Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 75

Struktur und MAC von Wireless MESH-Networks nach IEEE 802.16a

22.02.2010 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

Ein Wireless Mesh-Network ist nicht auf den Standard 802.11 beschränkt; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
Ein Wireless Mesh-Network ist nicht auf den Standard 802.11 beschränkt; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels

In den Teilen 70 und 71 haben wir die Wireless MESH-Networks auf der Basis von WLAN-Technologie nach IEEE 802.11s besprochen. IEEE 802.16a stellt eine weitere Alternative für Wireless MESH-Networks dar, die die gesamte zusätzliche Funktionalität von IEEE 802.16 WBA enthält, also unter anderem die erweiterten Sicherheitsfunktionen.

Wir geben zunächst einen Überblick über den Entwicklungshintergrund und die 2 bis 11 GHz PHY, detaillieren dann die notwendigen MAC-Erweiterungen, besprechen die drei PHY-Varianten genauer und klären schließlich die Koexistenzfrage.

Es herrscht oft Unsicherheit hinsichtlich der benutzbaren Frequenzbereiche. Wie der Rest von 802.16, wurde auch die Erweiterung für 2 bis 11 GHz auf eine breite Konformitätsbasis hinsichtlich internationaler, also auch europäischer Standards, gestellt. Die meisten Frequenzbereiche unterliegen einer vollständigen Regulation, lizenzfrei sind lediglich die Bereiche 2,4 bis 2,483.5 GHz und 5,150 bis 5,850 GHz. In den kontinuierlich stattfindenden „World Radio Conferences“ werden nationale und internationale Bestimmungen aufeinander abgestimmt.

Ein wichtiger Begriff ist Wireless HUMAN (Highspeed Unlicensed Metropolitan Area Network). Im Bereich unlizenzierter Frequenzbänder sind die Funktionen DFS (Dynamische Frequenz Selektierung) und TPC (Transmit Power Control) zwingend vorgesehen. Sie werden sowohl durch den Standard als auch durch die Regulierungsinstanzen vorgeschrieben und definiert. Außerdem gibt es noch zwei weitere Möglichkeiten, Optimierungen in unlizenzierten Bereichen vorzunehmen, nämlich Ausrichtung und Polarisation von Antennen. Sie sind aber nicht Bestandteil der Standardisierung.

DFS arbeitet generell mittels des Vergleichs eines Schwellwertes zu den aktuellen RSSI-Messungen der Radio-Schnittstelle. DFS ist effektiv gegenüber anderen erdbasierten Systemen, wie Radar, Radio-LANs (als Oberbegriff zu IEEE 802.11 WLANs und anderen wie z.B. ETSI HIPERLAN) sowie gegenüber fremden Wireless-HUMAN-Systemen gleicher Bauart. Es wird als wenig wirkungsvoll gegenüber Störungen aus luftbasierten Systemen wie Satelliten oder fliegenden Radarsystemen (AVACS) angesehen.

Wie wir weiter unten sehen werden, wird DFS auch in IEEE 802.16A2 nur teilweise definiert. Dies liegt daran, weil die endgültige zu wählende Ausführungsform vom Aufstellungsort des Funksystems abhängt. TPC versucht immer, das gewünschte Übertragungsziel hinsichtlich Reichweite, Datenrate, Codierung und anderen Bedingungen wie SNR mit der minimal möglichen Sendeleistung zu erreichen. Ein Nebeneffekt von TPC ist, dass die Belastung durch „Elektrosmog“ minimiert wird. Die geeignete horizontale und vertikale Ausrichtung der Antennen kann das Interferenzpotential eines Funknetzes erheblich senken.

Dadurch kann auch z.B. bei sonst gleichen Bedingungen die Sendeleistung zurückgenommen werden. Eine kreuzweise Antennenpolarisation im 5-GHz-Band kann bei Systemen, die mit Sichtlinien (LOS) arbeiten, eine Isolation von ca. 15 dB bewirken. Dieser Effekt verfällt allerdings bei Systemen, bei denen keine Sichtlinie vorausgesetzt wird (NLOS). Bei den meisten Installationen werden horizontale und vertikale Polarisation benutzt, um die spektrale Nutzung zu maximieren.

Die Besonderheit von IEEE 802.16 Amendment 2 ist die Definition des Wireless HUMAN Maschen-Systems. Das Maschensystem kann als hexagonales Muster abstrahiert werden.

An jeder Ecke eines Sechsecks sitzt dabei ein Maschenknoten. Durch Parametrierung der Distanz zwischen einer Menge von benachbarten Knoten können unterschiedliche praktische Auslegungen relativ leicht analysiert werden. Maschenknoten, die eng beieinander sind, können nicht gleichzeitig auf demselben Kanal senden, ohne sich zu stören. Dies wird durch das Konzept der erweiterten Nachbarschaft erfasst. Ein Hop ist die Distanz zwischen zwei Knoten. Eine erweiterte Nachbarschaft eines Knotens besteht aus der Menge von Knoten, die von ihm durch zwei Hops erreicht werden können bzw. entfernt sind. Auf dieser Basis lassen sich z.B. Interferenzmodellierungen mit endlichem Aufwand durchführen.

weiter mit: Das Maschennetz als Alternative zur sternförmigen Struktur

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