Tipps zum Aufbau komplexer Funk-LAN's

H

Hacknix

Gast
Inhalt des beigefügten WLAN-Tipps:

Funkplanung per Softwarediagnose-Tool
Funknetze mit mehr als einer Funkzelle
Vernetzung eines dreigeschossigen Bürokomplexes
Reichweitenoptimierung bei WLAN-Systemen
Externe Anennen vergrössern die Reichweite
Wichtige Kriterien für die Planung eines Funknetzes
Chechliste
Was wird für eine Messung benötigt
Funkausleuchtung



Funkvermessung optimal geplant

Der Aufbau von komplexen Funk-LANs stellt sowohl bei der Planung als auch bei der Konfiguration hohe Anforderungen an die Ausführenden. Eine gute Vorbereitung, eine ausführliche Anwenderbefragung sowie die Standortbetrachtung durch einen Experten sind die besten Voraussetzungen für die Installation eines funktionierenden WLAN-Netzwerks.

Im Idealfall zeichnen WLANs sich durch eine hohe Ãœbertragungsgeschwindigkeit, ein großes Maß an Störunempfindlichkeit und ihre Zellenstruktur aus. Die Art und Weise wie Nutzer des Datenfunknetzes sich zwischen den verschiedenen Funkzellen bewegen können ist dabei ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Um ein Datenfunknetz fachgerecht zu installieren, gilt es also eine ausreichende Funkversorgung in den Arbeitsbereichen sicherzustellen. Die spätere Leistungsfähigkeit des WLANs ist zu einem erheblichen Teil von der Güte dieser Funkversorgung abhängig.

Funkplanung per Softwarediagnose-Tool
Grundlage für jede Planung komplexer Funkinfrastrukturen ist die Ermittlung der Funkzellengröße im Gebäude beziehungsweise in den verschiedenen Gebäudeteilen. Die einfachste Vorgehensweise besteht darin, einen oder mehrere Access Points an exemplarischen Positionen aufzustellen und die im Lieferumfang des Herstellers enthaltenen Softwarediagnose-Tools zu nutzen. Damit lässt sich die Qualität der momentanen Funkverbindung detailliert anzeigen. Anschließend werden die zur Abdeckung der gewünschten Räumlichkeiten benötigten Funkzellen ermittelt und gleichzeitig die Installationsorte der einzelnen Access Points bestimmt. Dies geschieht an Hand eines Grundrissplans, in den sich sowohl die Funkzellen als auch die Standorte der Access Points eintragen lassen. Im nächsten Schritt erfolgt die Frequenzplanung: Jedem Access Point wird ein Funkkanal zugeordnet. Dabei muss der Installateur darauf achten, dass eine bestmögliche Entkopplung der einzelnen Funkzellen gewährleistet ist. Bei Funkvernetzungen über mehrere Etagen muss die Ausbreitung der Funkwellen in angrenzende Stockwerke miteinbezogen werden, denn im Regelfall schwächen die Gebäudedecken die Signale erheblich ab. Die Gründe dafür sind zum einen die Bausubstanz, zum anderen die langen Wege in den Decken bei flach auftreffenden Wellen. In den meisten neueren Gebäuden mit Betondecken ist dadurch eine räumliche Entkopplung gegeben.

Funknetze mit mehr als einer Funkzelle
WLAN-Netzwerke, deren räumliche Ausdehnung über die Reichweite einer einzigen Funkzelle hinausgeht, benötigen mehrere Access Points. Gleiches gilt, wenn die Bandbreite eines Access Points nicht für die Anzahl der Clients und das Datenaufkommen ausreicht. Mehrere Access Points beantworten auch die Anforderung redundanter Funkabdeckung und damit ständiger Netzverfügbarkeit. Ãœberlappen sich nun Funkzellen zweier Access Points, die auf derselben Frequenz operieren, führt das zu einer Reduzierung der Bandbreite in jeder einzelnen Zelle. Insgesamt wäre der maximale Durchsatz beider Zellen nur noch so groß, wie der maximale Durchsatz in nur einer Funkzelle – die Bandbreite wird also halbiert. Der Grund: Bei WLAN handelt es sich um ein Shared Medium. Wird in einer Zelle gerade ein Funkpaket ausgetauscht, müssen die sendewilligen Geräte der anderen Zelle abwarten, bis der Kanal wieder frei ist. Aus diesem Grund verwendet WLAN unterschiedliche Frequenzkanäle. In Europa können Funk-LAN-Systeme basierend auf dem Direct-Sequence-Spread-Spectrum-Verfahren (DSSS) bis zu 13 verschiedene Frequenzkanäle im 2,4-GHz-ISM-Band (Industrial Scientific Medical) benutzen. Die Wahl des entsprechenden Kanals wird dabei im Access Point vorgenommen, die Clients folgen automatisch. Meist sind die Access Points werksseitig auf Kanal 7 voreingestellt. Die 13 Kanäle überschneiden sich jedoch teilweise, sodass der Anwender nicht von 13 unabhängigen Frequenzkanälen ausgehen kann. Es lassen sich lediglich zwei Kombinationen von maximal drei Kanälen finden, die völlig entkoppelt sind: 1-7-13 und 1-6-11. Die Kombination 1-7-13 ist in Europa am häufigsten anzutreffen, 1-6-11 hingegen findet beispielsweise in den USA Verwendung, die der FCC-Regulierung folgen. Der Grund dafür ist, dass die FCC das 2,4-GHz-ISM-Band schon früher enden lässt, sodass die Kanäle 12 und 13 nicht zur Verfügung stehen.

Vernetzung eines dreigeschossigen Bürokomplexes
Die Grafik stellt eine mögliche Lösung für die Funkvernetzung eines dreigeschossigen Bürokomplexes dar. Die drei Funkzellen sind in jedem Stockwerk durch entsprechende Frequenzzuteilung auf die Kanäle 1, 7 und 13 vollständig entkoppelt. Das Beispiel zeigt auch, dass es durch eine geeignete Wahl der Installationspunkte möglich ist, bei Installationen über mehrere Stockwerke alle Funkzellen vollständig zu entkoppeln. Somit treten im Regelfall keine Durchsatzeinbußen auf. Im Gegenteil, es existieren sogar Bereiche, in denen eine 2-fache bzw. 3-fache Bandbreite zur Verfügung steht. Da sich pro Client üblicherweise maximal 11 MBit/s bzw. 54 MBit/s nutzen lassen, können gleichzeitig zwei beziehungsweise drei Geräte Daten unter Ausnutzung der ganzen Bandbreite mit dem Netzwerk austauschen. In der Praxis allerdings sind solch ideale Voraussetzungen selten gegeben, vor allem die Bausubstanz ist oft nicht homogen genug. Forderungen nach Kapazität und Ausfallsicherheit, die entsprechende Redundanzen erfordern, erschweren die Funkplanung zusätzlich. Werden zudem Clients unterschiedlicher Bauart und damit unterschiedlicher Reichweite eingesetzt, kommt es bei der Planung der Zellen und Frequenzen unweigerlich zu Engpässen. Eine Wiederverwendung (Reuse) derselben Frequenz in einem räumlichen Bereich ist daher meist nicht zu verhindern. Darüber hinaus können die Installationsorte der Access Points oft nicht frei gewählt werden, da die Anbindung an das LAN oder die Versorgung mit Strom nicht überall möglich ist. In diesem Fall führt kein Weg an einer detaillierten Funkvermessung vorbei, in der alle Zellen exakt vermessen und bestimmt werden.



Reichweitenoptimierung bei WLAN-Systemen
Ein einzelner Access Point bildet in Gebäuden üblicherweise eine Funkzelle mit einem Radius von zehn bis 75 Metern bei maximaler Datenrate aus. Die maßgeblichen Einflussgrößen für erzielbare Reichweiten sind sowohl die Sendeleistung des Access Points und der Clients als auch Antennengewinn und Signaldämpfung im Ausbreitungsweg. Da die Sendeleistung jedoch nach ETS 300328 (European Telecommunication Standard) auf maximal 100 mW in einem Meter Abstand von der Antenne beschränkt ist, bleibt als maßgebliche Einflussgröße für den maximalen Radius einer Funkzelle die Dämpfung der Signale im Ausbreitungsweg. Diese Dämpfung wird durch die Anzahl der zu durchdringenden Wände und durch deren Bausubstanz bestimmt. Die Erfahrung zeigt, dass für die meisten modernen Bürogebäude mit einem Radius von zirka 20 Meter gerechnet werden kann. In Großraumbüros und in Lager- beziehungsweise Produktionshallen lassen sich auch größere Reichweiten erzielen – bei maximaler Datenrate jedoch selten mehr als 75 Meter. In solchen Bereichen beeinträchtigen Hindernisse wie Trennwände, Regale, Büromöbel oder Maschinen die Ausbreitung. Darüber hinaus existieren auch andere, meist bauliche Einflussgrößen, die Reichweiten positiv wie negativ beeinflussen. So ist beispielsweise in einem freien Flur eine deutlich größere Reichweite zu erzielen, während ein Aufzugsschacht oder eine Brandschutztüre in aller Regel ein nicht zu überwindendes Hindernis für die Ausbreitung darstellen. Reichweiten von 75 Meter und mehr lassen sich also punktuell, selten aber flächendeckend erzielen. In einer vorgegeben Gebäudestruktur kann die Größe einer Funkzelle nur noch durch Optimierung der verwendeten Antennen und ihrer Positionierung verbessert werden. Dabei ist jedoch auch den Antennen der Clients Rechnung zu tragen – diese fallen für Handheld-Geräte meist deutlich kleiner aus als beispielsweise für Terminals auf Gabelstaplern oder ortsfesten PCs. Einige Hersteller bieten aus diesem Grund für ihre WLAN-Produkte optionale, externe Antennen an, die sich je nach Einsatz am Access Point oder am Client unterscheiden können.


Externe Antennen vergrößern die Reichweite
Externe Antennen verbessern entweder durch ihre Richtcharakteristik oder ihre exponierte Montage die Funkabdeckung. Sie weisen meist einen höheren Gewinn als Standardantennen auf und können per Kabel auch abgesetzt vom eigentlichen Gerät montiert werden. Grundsätzlich ist dabei aber zu beachten, dass nur die vom Hersteller der WLAN-Komponenten gelieferten Zusatzantennen zusammen mit den zugehörigen Original-Anschlusskabeln verwendet werden dürfen. Der Betrieb mit anderen oder abgeänderten Komponenten kann dazu führen, dass die Bestimmungen der allgemeinen Zulassung verletzt werden – hierfür ist der Betreiber der Anlage verantwortlich, der neben der Abschaltung auch mit entsprechenden Strafen rechnen muss. Auf dem Markt sind externe Antennen unterschiedlicher Charakteristika erhältlich: Rund strahlende Antennen mit Gewinn besitzen ein eingeengtes vertikales Abstrahlungsdiagramm. Richtantennen hingegen weisen sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen ein eingeschränktes Diagramm auf.
Der optimale Installationspunkt der Antennen für eine gute Ausleuchtung ist oftmals nicht identisch mit der möglichen Positionierung des Access Points: Access Points müssen sich in der Nähe der Stromversorgung und des LANs befinden, um den Installationsaufwand zu minimieren. Für eine optimale Funkabdeckung in großflächigen Räumen beziehungsweise Hallen müssen die Access Points meist im oberen Raumbereich installiert werden. Eine externe Antenne mit entsprechendem Antennenkabel erleichtert die Installation. Sollen zudem bestimmte Regionen wie beispielsweise Regal- oder Fahrgassen in ihrer vollen Länge gezielt ausgeleuchtet werden, empfiehlt es sich, Antennen mit entsprechender Richtcharakteristik einzusetzen. Auch Funk Clients profitieren von externen, abgesetzten Antennen: Der Funkempfang lässt sich erheblich verbessern. In Lagerbereichen etwa werden mobile Clients auf Fahrzeugen oft mit einer externen Antenne ausgerüstet. Weitere Einsatzgebiete für abgesetzte Antennen sind Außeninstallationen, bei denen sich die Access Points im Gebäude befinden. Auch wenn keine Notwendigkeit für abgesetzte Antennen besteht, können sich durch deren Einsatz erhebliche Vorteile ergeben. So lässt sich zum Beispiel die Reichweite der Access Points durch einen effektiven Gewinn von drei Dezibel um zirka ein Drittel vergrößern. Darüber hinaus können mit gerichteten Antennen benachbarte Funkzellen entkoppelt werden: In räumlicher Nachbarschaft ist somit der Betrieb von Funkzellen auf gleichen Kanälen störungsfrei möglich. Erfahrene Netzwerkadministratoren können die Performance des WLANs wesentlich erhöhen, indem sie Filter einsetzen, die die Multicast- und die Broadcast-Last des drahtgebundenen LANs vom WLAN fern halten. Dadurch erhöht sich die Nutzbandbreite bei Installationen mit sehr vielen Rechnern im verkabelten LAN.

Fazit
Eine "Step-by-Step-Anleitung" für die Planung und Installation von Funknetzen ist nur bedingt realisierbar - zu unterschiedlich sind die Variablen. Die Planung einer Funkinfrastruktur auf Basis einer professionellen Funkvermessung und die Ausreizung sämtlicher technischer Möglichkeiten zur Optimierung desselben bieten bei der Installation komplexer WLANs ein beträchtliches Einsparpotenzial. Die Einsparungen kompensieren zu großen Teilen die Investitionen, da eine geringere Anzahl an Komponenten wie Access Points und sonstigen Infrastrukturgeräten notwendig ist. Gleichzeitig gewährleistet die professionelle Funkvermessung hohe Verfügbarkeit und Sicherheit bei guter Performance.

Wichtige Kriterien für die Planung eines Funknetzes:

* Welche Bausubstanz ist vorhanden? Abhängig davon müssen spezielle externe Antenne gewählt oder Access Points anderweitig platziert werden.
* Handelt es sich um ein Funknetz in einer Werkshalle oder in deren Nähe, so wird das Netz durch Interferenzen beeinflusst – spezielle Antennen, eine andere Positionierung des Access Points, die richtige Frequenzwahl oder spezielle Parameter im Access Point gegen Interferenzen und Störungen schaffen hier Abhilfe.
* Bei beweglichen Hindernissen müssen entsprechend zusätzliche Antennen bzw. Systemreserven berücksichtigt werden.
* Ist wegen fehlender Netzwerkanschlüsse ein Wireless Backbone nötig, müssen Multiradio Access Points auf unterschiedlichen Kanälen platziert werden.

Checkliste - Um ein optimales Funknetz zu erhalten, ist eine möglichst genaue Planung der Installation notwendig. Folgende Daten müssen in die Planung einfließen:

* Welche(n) Bereich(e) gilt es abzudecken?
* Wie viele der Clients wird die Infrastruktur unterhalten müssen? Sind diese unter Umständen ständig in Bewegung?
* Wie groß ist der Datendurchsatz, den jeder Client für sich beansprucht?
* Ist Redundanz gewünscht, wenn ja in welchem Ausmaß?
* Sind genügend Stromanschlüsse vorhanden oder muss auf Power-over-Ethernet zurückgriffen werden?
* Wo sind LAN Anschlüsse vorhanden oder möglich?
* Welche Last herrscht durchschnittlich im Backbone - evtl. muss ein eigener Backbone für den Funk realisiert werden?
* Welche Störfaktoren sind vorhanden (Reflektionen, Funkschatten durch bewegliche Hindernisse, etc.)?
* Welche Netzwerklast besteht bereits im Ethernet Backbone?

Was wird für eine Messung benötigt:

* Ein Access Point
* Ein Client im Idealfall ein Client, der später tatsächlich zum Einsatz kommt; bei mehreren in Frage kommenden Clients ist das Gerät mit der schwächsten Antenne zu wählen
* Ein Antennenkabel zur abgesetzten Testinstallation der Antennen
* Ein geeignetes Messprogramm, z. B. Client Manager von Artem oder EkahauPositioning Engine von Ekahau Inc.
* Eine Auswahl an Antennen der Access Points sowie Verlängerungen
* Eine Auswahl an möglichen Client Antennen
* Zwei Grundrisspläne

Funkausleuchtung:

* Access Point versuchsweise im Gang aufstellen und anhand des Linktests prüfen, wie groß die Reichweite ist
* Ist der erste Access Point- Installationsort gefunden, kann man anhand der Skizze aus der Messung den zweiten, dritten, usw. Punkt an baugleichen Gebäuden sehr schnell feststellen
* Besonders verwinkelte Ecken oder mit Hindernissen verstellte Räume sollten sehr sorgfältig ausgeleuchtet werden
* Funkkarte bei geschl. Türen mit der Hand umfassen, um des schlechteste Ergebnisse zu erzielen
 
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