Fixed-Mobile-Convergence im Test – Teil 1 Ist das Roaming zwischen WLAN und GSM reif für die Ablösung von DECT?

Autor / Redakteur: Dr. Frank Imhoff, Nick Schirmer, Dr. Michael Wallbaum / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Fixed-Mobile-Convergence (FMC) bezeichnet das Zusammenwachsen von Fest- und Mobilfunknetzen und einige Hersteller bieten hierfür schon länger konkrete Lösungen an. Dennoch ist ein wirklicher Durchbruch bisher ausgeblieben. Ohne FMC ist aber vor allem die Ablösung von bestehenden DECT-Installationen kaum möglich; und ohne die Ablösung von DECT ist die konsequente Einführung neuer, gänzlich IP-basierter Kommunikationslösungen nur bedingt möglich.

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ComConsult fragt: Ist FMC bereit, das gute alte DECT abzulösen?
ComConsult fragt: Ist FMC bereit, das gute alte DECT abzulösen?
( Archiv: Vogel Business Media )

Unter dem Begriff Fixed-Mobile-Convergence (FMC) wird sowohl die Integration von GSM-Netzen und klassischen Telekommunikationsanlagen als auch die Nutzung von Wireless-LAN zur Übertragung von Sprache zusammengefasst. Doch die breite Einführung von FMC-Systemen lässt immer noch auf sich warten.

Dabei wäre es für immer mehr Nutzer aber höchst wünschenswert, wenn sie statt DECT-Telefon, Festnetz-Apparat und Mobilfunk-Handy nur noch ein Gerät hätten, mit dem sie überall erreichbar wären. Für Unternehmen kommt neben der erheblich reduzierten Endgeräte-Vielfalt auch noch der Wegfall von DECT-Infrastrukturen hinzu. Damit verbunden sind natürlich nicht nur erhebliche Einsparpotenziale, sondern auch ein deutlicher Zuwachs an Komfort für die Nutzer.

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Es stellt sich also einerseits die Frage, welche Anforderungen an eine moderne FMC-Lösung zu stellen sind, um große DECT-Lösungen wirtschaftlich und technisch sinnvoll abzulösen. Andererseits müssen die unterschiedlichen Ansätze der Hersteller kritisch auf ihre unterschiedlichen Möglichkeiten und Leistungsmerkmale hin betrachtet werden, um sicherzustellen, dass eine ähnlich hohe Akzeptanz der Nutzer zu erzielen ist wie bei DECT. Hauptaugenmerk muss dabei sicherlich auf die Sprachqualität gelegt werden, weil hier eine Gewöhnung an die vergleichsweise gute DECT-Qualität stattgefunden hat.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist aber auch die Nutzung und der Übergang von eigenen Infrastrukturen wie Wireless-LAN und öffentlichen GSM-Netzen. Dieser Artikel widmet sich vor allem der letzteren Frage. Und wieder einmal ergeben sich dabei überraschende Unterschiede zwischen den Herstellern und Lösungsansätzen.

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Verschwimmende Netzgrenzen

Der Innovationsdruck unter den Herstellern von modernen Kommunikationslösungen und die weiter zunehmende Nutzung von Mobilkommunikationslösungen haben unter anderem dazu geführt, dass die bisherigen Grenzen zwischen Mobilfunk- und Festnetz-Telefonie, aber auch zwischen unterschiedlichen Funktechnologien immer weiter verschwimmen. Zukunftsträchtige Kommunikationslösungen erlauben daher eine möglichst nahtlose – und damit benutzerfreundliche – Nutzung unterschiedlicher Technologien. Dadurch wird einerseits die Flexibilität und Erreichbarkeit der Nutzer erhöht, andererseits werden Mehrwertdienste und Kostenvorteile der unterschiedlichen Kommunikationsmöglichkeiten vereint.

Ein Hauptaugenmerk der Hersteller liegt dabei auch auf der Nutzung von Wireless Local Area Networks (WLAN) als Medium für die Sprachübertragung. Kommunikationssysteme, die sowohl WLAN als auch Mobilfunk mit den Eigenschaften von modernen Kommunikationslösungen verbinden, werden häufig unter der Bezeichnung „Fixed Mobile Convergence“ (FMC) zusammengefasst.

Die zentrale Herausforderung für eine transparente Integration von zumeist firmeneigenem WLAN und öffentlichen Mobilfunknetzen ist die möglichst störungs- und unterbrechungsfreie Übergabe (Roaming) laufender Telefongespräche zwischen den beiden Funktechnologien. Erste Ansätze führten diesen Wechsel nicht automatisch durch, sondern machten den Eingriff des Nutzers erforderlich. Der Nutzer musste den Roaming-Vorgang am Mobilgerät selbst einleiten und bestätigen, sodass der Wechsel im laufenden Gespräch kaum sinnvoll möglich war. Neuere Systeme übernehmen diesen Roaming-Vorgang automatisch. Der Nutzer einer solchen Lösung kann, je nach Hersteller, lediglich bestimmte Schwellwerte einstellen und den Vorgang so an seine Bedürfnisse anpassen.

Um ein möglichst störungsfreies Roaming zu gewährleisten, sind vor allem zwei Aspekte von zentraler Bedeutung: Die Minimierung der Verbindungsaufbauzeiten und die richtigen Schwellwerte für das Auslösen eines Roaming-Vorgangs. Grundvoraussetzung für einen störungsfreien Übergang sind darüber hinaus aber auch die richtige Zellplanung und die Auswahl eines möglichst effizienten Handover- und Roaming-Verfahrens.

Derzeit bieten erst wenige Hersteller Fixed-Mobile-Convergence-Lösungen für WLAN und Mobilfunk an. Dabei ist festzustellen, dass diese Lösungen sich sowohl in ihren Ansätzen, als auch in Umfang und Realisierung unterscheiden. Die objektive Analyse und Bewertung, der jeweils für das Roaming verwendeten Verfahren, war dabei Bestandteil der Tests und Analysen zu diesem Artikel.

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Testumgebung

Die WLAN-Infrastruktur für die Testreihen bestand aus Siemens Access Points der 2600er Serie sowie einem Controller vom Typ HiPath Wireless Controller C10. Im Zuge der Analyse sind dabei folgende Aspekte genauer untersucht worden:

  • Roam-In / Roam-Out: Einfluss des Wechsels der Kommunikationstechnologie auf die Qualität und die Unterbrechungsfreiheit der übertragenen Sprache. Untersuchung der verwendeten Verfahren und deren Schwellwerte zur Beurteilung der einzelnen Lösungen.
  • WLAN-Handover: Untersuchung der entstehenden Verzögerungszeit (Delay) und der möglichen Unterbrechungen, bezüglich der Übertragung der Sprache, beim Wechsel von einer WLAN-Zelle zur nächsten.
  • Sprachqualität: Anhand des PESQ-Verfahrens (Perceptual Evaluation of Speech Quality) nach ITU-T P.862 wurde die Sprachqualität eines WLAN-Gesprächs mit dem MOS-Wert (Mean Opinion Score) bewertet. Anhand der ermittelten Werte wurde ein Vergleich der möglichen Qualitäten im WLAN und GSM erstellt.
  • WLAN-Planung: Einfluss der Stärke des WLAN-Signals auf die Sprachqualität und die Sicherheit des Handovers zwischen zwei WLAN-Zellen. Beeinträchtigung des Roaming-Vorgangs zwischen WLAN und GSM, durch mögliche Störungen des WLAN-Signals. Unterschiede bei der Planung eines WLAN für reine Datenübertragung und der Planung eines WLAN für Sprachübertragungen in Echtzeit.

Da es sich beim WLAN sowohl um ein Shared Medium als auch um eine physikalisch bedingt störanfällige Funkverbindung handelt, sind einige Gesichtspunkte bei der qualitativen Bewertung der Übertragung von Sprache von besonderer Bedeutung. Dazu gehören

  • Handover-Zeiten: Die Handover-Zeiten zwischen benachbarten WLAN-Funkzellen müssen möglichst gering gehalten werden, damit diese die Übertragung der Sprache nicht beeinträchtigen.
  • Grenzwerte für Signalstärke: Damit eine durchgängig gute Sprachqualität garantiert werden kann, müssen im gesamten Gebiet des WLAN festgelegte Grenzwerte für die Signalstärke eingehalten werden. Dazu müssen sich die einzelnen Funkzellen bis zu einem bestimmten Grad überlappen, um so auch das rechtzeitige Handover zu begünstigen.
  • Rechtzeitiges Handover: Ein bekanntes Problem bei Wireless-LAN Geräten ist die rechtzeitige Einleitung des Handovers/Roamings. Es muss eine software-gesteuerte Schranke eingerichtet werden, ab der das System selbstständig den Handover- / Roaming-Vorgang einleitet.
  • Schnelle Authentifizierung: Die Zugriffssteuerung sollte den Zeitbedarf des Handover- / Roaming-Vorgangs nicht negativ beeinflussen.
  • Sicherheit: Es muss trotz Handover-Beschränkungen ein sicheres Verfahren zur Authentifizierung der mobilen Nutzer gewählt werden.
  • Kanalplanung: Zur Kanalplanung stehen im 2,4-GHz-Band nur wenige interferenzfreie Kanäle zur Verfügung. Nutzt man statt dessen das 5-GHz-Band, (802.11a) so ist die Kanalplanung erheblich einfacher, allerdings wird dieses Frequenzband derzeit nicht von allen Fixed-Mobile-Convergence-Systemen unterstützt. Weitere Störquellen sind Bluetooth-Geräte, DECT bei 2,4 GHz, Videoübertragungssysteme, Amateurfunk, Mikrowellenherde etc.

In Bezug auf die Zellplanung eines WLAN sind ebenfalls einige Einschränkungen gegenüber reiner Datenübertragung zu berücksichtigen. Ein mit G.711 kodierter Anruf erzeugt beispielsweise Ethernet-Rahmen mit einer Rahmengröße von 228 Byte inklusive aller Header. Ein Gespräch erzeugt einen RTP-Verkehr von 50 Paketen pro Sekunde in jede Richtung, womit ein Gespräch rund 182 kbit/s beansprucht. Demnach könnten bei 802.11b in einer Funkzelle theoretisch rund 60 Gespräche parallel stattfinden. Diese naive Berechnung berücksichtigt jedoch weder Paketwiederholungen, Empfangsbestätigungen, Management Rahmen, konkurrierenden Datenverkehr noch die Einflüsse des Medienzugriffsverfahrens. Planerisch sinnvoll sind maximal acht Telefonate pro Zelle. Auch bei einer reinen VoIP-Nutzung sollte der Wert kaum über zehn gleichzeitige Telefonate hinausgehen, da man die abnehmende Datenübertragungsrate am Rand der Zelle einkalkulieren muss.

Damit müssen WLANs, die auch für Sprache genutzt werden, in der Regel viel dichter und mit kleineren Zellradien geplant werden als reine Daten-WLANs, um eine qualitativ hochwertige und unbrechungsfreie Sprachübertragung zu gewährleisten.

Neben diesen von der gewählten FMC-Lösung unabhängigen Faktoren sind jedoch noch eine ganze Reihe Hersteller-spezifischer Unterschiede zu beachten. Dazu zählen unter anderem die angebotenen Sprach-Codecs der Endgeräte und vor allem die eingestellten Schwellwerte für Handover- und Roaming-Vorgänge. Mit diesen Unterschiede zwischen den Herstellern beschäftigt sich der zweite Teil des Beitrags „Fixed-Mobile-Convergence im Test Teil 2 – Siemens HiPath Mobile Connect vs. Avaya one-X Mobile“ im Rahmen eines Vergleichstests.

Über die Autoren

Dr. Frank Imhoff ist bei ComConsult als Technischer Direktor (CTO) für den Bereich neue Kommunikationslösungen verantwortlich. Dazu gehören insbesondere Themen wie Voice over IP, Unified Communications, Kollaborationssysteme und Mobility-Lösungen. Er beschäftigt sich seit Jahren intensiv mit dem Management von heterogenen Kommunikationslösungen und dem Thema Unified Communications. Imhoff berät Unternehmen bei der Konzeption entsprechender Lösungen und hat bereits zahlreiche Projekte in diesem Bereich erfolgreich geleitet. (Kontakt: imhoff@comconsult.com).

Dr. Michael Wallbaum ist seit Jahren als Senior Consultant im Bereich moderner Kommunikationssysteme tätig. Zudem leitet er das ComConsult-eigene Labor, das über nahezu alle gängigen Enterprise-Kommunikationslösungen verfügt und umfangreiche Möglichkeiten bietet, jede Art von Unified Communications & Collaboration genau unter die Lupe zu nehmen. Zu den Spezialgebieten von Dr. Wallbaum gehören daher auch die Integration unterschiedlicher Kommunikationslösungen und die Entwicklung entsprechender Migrationsszenarien. (Kontakt: wallbaum@comconsult.com).

Dipl.-Inform. Nick Schirner ist bei ComConsult Beratung und Planung auf Unified-Communications- und Fixed-Mobile-Convergence-Lösungen spezialisiert. Weitere Schwerpunkte seiner Arbeit liegen in der Konzeption von Test-Umgebungen sowie in der Durchführung von umfangreichen Produkttests im ComConsilt-eigenen Test-Center.

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