Kurze Geschichte des Datenfunks

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Bereits in der Frühphase der Funktechnologie, vor der Nutzung des Radios als Unterhaltungsmedium, wurden Daten" übertragen, wenn man den Morsecode, der ein Binärcode ist, als solche gelten lässt. Die drahtlose Technologie ermöglichte es bereits in den 1910er Jahren, kurze Nachrichten und Börsenkurse von Kostenstationen aus an Schiffe zu versenden, die für ihre Passagiere "drahtlose Zeitungen" zusammenstellten. Aber so richtig begann die Geschichte des Datenfunks im engeren Sinn erst Anfang der siebziger Jahre. Zumindest laut einigen Autoren (Tanenbaum, Perkins) stand die Entwicklung des Datenfunks in einer engen Verbindung sowohl zur Entwicklung des Internets als auch des Ethernets.

Im Jahr 1971 wurden Funk- und Netzwerktechnologien im Rahmen des Forschungsprojekts ALOHANET unter der Leitung von Norman Abramson an der Universität von Hawaii erstmals zusammen eingesetzt. Die Universität von Hawaii war auf sieben verschiedene Standorte auf vier Inseln verteilt. ALOHANET ermöglichte es den Computern in den Außenstellen, mit dem Zentralcomputer in Oahu zu kommunizieren. Das Netz war sternförmig aufgebaut, die Außenstellen konnten miteinander nur über den Zentralcomputer Kontakt aufnehmen. Ungefähr zur selben Zeit arbeitete ein junger Student namens Bob Metcalfe an seinem Doktortitel. Im Rahmen seiner Studien begeisterte er sich für die Arbeit von Abramson, und zwar so sehr, dass er nach seinem Studienabschluss einen Sommer auf Hawaii verbrachte, bevor er im Forschungszentrum Xerox PARC (Palo Alto Research Center) zu arbeiten begann. Die Forscher dort hatten bereits an einer Erfindung zu arbeiten begonnen, die später als Personal Computer (PC) bekannt werden sollte. Doch die PCs im Xerox PARC waren voneinander isoliert. Aufbauend auf seinem Wissen über Abramsons Arbeit begann Metcalfe zusammen mit seinem Kollegen David Boggs an einem lokalen Netzwerk zu arbeiten (Local Area Network = LAN). Dieses Netzwerk wurde 1976 erstmals implementiert und auf den Namen Ethernet getauft. In der Frühzeit des Radiozeitalters hatte man geglaubt, dass elektromagnetische Wellen ein Medium in der Luft für ihre Ausbreitung benötigen, das "Äther" genannt wurde. Diese Ansicht wurde zwar schon 1887 bei Experimenten widerlegt, die zeigten, dass sich die Wellen auch in einem Vakuum ausbreiten können, doch die Vorstellung eines Äthers hält sich hartnäckig in der Alltagssprache. 1978 entwickelten die Firmen Xerox, DEC und Intel gemeinsam einen Ethernet-Standard mit übertragungsraten von 10 Mbps.

Xerox kann den zweifelhaften Ruhm für sich in Anspruch nehmen, in seinen Labors bahnbrechende Entwicklungsarbeit geleistet, doch deren kommerzielle Ausschlachtung dann anderen überlassen zu haben. 1979 verließ Metcalfe Xerox, weil es sich für seine Erfindung über die Standardisierung hinaus wenig interessierte, und gründete die Firma 3Com. 1980 begann eine Arbeitsgruppe der IEEE mit der Entwicklung eines herstellerunabhängigen Standards für LANs, was 1983 in die Verabschiedung des Ethernet-Standards 802.3 mündete. Ungefähr zur selben Zeit begann 3Com Ethernet-Adapter zu verkaufen, mit denen IBM-PCs an ein lokales Netz angeschlossen werden konnten. Ethernet ist heute die verbreitetste Technologie für LANs und diente auch als Grundlage für die Entwicklung eines Standards für Wireless Local Area Networks (WLAN).

Internet und Packet Radio

In den Jahren 1968/69 hatten Forscher im Rahmen eines von der ARPA (Advanced Research Projects Agency) gefärderten Projekts den Prototyp eines Computernetzwerks auf der Basis der paketvermittelten Kommunikation entwickelt. Im Herbst 1969 gelang es erstmals, vier Großrechner miteinander zu verbinden. Die ARPA erkannte das Potenzial dieser Technologie für die Bedürfnisse der Armee. Die Fahrzeuge der Armee in einer Kampfsituation haben die Anforderung, miteinander und mit der Kommandozentrale in Kontakt zu bleiben, obwohl sich ihre eigene Position ständig ändert und auf Grund der Geländetopologie Verbindungen vorübergehend ausfallen können. Paketvermittelte Kommunikation in einer mobilen, drahtlosen Umgebung erschien als geeignetste Lösung. Die ARPA initiierte 1972 Forschungsarbeiten zur Entwicklung eines Packet Radio Network (PRNet). Die Grundidee für das PRNet der ARPA wurde in verschiedenen Umgebungen implementiert, in terrestrischen Sendestationen und solchen aus der Luft, für Amateurfunk, Breitband, Schmalband und für Satelliten. Das Grundkonzept des PRNet sah vor, dass sich verschiedene Nutzer eine Frequenz in einem Sendenetz teilen. Theoretische Studien ergaben, dass es besser ist, einen breiten Kanal zu haben, der dynamisch geteilt wird, anstatt die Kommunikation in viele Kanäle aufzuteilen. Dieses dynamische Teilen eines Teils des Spektrums erforderte es, Spread-Spectrum-Technologie zu verwenden.

Spread Spectrum geht auf Forschungen der österreichischen Schauspielerin Hedie Lamarr und ihres Ehemannes George Antheuil zurück. Ausgangspunkt ihrer Idee war, eine Methode zu finden, wie es zu verhindern sei, dass die funkgesteuerten Torpedos der US-Navy durch deutsche Störsender vom Ziel abgebracht wurden. Ihre Idee war, das Steuersignal nicht auf einer festen Frequenz, sondern in einer Folge zufällig erscheinender verschiedener Frequenzen zu senden. Wenn der Empfänger die Abfolge der Spränge von Frequenz zu Frequenz kennt, kann dieser das richtige Signal empfangen. Mithilfe von Forschern am MIT wurde die Idee weiterentwickelt und 1942 ein Patent angemeldet, doch das Verteidigungsministerium wollte vorerst nichts davon wissen. Erst viele Jahre später, 1962, wurde Spread Spectrum erstmals eingesetzt und bald zur Basis einer Reihe von Übertragungstechnologien. Spread Spectrum nutzt vorhandene Bandbreite effektiver, ist weniger anfällig fär Störungen durch Interferenzen und abhörsicherer. Auf der Basis computergesteuerter Funkgeräte, die im Direct- Sequence-Spread-Spectrum-Verfahren senden und empfangen, entwickelte die ARPA bereits 1972 Netzwerke mit variablen Übertragungsraten zwischen 100 und 400 Kbps. Zugleich laufende Forschungen über paketvermittelte Satellitenkommunikation führten zur Erkenntnis, dass diese verschiedenen Netze, ARPANet, PRNet und SatNet, miteinander verbunden sein sollten.

Eine berühmte Technik-Demonstration verband einen fahrenden Lastwagen in Kalifornien über das PRNet mit dem ARPANet, welches die Botschaften an die Ostküste sandte, von wo aus sie per Satellit an das University College in London verschickt wurden. Ein im Lastwagen in Kalifornien sitzender Forscher sollte über diese Verbindung über verschiedene Netzwerke hinweg einen Computer in London nutzen können. Das Experiment führte zu der Erkenntnis, dass die existierenden Protokolle des ARPANet nicht dafür geeignet waren, verschiedene Netze miteinander zu verbinden. Die Forschungen im Bereich der Protokolle wurden intensiviert, was zur Entwicklung des TCP/IP-Protokolls führte.

TCP/IP wurde mit der Absicht entwickelt, die Kommunikation "zwischen Netzwerken" (engl. "internetworks") zu ermöglichen. Unabhängig vom physischen Medium und der Topologie des jeweiligen Netzwerks sollte TCP/IP den Datenaustausch zwischen den Netzwerken ermöglichen. Die ARPA beauftragte die Firma Bolt Beranek and Newman (BBN) und die Universität von Kalifornien in Berkeley damit, TCP/IP in Unix zu integrieren. Dieser Schritt begünstigte das Durchsetzungsvermögen sowohl des Betriebssystems Unix als auch des Internetprotokolls. Amerikanische Universitäten hatten gerade damit begonnen, ihre Großrechner mit LANs zu verbinden, doch es fehlte ihnen an Netzwerksoftware. Nach der erfolgreichen Implementierung von TCP/IP in die Berkeley-Version des Unix-Betriebssystems (BSD Berkeley System Distribution) begannen viele Universitäten, BSD zu verwenden und es zur Verbindung ihrer LANs einzusetzen. 1983 hatte sich TCP/IP als wichtigstes Protokoll im ARPANet durchgesetzt. Im schnell wachsenden Netz der Netze wurde immer häufiger vom Internetwork gesprochen, bis die Bezeichnung Internet schließlich im allgemeinen Sprachgebrauch hängen blieb. Da die Funknetztechnologie parallel mit der TCP/IP-Protokollfamilie entwickelt wurde, wird das PRNet auch als das erste Netzwerk mit "Internetbewusstsein" bezeichnet (Perkins, 2001).

Diese ersten Funknetze in den siebziger Jahren beruhten auf schwerer militärischer Hardware mit hohem Energiebedarf. Ein Folgeprogramm zur Entwicklung von Survivable Radio Networks (SURAN Überlebensfühige Funknetzwerke) konzentrierte sich auf Low Cost Packet Radio (LPR). Ein Mikroprozessor der (damals) modernsten Generation, ein Intel 8086, wurde zur Ansteuerung des Radios benutzt. Von da an entwickelte die militärische Forschung Konzepte weiter, die heute zu drahtlosem Internet im Schlachtfeld ausgereift sind. Ein wichtiger Beitrag aus dieser Richtung ist die Entwicklung dynamischer Routing-Protokolle. Die militärische Forschungsarbeit über mobile Ad-hoc-Netze (1) mündete in eine Forschungsgruppe im Rahmen der IETF mit der Bezeichnung Mobile Ad Hoc Networking Group MANET (2).

Amateurfunker und Packet Radio

Die wahren Helden des Datenfunks sind jedoch die Amateurfunker. Schon seit den sechziger Jahren gab es angeblich Experimente mit Datenfunk. (3) In den späten siebziger Jahren begannen erste Versuche der Hobbyfunker mit der Übertragung von Datenpaketen per Funk. 1978 führte der Montreal Amateur Radio Club Versuche mit Packet Radio auf Amateurfunk-Frequenzbändern durch. 1980 wurde der erste Terminal Node Controller (TNC) von Doug Lockhart in Vancouver entwickelt. Die Funktionsweise von TNCs ist mit der eines Telefonmodems vergleichbar, sie übersetzen die digitalen Informationen des Computers in eine Form, die von Funkgeräten moduliert werden kann. Tucson Amateur Packet Radio (TAPR) entwickelte 1982 den TNC-1 und 1984-85 den TNC-2. Die Amateurfunker begannen Packet Bulletin Board Systems zu entwickeln, Mailboxen, die über Funk miteinander kommunizieren. Die populären Hobbys Funk und Computer fanden so zueinander und die Hobbyfunker schufen ab Mitte der achtziger Jahre ein weltweites Kommunikationsnetz per Funk und Satellit. In Deutschland schrieb Flori Radlherr aus München 1985 eine Software namens Digicom 64, die auf Commodore-64-Computern lief und diesen die Funkkommunikation ermöglichte, ohne einen teuren TNC anschaffen zu müssen. Die Amateurfunkverbände der USA und Kanadas sponserten in den achtziger Jahren die Computer Networking Conference, weil sie Interesse an einem Forum für die Entwicklung großräumiger Funknetze Wireless Wide Area Networks hatten, lange bevor die Industrie auf diese Möglichkeiten aufmerksam wurde.

Wavelan 802.11

Im Jahr 1985 gab die Federal Communications Commission das ISM-Frequenzband zur allgemeinen Nutzung frei. Die Öffnung des ISM-Bandes zur lizenzfreien Nutzung ermöglichte es der Industrie, funkbasierte LAN-Komponenten zu entwickeln. Da es aber noch keinen Standard gab, entwickelten die Hersteller proprietäre Systeme, die miteinander nicht kompatibel waren. Eine Arbeitsgruppe des IEEE begann Ende der achtziger Jahre mit der Entwicklung eines Standards, der diesen Mangel beheben sollte. 1997 wurde der erste FunkLAN-Standard 802.11 herausgegeben.


Quellen

(1) Homepage Charles Perkins, http://www.iprg.nokia.com/~charliep/ (2) MANET, http://protean.itd.nrl.navy.mil/manet/manet_home.html (3) Die Behauptung, dass es Amateurdatenfunk schon in den sechziger Jahren gab, wird im unten zitierten Artikel aufgestellt, konnte aber nirgends sonst verifiziert werden: "Why Packet Radio?", http://www.tapr.org/tapr/html/Fpktprm1.html


Siehe Auch