Im Zeitalter der Mobilität liegen die Vorteile von drahtlosen Infrastrukturen auf der Hand. Nicht von ungefähr nutzen immer mehr Unternehmen für die Daten- und Sprachkommunikation Wireless Local Area Networks (WLANs) als Übertragungsplattform. Das Medium Luft birgt jedoch auch viele Risiken, die den gewonnenen Vorteil schnell zunichte machen und deshalb bereits bei der Planung sorgfältig betrachtet werden müssen.
Die aktuell verfügbaren WLAN-Übertragungsstandards unterscheiden sich vor allem durch ihre Bandbreiten und Sendefrequenzen. Am weitesten verbreitet ist zurzeit der Standard 802.11b mit einer Bruttodatenrate von 11 Mbit/s. Er arbeitet - genau wie der hierzu kompatible Standard 802.11g mit einer Übertragungsrate von bis zu 54 Mbit/s – im lizenzfreien 2,4-GHz-Bereich. Die Reichweite auf freiem Feld und bei optimalen Bedingungen beträgt bis zu 150 Meter. Allerdings stellt diese Technologie nur drei nicht überlappende Übertragungskanäle zur Verfügung, was beim Aufbau eines Netzwerks die Flächendeckung erheblich erschwert.
Der ebenfalls verfügbare Standard 802.11a bietet auch eine Übertragungsrate von bis zu 54 Mbit/s, nutzt aber das 5-GHz-Band. Hier stehen außerdem theoretisch bis zu 19 nicht überlappende Kanäle zur Verfügung, doch reichen die Wellen der höheren Frequenz leider nur etwa 40 Meter weit. Hinzu kommt, dass dieser Standard zum weit verbreiteten Standard 802.11b nicht kompatibel ist.
Um diese Übertragungsraten realistisch zu beurteilen, sollte man sich vor Augen halten, dass die Standards immer nur die Bruttodatenraten angeben - die tatsächlich zur Datenübertragung vorhandene Bandbreite ist in der Regel wesentlich geringer. Sie hängt vor allem von der Anzahl der Nutzer innerhalb des WLANs ab, von der Entfernung zum Sender sowie von möglichen Störungen bei der Übertragung. So kann bei einem 11-Mbit-WLAN die tatsächlich zur Verfügung stehende Datenrate an einem Endgerät schnell auf einen Wert von unter 1 Mbit/s abfallen.
Funkwellen breiten sich quasi „von Natur aus“ unkontrolliert in alle Richtungen aus und werden zudem von Hindernissen reflektiert. So kann es vorkommen, dass dasselbe Signal mehrere Wege geht oder einzelne Signale zeitversetzt beim Empfänger ankommen. Wenn nur einige wenige Endgeräte mit einem Sender vernetzt werden sollen, ist dies kein großes Problem. Bei der Realisierung von großflächigen WLANs bedarf es dagegen einer sorgfältigen Planung und Umsetzung, damit die abzudeckende Fläche auch wirklich voll erfasst wird.
Bei Flächenabdeckung Hürden überwinden
Die Überlagerung von verschiedenen, zeitverschobenen Wellen (Interferenzen) kann zu einer Abschwächung des Funksignals und eventuell sogar zu einer Auslöschung führen. Dieser Effekt macht die optimale Platzierung von WLAN-Sendern oft sehr schwierig, da bereits eine räumliche Veränderung, wie etwa ein neu aufgestelltes Lagerregal, zu plötzlichen Veränderungen des Übertragungsverhaltens in einem Netzwerk führen kann.
Damit der Anwender von eventuellen Störungen möglichst wenig behelligt wird, sind WLANs mit unterschiedlichen Übertragungsmöglichkeiten ausgestattet. Treten vermehrt Störungen auf, so wird der Übertragungsmechanismus automatisch angepasst, indem beispielsweise die Übertragungsfrequenz stetig geändert wird. Dies hat jedoch immer eine Reduzierung der verfügbaren Bandbreite zur Folge, da die robusteren Übertragungsmechanismen zwar weniger anfällig für Störungen sind, dafür aber mit wesentlich geringeren Datenraten arbeiten.
Störungen
Ein weiteres Problem stellen Interferenzen zwischen verschiedenen WLAN-Sendern dar. In drahtlosen Netzwerken nach dem Standard 802.11b arbeiten die Sender im ISM-Band zwischen 2,4 und 2,483 GHz. Dieser Bereich ist in Europa in insgesamt 13 überlappende Frequenzbereiche (Kanäle) mit einer jeweiligen Bandbreite von 25 MHz aufgeteilt. Durch diese Konstellation ergeben sich lediglich drei nicht überlappende Kanäle. Gibt es aber Überschneidungen zwischen den Frequenzbereichen, kommt es wiederum zu Interferenzen und damit zu schlechteren Übertragungseigenschaften und sinkenden Bandbreiten.
Da jedoch mit drei Kanälen eine dreidimensionale Abdeckung beispielsweise eines mehrstöckigen Gebäudes kaum möglich ist, weicht man oft auf vier nur wenig überlappende Kanäle aus. Ziel ist es dabei, die WLAN-Sender so zu platzieren, dass - bei möglichst wenigen Interferenzen - so gut wie alle Bereiche abgedeckt werden. In realen Umgebungen erweist sich dies oft als äußerst schwierig, da die von den Sendern ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen an Wänden und Gegenständen reflektiert werden. So kann ein unterschiedlich aufgefülltes Lager jeden Tag andere Gegebenheiten für die WLAN-Übertragung bringen und eine gelegentlich geschlossene Stahltüre zu merklichen Veränderungen in den Empfangseigenschaften führen.
Gute Planung erforderlich
Um bestmögliche Performance, Verfügbarkeit und Sicherheitseigenschaften zu erzielen, sollte bei großen Netzwerken bereits in der Planungs- und Umsetzungsphase eine Ausleuchtung durchgeführt werden. Bei einer einfachen Variante platziert hierbei ein Spezialist - basierend auf Erfahrungswerten - an verschiedenen Stellen WLAN-Sender. Danach werden mit Hilfe von geeigneten Tools die Feldstärke sowie die Übertragungsrate an verschiedenen Messpunkten bestimmt und grafisch dargestellt. Auf Basis dieser Daten können die Antennenstandorte dann optimiert werden.
Noch exakter – aber auch aufwendiger – ist eine professionelle Ausleuchtung mit vorheriger Simulation der Feldstärken. Hierfür werden in spezielle Computerprogramme zur Simulation der Netzabdeckung zunächst die Umgebungsparameter eingegeben (zum Beispiel auf Basis bestehender Gebäudepläne). Nach Festlegung des auszuleuchtenden Bereichs können die erforderlichen Sender entweder vom Spezialisten in der Simulations-Software platziert werden, oder es wird auf Vorschlagswerte des Programms zurückgegriffen.
Ausleuchtung sichert Übertragungsqualität
Auf Basis der Simulationsergebnisse können die Sender schließlich provisorisch installiert werden. Anschließend werden die theoretischen Resultate durch eine Kontrollmessung verifiziert. Auf dieser Basis lässt sich das WLAN gegebenenfalls durch veränderte Standorte der Sender oder weiter gehende Maßnahmen wie den Einsatz spezieller Antennen optimieren.
Je nach Beschaffenheit der Räume können auch verschiedene Arten von Antennen zum Einsatz kommen. Hier bietet der Markt inzwischen eine Vielzahl von Modellen mit unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken. Auch so können – bei richtigem Einsatz und optimaler Positionierung – Überlappungen minimiert und die Empfangseigenschaften verbessert werden.
Eine besondere Herausforderung ist die optimale Ausleuchtung in gemischt genutzten Gebäuden. Die beste Planung und Realisierung einer WLAN-Ausleuchtung kann zunichte gemacht werden, wenn im Stockwerk darunter von einem anderen Mieter plötzlich ein neues drahtloses Netzwerk aufgebaut wird. Hier zeigt sich, dass nur mit einer zentralen Planung der Netzwerk-Infrastruktur in einem Unternehmen vermieden werden kann, dass – beispielsweise zu Testzwecken – einzelne Abteilungen eigene Netze aufbauen, die dann das gesamte umgebende (Unternehmens-)WLAN beeinflussen können.
Eine durchdachte Ausleuchtung bietet auch zusätzliche Sicherheitsaspekte. So können bereits bei der Planung und anschließenden Ausleuchtung eines drahtlosen Netzwerks die Grenzen des Firmengeländes berücksichtigt werden. Allerdings ist dabei zu beachten, dass generell eine räumliche Eingrenzung eines WLANs niemals einen ausreichenden Schutz gegen unbefugte Zugriffe auch von innerhalb des Firmengeländes bietet.
Zudem können mit speziellen Antennen auch aus größeren Entfernungen noch Signale empfangen werden, die sich mit üblichen WLAN-Karten nicht mehr erkennen lassen. Eine durchgängige Verschlüsselung der Daten - unterstützt durch weitere Sicherheitsmechanismen wie den Standard 802.1x - ist deshalb für eine sichere WLAN-Kommunikation unbedingt erforderlich.
Sicherheitsaspekte stets beachten
Die professionelle WLAN-Planung und -Umsetzung ist überall dort notwendig, wo eine optimale Flächenabdeckung bei optimaler Performance das Ziel ist. Sollen künftig über das WLAN auch Sprachdaten übertragen werden, ist besondere Sorgfalt gefragt, da solche Daten sehr empfindlich auf Verzögerungen und Verluste reagieren. Der anstehende Standard 802.11e für die Priorisierung der Sprachpakete auf WLANs soll diesen Herausforderungen künftig gerecht werden.
Je sorgfältiger Simulation und Ausleuchtung des entstehenden drahtlosen Netzwerks durchgeführt werden, desto qualitativ hochwertiger und auch sicherer wird das Ergebnis sein. Der erzielte Nutzen muss jedoch in Relation zu den entstehenden Kosten gesetzt werden. So kann bereits die einfache Ausleuchtung ohne vorherige Simulation eine enorme Steigerung der Performance mit sich bringen. Für unternehmenskritische Anwendungen macht sich eine aufwendige Umsetzung durch weniger Ausfälle und höhere Übertragungsgeschwindigkeiten in jedem Fall schnell bezahlt.
(mec)
Dieser Beitrag stammt von unserer Schwesterzeitschrift ComputerPartner, der Fachzeitschrift für den ITK-Handel.
Der Autor
Marc-Aurel Reif ist Serviceleiter bei der Siemens Telekommunikations und Service GmbH in Stuttgart. Nach dem Studium der Elektrotechnik war er drei Jahre lang als Systemspezialist für Kommunikationsnetze im Hause Siemens tätig und anschließend für drei Jahre am Standort Mannheim Service-Verantwortlicher im Bereich Kommunikationstechnik. Im Zusammenhang mit diesen Tätigkeiten beschäftigt er sich auch mit dem Themenschwerpunkt mobile IP-Kommunikation in Enterprise-Netzwerken.