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So begegnen Sie den steigenden Anforderungen beim drahtlosen Netzwerkzugriff WLAN-Virtualisierung: freier Funk für alle

Autor / Redakteur: Marius Schenkelberg / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

WLAN-Konzepte auf Microcell-Basis kämpfen aufgrund steigender Anforderungen an die Mobilität zunehmend mit Problemen bei der Funkverbindung, beim Roaming und bei der Skalierbarkeit. Ein Trend der diese Probleme lösen kann ist die WLAN-Virtualisierung.

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Mittels Channel Layering will Meru die Bandbreite im WLAN für alle Clients signifikant erhöhen.
Mittels Channel Layering will Meru die Bandbreite im WLAN für alle Clients signifikant erhöhen.
(Bild: Meru Networks)

Nach der traditionellen WLAN-Technologie erfordert eine höhere Dichte an WLAN-Clients auch eine höhere Dichte von Access Points, um die notwendige Bandbreite pro Client bereitstellen zu können. Erfordert eine größere Anzahl von WLAN-Clients innerhalb des Funkfelds eine Erhöhung des Durchsatzes, dann muss der Abstand zwischen den Access Points verringert werden.

Diese Technik wird als Mikrozellentechnik bezeichnet. Bei der Microcell-Architektur handelt es sich um ein funkgesteuertes Netzwerk, bei dem sich die nebeneinanderliegenden Access Points (APs) auf unterschiedlichen RF-Kanälen befinden. Entwickelt wurde dieses Verfahren schon Ende der 90er mit dem Ziel, dass sich die einzelnen APs nicht gegenseitig stören. Aufgrund der noch geringen Anzahl an WiFi-Geräten funktionierte dieser Ansatz auch gut.

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Heutzutage machen Microcell-Architekturen aber sowohl dem Benutzer als auch der IT-Abteilung zunehmend Schwierigkeiten. WLAN-Zugang hält in immer mehr Unternehmen Einzug und mit ihm die Probleme in Form von Interferenzen und Kollisionen bei der Funkübertragung, der Kanalplanung und der Bandbreitenzuteilung. Oft sieht man sprichwörtlich abgewandelt „vor lauter Access Points die Übertragung nicht mehr“.

Hohe AP-Dichte möglichst ohne gegenseitige Beeinträchtigungen

Eine grundlegende Voraussetzung für eine funktionierende WLAN-Architektur ist, dass sich die einzelnen Access Points einander nicht stören. In Mikrozellen-Architekturen birgt deren hohe Anzahl allerdings Nachteile: Je mehr APs existieren, desto häufiger muss deren Leistung bzw. Konfiguration angepasst werden, um Störungen zu vermeiden.

Die Leistung der einzelnen Zellen sinkt somit kontinuierlich, je mehr Access Points dazukommen, und ein Großteil der verfügbaren Kapazität wird vergeudet. Dabei sollten alle APs gleichzeitig mit voller Leistung senden können bzw. im Optimalfall ihre Leistung gegenseitig sogar noch steigern. Die Berechnung der Leistung und die Kanaleinstellung eines solchen Zugangspunktes sind aber kompliziert bzw. erfordern spezielle Software. Zudem ist die Kanalplanung für Microcells keine einmalige Angelegenheit, sondern muss jedes Mal erneut durchgeführt werden, sobald ein Access Point in ein Netzwerk integriert oder verschoben wird.

Das Hinzufügen neuer Access Points zur Beseitigung von Funklöchern oder das Erweitern der Reichweite sollte für den IT-Administrator aber so einfach wie möglich gemacht werden und am besten wäre es daher, wenn gar keine Kanalplanung mehr notwendig wäre und alle Access-Points auf demselben Kanal arbeiten könten.

Wenn man aber bedenkt, dass selbst das Verschieben eines Schranks den RF-Sende- und Empfangsbereich für funkgesteuerte Clients stören und ein Funkloch erzeugen kann, ist es sicher keine leichte Aufgabe, wenn alle neuen APs denselben Kanal nutzen und mit derselben vollen Leistung senden wie die übrigen. Dennoch ist dieser Ansatz machbar!

Bring-your-own… Problems

Eine andere Herausforderung, denen sich heutige WLAN-Infrastrukturen stellen müssen, ist die Bring-your-own-Device-Mentalität (BYOD). Um in Verbindung zu bleiben, bringen Mitarbeiter vermehrt persönliche Wireless-Geräte mit zum Arbeitsplatz. Hier stellt sich die Frage: „Kann ich mein Gerät für Arbeitszwecke im Firmennetzwerk benutzen?" Mitarbeiter möchten nur ungern ein firmeneigenes und ein persönliches Wireless-Gerät mit sich herumtragen. Dies wiederum führt zu einer neuen Anforderung: Netzzugriffsrichtlinien und -funktionen, die es den Mitarbeitern gestatten, „eigene Geräte“ mitzubringen: BYOD!

Die BYOD-Unterstützung ist jedoch nicht ganz unkompliziert und erfordert Planung und Kenntnis der verschiedenen Zugriffsszenarien. Da Wi-Fi als ein Netzwerk-Portal für diese persönlichen Geräte angesehen werden kann, sind die Infrastruktur 802.11 und ihre Funktionen der wichtigste Baustein zur Einführung einer stabilen BYOD-Lösung.

Sehr wahrscheinlich muss Gästen eine Wireless-Verbindung zum Internet zur Verfügung gestellt werden. Ohne die automatische Festlegung eines Client-Wi-Fi-Profils wird die Bereitstellung der einzelnen Geräte zum Support-Problem. Beim größtmöglichen Geräteeinsatz ist der Support bei mehreren tausend Benutzern und zahlreichen unterschiedlichen Gerätetypen, OS-Plattformen und Wi-Fi-Treibern nicht mehr zu managen. Die Virtualisierung der WLAN-Infrastruktur kann hier Abhilfe schaffen.

weiter mit: Freiheit den APs!

Freiheit den APs!

In den meisten Infrastrukturen arbeiten die Access Points unabhängig voneinander, was eine vollständige Funknetzabdeckung schwieriger macht. Die Alternative: eine mit virtuellen Zellen und Ports ausgerüstete WLAN-Umgebung. Das Unternehmen Meru Networks beispielsweise verwendet als Vorreiter dieser Technologie die Begriffe Virtual Cell und Virtual Port.

Bei der Meru-Methode spannt sich eine virtuelle Zelle wie ein Schirm über alle Access Points. Die Virtual Ports teilen diese Zelle in virtuelle WLANs auf, die jeweils einem WLAN-Client zugeordnet werden. Somit nutzen alle APs denselben Kanal störungsfrei. Eine aufwendige Kanalplanung entfällt, und die APs honorieren ihre neu gewonnene Freiheit mit erhöhter Leistung.

Microcell-Systeme haben demgegenüber den Nachteil, dass sie die Clients mehr oder weniger zwingen, selbst zu entscheiden, mit welchem AP sie Verbindung aufnehmen. Der Client muss hierbei ständig alle Kanäle absuchen und abwägen, wann er von einem Zugangspunkt zu einem anderen wechseln soll. Dies führt häufig zu spürbaren Verzögerungen – insbesondere bei der Sprachübertragung – und unter Umständen sogar zum völligen Abbruch der Verbindung.

Bei der WLAN-Virtualisierung bleiben Clients dagegen ohne Verzögerung mit demselben virtuellen Kanal verbunden – unabhängig davon, wo sie sich im Netzwerk bewegen. Darüber hinaus benötigt der Anwender vor Installation der WLAN-Lösung auch keine Kenntnisse zur Kanalplanung, da überlappende Kanäle innerhalb dieses Konzepts nicht auftreten. Die sonst anfallenden Kosten im Vorfeld der Implementierung sind somit reduziert. Zugleich ist die Abhängigkeit des Endkunden vom spezifischen RF-Wissen des Systemintegrators geringer. Das Gleiche gilt für den Systemintegrator, der nicht länger von der Unterstützung des Lieferanten hinsichtlich Kanalplanung abhängig ist.

VoIP und Bandbreite

Eine Virtualisierung der WLAN-Infrastruktur hat auch im Bereich Voice over IP (VoIP) Vorteile. Viele WLAN-Produkte fungieren entweder als Access Points oder als Sensoren. Dies ist bei VoIP und anderen Echtzeitanwendungen ein gravierendes Problem, denn Sprachdatenpakete müssen so häufig gesendet werden, dass ein Access Point keine Zeit hat, zwischen zwei Übertragungen den Sensormodus zu aktivieren und wieder zu deaktivieren. Bei der WLAN-Virtualisierung können APs Sprach-Clients bedienen und gleichzeitig nach Bedrohungen suchen.

Gerade im VoIP-Sektor behaupten viele Anbieter, die höchste Tonqualität gewährleisten zu können. Bei den meisten erreicht diese Qualität objektiv gemessen jedoch noch nicht das Niveau der Festnetztelefonie. Einen Anhaltspunkt bietet hier der Mean Opinion Score (MOS) von VoIP-Geräten. Ab einem Wert von 4,0 hat das VoIP-Netzwerk eine höhere Qualität als die Festnetztelefonie.

Zum Vergleich: Mobiltelefone erreichen in der Regel Werte zwischen 3,0 und 4,0. Viele VoIP-Anbieter auf WLAN-Basis bleiben unter einem Wert von 3,0. Darüber hinaus stellt das System eine zuverlässige WLAN-Sicherheit und -Leistung bereit, die auch für anspruchsvolle Sprach- und Breitbandvideo-Anwendungen geeignet ist. Die Technologie erkennt dabei den unternehmenskritischen Datenverkehr im Netzwerk und erfüllt die QoS-Anforderungen der Anwendung bei gleichzeitiger Überprüfung auf schädliche Geräte – ohne, dass dies die Bandbreite beeinflusst.

Stichwort Bandbreite

In seltenen Fällen geschieht die Skalierung der Bandbreite beim Integrieren neuer Sender linear. Auch hier greift die WLAN-Virtualisierung, bei der jeder neue Sender eine andere Virtual Cell auf einem anderen Funkkanal bedienen kann. Aus dieser Maßnahme resultieren höhere Benutzerdichten und auch neue Anwendungen im Netzwerk. Bei Microcell-Netzwerken ist die Skalierung problematischer, da ein Großteil der verfügbaren Bandbreite bereits für das Abfangen von Störungen genutzt wird.

WLAN-Virtualisierung greift auf das Konzept des Channel Layering zurück. Hierbei werden mehrere Virtual Cells im selben physischen Raum übereinander gestapelt. Die verfügbare Bandbreite wird durch die Anzahl der genutzten Sender vervielfacht. Im Unterschied zu Microcell-Systemen, bei denen eine Multichannel-Fähigkeit oft nur behauptet wird, stellen Virtual Cells alle Kanäle im gesamten Netzwerk zur Verfügung. Neue Zellen lassen sich jederzeit ohne aufwändige und teure Anpassungen der Struktur oder Unterbrechung vorhandener Anwendungen integrieren.

Fazit

Das Thema Virtualisierung hat auch den Wireless Network-Sektor erreicht. Die traditionelle WLAN-Technologie wurde in Zeiten entwickelt, in denen der Hauptzweck des drahtlosen Netzes die Bequemlichkeit war. Mobilität spielte noch kaum eine Rolle. Das ist heute anders, da Smartphones, Laptops und damit der ortsunabhängige Internetzugang zum Standard gehören.

Professionelle Anbieter von virtuellen WLAN-Architekturen haben sich auf die neuen Anforderungen bereits zeitnah eingestellt: In der Virtual Cell-Architektur des Herstellers Meru Networks beispielsweise können sämtliche Access Points bei voller Leistung senden. Das Resultat ist ein weitaus größerer Sendebereich pro AP als in einem Microcell-Netzwerk und stärkere Signale für die Benutzer. Diese Weiterentwicklungen in der WLAN-Technologie ermöglichen den Anwendern einen freien und zuverlässigen Zugriff auf das Internet.

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