Eine kleine Einführung in das Thema WLAN

Transkript

1 Eine kleine Einführung in das Thema WLAN Was mache ich, während ich darauf warte, dass der Toaster fertig ist? Butter anschneiden Zeitung lesen Küche sauber machen Marmelade auswählen Den Toaster anstarren Steven Karch

2 WLAN und Frequenzen - Bekannte Fakten Nutzbare Kanäle (D): 2,4GHz: 1-13 wobei nur 3 nicht überlappende Kanäle existieren (1,6,11) Quelle: InSSIDer

3 WLAN und Frequenzen - Bekannte Fakten Nutzbare Kanäle (D): 5GHZ: 19 nicht überlappende Kanäle Quelle: InSSIDer

4 WLAN und Frequenzen - Bekannte Fakten - Je höher die Frequenz desto geringer die Durchstrahlung bei gleicher Sendeleistung - Sendeleistung in Europa bei 2,4GHz ist auf 100mW EIRP begrenzt - Sendeleistung im 5GHz Band kann nach Anwendung variieren - DFS und TPC sind inzwischen im 5GHz Band verpflichtend

5 Dämpfung (Attenuation) Unterschiedliche Dämpfungen der Signale für unterschiedliche Materialien - Je höher die Elektrische Leitfähigkeit desto höher ist die Dämpfung - Metalle werden nicht durchdrungen - Verschiedene Oberflächen erzeugen Streuung und Reflektionen des Signals

6 SNR (Signal to Noise Ratio) Die SNR stellt die Marge aus dem Signalpegel des Senders und den nicht nutzbaren Signalpegeln aus anderen Quellen andere Sender dar Die SNR ist entscheidend für die Übertragungsgeschwindigkeit auf dem PHY Layer Der SNR Wert ist insbesondere für hohe QAM Modulationen von entscheidender Wichtigkeit

7 Die WLAN Feinde - Dämpfung - Andere WLANs in dem gleichen Spektrum - Andere Quellen, insbesondere im 2,4GHz Band (Babyphone, Audioübertrager, etc.) - Komplex struktuierte Flächen - Kleine Datenpakete - UDP - Legacy WLAN (802.11a/b/g) Reflektionen, Brechnung, zeitlicher Versatz

8 Die WLAN Freunde - Dämpfung - Große Datenpakete - RTS/CTS - Freie Flächen - Bei n Reflektionen

9 4-QAM

10 16-QAM

11 WLAN Standards und Datenraten Standard Veröffentlicht Frquenz Bereich Max Phy Datenrate Reale Datenrate Kommentar a Ghz 54Mbps 1-30Mbps b ,4GHz 11Mbps 1-6Mbps g ,4GHz 54Mbps 1-30Mbps n ,4 und 5GHz 600Mbps 1-300Mbps (4x4 MIMO) ac GHz 1300Mbps 1-700Mbps (6x6 MIMO)

12 Datendurchsatz und Standards (802.11b/g) Quelle: Wikipedia

13 Datendurchsatz und Standards (802.11n) Quelle: Wikipedia

14 Erhöhung der Bandbreite (Channel Bonding) Quelle: FlukeNetworks

15 Erhöhung der Bandbreite (MIMO oder Spatial Streams) - MIMO basiert darauf, das einzelne Antennen zum Senden und Empfangen von Daten angesprochen werden können - Daraus ergibt sich nicht nur eine zeitliche Auflösung des Signals, sondern auch eine räumliche - Das Funktionsprinzip wird oft auch als Beamforming bezeichnet - Hierzu senden unterschiedliche Antennen unterschiedliche Signale auf der gleichen Frequenz - Die Erhöhung der Datenrate lässt sich somit nur durch zusätzliche Antennen und Empfangs/Sendeeinheiten erreichen Quelle: Wikipedia

16 Erhöhung der Bandbreite (MIMO oder Spatial Streams) Quelle: Wikipedia

17 Outdoor WLAN Links Outdoor WLAN links unterliegen wie alle anderen funkbasierten Links einer Besonderheit. - Energieübertragung nicht linear - Stabile Links nur zu erreichen, wenn 40% der 1. Fresnel Zone nicht durch Hindernisse gestört ist - Die Fresnel Zone ist Abhängig von der Sendeleistung und der Frequenz - Entscheidend ist demnach nicht nur eine Line of Sight

18 Fresnel Fn Radius der n-ten Zone d1 Distanz A zu P d2 Distanz B zu P λ Wellenlänge des Signals Quelle: Internet 4gon.co.uk

19 WLAN shared Medium Bei WLAN dient die Luft als Übertragungsmedium. Somit handelt es sich um ein shared medium -> Hub Netzwerke Damit das Medium organisiert wird dient der Access Point als Mediator zwischen den Clients (CSMA/CA) Um das Senden und Empfangen von Daten zwischen den Clients und einem Access Point zu regeln wurde ein RTS/CTS Mechanismus eingeführt - RTS wird vom Client gesendet und enthält das zu sendende Datenvolumen - AP antwortet mit einem CTS falls der Kanal zur Verfügung steht - Für die Dauer der Übertragung senden andere Clients keine Daten - RTS/CTS ist nicht zwingend für die Verbindung mit Acess Points

20 WLAN shared Medium (hidden node) Das hidden node Problem tritt dann auf, wenn ein Access Point zwei Clients bedient, die sich gegenseitig funktechnisch nicht sehen können In diesem Fall kann es passieren, dass beide Clients Daten senden möchten und es somit zu einer Überschneidung kommt. Im Falle einer Kollision müssen alle Clients den Kanal freigeben und eine zufällige Zeit warten RTS/CTS Mechanismus verbessert die Situation Quelle: Wikipedia

21 Legacy WLAN a/b/g kann nur Signale verarbeiten die direkt vom Client kommen - Diversity bei g hilft nur um das bessere Signal der beiden Antennen zu nutzen - Alle Reflektionen, Dehnungen, Stauchungen und Brechungen tragen zum Noise Floor bei b benötigt sehr viel Airtime zur Datenübertragung. Daher sollten Clients die nur dieses Verfahren einsetzen auf seperaten Access Points ausgelagert werden b ist bei der Datenübertragung auch auf Entfernung stabil

22 802.11n WLAN - Kann auf Grund der MIMO Fähigkeit mit Reflektionen umgehen - Unterstützt technisch 4x4 MIMO - Der Geschwindigkeitssprung ist hauptsächlich auf diese Technologie zurückzuführen - Für hohe Datenraten ist ein hoher SNR Wert unerlässlich, da die 64- QAM eine sehr präzise Auflösung des Signals benötigt - Kann im 2,4GHz und im 5GHz Frequenzbereich genutzt werden - Kanalbündelung erhöht die Bandbreite weiter - Kanalbündelung im 2,4GHz Frequenzband nicht ratsam, da somit die knappen 2,4GHz Kanäle weiter eingeschränkt werden

23 802.11ac WLAN - Kann auf Grund der MIMO Fähigkeit mit Reflektionen umgehen - Unterstützt technisch 8x8 MIMO - Der Geschwindigkeitssprung ist hauptsächlich auf diese Technologie zurückzuführen - Für hohe Datenraten ist ein hoher SNR Wert unerlässlich, da die 256- QAM eine noch präzisere Auflösung des Signals benötigt - Sinnvollerweise nur für 5GHz Frequenzbereich definiert - Kanalbündelung erhöht die Bandbreite weiter - Kanalbündelung über 80MHz nur bedingt sinnvoll, da somit das 2,4GHz Problem wieder in Kraft tritt. Weiterhin befinden sich die 2ten und 3ten 1,3GBit Kanäle im DFS/TPC Bereich

24 802.11ac WLAN - Diskrepanz von realer Bandbreite und der PHY Rate wird höheren MIMO Werten und breiteren Kanälen größer - Aktuelle Chipsätze können die volle Datenrate nur durch unterschiedliche TCP Streams erreichen - Verbesserung nur durch MU-MIMO möglich - Hierdurch wird auch das Multicast Problem verbessert

25 802.11ad WLAN - Nutzung des 60GHz Frequenzbandes MHz breite Kanäle möglich - Sehr hohe Dämpfung in geschlossenen Räumen - Schmale Fresnel Zone auf Grund der hohen Frequenz - Neue Störquellen

26 Kanalaufteilung im Raum Quelle: Internet Cisco

27 BYOD und WLAN - Falls die Anzahl der Clients nicht bekannt ist sollten schmalere Kanäle genutzt werden - 5GHz sollte präferiert eingesetzt werden - Legacy WLAN Geräte sollten auf eigens dafür abgestellte Access Points ausgelagert werden um alle anderen Clients nicht zu behindern. - Signalstärke ist NICHT das entscheidende Kriterium bei der Planung - Orte mit hoher Client Dichte sollten auf Grund der erhöhten Access Point Dichte in der Sendeleistung reduziert werden. Dies erhöht auch die Wahrscheinlichkeit das Clients sich auf den vorhandenen Access Points besser verteilen

28 VoIP/Streaming und WLAN - Auf Grund der erhöhten Anforderungen an die Paketlaufzeit und der Zuverlässigkeit das Pakete ankommen sollten SNR Werte definiert werden mit denen die Clients zum AP verbinden. - Die Anzahl der Clients die an einem Access Point assoziiert sind sollte beschränkt werden - Da alle Multicasts in Unicasts umgesetzt werden bringt der offensichtliche Einsatz dieser Technik auf dem Shared Medium keinerlei Vorteile. Hier unterscheiden sich die Hersteller auf Grund von patentierten Technologien stark - 5GHz ist ratsam, da hier (noch) die Frequenzbänder nicht so stark überlaufen sind

29 Abandon 2,4GHz

30 Praktischer Teil Noise Floor Survey Tools

31 Anhang/Backup

32 Fresnel (Am Beispiel von 5,5GHz) Fn Radius der n-ten Zone d1 Distanz A zu P d2 Distanz B zu P λ Wellenlänge des Signals Quelle: Internet 4gon.co.uk

33 5GHz Kanal Mittenfrequenz (MHz) Europa, Japan fast alle Länder Europa USA Australien China, Singapur, Israel Kanal Mittenfreq uenz (MHz) Europa, Japan fast alle Länder Europa USA Australien China, Singapur, Israel Kanal Mittenfreq uenz (MHz) Europa USA, China und viele andere Japan, Türkei, Israel mw erlaubt erlaubt mw erlaubt verboten mw Meldepflicht erlaubt verboten mw erlaubt erlaubt mw erlaubt verboten mw Meldepflicht erlaubt verboten mw erlaubt erlaubt mw erlaubt verboten mw Meldepflicht erlaubt verboten mw erlaubt erlaubt mw verboten verboten mw Meldepflicht erlaubt verboten mw erlaubt erlaubt mw verboten verboten mw Meldepflicht erlaubt verboten mw erlaubt erlaubt mw verboten verboten mw erlaubt erlaubt mw erlaubt verboten mw erlaubt erlaubt mw erlaubt verboten mw erlaubt verboten mw erlaubt verboten mw erlaubt verboten Quelle: Wikipedia

34 Free Space Path Loss Quelle: UBNT

35 EIRP EIRP (Equivalent Isotropic Radiation Power) Äquivalente isotropische Strahlungsleistung EIRP = Sendeleistung + Antennen Gewinn

36 Wo ist das Problem