\subsection{WLAN} \label{ssec:wlan-description} Das Akronym WLAN wird ausgeschrieben zu \textbf{W}ireless \textbf{L}ocal \textbf{A}rea \textbf{N}etwork. Dabei handelt es sich um drahtlose lokal begrenzte Netzwerke, welche dafür vorgesehen sind, mobile Endgeräte direkt oder über eine Vermittlungsstelle, wie einem Router, miteinander oder mit anderen Netzwerken zu verbinden. Diese Art von Netzwerken werden am häufigsten durch den IEEE 802.11 Standard \cite{WLAN} realisiert. \par Der genannte Standard wurde erstmals 1997 veröffentlicht und wird seitdem immer wieder den aktuellen Anforderungen angepasst. Zunächst wurde die physikalische Ebene in dem \( 2,4 GHz\) Frequenzband definiert. In der ersten Erweiterung (IEEE 802.11a) von 1999 wurde das \(5GHz\) Band dem Standard hinzugefügt. In dem ersten Frequenzband können die Frequenzen \( 2,3995GHz - 2,4845GHz\) genutzt werden, dafür wird dieser Bereich in 13 sogenannten Kanäle aufgeteilt. Es werden Kanalbreiten von \(20MHz\) und \(40MHz\) genutzt. Das \(5GHz\) ist in zwei Frequenzbereiche aufgeteilt, zum einen von \(5,15GHz - 5,35GHZ\) und zum anderen von \(5,5GHz - 5,7GHz\), dabei werden die Kanäle von 36 bis 64 und von 100 bis 140 angeben. Die Kanalbreite kann zwischen \(20MHz\), \(40MHz\), \(80MHz\) und \(1600MHz\) variiert werden. Dabei ist zu beachten, dass die verschiedenen Kanalbreiten erst mit späteren Standards implementiert wurden. \par Die verschiedenen Korrekturen und Erweiterungen des Standards dienen im Allgemeinen dazu eines oder mehrere der folgenden Kriterien zu verbessern: Geschwindigkeit, Reichweite, Zuverlässigkeit und Effizienz. Die Fortsetzungen wurden alphabetisch mit kleinen Buchstaben gekennzeichnet. Nachdem das Alphabet vollständig genutzt wurde, werden nun zwei Buchstaben genutzt. Es handelt sich dabei um ein Zahlensystem zur Basis 26. In der Tabelle \ref{tab:wlan} sind einige wichtigere oder bekanntere Erweiterungen des Standards aufgeführt. \begin{table}[ht] \centering \begin{tabular}{|l|c|c|c|} \hline \textbf{Standard} & \multicolumn{1}{l|}{\textbf{Verabschiedung}} & \multicolumn{1}{l|}{\textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}Frequenzband\\ {[}GHz{]}\end{tabular}}} & \multicolumn{1}{l|}{\textbf{\begin{tabular}[c]{@{}l@{}}max. brutto\\ Datenrate\end{tabular}}} \\ \hline 802.11a & 1999 & 2,4 \& 5 & \(54\frac{MBit}{s}\) \\ \hline 802.11b & 1999 & 2,4 & \(11\frac{MBit}{s}\) \\ \hline 802.11g & 2003 & 2,4 & \(54\frac{MBit}{s}\) \\ \hline 802.11n & 2009 & 2,4 \& 5 & \(600\frac{MBit}{s}\) \\ \hline 802.11ac & 2013 & 5 & \(3,4\frac{GBit}{s}\) \\ \hline 802.11ax & 2019 & 2,4 \& 5 & \(12\frac{GBit}{s}\) \\ \hline 802.11be & ausstehend & 2,4, 5 \& 6 & \(46\frac{GBit}{s}\) \\ \hline \end{tabular} \caption{Ausschnitt verschiedener IEEE 802.11 Standards} \label{tab:wlan} \end{table} Die Folge von höheren Frequenzen und Bitraten ist eine nachlassende Reichweite. Daher bieten sich für Anwendungen, bei denen große Bereiche abgedeckt werden sollen, die Standards mit \(2,4 GHz\) oder welche die beiden Bänder koppeln, um dadurch die Reichweite und Geschwindigkeit zu erhöhen. Die Reichweite der Signale ist immer auch von den Interferenzen und den Hindernissen abhängig. Daher können nur schwer Zahlen zur Reichweite angegeben werden. Die Verbreitung von WLAN in das alltägliche private Leben begann mit dem 802.11b Standard, weil mehrere Hersteller begannen Geräte für einen moderaten Preis zu verkaufen und diese durch den Standard kompatibel zueinander sein müssen. Dadurch wurde es viel leichter, Laptops und andere mobile Gräte kabellos mit dem Netzwerk zu verbinden. Heute sind in fast jedem Gebäude WLAN-Netzwerke zu finden. \par Auch in der Industrie ist WLAN eine essenzielle Technik, zum Beispiel für automatisierte Lagersysteme mit mobilen Robotern. \subsection{Ethernet} Ethernet beschreibt nach dem Standard IEEE 802.3 \cite{Ethernet} verschiedene kabelgebundene Möglichkeiten \textbf{L}ocal \textbf{A}rea \textbf{N}etworks (LANs) aufzubauen. Diese Netzwerke werden typischerweise in Gebäuden eingesetzt mit einer Sterntopologie. Bei der Installation wird hauptsächlich mehradriges Kupferkabel oder Glasfaserkabel genutzt. Das Kupferkabel wird auch Twisted-Pair-Kabel genannt und wird in verschiedene Kategorien eingeteilt, durch diese ist es möglich, die maximale Geschwindigkeit des Kabels abzulesen. Einige dieser Kategorien können in der Tabelle \ref{tab:ethernet} abgelesen werden. \par Glasfaserkabel werden nur in zwei Kategorien eingeteilt. Multimode-Glasfaserkabel werden oft in LANs benutzt, da sie sich eher für kürzere Distanzen eignen. Die Distanz wird durch die Brechung des Lichts und der Verwendung mehrerer Lichtmoden in dem Lichtleiter eingeschränkt. Die Reichweite ist der von Twisted-Pair-Kabeln trotzdem deutlich überlegen. Aufgrund der höheren Fertigungskosten der Singlemode-Glasfaserkabel sind diese eher selten in LANs zu finden. Der Kerndurchmesser des Lichtleiters ist bei diesen Kabeln um ein Vielfaches geringer. Die Reduzierung von \(50\mu m\) bzw. \(62,5\mu m\) auf typischerweise \(8\mu m\) bis \(10\mu m\) und der ausschließlichen Übertragung einer Lichtmode ermöglicht nochmals längere Signalwege. Außerdem bietet die Glasfasertechnologie den Vorteil, unabhängig von elektromagnetischen Störungen zu sein. \par Die Tabelle \ref{tab:ethernet} zeigt einige Übertragungsstandards von Ethernet. Dabei wurde unter anderem die Übertragungsmöglichkeiten über Koaxialkabel aus den Anfängen von Ethernet ausgelassen. \begin{table}[ht] \centering \begin{tabular}{|l|c|c|r|} \hline \textbf{Standard} & \multicolumn{1}{l|}{\textbf{max. Geschwindigkeit}} & \multicolumn{1}{l|}{\textbf{Medium}} & \multicolumn{1}{l|}{\textbf{max. Segmentlänge}} \\ \hline 10BASE-T & \(10\frac{MBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Twisted-Pair\\ min. Cat3\end{tabular} & 100 m \\ \hline 100BASE-TX & \(100\frac{MBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Twisted-Pair\\ min. Cat5\end{tabular} & 100 m \\ \hline 1000BASE-T & \(1\frac{GBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Twisted-Pair\\ min. Cat5e\end{tabular} & 100 m \\ \hline 1000BASE-SX & \(1\frac{GBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Glasfaser\\ Multimode\end{tabular} & 550 m \\ \hline 1000BASE-LX & \(1\frac{GBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Glasfaser\\ Singlemode\end{tabular} & 5 km \\ \hline 10GBASE-T & \(10\frac{GBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Twisted-Pair\\ min. Cat6\end{tabular} & \begin{tabular}[c]{@{}r@{}}55 m\\ 100 m mit Cat6a\end{tabular} \\ \hline 10GBASE-SR & \(10\frac{GBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Glasfaser\\ Multimode\end{tabular} & 400 m \\ \hline 10GBASE-LR & \(10\frac{GBit}{s}\) & \begin{tabular}[c]{@{}c@{}}Glasfaser\\ Singlemode\end{tabular} & 10 km \\ \hline \end{tabular} \caption{Auszug von Ethernet Übertragungsstandards nach IEEE 802.3} \label{tab:ethernet} \end{table} \subsubsection{PoE} \label{sssec:PoE} PoE ist die Abkürzung für \textbf{P}ower \textbf{o}ver \textbf{E}thernet und meint damit, die Funktion, neben den Daten zusätzlich die Stromversorgung für kleinere Netzwerkgeräte über ein Twisted-Pair-Kabel zu ermöglichen. PoE wird ebenfalls im IEEE 802.3 \cite{Ethernet} Standard definiert. Eingeführt wurde PoE 2003 in IEEE 802.3af mit einer Leistung von 15 Watt. Seitdem wurde PoE erweitert, um mehr Leistung bieten zu können. Dies geschah mit den Standards 802.3at und 802.3bt. Die erste Erweiterung wird auch als PoE+ bezeichnet und kann 30 Watt je Port zur Verfügung stellen. Der aktuelle Stand wird auch PoE++ genannt. Bei der Verwendung von PoE++ wird zwischen dem Typ 3 und 4 unterschieden, da Typ 3 60 Watt leisten kann und Typ 4 100 Watt. Die Spannungen auf dem Ethernetkabel liegen bei PoE zwischen 44 und 57 Volt. \par PoE wird unter anderem oft für Telefone, Kameras und Accesspoints eingesetzt.