Definition Was ist ein Wireless Mesh Network (WMN; 802.11s)?

IEEE 802.11s, auch als Wireless Mesh Network(WMN) bezeichnet ist ein Standard, mit dem sich drahtlos vermaschte Netzwerke realisieren lassen. Einzelne Komponenten des Netzwerks agieren dabei sowohl als Sender als auch als Empfänger. Das Wireless Mesh Network (WMN) ermöglicht flächenmäßig große Netzwerke mit hohen Übertragungsraten.

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Der Standard 802.11s des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) beschreibt das Wireless Mesh Network (WMN), das vermaschte drahtlose Netzwerke ermöglicht. Während sich in herkömmlichen WLANs die Clients mit einzelnen Accesspoints verbinden, fungieren in einem Wireless Mesh Network die Stationen sowohl als Sender als auch als Empfänger. Bei den miteinander vermaschten Stationen handelt es sich beispielsweise um Router, Clients, Repeater oder Accesspoints.

Die Technik gestattet Funknetze mit großer Flächendeckung bei gleichbleibend hohen Übertragungsraten. Gleichzeitig entsteht eine redundante Struktur, die den Ausfall einzelner Komponenten oder Übertragungsstrecken abfängt. WMNs kommen im privaten Umfeld für die Heimvernetzung oder im professionellen Bereich für funkbasierte Infrastrukturen zum Einsatz. Im Standard ist definiert, wie die einzelnen WLAN-Stationen miteinander kommunizieren und ein vermaschtes Netzwerk bilden. Die theoretische Ausdehnung eines vermaschten Wireless Networks ist nicht begrenzt.

Das Wireless Mesh Network und sein Funktionsprinzip

Ein Wireless Mesh Network kann sich aus vielen verschiedenen Stationen und Geräten zusammensetzen. Die einzelnen Geräte sind WLAN-fähig und leiten drahtlos empfangene Signale anderer Stationen weiter. Neben Routern, Repeatern oder Accesspoints agieren PCs, Laptops oder Smartphones als vermaschte Sender und Empfänger.

Im Gegensatz zu proprietären Mesh-Verfahren, die häufig auf Schicht 3 des ISO/OSI-Schichtenmodells arbeiten, gestattet 802.11s die herstellerunabhängige Vernetzung der Stationen auf dem MAC-Layer (Layer 2). Es kommen Routingverfahren wie das Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP) zum Einsatz. HWMP kombiniert zwei Routing-Ansätze für den mobilen dynamischen Teil und den festen statischen Teil des Netzwerks. Im festen Teil entsteht eine proaktive baumartige Struktur und alle Routen zu einem Wurzelknoten sind allen bekannt. Der dynamische Teil arbeitet reaktiv und ermittelt Routen nur bei Bedarf. Für Protokolle höherer Schichten ist HWMP vollständig transparent.

Jede Funkzelle einer Station überschneidet sich bewusst mit der Funkzelle benachbarter Stationen. Für die Optimierung des Datendurchsatzes greifen die vermaschten WLAN-Knoten flexibel auf die zur Verfügung stehenden Funkkanäle zu. Im kompletten Netzwerk ist eine einzige SSID (Service Set Identifier) gültig. Clients verbinden sich über diese SSID mit dem Wireless Mesh Network und wechseln automatisch die einzelnen Funkbereiche abhängig von der Stärke des Funksignals.

Typische Merkmale in einem Wireless Mesh Networks nach IEEE 802.11s

Typische Merkmale in einem Wireless Mesh Network sind:

• dynamisches Routing auf dem MAC-Layer (Schicht 2)

• dynamischer und flexibler Zugriff auf alle nutzbaren Funkkanäle

• Clients verbinden sich automatisch mit dem stärksten Funksignal und wechseln Funkzellen flexibel

• im kompletten Wireless Mesh Network ist eine einheitliche SSID gültig

• Kompatibilität mit bestehenden 802.11-Standards

Das Wireless Mesh Network nach 802.11s und seine Funktionskomponenten

Im Gegensatz zu herkömmlichen Funknetzen mit den klar definierten Rollen für Accesspoints und Clients kennen vermaschte WLANs nach 802.11s keine ausschließlichen Masterknoten. Stationen nehmen mehrere oder nur einzelne Funktionen im drahtlosen Netzwerk wahr. Typische Rollen im Wireless Mesh Network sind:

• der MAP (Mesh-Accesspoint): dient als Accesspoint für Clients und leitet Daten an andere Knoten weiter

• der MP (Mesh-Point): empfängt Daten von anderen Knoten und reicht sie an andere Knoten weiter

• MPP (Mesh-Point-Portal): stellt eine Gateway-Verbindung zu anderen Netzwerken her

Die verschiedenen 802.11s-Komponenten routen die Daten des vermaschten Netzes innerhalb der MAC-Schicht. Dies ist hinsichtlich Energieeffizienz und den Anforderungen an die Hardware vorteilhaft. Im Gegensatz zum IP-Routing-Verfahren stößt das MAC-Routing nicht so schnell an Performance-Grenzen.

Für einen flexiblen Zugriff auf die Funkkanäle besitzen 802.11s-Stationen häufig zwei Funkmodule. So lässt sich der von anderen Clients empfangene Datenverkehr und der Datenverkehr zu anderen Knoten in unterschiedlichen Kanälen übertragen. Für einen WLAN-Client ohne jegliche eigene Meshfunktionen verhält sich das Wireless Mesh Network wie ein herkömmliches WLAN. Der Client kann sich dank der einheitlichen SSID im kompletten Funkbereich des WMNs frei bewegen.

Das Wireless Mesh Network und die Verschlüsselung

In einem Wireless Mesh Network fehlen für die Authentifizierung nach WPA2 die herkömmlichen Hierarchien des WLANs. Die vermaschten Knoten authentifizieren sich daher gegenseitig und treten dabei jeweils in unterschiedlichen Rollen auf. WMNs unterstützen sowohl die zentrale Authentifizierung mit Radius-Servern als auch das Pre-shared-Key-Verfahren.

Vorteile des WMNs im Vergleich zu herkömmlichen WLANs

Gegenüber herkömmlichen WLANs mit Accesspoints und Clients bietet das Wireless Mesh Network zahlreiche Vorteile. Diese Vorteile sind:

• Realisierung von WLANs mit großer Flächendeckung und gleichbleibend hohen Datenraten

• ressourcenschonendes dynamisches Routing auf MAC-Ebene

• nur eine einzige SSID für das komplette WLAN notwendig

• Clients können sich innerhalb des WLANs frei bewegen und wechseln automatisch zur Funkzelle mit dem stärksten Signal

• nur wenige zentrale Übergänge ins Internet notwendig

• redundante Netzwerkstruktur fängt Ausfälle von Einzelkomponenten ab

• energieeffiziente Arbeitsweise

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