eines zentralisierten Funknetzes waren den Entwicklern des 802.11-Funkstandards von Anfang an bewusst. Schon in frühen Spezifikationen von 802.11-Netzwerkwerken ist deshalb neben dem Infrastruktur-Modus auch ein Ad-hoc-Modus enthalten, der die direkte Verbindung von Clients in einem Peer-to-Peer-Netzwerk ohne zentralen Zugangspunkt erlaubt. Die beiden Modi sind exklusiv, eine gleichzeitige Nutzung von Infrastruktur und Ad hoc folglich ausgeschlossen. Der Adhoc-Modus blieb aber bedeutungslos und ein unzureichend standardisierter Arbeitsmodus, der von Chip-Firmware und Betriebssystemen auch gerne vernachlässigt wird. Android-Geräte und Apple iPhones sind prominente Beispiele, die statt auf den Ad-hoc-Modus auf einen Hotspot-Modus für Tethering setzen.

Die Wifi Alliance legte 2009 die neuere Spezifikation „Wi-Fi Direct“ nach, die nach anfänglichen Kinderkrankheiten soweit gereift ist, sich als unkomplizierte Verbindungsart im Heimnetzwerk durchzusetzen.

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Dezentral: So funktioniert Wi-Fi Direct

Auch wenn der anvisierte Einsatzzweck dem eines Ad-hoc-Netzwerks gleicht, so ist die Funktionsweise eine andere: Bei Wi-Fi Direct handelt es sich nicht um ein striktes Peer-to-Peer-Netz. Stattdessen übernimmt ein Gerät, das die Spezifikation erfüllt, die Rolle als Access Point, der neben dem vorhandenen, gemeinsamen WLAN eine neue Gruppe eröffnet. Hierzu können sich andere WLAN-Geräte direkt verbinden, ohne über den zentralen WLAN-Router zu gehen. Der Vorteil ist eine leichtere Handhabe, da ein Wi-Fi-Direct-Gerät als Access Point auftritt und Clients ihren WLAN-Modus nicht ändern müssen. Es sind nicht nur paarweise Verbindungen möglich, denn ein Wi-Fi-Direct-Gerät kann auch mehrere Clients in einer Gruppe bedienen. Im Idealfall funktioniert dies sogar mit Client-Geräten, die kein Wi-Fi Direct beherrschen, sofern sie die minimalen Voraussetzungen erfüllen. Diese umfassen laut Spezifikation den Sicherheitsstandard WPA2 mit der Verschlüsselung AES-CCMP bei einer Schlüssellänge von 256 Bit.

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Zur vereinfachten Authentifizierung müssen alle Geräte WPS (Wi-Fi Protected Setup) unterstützen, um die WPA2-Schlüssel ohne weitere Eingaben eines Passworts im Stil von Bluetooth auszutauschen. Als Funkstandards kommen nur noch 802.11a/g/n zum Einsatz, während das veraltete 802.11b gestrichen ist. 802.11ac ist noch zu neu für Wi-Fi Direct.

Insellösungen: Der lange Weg zum Standard

Wi-Fi Direct ist leider ein Negativbeispiel für halbgare und inkompatible Funkstandards. Schon vor den verbindlichen technischen Grundlagen von Wi-Fi Direct kamen einzelne Hersteller mit ähnlichen Lösungen auf den Markt, die noch unter Kompatibilitätsproblemen litten oder nur mit Geräten vom gleichen Hersteller funktionieren. Intel stellte 2008 die Erweiterung My Wifi für die WLAN-fähigen Centrino-2-Chipsätze vor. Apple ist zwar im Dachverband der Wi-Fi Alliance, setzt aber auf das hauseigene Airplay.

Bluetooth reicht für die gewünschten Datenraten nicht aus. Das Tablet und der Nvidia Controller verbinden sich über Wi-Fi Direct, sind aber inkompatibel zu anderen Geräten.

©Philips

Samsung hatte das Samsung Galaxy Tab 2 von 2012 zwar schon mit Wi-Fi Direct ausgestattet, aber in der Praxis ist eine stabile Direktverbindung zu Geräten anderer Hersteller Glückssache. Und auch Hardware, die eine saubere Umsetzung von Wi-Fi Direct bekommen hat, kommuniziert nicht einfach mit jedem Client. So ist beispielsweise die Fernbedienung mit Kopfhörerausgang des recht erfolgreichen Roku 3 über Wi-Fi Direct an diesen Streaming-Client angebunden. Eine Kontaktaufnahme mit anderen scheitert aber aufgrund des hart-codierten WPA2-Schlüssels, obwohl das Netzwerk als „DIRECT-roku-[XXX]“ für alle WLAN-fähigen Geräte sichtbar ist. Genauso verhält sich die Xbox One von Microsoft oder Nvidia Shield, die ein Wi-Fi Direct zur Verbindung zu ihren Controllern nutzen.

Misstrauen Sie Herstellerangaben zur Wi-Fi-Direct-Unterstützung. Zuverlässige Kompatibilität bieten nur Geräte, die das Logo „Wi-Fi certified“ tragen. Bisher haben immerhin 7288 Produkte offiziell dieses Logo erhalten (Stand April 2015). Auf der Webseite www.wi-fi.org/product-finder-results der Wi-Fi Alliance gibt es eine Suchfunktion für Produkte mit diesem Siegel, wenn Sie rechts unten „Features Capabilities -> Wi-Fi Direct“ aktivieren.

Der zukünftige Standard 802.11ad

Ebenfalls für Funkverbindungen ohne zentralen WLAN-Zugangspunkt dient der kommende Standard 802.11ad. Funknetzwerke dieser Kategorie sollen USB-, SATA-und HDMI-Kabel überflüssig machen und Geräte über sehr kurze Abstände untereinander verbinden. Bei dieser Übertragungstechnik kommt zusätzlich zu 2,4 GHz und fünf GHz noch das lizenzfreie 60-GHz-Band zum Einsatz. Zusammen erreichen die drei Frequenzbänder eine enorme Datenrate bis zu sieben GBit/s. Die neue 60-GHz-Frequenz erlaubt das hohe Tempo, unterliegt aber auch Einschränkungen: Je höher die Frequenz, desto geringer ist die Reichweite und desto störanfälliger die Übertragung.

Eine Person zwischen der Funkstrecke kann die Verbindung schon deutlich dämpfen, und Techniken wie Beamforming und mehrere Antennen sind deshalb Pflicht. 802.11ad ist ein Zimmerfunker und kann mit der zugelassenen Sendeleistung für zehn Meter ausreichen – für eine Monitorverbindung, externe Laufwerke oder das kabellose Docking von Notebooks und Tablets genügt das. Der Standard nutzt nicht wie 802.11ac eine Netzwerk-Infrastruktur mit Access Point, sondern baut eine direkte Verbindung zwischen zwei Geräten auf. Die technische Spezifikation ist abgeschlossen, und Qualcomm und Samsung wollen in absehbarer Zeit marktreife Chips vorstellen.