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Wireless Mesh Networks – drahtlose Netzwerktechnologie der Zukunft Die aktuellen Wireless-Mesh-Standards im Überblick

Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Im vorausgegangenen Artikel zu diesem Themenbereich wurden die generelle Konstruktion, die konstruktionsbedingten Vorzüge und die Anwendungsbereiche von Wireless Mesh Networks vorgestellt. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den Standards, möglichen Problemen und deren Lösung.

In Sachen Standardisierung ist bei den Wireless Mesh Networks noch einiges zu tun
In Sachen Standardisierung ist bei den Wireless Mesh Networks noch einiges zu tun
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Standardisierungssituation im Bereich der Wireless Mesh Networks ist glücklicherweise sehr übersichtlich. Mit dem IEEE 802.11s-Standard im WLAN-Umfeld und dem IEEE 802.16a im WiMAX-Umfeld beschränkt sich die Zahl der nötigen Standards auf einige wenige. Für Corporate Networks ist (wie immer) 802.11s interessant. Für Provider ist (wie immer) 802.16a interessant.

Aber: Standard sind hier gar nicht so zwingend. Denn ein Hersteller könnte auch ein schönes Konzept auf den Markt bringen und ggf. die Fähigkeit zur Verarbeitung von Standard-konformen Informationen und Prozeduren per Software Update nachladen, aber das natürlich nur hinter vorgehaltener Hand.

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IEEE 802.11s bewegt sich im bekannten Universum und versteht sich initial als Erweiterung der bestehenden Standards für Wireless Distribution Systems. Das Auffinden von Nachbarn birgt kaum Überraschungen. Zur Kommunikation stehen die Verfahren aktives und passives Scanning zur Verfügung.

Zudem gibt es mindestens einen Synchronisationskanal. Das Netz arbeitet nun so, dass sich Mesh Points in diesem Synchronisationskanal darüber verständigen, auf welchem Kanal, der durch DFS gewählt wird, sie miteinander kommunizieren. Dann wechseln sie für die Dauer der Übertragung auf diesen Kanal und geben ihn anschließend wieder frei.

Damit vollzieht IEEE 802.11s erstmals in der Geschichte die Abkehr vom unseligen DCF-Steuerungsverfahren, was normalerweise für die Regelung des Kanalzugriffs von APs und Stationen benutzt wird und eine der nachweislich größten Performancebremsen in der Geschichte des Networkings ist. Denn hat man nur genügend Stationen unter einem AP versammelt, reduziert DCF die nominale Gesamtleistung eines WLANs auf einen kleinen Bruchteil. Dies kann man nicht nur mathematisch nachweisen, sondern auch messen oder täglich live miterleben.

Request & Response

Verbindungen nach IEEE 802.11s sind eigentlich „Peer Links“, aber dennoch gibt es immer einen initiierenden MP und einen reagierenden MP. Der Verbindungsaufbau geschieht mit Association Request und Response. Die Anzahl der durch einen MP zu verwaltenden Verbindungen ist begrenzt. Routing und Forwarding werden, wie besprochen, auf Layer 2 vorgenommen. Eine zentrale Rolle spielt hierbei das so genannte Hybrid Wireless Mesh Protocol HWMP.

HWMP ist ein Wegewahlverfahren, welches nach Angaben seiner Erzeuger die Flexibilität von bedarfsgesteuerter Routenermittlung mit den für Mesh Points nötigen Erweiterungen für das effiziente proaktive Routing kombiniert.

Die hybride Natur erlaubt die flexible Wegewahl sowohl in infrastrukturellen als auch in ad Hoc Maschen-Netzen. Die Kombination von On-demand und proaktivem Routing erlaubt es zudem, dass die MPs entweder selbst optimale Routen entdecken und verwalten oder Informationen dafür nutzen, die von einem Root-Knoten im Zusammenhang mit einer Baumstruktur erzeugt und weitergegeben werden. In beiden Fällen geschieht die Auswahl von geeigneten Nachbarknoten auf dem Routing-Weg nach einer Metrik.

HWMP benutzt eine einzelne Menge von Protokollprimitiven und Verarbeitungsregeln aus dem „Ad Hoc On-Demand Distance Vector“-Protokoll (AODV; IETF RFC 3561) für alle Funktionen, die mit dem Routing zusammenhängen

Bei 802.11s HWMP handelt es sich damit grob gesagt also um ein Mittelding zwischen Spanning-Tree- und Source-Routing-Verfahren. Dennoch stehen die Chancen gut, dass es funktioniert.

Das so genannte Extensible Path Selection Framework ist für die flexible Implementierung unterschiedlicher Protokolle und Metriken für die Path Selection verantwortlich. Die Spezifikation enthält ein Protokoll und eine Metrik, die immer zwingend implementiert werden müssen, damit Geräte unterschiedlicher Hersteller grundsätzlich miteinander kommunizieren können. Aber jeder Hersteller kann darüber hinaus selbstverständlich auch eigene Protokolle implementieren, um z.B. bestimmte Anwendungen spezifisch zu unterstützen.

Der Standard „klemmt“ zurzeit, sollte aber in diesem Jahr aber dennoch deutlich vorankommen. Grund für die Verzögerungen sind Auseinandersetzungen um das Routing-Verfahren. Abgesehen davon, dass sich die Hersteller prinzipiell gerne über dieses Verfahren differenzieren möchten, gibt es aber durchaus auch berechtigte Bedenken.

Routing-Bedenken

Herkömmliche Routing-Verfahren gehen davon aus, dass die Leitungen immer verfügbar sind. Doch das ist bei Funk nicht per se der Fall. 802.11s unterstützt bisher nur ein „flaches“ Routing-Verfahren, das bei größeren Netzen durchaus zu Problemen führen kann, weil seine Bearbeitungskomplexität zwangsweise quadratisch mit der Anzahl der Knoten wächst.

Eine mögliche Lösung wäre hier ein hierarchisches Routing im Sinne des „Subarea Routing“, bei dem Mengen von Knoten zu einem Bereich (Subarea) zusammengefasst werden, der von außen im Routing wie ein Knoten behandelt wird. So kann die Komplexität deutlich gesenkt werden.

Das Mesh Netz nach IEEE 802.16a wurde ursprünglich als Alternative zu anderen 802.16-Techniken definiert – vor allem im lizenzfreien Bereich (Wireless High Speed Unlizensed Metropolitan Area Network HUMAN). Doch lange Zeit gab es hierfür keine Produkte. Wichtig in 2006/07 war daher EEE 802.16e Mobile WiMAX.

Erfahrungen zeigen, dass ein Maschen-Netz mobile Teilnehmer besser erfasst als ein Stern-Netz. Alle 802.16 Varianten haben gleiche MAC-Funktionen also wird jetzt 802.16a zur Implementierung von 16e genutzt. 802.16a legt Physik und Grundschemata fest, definiert aber keine Verfahren für Routing und Forwarding.

Gegenüber 802.11-OFDM verfügt 802.16a über eine weit überlegene Modulation/Codierung, zeigt aber auf der Chipseite viele Gemeinsamkeiten. Intel hat 2008 zum Jahr des WiMAX ausgerufen; es bleibt also abzuwarten, welche Impulse daraus für Mesh Networks hervorgehen.

weiter mit: Wireless Mesh Networks: Probleme und Lösungen

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