FTS Netzwerk Blog: Drahtlosnetzwerk einrichten | WLAN für Firmen & Haushalte

WLAN & die drahtlose Netzwerk Evolution

Wireless LAN geht in die nächste Entwicklungsphase - denn WLAN ist nicht gleich WLAN. Die 54-MBit-Geräte werden von 300-MBit-Geräten und sogar 1000-MBit-Geräten abgelöst. Doch benötigen wir wirklich WLAN-Router mit einer solchen Geschwindigkeit? Welche Bandbreiten kann man mit welchem System übertragen? Und welche Geräte werden für welche Nutzung benötigt? Ihr Netzwerk-Team von FTS Hennig informiert Unternehmen und Haushalte im deutschsprachigen Raum.

Für drahtlose Netzwerke (Wireless LAN) wurden schon 1940 die ersten Ansätze entwickelt. Jedoch massentauglich und für jeden nutzbar wurde es erst in den letzten Jahren. Diese Entwicklung wurde parallel mit der Entwicklung der Computer und des Internets forciert. Man muss zugestehen, dass auch hier Apple eine Vorreiterrolle spielte. Heute kann man sich ein Heimnetzwerk ohne WLAN-Verbindungen gar nicht mehr vorstellen.

Was leisten unsere bekannten WLAN-Router?

Viele Nutzer meinen, die alt bekannten Router und Access Points seien völlig ausreichend:

Die 54 MBit/s, die der Router bringt, reichen mir. Es liegt ja nur eine 16-Tausender oder vielleicht 50-Tausender Leitung an.

Wir wollen hier die von LTE abhängigen Kunden nicht ausgrenzen, aber es gibt ja auch Leute, die DSL oder Kabel nutzen können. Die herkömmlichen WLAN-Router, beispielsweise im 2,4 GHz Frequenzband und mit 54 MBit/s, arbeiten auf einem eingestellten Kanal bzw. einer Frequenz. Nun ist es wie im wahren Leben: Wenn einer spricht, sollte der andere den Mund halten und leise sein, sonst versteht er nichts. Das ist im Heimnetzwerk bzw. im Unternehmensnetzwerk nicht anders!

Für die drahtlose Netzwerkverbindung heißt das: Wenn der Router sendet, muss der Empfänger schweigen. Nachdem dieser optimalerweise sofort alles aufgenommen hat, kann die nächste Anforderung gestellt werden. Anderenfalls wird die Übertragung wiederholt. Daraus kann man ableiten, dass bei einer Brutto-Geschwindigkeit von 54 MBit/s maximal die Hälfte in die jeweilige Richtung übertragen werden kann. Um die Datenströme zu organisieren, werden zusätzliche Kapazitäten und Zeit benötigt. Letztlich können bei optimalen Verhältnissen in eine Richtung maximal 25 MBit/s über solche Router im Netzwerk übertragen werden. Diese Geschwindigkeit verringert sich durch Hindernisse noch zusätzlich dramatisch - dazu aber später.

Vergleich der Standards für WLAN Netzwerke

Eigenschaften
Standard 802.11 802.11
a/b/g
802.11
n
802.11
a/c
Frequenz (GHz) 2,4 2,4 oder 5,8 2,4 2,4 + 5,8
Speed (Brutto MBit/s) 11 54 300/600 1000
Bandbreite je Kanal (MHz) 10 20 20/40 bis 160
Speed bei 1 Nutzer (MBit/s) 5 bis 25 bis 150/300 bis 700
Speed bei 2 Nutzer (MBit/s) 1-2 bis 10 bis 75/150 bis 350
Antennen 1x 1x MIMO MIMO
Codierung OFDM OFDM OFDM 64QAM

Eine Grafik zur verfügbaren Bandbreite veranschaulicht im Weiteren, dass auch zwei Teilnehmer problemlos arbeiten können, wenn mehr Bandbreite als Ausgangspunkt zur Verfügung steht. Mehrfachnutzung bei WLAN

Vorteil eines 40 MHz breiten Datenstroms gegenüber einer Kanalbreite von 20 MHz (© FTS Hennig)

Kanalbelegung und Auswirkungen auf die Datengeschwindigkeit

Wir wissen nun, dass von der theoretischen Brutto-Übertragungsrate in unserem drahtlosen Netzwerk nur weniger als die Hälfte effektiv zur Verfügung steht. Nun existieren in nächster Distanz zu dem WLAN-Netzwerk aber noch viele weitere WLAN-Stationen. Was passiert dort und was sollte man unternehmen?

In Europa, und damit auch in Deutschland, sind 13 Kanäle im Frequenzband von 2,4 GHz für WLAN frei gegeben. Die Kanäle liegen so dicht beieinander, dass sich 4 Kanäle immer wechselseitig beeinflussen. Deshalb wurde ein spezielles Zugriffsverfahren (CSMA/CA) entwickelt. CSMA/CA regelt, wann eine Station senden darf. Die anderen Stationen müssen während dieser Zeit warten. Anschließend fällt dann noch eine Pause an. Die Funkschnittstelle ist deshalb nie zu 100 % belegt. Für jeden einzelnen Teilnehmer bedeutet das: Es bleibt nur ein Bruchteil der theoretischen Übertragungsgeschwindigkeit übrig.

Kanalbelegung WLAN

Die Kanäle beeinflussen sich gegenseitig und stören sich untereinander (© FTS Hennig)

Bei der Einrichtung des WLAN-Routers sollte man sich die Belegung durch andere Teilnehmer anschauen und einen geeigneten freien Kanal suchen. In Ballungszentren kann dies zu einer großen Aufgabe werden.

FAZIT

Die nutzbare Bandbreite beträgt maximal etwas weniger als die Hälfte der Routerspezifikation. Sie wird zudem von der Anzahl der Nutzer im Netzwerk und von den Kanälen der fremden Netzwerke maßgeblich bestimmt.

Erhöhung der Geschwindigkeit im n-Standard

Durch das s.g. "Spatial Multiplexing" können mehrere Datenströme parallel in einem Kanal übertragen werden. Voraussetzung dafür ist die Verwendung mehrerer Sender und Antennen. Wie bei LTE wird nun auch bei WLAN die MIMO-Technologie angewendet. Die Antennen müssen einen genügend großen Abstand voneinander haben und dürfen sich wechselseitig nicht beeinflussen (Crossover Isolation).

Mit dem 802.11n Standard können nun mehrere 10, 20 oder 40 MHz breite Kanäle zusammengefasst werden. Pro 40-MHz-Kanal können theoretisch 150 MBit/s übertragen werden. Mit zwei parallel betriebenen Datenströmen (Spatial Multiplexing) erreicht man dann 300 MBit/s.

Bandbreiten im n-Standard
Anzahl der Datenströme Theoretische Übertragungsrate Effektiv nutzbare Übertragungsrate
1 150 MBit/s ca. 90 MBit/s
2 300 MBit/s ca. 120 MBit/s
3 450 MBit/s ca. 180 MBit/s
4 600 MBit/s ca. 240 MBit/s

Wir sehen hier, dass ein sehr hoher Aufwand für 240 MBit/s notwendig ist. Jeweils vier Sender, Empfänger und getrennte Antennen sind notwendig. Handy-, Tablet- und Notebook-Hersteller haben noch keine Möglichkeit, die technischen Voraussetzungen zu schaffen. Gleichzeitig bleibt die Störung durch fremde Netzwerke bestehen und die Geschwindigkeit kann wiederum sinken.

Bietet WLAN auf 5,8 GHz einen Ausweg?

In der Vergangenheit wurde das ebenfalls lizenzfreie Frequenzband bei 5,8 GHz ausschließlich für professionelle Funkstrecken verwendet. Im 5,8 GHz Bereich stehen von vornherein 20 Mhz Bandbreite zur Verfügung. Da die Kanäle noch nicht flächendeckend im Privatbereich angekommen sind, sind die Störungen durch andere Netzwerke auch noch gering. Es bestehen 19 definierte Kanäle und die zulässige Sendeleistung beträgt 600 mW. Dafür werden die Ausbreitungsbedingungen wesentlich komplizierter.

FAZIT

Die Bündelung von Kanälen und parallele Datenströme erhöhen die drahtlose Übertragungsgeschwindigkeit. Das Frequenzband bei 5,8 GHz kann Abhilfe schaffen, ist aber kein Allheilmittel.

Hindernisse stören den WLAN Empfang

Ein drahtloses Netzwerk arbeitet in sehr hohen Frequenzbereichen. Das ist vorteilhaft für eine hohe Datenmodulation je Frequenz, aber auch nachteilig durch schlechtere Ausbreitungsbedingungen.

Die Downloadgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Entfernung zum Sender rapide ab. Mit den verfügbaren Sendeleistungen werden kaum 40 m Reichweite in Gebäuden erreicht. Zum Teil ist dies auch gewollt - man bedenke die Beeinflussung der WLAN-Netzwerke untereinander. Weitere Hindernisse sind Wände und Glas. In der Grafik sieht man, welche Materialien besondere "WLAN-Killer" sind.

Hindernisse im Heimnetzwerk

Unterschiedliche Materialien dämpfen den Empfang des WLAN Signals. Durchlass des Signals in Prozent. (© FTS Hennig)

Holz und normales Glas sind noch problemlos. Aber hätte einer angenommen, dass Zwischenwände aus Rigipsplatten schlimmer als eine solide Ziegelwand sind? Gips kann in einer Wand bis zu fünf Liter Wasser aus der Luftfeuchtigkeit aufnehmen. Zwischen den Platten wird besonders gute Dämmwolle verwendet. Diese gibt dem WLAN-Signal den Rest.

Neue Standards für höhere WLAN-Geschwindigkeiten: 802.11 ac

Mit dem neuen WLAN-Standard "ac" ist man wesentlich schneller als mit WLAN "n" im drahtlosen Netzwerk unterwegs. WLAN ac erzielt Bruttodatenraten von bis zu 1.300 MBit/s – das ist dreimal schneller als mit der Vorgängertechnologie.

Nun kann WLAN endlich ein LAN-Kabel ersetzen und sowohl File-Sharing und Surfen im Internet als auch schnelle Multiplayer-Games und das Streamen von 1080p-Videos leisten.

AVM hat die neue Fritz!Box 7490 mit Gigabit WLAN ausgerüstet (© FTS Hennig)

Erreicht werden die neuen Geschwindigkeiten zum einen durch die Verwendung des 5,8 GHz Bandes in Kombination mit 2,4 GHz, die Möglichkeit der Bündelung von bis zu acht Datenkanälen und der Verwendung neuester Modulationsverfahren. Der Entwicklungsfortschritt der Mobilfunknetze der 3. und 4. Generation 3G und 4G bringt somit auch Fortschritte im WLAN. Die MIMO-Technologie für die Datenströme und das 64QAM Modulationsverfahren stammen aus dem Mobilfunk.

Internetgeschwindigkeit in Abhängigkeit von WLAN

Egal ob mobiles Internet oder stationäres Internet für zu Hause: Es geht immer um "Höher-Schneller-Weiter". Kann man mit der vorhandenen Technik die Leistung des Internets ausnutzen? Die folgende Grafik verdeutlicht noch einmal die Problematik. Bei der Verwendung eines 54-MBit-Routers wird schon die Übertragung aller Daten einer 16-Tausender DSL-Leitung schwierig. Bei 30 MBit/s, die landläufig bei LTE 800 anliegen, kann man nur 2/3 nutzen. Selbst hier besteht schon akuter Handlungsbedarf.

WLAN-Internet

Neue WLAN-Router werden dringend benötigt (© FTS Hennig)

FAZIT

Für Ihr Unternehmens- und Heimnetzwerk steht eine große Auswahl an Hardware zur Verfügung (Router, Antennen & Co.) und diese ermöglichen leistungsstarke WLAN-Netze. Doch in der Praxis ist die Leistung limitiert - weit unterhalb der von Herstellern propagierten Angaben.

Nur wenn die WLAN-Übertragungsgeschwindigkeiten stetig erweitert werden, kann die volle Internetgeschwindigkeit auch ausgenutzt werden. Wer auf seinen alten Router pocht, darf sich auch nicht über niedrige Übertragungsraten beschweren!

Weitere Beiträge

01. Feb 2017

LTE WLAN Router 3HuiTube

LTE WLAN Router 3HuiTube © Drei Austria

Der LTE-Router 3HuiTube (ZTE MF282) traf 2016 bei uns ein und wurde umgehend getestet. Welche Einstellungen bietet der HuiTube für die WLAN-Nutzung? Können die drahtlosen Netzwerk-Funktionen am HuiTube abgeschaltet werden? Arbeitet der HuiTube auch im Bridge Mode? Können die Antennenanschlüsse überzeugen? Diesen und anderen Fragen gingen Ihre Mobilfunk-Experten von FTS Hennig im folgenden Test auf den Grund.

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18. Sep 2016

Pro-Router für hohe Ausfallsicherheit - sobald er läuft!

Wir von FTS Hennig sind für unseren Kunden ständig auf der Suche nach neuen Produkten. Zur Nutzung von UMTS (3G) und LTE (4G) benötigt der industrielle Kunde robuste und stabile Router, die eine hohe Ausfallsicherheit bieten. Deshalb haben wir den Industrie-Router AirLink ES440 von Sierra Wireless 2 Tage lang genau unter die Lupe genommen.

Der mechanische Aufbau des LTE-Routers von Sierra Wireless bietet sofort Montagemöglichkeiten und die Größe ist gegenüber den vergleichbaren Geräten der Netzbetreiber wesentlich kompakter. Wir wollten uns vor der Auslieferung des Gerätes zum Kunden nur ein wenig informieren, damit wir dem Kunden bei Problemen helfen können. Aus dem "kurzen Informieren" wurde ein zweitägiger Exkurs in die Welt von Sierra Wireless.

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20. Sep 2016

Chaos bei den LTE Routern nimmt neue Dimensionen an

 

AVM FRITZ!Box 6842 LTE

AVM FRITZ!Box 6842 LTE (© AVM)

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23. Sep 2016

LTE-Router für das Business

Test des LTE Router IBR600

(© Cradlepoint)

Der Broadband-Router IBR600 wurde von dem Unternehmen Cradlepoint mit einem Sierra Wireless Chip ausgestattet und für M2M-Anwendungen entwickelt. Wir haben das Gerät nun im LTE-Netz von Vodafone getestet. Der Router kann für 3G (UMTS & Co.), 4G (LTE / alle Bänder), Wimax, WLAN bzw. WiFi und GPS verwendet werden.

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23. Sep 2016

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Mit dem mobilen LTE-VPN-Router COR IBR1100 entwickelte Cradlepoint einen weiteren Router für M2M-Anwendungen, die eine robuste, hochfunktionale und gleichzeitig stabile Verbindung benötigen. Durch die Verbindung von DSL, Mobilfunknetzen (LTE, HSPA+, UMTS), WLAN als WAN-Port und GPS wird eine enorm hohe Verfügbarkeit erreicht. Auf diese Art kann immer das beste Netzwerk genutzt werden. Über Cloud-Managed-Networking können zudem große Netzwerke und weit verstreute Geräte gewartet und organisiert werden.

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25. Sep 2016

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Die Telekom plant bis 2018 alle ISDN- und Analoge-Anschlüsse in IP-basierende Anschlüsse umzuwandeln. Nun ist damit nicht zwingend ein Hardwarewechsel verbunden, aber wer sich jetzt mit dem Gedanken beschäftigt die Telefonanlage zu erneuern, sollte sich für eine intelligente Hybrid Kommunikationsplattform entscheiden. Die Panasonic "Unified Communication Server" Systeme KX-NS1000 und KX-NS700 sind da interessante Optionen.

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