Planung leistungsfähiger WLAN-Infrastrukturen
Das Tor zur mobilen Zukunft
Die zunehmende Zahl von mobilen Devices mit WLAN als primärem Netzzugang stellt auch die IT-Abteilungen vor neue Herausforderungen. Schon bei der Planung stellt sich die Frage nach einer hochperformanten und tragfähigen drahtlosen Anbindung. In Office-Umgebungen geht es dabei etwa um breitbandige Business-Applikationen für mobile User und in industriellen Einsatzszenarien um eine ausfallsichere WLAN-Basis für den Betrieb von Produktionsstraßen.CIOs und IT-Administratoren, die ihre Infrastruktur für WLAN aufrüsten oder neu konzipieren müssen, sollten dabei einige Aspekte beachten, um von Anfang an eine optimale und zukunftstaugliche Wireless-Basis zu schaffen. Dies beginnt bei der Art und Durchführung vorangehender Site Surveys und endet noch lange nicht bei der Wahl der Sicherheitsalgorithmen. Maßgeblich für ein positives "WLAN-Erlebnis" sind ebenso eine bestmögliche Funkzellenverteilung und eine intelligente Strukturierung unter Berücksichtigung der genutzten Dienste (siehe Kasten).
Planungssicherheit durch Site Survey
Ein so genanntes Predictive Site Survey liefert ein erstes Mengengerüst, das zur Budgetierung des Projekts und als Grundstock für weitere Schritte dient. Anhand der Gebäudepläne lassen sich die theoretisch mögliche Ausleuchtung und die Anzahl benötigter Access Points simulieren.
Eine verlässliche Aussage über die zu erwartende Leistungsfähigkeit des zukünftigen WLANs liefert nur eine aktive Messung vor Ort, zweckmäßigerweise mit dem für das Projekt vorgesehenem Access-Point-Typ. Als Ergebnis erhält das Unternehmen ein Dokument, das die exakte Anzahl der benötigten Geräte und die Installationspunkte definiert - im Idealfall mit einer Abdeckungsgarantie, um nicht von unerwarteten Kosten während des laufenden Projekts überrascht zu werden.
Diese Messung identifiziert auch "versteckte" Hindernisse, die dämpfend auf WLAN-Signale wirken, wie zum Beispiel Wasserleitungen, Kabelschächte oder Metallkonstruktionen in Trockenbauwänden. Je nach Einsatzszenario ist eine gewisse Mindestsignalstärke sicherzustellen. In Bereichen mit großer Benutzerdichte sollte wenigstens eine Signalstärke von - 72 dBm erreichbar sein. Für den Einsatz von Voice-over-WLAN-Telefonen sind sogar - 67 dBm bis - 65 dBm erforderlich. Selbst wenn aktuell (noch) keine 5-GHz-fähigen Clients zum Einsatz kommen, sollte der Site Survey mit Blick auf Investitionssicherheit von Anfang an auf beide Frequenzbänder - 2,4 GHz und 5 GHz - ausgelegt sein.
Funkzellenplanung
In der Regel geben Hersteller in ihren Datenblättern eine maximale Anzahl von 64 Benutzern pro Funkzelle an. In der Praxis ist es allerdings selten sinnvoll, mehr als 40 Geräte gleichzeitig in einer Funkzelle zu betreiben. Für Voice-over-WLAN-Dienste sollte die Zahl der Telefone pro Funkzelle sogar bei unter 15 liegen.
Da besonders im 2,4-GHz-Bereich die Anzahl der störungsfrei nebeneinander arbeitenden Funkzellen sehr eingeschränkt ist (2,4 GHz: drei unabhängige Kanäle, 5 GHz: 16 unabhängige Kanäle), ist stets zu beachten, dass zwei benachbarte Funkzellen nicht denselben Kanal verwenden. An jeder Stelle, an der sich zwei Funkzellen mit dem gleichen Kanal überlappen, käme es zu einem deutlichen Einbruch der Verbindungsqualität und -geschwindigkeit durch gegenseitige Störung (Crosstalk). In einem reinen 2,4-GHz-Netzwerk sind derartige Überlappungen jedoch selbst mit höchsten Anstrengungen kaum zu vermeiden. Mit einfacher Logik nach dem Motto "mehr Funkzellen gleich mehr Bandbreite" lässt sich die starke Zunahme mobiler Endgeräte also nicht bewältigen. Eine bewusste Lenkung der Geräteinfrastruktur hin zum leistungsstarken 5-GHz-Frequenzband vermag hingegen einiges zu leisten. Immerhin sind zunehmend mehr mobile Devices wie das Ipad darauf ausgelegt, die Möglichkeiten des 5-GHz-Bands zu nutzen. Obwohl die Kanalplanung im 5-GHz-Bereich deutlich unkritischer ist als bei 2,4 GHz, sollte sie gründlich durchdacht sein.
Die hohe theoretische Datenrate von 300 MBit/s bei 802.11n beruht unter anderem auf so genanntem Channel Bonding - das heißt, zwei benachbarte, unabhängige WLAN-Kanäle à 150 MBit/s werden gemeinsam für eine Funkzelle verwendet. Dadurch verringert sich jedoch die Anzahl freier Kanäle noch weiter. Die gesamte theoretische Bandbreite des 2,4-GHz-Bands beträgt somit maximal 450 MBit/s (3 × 150), verglichen mit 2.400 MBit/s (16 × 150), die theoretisch im 5-GHz-Band realisierbar sind.
Die Betrachtung der gesamten theoretischen Bandbreite ist im Übrigen nicht nur für große Dateitransfers interessant, sondern auch für die Performance kleinerer Zugriffe: Da sich innerhalb einer Funkzelle alle Clients dasselbe Medium teilen, kann immer nur ein Device "sprechen" und die anderen müssen abwarten. Je schneller also jede einzelne Datenübertragung beendet ist, desto kürzer sind die Wartezeiten der anderen Clients. Insgesamt sorgt dies für ein spürbar leistungsfähigeres Netzwerk und ein reibungsloses Zusammenspiel aller Komponenten.
Je kleiner die Funkzellen, umso geringer fallen auch die störungsanfälligen Grenzflächen dazwischen aus. Reduziert der Anwender unter diesem Aspekt die Sendeleistung der Access Points und damit die Funkzellengröße, so kann er tatsächlich bei größerer Access-Point-Dichte weniger Crosstalk erzielen. Allerdings wird dieser Vorteil durch eine deutliche Zunahme des Planungs?, Geräte- und Installationsaufwands erkauft.
Wo bisher zwei Access Points reichten, sind nun mitunter vier bis sechs Access Points nötig, die alle auf überlappungsfreien Kanälen zu betreiben sind. Eine flächendeckende 2,4-GHz-Abdeckung ist bei diesem Konzept nur mit deutlichen Kompromissen in der Leistungsfähigkeit des Netzwerks zu realisieren.
Alternative: WLAN Array
Die Ursache für diesen Zielkonflikt liegt unter anderem darin begründet, dass die meisten Access Points rundstrahlende ("omnidirektionale") Antennen verwenden. Die Sendeleistung verteilt sich also - ähnlich einer Glühbirne - in alle Richtungen gleichmäßig. Abhilfe bei den genannten Konflikten verspricht ein anderes WLAN-Konzept: Im Gegensatz zu traditionellen Access Points verwendet ein so genanntes WLAN Array Sektorantennen, wie sie zum Beispiel auch im Mobilfunkbereich zum Einsatz kommen. Durch die Unterteilung des auszuleuchtenden Gebiets in klar definierte "Tortenstücke" lassen sich wesentlich einfacher mehrere Funkzellen auf eine vorgegebene Fläche ausbringen.
Da die Sendeleistung auf einen bestimmten Bereich konzentriert ist, anstatt sich kugelförmig im Raum zu verteilen, erhöht sich die Reichweite der Funkzelle in der Praxis oft auf das Doppelte, während die Probleme bezüglich Crosstalk deutlich abnehmen. Damit einher geht eine Verringerung der Gerätedichte anstelle einer Erhöhung.
Intelligente Zuordnung der Clients
Je mehr Clients mit einem Access Point oder einer Funkzelle verbunden sind, desto träger wird das Gesamtsystem. Da immer nur ein einzelner Client seine Daten in der gemeinsam genutzten Funkzelle senden kann, erhöht sich die Wartezeit der übrigen Clients proportional mit der Zunahme der Sendestationen. Zudem produziert jeder angemeldete WLAN Client Last auf dem Access Point.
Intelligente WLAN-Systeme bieten mit "Client Load Balancing" einen adäquaten Lösungsansatz. Einfach ausgedrückt: Der Access Point, der gerade weniger zu tun hat, erhält den neuen Client zugewiesen. Dafür müssen die Access Points untereinander diverse Informationen austauschen. Dies geschieht entweder über einen Controller als zentrale Instanz, die im Netzwerk-Backbone angeordnet ist (Nachteil: Zunahme der Netzwerklast durch den laufenden Datenaustausch zwischen Access Point und Controller) oder über intelligente verteilte WLAN-Systeme, die direkt an der LAN/WLAN-Schnittstelle Entscheidungen treffen.
Lesen Sie mehr zum Thema
