Spezifikation der WLAN-Schnittstelle für von Apple im Jahr 2017 (ungefähr) oder später verkaufte mobile Geräte nennt Apples Dokument “Wi-Fi specifications for Apple devices”, Version 25. September 2024:

Es gab Vorläufer des Dokuments in ähnlicher und in anderer Aufmachung. In der Sache MacBook Air/Pro sind nun nur noch Modelle mit Apple-Chip aufgeführt, beginnend also mit Geräten aus dem Jahr 2020.

Die Geräte der Modellreihe iPhone 16 unterstützen demnach Kanalbreiten bis 160 MHz beim Anwenden der Betriebsarten des IEEE 802.11be (vermarktet unter dem Etikett “Wi-Fi 7”) und des IEEE 802.11ax in den Frequenzbändern 5 GHz und 6 GHz. Sie sind eventuell nicht die einzigen von Apple angebotenen Geräte, denen es nun erlaubt ist, Kanalbreiten bis 160 MHz mit der Betriebsart 802.11ax im 5 GHz-Band einzuschalten. Auch für die beiden Modelle des iPhone 15 Pro wird dieser Wert jetzt nämlich ausgewiesen. Möglicherweise wurde diese Option dort durch iOS 18 freigegeben, oder die Angabe beruht auf einem Übertragungsfehler. Warum ist dem iPhone 15 Pro dieser Modus im 5 GHz-Band nun erlaubt, dem 8 Monate später erschienenen iPad Pro M4 jedoch weiterhin nicht?

Maximale Kanalweite in den Testberichten für die FCC und das, was Apple in der Praxis erlaubt:

Die seit Januar 2023 auf den Markt gebrachten Neuentwicklungen des Macs, ausgenommen das MacBook Air 15 Zoll (M2), unterstützen den Betrieb im 6 GHz-Band gemäß 802.11ax (vermarket unter dem Etikett “Wi-Fi 6E”) mit Bandbreiten bis 160 MHz. In den Testberichten für den Betrieb nach den Bestimmungen der US-Behörde FCC (Federal Communications Commission) sind jedoch auch Messergebnisse für den Betrieb mit der Kanalweite 160 MHz im Frequenzband 5 GHz angegeben für die Betriebsarten 802.11ac und 802.11ax. Dasselbe gilt für die oben genannten Modelle des iPhone und vermutlich für alle Modelle, die zum Betrieb im 6 GHz-Band befähigt sind. Laut dem genannten Dokument erlaubt Apple den Betrieb im 5 GHz-Band im Allgemeinen dennoch nur mit Bandbreiten bis zu 80 MHz. Ausgenommen von dieser Beschränkung sind wie gesagt die Geräte der Modellreihe iPhone 16 und angeblich iPhone 15 Pro (Max). Jedoch wenden laut dem Dokument auch diese Geräte im Betrieb des Modus 802.11ac nur Kanalweiten bis 80 MHz an.

Multi-link operation gemäß IEEE 802.11be (Wi-Fi 7)

Das iPhone 16 unterstützt Multi-link operation (MLO) gemäß dem Standard 802.11be. Das heißt in diesem Fall nicht, dass das Gerät in der Lage ist, in zwei Frequenzbändern gleichzeitig zu senden, sondern es wird allenfalls Multi-link single radio (MLSR) oder vielleicht Enhanced multi-link single radio (EMLSR) anwenden. MLSR hält gleichzeitig mehrere Verbindungen (nicht zwingend in verschiedenen Frequenzbändern), sendet und empfängt jedoch jederzeit nur durch eine davon. MLO mit mehreren WLAN-Access-Points erspart dem iPhone den zeitraubenden Vorgang der Re-Assoziierung beim Wechsel von einem Access-Point zum anderen. Damit das iPhone einen Überblick über Sendegelegenheiten auf den gehaltenen Links gewinnt, muss es befähigt sein, auf mehreren Links gleichzeitig mitzuhören, bis es sich für einen davon entscheidet. Diese Befähigung wird Enhanced MLSR genannt.

Der Sendemodus “Very Low Power” (VLP) im 6 GHz-Band gemäß Regelung der FCC:

iPhone 16 ist das erste Gerät von Apple, für das die Befähigung zum Betrieb gemäß Equipment Class 6VL (VLP im 6 GHz-Band) attestiert ist. Damit ist es Client-Geräten nun auch in den USA erlaubt, im 6 GHz-Band direkt ohne Umweg über einen Access-Point miteinander zu kommunizieren, und zwar auch außerhalb von Gebäuden. Geräten, die nur als “Indoor Client” (Equipment Class 6XD, verbindet sich mit einem Low Power Indoor Access Point) oder “Standard Client” (6FX, verbindet sich mit einem Standard Power Access Point) oder als Dual Client (6CD) zertifiziert sind, ist die direkte Kommunikation verboten.

Wie schon beim Beitrag über die privaten WLAN-Adressen erwähnt finde ich solche Beiträge immer sehr interessant. Vielen Dank dafür.

Korrektur am Eröffnungsbeitrag

Ich hatte dort behauptet, dass Multi-link Operation (MLO) uneingeschränkt mit mehreren Zugangspunkten (Access Point, AP) stattfinden kann. Damit meinte ich nämlich auch miteinander vernetzte AP, die in verschiedenen Gehäusen untergebracht sind. Das trifft derzeit jedoch nicht zu. IEEE 802.11be beschreibt lediglich MLO mit Zugangspunkten, die in einem Access Point Multi-link device (AP MLD) zusammenwirken. In jedem modernen Router für das Heimnetzwerk sind mehrere WLAN-Zugangspunkte eingebaut. Damit sind sie Kandidaten für die Bildung eines „AP MLD“. Ich komme im nächsten Beitrag darauf zurück. Zusammenwirkung von in verschiedenen Geräten untergebrachten AP (Multi AP coordination) soll in der Standarderweiterung IEEE 802.11bn beschrieben werden.

Wi-Fi 7 Multi-link Operation (MLO) des iPhone 16

Jiri Brejcha, „Wi-Fi Technical Solutions Architect“ für die Firma Cisco in Großbritannien, hat Multi-link Operation (MLO) des iPhone 16 untersucht: „Does iPhone 16 support Wi-Fi 7 Multi-Link Operation (MLO)?“


Zusammenfassung

Das iPhone 16 ist fähig zur MLO im 2,4-GHz-, 5-GHz- und 6-GHz-Band. Jedoch kommuniziert es jederzeit nur mit einem der WLAN-Zugangspunkte des AP MLD und wählt einen zweiten allenfalls als Backup. Diese Art der MLO heißt „Multi-link Single-Radio“ (MLSR).

Brejcha vermutet, dass das iPhone den Modus „Enhanced Multi-link Single-Radio“ (EMLSR) anwendet, und ich nehme an, dass das iPhone dafür seine beiden Sende-Empfänger auseinander schalten würde, um die Aktivität auf den Kanälen der beiden Access-Points zu verfolgen, wenn es nicht beide Sende-Empfänger für den 2x2-MIMO-Funkverkehr mit einem der Zugangspunkte einsetzt.

Das iPhone 16 kommuniziert mit jenem Zugangspunkt, den es nach den von Apple beschriebenen Regeln für das Roaming (siehe unten) auch ohne MLO wählen würde. In dem untersuchten Fall wählt das iPhone den im 6-GHz-Band operierenden Zugangspunkt und hält als Reserve eine MLO-Verbindung zum Zugangspunkt im 2,4-GHz-Band auch dann, wenn ein Zugangspunkt im 5-GHz-Band mit ausreichender Signalqualität ebenfalls zur Verfügung steht.

Brejcha fand keinen Beleg dafür, dass das iPhone auf einen weniger belasteten Zugangspunkt ausweicht, wenn der Kanal des bisher genutzten Zugangspunkts stark durch Funkverkehr anderer Stationen belastet ist. Die Informationen, die EMLSR dem iPhone liefern kann, um die zu erwartende Latenz der Datenübertragung in dem alternativen Kanal einschätzen zu können, werden anscheinend derzeit nicht genutzt. Allein die Höhe des Signalpegels der alternativen Zugangspunkte dient als Kriterium für den Wechsel (siehe unten den Abschnitt über Apples Beschreibung der Regeln für das Roaming).

(Ende der Zusammenfassung)


Begriffsklärung: Access Point (AP), Multi-link Device (MLD), AP MLD, Multi-link Operation (MLO)

Im Standard IEEE 802.11 wird der drahtlos zu erreichende Zugangspunkt eines Infrastruktur-Netzwerks als Access Point (AP) bezeichnet. In einem modernen Router für das Heimnetzwerk befinden sich zwei bis vier solcher Zugangspunkte.

Der Zusatzartikel IEEE 802.11be zum Standard IEEE 802.11 beschreibt, wie WLAN-Sende-Empfänger eines Geräts als ein „Multi-link device“ (MLD) betrieben werden können. Sie sind damit zu Multi-link Operation (MLO) befähigt. Im Fall unseres Routers können ausgewählte Zugangspunkte zu einem „AP Multi-link device“ (AP MLD) zusammengeschaltet werden, mitunter auch „AP Multi-link capable device“ genannt. Jeder der teilnehmenden Zugangspunkte des Geräts spielt darin die Rolle eines „affiliated AP“ (gebundener Zugangspunkt). In der älteren Sekundärliteratur werden sie hingegen bloß als eine Ansammlung von „Interfaces“ (im Sinne von Schnittstellen zum drahtlosen Medium) des AP MLD beschrieben. Jedoch können WLAN-Stationen, die MLO nicht unterstützen, auch mit diesen AP auf die ihnen bekannte herkömmliche Weise kommunizieren.

Anmerkung: Die Schreibweise des „-link“ in Multi-link ist nicht einheitlich. Selbst in ein und demselben Dokument der Wi-Fi Alliance kommen Schreibweisen mit großem und mit kleinem L vor. Anderenorts werden beide Wörter in einem Wort ohne Bindestrich oder getrennt ohne Bindestrich geschrieben.


Begriffsklärung: Wi-Fi 7

Geräte, mit denen wenigstens ein Teil der in der Standarderweiterung IEEE 802.11be beschriebenen Ergänzungen angewendet werden kann, werden im Allgemeinen unter dem Begriff „Wi-Fi 7“ auf den Markt gebracht.


Testumgebung

In dem Test war das iPhone mit einem als AP MLD betriebenen Access Point „Deco BE85“ des Herstellers TP-Link verbunden. Dem üblichen Sprachgebrauch folgend bezeichne ich das Gerät als Access Point in der Einzahl, obwohl in dem Gerät drei AP eingebaut sind, nämlich je einer für jedes der Bänder 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz. Und diese drei wirken in dem Test zusammen als AP Multi-link device (AP MLD) — eine Voraussetzung für MLO.

Die App „WiFi Explorer“ auf einem Macintosh-Computer (Brechja verwendet die Version „WiFi Explorer Pro“; die macht in der Darstellung an dieser Stelle jedoch keinen Unterschied) liefert dem Tester die Details zum Inhalt der Beacon- und Probe Response-Datenpakete, mit denen die Affiliated AP sich zu erkennen geben, ergänzt um vom Mac ermittelte Messdaten wie die Leistung des Empfangssignals und der vom AP benutzte primäre Kanal. Entgegen meinen Erwartungen liefert der AP des 6-GHz-Bands am Mac die höchste Empfangssignalleistung (-25 dBm) der drei AP. Der AP des 5-GHz-Bands liegt 11 dB darunter (-36 dBm) und der AP des 2,4-GHz-Bands liegt dazwischen (-32 dBm). Der Mac stand wohl ziemlich nahe am Deco BE85. Ein höherer Wert als -25 dBm ist vielleicht kaum zu erreichen.


MLO in Aktion

Abschnitt „Single band at a time“:

Im Abschnitt „Single band at a time“ präsentiert Brejcha den mit Hilfe eines Macs oder eines WLAN-Pi aufgezeichneten Datenübertragungsblocks (Frame) des vom iPhone an den 6-GHz-AP gesendeten Gesuchs zur Assoziierung (Association Request). Dargestellt wird dort der Screenshot einer mit der Software Wireshark auf dem Mac erstellten Auswertung.

In der Darstellung sind die Einträge im Informationselement „Multi-Link“ teilweise entfaltet. Demnach wird das iPhone laut dem Subelement „Common Info“ jederzeit nur einen einzigen Link betreiben.

Brejcha bespricht nicht, woran denn der AP MLD nach dem Herstellen der Verbindung im 6-GHz-Band erkennt, dass das iPhone ankündigt hat, sich alternativ auch mit einem der anderen Zugangspunkte zu verbinden (zu Beginn des Versuchs ist das der Zugangspunkt des 2,4-GHz-Bands, siehe unten). Jedoch offeriert er den Datenblock zum Download. Der Frame lässt sich mit Hilfe der Software Wireshark auf dem Mac auswerten. Demnach ist in dem schon erwähnten Informationselement „Multi-Link“ im Subelement „Per-STA Profile“ in dem Sub-Subelement „Supported Operating Classes“ „81“ als „Current Operating Class“ angegeben. Und das ist eine Operating Class für den Betrieb im 2,4-GHz-Band. Zudem lassen sich die dort im Subelement „Supported Rates“ angegebenen Datenraten nur mit den im 2,4-GHz-Band möglichen Betriebsarten realisieren. Entscheidet sich das iPhone unter diesen Umständen jedoch, zu dem Access Point des 5-GHz-Bands zu wechseln, muss es einen Prozess der Re-Assoziierung durchlaufen.


Abschnitt „6 GHz and 2.4 GHz EMLSR MLO mode“:

Das iPhone informiert den Benutzer nicht darüber, ob und in welcher Form es MLO ausführt, aber die Zubehör-App des TP-Link Deco meldet im Fenster „Connection Preference“ in der Zeile „Connection Type“ die vom iPhone für MLO auserwählten AP, in dem Fall jene für das 2.4-GHz- und das 6-GHz-Band. Diese Konfiguration ergibt sich jedenfalls dann, wenn an dem AP MLD „Deco“ die Einstellung „Preferred Wi-Fi Band“ auf „Auto“ gesetzt ist.

Und mit Hilfe des Spektrum-Analysators „Oscium WiPry Clarity“ weist Brejcha nach, dass das iPhone seine Aktivität ständig über den Zugangspunkt des 6-GHz-Bands abwickelt. Die App „WiFi Explorer Pro“ bringt eine Schnittstelle zu dem Analysator mit. WiFi Explorer Pro stellt unten in einem Diagramm eine Kurve der momentanen spektralen Leistungsdichte des empfangenen Signals über der Frequenz dar, und im oberen Drittel des Programmfensters ein Wasserfalldiagramm mit dem zeitlichen Verlauf dieser Daten. Die spektrale Leistungsdichte ist dort wie folgt farbkodiert: Bildhintergrund für die niedrigste Leistung, Dunkelblau für ziemlich niedrig, dann über Grün und Gelb bis Rot am oberen Ende des Messbereichs. Das Wasser fällt hier von unten nach oben. Am unteren Rand werden zeilenweise neue Messwerte hinzugefügt. Am oberen Rand wird jeweils die älteste Zeile hinaus geschoben. Es ist zu sehen, dass die Daten stoßweise gesendet werden.


Wechsel zu einem anderen Zugangspunkt

Brejcha hat nun versucht, das iPhone auf einen anderen Zugangspunkt zu treiben.

Anmerkung:
Apples Beschreibung der Regeln für das Roaming

Hätte Brejcha an dem TP-Link Deco BE85 drastisch die mittlere Sendeleistung des Zugangspunkts für das 6-GHz-Band reduziert und das iPhone ausreichend weit entfernt, hätte er das Roaming des iPhones studieren können.

Apple erklärt das Roaming in dem Dokument „Unterstützung für WLAN-Roaming auf Apple-Geräten“ vom 13. 5. 2024 . Eine Version “September 25, 2024” liegt in englischer Sprache vor: „Wi-Fi roaming support in Apple devices“ . Sie berücksichtigt auch jene Geräte, die Funktionen der Ergänzung „be“ (Wi-Fi 7) zum Standard IEEE 802.11 unterstützen. Sie wird möglicherweise nur dann zum Öffnen an den Browser geliefert, wenn die Systemsprache auf “English” gestellt ist. Grundsätzlich wurde an den Regeln nichts geändert: Der Roaming-Vorgang wird angestoßen, wenn der Messwert RSSI der Empfangsleistung eine Schwelle unterschreitet. Die Kriterien für die Wahl des Roaming-Kandidaten berücksichtigen, was der Access-Point an Ausstattung zu bieten hat. Zudem muss der Pegel des empfangenen Signals des Roaming-Kandidaten je nach Betriebszustand des iPhones um mehr als 8 dB oder 12 dB über dem des bislang genutzten Access-Points liegen.

Aussagen zum Roaming bei der Multi-Link-Operation gibt es dort nicht.

Anmerkung:
In der deutschsprachigen Version des Dokuments wird fälschlich das „Überschreiten“ des Schwellenwerts als Auslöser angeführt. Tatsächlich wird der Vorgang jedoch angestoßen, wenn RSSI (ein Wert für die Empfangssignalleistung) die Schwelle ins Negative hinein unterschreitet (-71 dBm ist niedriger als -70 dBm). Die englische Vorlage verwendet in der Beschreibung der für die iOS-Geräte geltenden Regeln ebenso falsch den Ausdruck „exceed“. Bei der Beschreibung der Regeln für den Macintosh Computer hingegen wird dort der Vorgang als „until the RSSI crosses the –75 dBm threshold“ beschrieben. Das heutzutage verfügbare Dokument entstand vor circa einem Jahr durch das Zusammenführen zweier Dokumente. Die unterschiedlichen Formulierungen dort leben in der neuen Version fort.

(Ende Apples Beschreibung des Roaming)


Brejchas Experimente

Abschnitt „5 GHz and 2.4 GHz EMLSR MLO mode“

1. Nachdem Brejcha in der Steuerungs-App des Deco BE85 die Einstellung „Preferred Wi-Fi Band“ auf „5 GHz“ gesetzt hat, verbindet sich das iPhone mit dem MLO-Paar „2.4 GHz + 5 GHz“ laut der Informationszeile „Connection Type“ der App.


Abschnitt „6 GHz and 5 GHz EMLSR MLO mode“

2a. Sodann hat Brejcha an dem Deco BE85 den im 2,4-GHz-Band arbeitenden AP deaktiviert und den „Connection Type“ dort zurück auf „Auto“ gestellt. Ergebnis: Das iPhone wählt MLO mit den beiden verbliebenen AP (5 GHz und 6 GHz).

2b. Das auf dem iPhone 16 aktivierte Tool „Wi-Fi Performance Diagnostics“ meldet, dass sich das iPhone erneut mit dem auf dem Kanal 69 im 6 GHz-Band arbeitenden AP assoziiert hat.

Hinweis 1: Apple bietet registrierten Entwicklern ein Profil zum Download an, das die „Wi-Fi Performance Diagnostics“ aktiviert. Quelle: Apple Developer > Bug Reporting > Profiles and Logs. Siehe dort die Einträge zu „Wi-Fi for iOS/iPadOS“. Selbst die Anleitung steht dort nur angemeldeten Entwicklern zur Verfügung. Und das Profil deinstalliert sich von selbst nach einem gewissen Zeitraum. Verschiedene Autoren nennen die Zeiträume 7 Tage oder 30 Tage. Zum Reaktivieren der Funktion muss man sich das Profil bei Apple erneut abholen. Übrigens: Jiri Brejcha hat einen Shortcut veröffentlicht, der diese Prozedur halbautomatisiert ablaufen lässt.

Hinweis 2: Wenn es nur darum geht, auf dem iOS-Gerät die BSSID, also die MAC-Adresse des Access-Points, die Kanalnummer, Signalqualität, Tx/RX-Rate, MAC-Adresse des eigenen Geräts und die dem eigenen Gerät zugewiesenen IP-Adressen darstellen zu lassen, kann man einen Shortcut verwenden, den Adrian Granados anbietet: . Dieser Shortcut nutzt die beginnend mit iOS 17 angebotene Funktion (Action) "Get Network Details”. Die Darstellungsfunktionen des in Hinweis 1 genannten Profils “Wi-Fi Performance Diagnostics” standen auch vor iOS 17 schon zur Verfügung und liefern vornehmlich Informationen zur Qualität der Verbindung (siehe unten).


Abschnitt „How to trigger MLO band change?“

3. Für das nächste Experiment hat Brejcha am Deco BE85 wohl den Zugangspunkt des 6-GHz-Bands deaktiviert und den AP des 2,4-GHz-Bandes wieder eingeschaltet. Er hat das Vorgehen für dieses Experiment nicht im Detail beschrieben. Jedenfalls kommuniziert das iPhone nun über den Zugangspunkt des 5-GHz-Bands, und der Zugangspunkt des 2,4-GHz-Bands soll ebenfalls zur Verfügung stehen.

Mit der Hilfe dritter Geräte erzeugt er hohen Datenverkehr durch den Zugangspunkt des 5-GHz-Bands.

Das Tool „Wi-Fi Performance Diagnostics“ des iPhones meldet prompt: „Channel utilisation is high. Performance may be slower than expected”.

Dennoch verschmäht das iPhone den kaum belasteten im 2,4-GHz-Band arbeitenden Zugangspunkt. Das iPhone befolgt stur den oben erwähnten Algorithmus, bei dem allein der Pegel des Empfangssignals einen Anstoß zum Roaming geben kann.

Ich erwarte, dass Jiri Brejcha diese Regeln für das Roaming kennt. Sein Bericht ist erschienen, bevor Apple Ende September 2024 die aktualisierte jedoch im Prinzip unveränderte Beschreibung veröffentlicht hat. Er wollte wohl prüfen, ob sich das Verhalten in Verbindung mit MLO ändert. Apples Dokument erwähnt wie gesagt nun die Unterstützung für die Standarderweiterung IEEE 802.11be, nennt jedoch keine Sonderregeln für die MLO.