Letzte Aktualisierung: 11. September 2013 | 2175578 | Anbieterkennzeichnung
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Die Funknetz-Ebene

Begriffsdefinition

  1. WLAN-Client: Das Gerät, das sich jeweils beim Netzwerkteilnehmer befindet und dessen Zugang zum Funknetz realisiert. In dieser Beschreibung bezeichnet "WLAN-Client" die Kombination aus WLAN-Gerät, Außenantenne und Antennenkabel.
  2. Funknetzteilnehmer: Diejenige Person, die den WLAN-Client betreibt.
  3. Zugangspunkt: Nicht näher definierter Standort einer WLAN-Anlage, die als Gegenstelle für die WLAN-Clients dient . In den meisten Fällen ein Gebäude mit einer Rundstrahlantenne auf dem Dach.
  4. Access Point: Ein WLAN-Gerät plaziert am Zugangspunkt, welches das Funknetzwerk für die WLAN-Clients bereitstellt. Oftmals beherrschen WLAN-Geräte mehr als einen Betriebsmodus. Dann ist "Access Point" einer von mehreren Betriebsmodi des WLAN-Gerätes. Weitere Betriebsmodi wären z.B. "Repeater", "Bridge" oder "Client". Es gibt teilweise auch proprietäre Mischformen.

Einführung

Antenne auf dem Dach
Richtfunk-Knotenpunkt
Oben die Rundstrahlantenne
Unten die Richtantennen

Damit verschiedene Gebäude in einem Ort untereinander mittels WLAN vernetzt werden können, müssen einige Bedingungen erfüllt sein. In den meisten Fällen wird es notwendig sein, daß Außenantennen an den Gebäuden installiert werden. Hierbei sind die gleichen Schutzmaßnahmen zu ergreifen wie bei Außenantennen für den Richtfunk.

Im Bereich der Ortsverteilung verwendet man übrlicherweise das 2,4 GHz Band nach IEEE 802.11b. In den meisten Fällen geht es ohnehin nur um die Verteilung eines Internetzugangs. Für diesen Anwendungsfall reicht die Bandbreite vom 11 MBit/s in jedem Fall locker aus. Außerdem sind 11b-Geräte weit verbreitet und entsprechend günstig zu haben.

Üblicherweise sind die Antennen in einer Ortsverteilung sowohl auf der Client-Seite als auch beim Access Point fest montiert. Damit handelt es sich beim Ortsverteilnetz um eine sogenannte "Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung" oder kurz P2MP oder PTMP. Wie üblich gilt hier auch die Notwendigkeit einer Sichtverbindung zwischen der Antenne auf Clientseite und der Antenne des Access Point.

Der Access Point

Den Ausgangspunkt bildet der Access Point. An diesen wird normalerweise eine Rundstrahlantenne angeschlossen. Je nach Größe des Ortes und den baulichen Gegebenheiten kann schon eine einzige Rundstrahlantenne ausreichen um den ganzen Ort zu versorgen. Handelt es sich um eine Ortschaft, die sich z.B. längs eines Flusses oder Tals befindet, so kann es unter Umständen sinnvoll sein, zwei Sektorantennen zu verwenden.

Allgemein gilt: Immer eine Außenantenne pro WLAN-Gerät. Auch wenn viele Access Points zwei Antennenanschlüsse haben wird in Verbindung mit Außenantennen und Verlängerungskabeln immer nur einer der beiden Antennenanschlüsse verwendet. Der zweite Anschluß bleibt offen, die meistens mitgelieferte Stummelantenne ist zu entfernen. Es ist dabei darauf zu achten, daß der zweite Antennenanschluß am Access Point über die Konfigurationsmöglichkeiten abschaltbar sein muss. Ansonsten versucht der Access Point immer, den zweiten unbenutzten Anschluß mit zu verwenden was in schlechten und instabilen Funkverbindungen resultiert. Bietet der jeweilige Access Point von Haus aus diese Möglichkeit nicht, so kann eine alternative Firmware Abhilfe schaffen. Allgemein sollte man vor der Anschaffung eines Access Points prüfen ob er die nötigen Konfigurationsmöglichkeiten bietet.

Signal-Splitting

Antenne auf dem Dach
Zweiwege-Signalsplitter
Oben zwei Sektorantennen
Unten der Signalsplitter (Werkfoto WiMo)

Will man an einem Standort zwei Außenantennen oder mehr anbringen, so benötigt man immer auch eine entsprechende Anzahl Access Points. Eine Ausnahme bildet das sogenannte "Signal-Splitting". Hierbei wird die Antennenleitung über einen Verteiler geführt, an den mehrere Antennen angeschlossen werden können. Beim Senden verteilt sich die Sendeleistung gleichmäßig auf alle so angeschlossenen Antennen. Das bedeutet, wenn zwei Antennen angeschlossen sind bekommt jede Antenne die Hälfte der Sendeleistung. Sind vier Antennen angeschlossen, so jeweils ein Viertel. Die Hälfte bedeutet minus 3 dB, ein Viertel bedeutet minus 6 dB welche jeweils vom Antennengewinn abgezogen werden müssen. Es ist zu empfehlen, nur gleich starke und am besten baugleiche Antennen an einem Signalsplitter (auch "Anpaßtopf" genannt) anzuschließen. Ist die Sendeleistung des Access Points regelbar, so kann sie entsprechend um 3 bzw. 6 dB höher eingestellt werden. Im Empfangsweg braucht man diese Verluste jedoch nicht einzubeziehen. Das ist eine recht nützliche Eigenschaft der Anpaßtöpfe.

Die Firma WiMo Antennen und Elektronik GmbH aus Herxheim bietet auf Ihrer Website einen recht vollständigen Artikel zum Thema Signalsplitting im WLAN an.

Ortsausleuchtung

Genügt ein einziger Standort für einen Access Point nicht um den gesamten Ort auszuleuchten, so muß der nicht bzw. schlecht ausgeleuchtete Bereich durch einen zusätzlichen Access Point versorgt werden. Dieser zusätzliche Access Point muß natürlich mit dem ursprünglichen WLAN-Netz verbunden werden. In den meisten Fällen geschieht dies ebenfalls durch eine Funkverbindung.

Repeater

Hier stellt sich nun die Frage nach der Strukturierung der einzelnen Ortsbereiche (Funkzellen) und deren Verbindung untereinander. Die einfachste Variante eines zusätzlichen Access Points ist ein sogenannter Repeater. Dieser nimmt die Anfragen "seiner" Clients entgegen und reicht sie an den Haupt-Access Point weiter.

Hierzu wird lediglich ein einzelner Access Point benötigt sowie eine zusätzliche Außenantenne nebst Antennenkabel. Der Access Point muß den Repeater-Modus beherrschen. Diese Lösung ist relativ kostengünstig und in kleinen WLAN-Netzen mit wenigen weit verstreuten Teilnehmern auch die praktikabelste.

Jedoch gibt es auch Nachteile. Da der zusätzliche Access Point nur eine einzige Antenne verwendet um sowohl die Kommunikation mit "seinen" Clients abzuwickeln als auch um die Verbindung zum Haupt-Access Point zu halten, halbiert sich in etwa die maximale Datendurchsatzrate. In der Praxis sind die Einbußen sogar noch etwas höher. Da beide Access Points auf der selben Frequenz arbeiten müssen, ist auch der Haupt-Access Point gezwungen Wartezyklen einzulegen wenn der zusätzliche Access Point mit seinen Clients kommuniziert. Umgekehrt wartet der zusätzliche Access Point wenn der Haupt-Access Point mit seinen Clients kommuniziert. Ein Repeater im WLAN-Netz bremst also immer das gesamte Funknetz aus.

Antenne auf dem Dach
Typischer Ortsverteiler
Beispielsweise als Endpunkt
einer H-Verteilung

H-Verteilung

Eine zweite, technisch ausgefeiltere Möglichkeit einen zusätzlichen Access Point an das vorhandene WLAN anzubinden ist die Installation einer ortsinternen Richtstrecke. Es gibt zwei unabhängige Access Points die in ihrer Funktion gleichberechtigt sind. Jeder der beiden Access Points arbeitet auf einer anderen Frequenz. Verbunden werden die beiden Access Points über eine Richtstrecke, die ihrerseits auf einer dritten Frequenz arbeitet. Diese Form der Ortsverteilung nennt man auch "H-Verteilung" bezogen auf die Form der Ausleuchtzonen.

Damit sich die drei Frequenzbereiche nicht gegenseitig stören, verwendet man überlappungsfreie Kanäle nach der "6er Regel". Alternativ kann man die ortsinterne Richtstrecke natürlich auch mit 5-GHz-Technik realisieren. Benötigt werden in einer solchen Installation vier WLAN-Geräte, zwei Rundstrahlantennen und zwei Richtantennen. Haupt- und Zusatz-Access Point erhalten jeweils eine Rundstrahlantenne. Der Aufbau der Richtstrecke erfolgt entsprechend der Methodik die auch für die ortsübergreifenden Richtstrecken angewendet wird. Natürlich sind innerorts entsprechend weniger starke Antennen notwendig. Die beiden Endpunkte der ortsinternen Richtstrecke koppelt man anschließend auf der Netzwerkebene an den jeweiligen Access Point.

Auf diese Weise arbeitet jedes der beteiligten WLAN-Geräte auf einer eigenen Frequenz und ist dadurch nicht darauf angewiesen zu wissen was die anderen WLAN-Geräte tun. Dadurch kommt es nicht zu den Wartezyklen die beim Repeating-Verfahren auftreten.


Typische H-Ortsverteilung
Zwei Rundstrahler-Standorte (rot und blau) gekoppelt durch eine ortsinterne Richtstrecke (grün)

"Perlenkette"

Sollten auch zwei Zugangspunkte nicht mehr ausreichen um einen Ort zu versorgen, so kann man mehrere H-Verteilungen nacheinander schalten, jeweils per Richtfunk oder auf Netzwerkebene gekoppelt. "Stoßen" an einem Zugangspunkt zwei Richtstrecken aufeinander, so sollte man darauf achten jede Richtstrecke auf einer überlappungsfreien Frequenz zu betreiben.

In solch größeren WLAN-Installationen empfiehlt sich dann auf jeden Fall der Einsatz der 5-GHz-Technik zur Kopplung der einzelnen Zugangspunkte.

WLAN-Clients

Auf der Client-Seite verwendet man eine einfache Kombination aus WLAN-Gerät, Antennenkabel und Richtantenne. Je nach Entfernung zum Zugangspunkt genügen mitunter schon einfache oder selbstgebaute Antennen. Da die Clients oftmals von den Funknetzteilnehmern selbst installiert werden sollte man sie als Funknetzbetreiber anhalten bei der Antenneninstallation die nötigen Schutzmaßnahmen zu ergreifen.

Als WLAN-Gerät kann nun entweder eine einfache PCI-Karte mit abnehmbarer Antenne zum Einsatz kommen, die direkt in den PC des Funknetzteilnehmers eingebaut wird. Es ist aber auch möglich, ein eigenständiges Gerät, beispielsweise den Linksys WRT54G zu verwenden. Falls man sich für ein eigenständiges Gerät entscheidet ist es wichtig daß das betreffende Gerät den Client-Modus beherrscht. Hier kann auch wieder eine alternative Firmware hilfreich sein.

Die Entscheidung ob der PC direkt mit einer WLAN-Karte in das örtliche Funknetz eingebunden wird oder ob man ein eigenständiges WLAN-Gerät verwendet ist nicht allzu einfach zu beantworten. Darum stelle einmal die Vor- und Nachteile beider Methoden gegenübergestellt:

Antenne auf dem Dach
WLAN-PCI-Einsteckkarte für den PC

WLAN-Karte im PC

Vorteile: Einfache Installation, geringe Anschaffungskosten, langfristig minimal geringerer Stromverbrauch.

Nachteile: Jeder PC benötigt eine eigene Außenantenne. Der Standort des PC muß sich in unmittelbarer Nähe zur Außenantenne befinden da die Länge des Antennenkabels auf max. 10 Meter begrenzt ist. Eine Unterverteilung an andere im Haushalt befindliche Rechner ist nur möglich wenn der mit dem Funknetz verbundene Rechner eingeschaltet und betriebsbereit ist sowie wenn eine Netzwerkbrücke zwischen der WLAN-Karte und dem Netzwerkanschluß eingerichtet ist. Der Rechner befindet sich logisch direkt im örtlichen Funknetz und wird dadurch verwundbar falls sich Dritte unberechtigt Zugriff auf das örtliche Funknetz haben. Eine Fehlkonfiguration des PC's mit WLAN-Karte auf Netzwerkebene (z.B. falsch vergebene statische IP-Adressen) kann unter Umständen das gesamte örtliche Funknetz lahmlegen.

Eigenständiges WLAN-Client-Gerät

Antenne auf dem Dach
Dedizierter WLAN-Client

Vorteile: Wird ein Gerät als NAT-Router betrieben, so entkoppelt es die im jeweiligen Haushalt befindlichen Rechner auf Netzwerkebene vom örtlichen Funknetz. Viele Geräte bieten mehrere Netzwerkanschlüsse. So hat z.B. der Linksys WRT54G vier Netzwerkanschlüsse. Entsprechend können vier Rechner direkt angeschlossen werden. Über zusätzliche Switches sind weitere Rechner anschließbar. Das eigenständige WLAN-Gerät kann vom Funknetzbetreiber vorkonfiguriert werden. Dadurch ist es nicht notwendig daß die Funknetzteilnehmer Informationen wie z.B. WEP/WPA-Schlüssel kennen. Ebenso wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlkonfiguration auf Netzwerkebene erheblich reduziert.

Nachteile: Für den Funknetzbetreiber ergibt sich ein höherer Installationsaufwand (Supportkosten) bei der Inbetriebnahme. Das eigenständige Gerät verbraucht natürlich auch eigenständig Energie. Je nachdem ob sich das Gerät an einer unzugänglichen Stelle befindet (Dachboden etc.) wird es u.U. rund um die Uhr betrieben. In dem Fall muß auf ausreichende Luftzirkulation geachtet werden um die im Gerät entstehende Abwärme auszuleiten. Das Gerät an sich und die zusätzlich notwenigen Netzwerkkabel bedingen höhere Anschaffungskosten für den Funknetzteilnehmer.

Fazit

Ein eigenständiges Client-Gerät bringt ein Plus an Sicherheit sowohl für Funknetzbetreiber als auch -teilnehmer. Dennoch ist die PC-basierte Client-Lösung nicht pauschal ungeeignet. In kleineren Funknetzen mit überschaubaren Nutzerzahlen, mitunter nur im Freundeskreis, kann dies eine günstige und einfache Alternative sein. Mit wachsenden Ansprüchen sollte man jedoch auf die Lösung mit eigenständigen Geräten wechseln. Ein Mischbetrieb beider Lösungen ist möglich, sollte aber vermieden werden.

Bildmaterial mit freundlicher Genehmigung von:
Signalsplitter: WiMo Antennen und Elektronik GmbH, Herxheim
Richtfunk-Knotenpunkt und Ortsverteiler-Endpunkt: Stefan Grünbaum, Citynet Fridolin, Höchstadt a.d. Aisch

 
Web www.wlan-skynet.de