Flächendeckende Wireless-Infrastrukturen: die Kandidaten

Kommentieren Drucken

Die generelle Entwicklung hin zu mobilen Endgeräten und Trends wie BYOD verschärfen die Anforderungen an eine flächendeckende Wireless-Infrastruktur erheblich. Die aktuell verbaute Produktgeneration nach IEEE 802.11n wird den Anforderungen nicht mehr lange gewachsen sein, man kann sogar sagen, dass sich Planungen für die Bereitstellung neuer Dienste auf der technischen Basis von 11n überhaupt nicht mehr lohnen, weil 11n die notwendige Versorgungsqualität nicht mehr erreichen wird. Leider haben die neuen Kandidaten ebenfalls vorhersehbare Mängelbereiche.

Die Entwicklung der Endgeräte wie Smartphones und Tablets scheint in immer schnellerem Takt zu erfolgen. Kaum ist ein Gerät auf dem Markt, wird schon darüber spekuliert, welche positiven Eigenschaften die nachfolgende Generation haben könnte. War dies zu Beginn nur dem Hersteller Apple vorbehalten, hat sich nun ein genereller Trend etabliert, der auch die Alternativen z.B. auf Basis einer Android-Version umfasst. Und auch Microsoft könnte noch für eine Überraschung gut sein.

Die neuen Endgeräte stellen erheblich höhere Anforderungen an die Infrastruktur als ihre Vorgänger. Das wird besonders bei Tablets deutlich, die nur einen sehr kleinen eigenen Speicher und auch vielfach gar keine Möglichkeit zur Anbindung an ein lokales Speichermedium besitzen. Sie sollen eben diese Leistung aus der „Cloud“ beziehen.

Man kann jetzt lange darüber diskutieren, ob das überhaupt sinnvoll ist oder nicht nur ein sehr geschicktes Geschäftsmodell zur langfristigen Kundenbindung. Die Geräte sind da und drängen auch in den Bereich der Unternehmen und deren Applikationen.

Da diese Geräte am Nabel der Cloud hängen, zieht das natürlich sofort höhere Anforderungen an die Leistung der Datenübertragung nach sich. „Natürlich“ haben diese Geräte auch keine kabelgebundene Ethernet-Schnittstelle mehr, sind sie doch für den flexiblen mobilen Einsatz gedacht, da würde ein Kabel nur stören.

In den letzten 2-3 Jahren haben Provider eine bislang in der Geschichte der Datenkommunikation einzigartige Aufrüstungswelle vorgenommen. Die 3G-Mobilfunknetze wurden in einer gewaltigen Anstrengung auf 4G umgestellt. Dabei gab es zwei Alternativen, nämlich Mobile WiMax und LTE. Mobile WiMax hat sich dort durchsetzen können, wo es bereits ausgeprägte WiMax-Infrastrukturen gab, vor allem in Asien und in Teilen der USA. LTE ist eine neue Evolutionsstufe von UMTS und kam entsprechend dort zum Einsatz, wo UMTS breitflächig ausgebaut war, also z.B. in Europa.

So oder so musste jeder Provider für diese Aktion zweistellige Milliardenbeträge in die Hand nehmen. Die Kosten sind weniger bei den Base Stations entstanden, die die Benutzer versorgen, sondern vielmehr im Backbone, der die nunmehr wesentlich gesteigerten Datenmengen abtransportieren musste. Natürlich wurden die Backbones in diesem Zuge direkt „richtig“ aufgerüstet, um auch die gesteigerten Anforderungen aus anderen Versorgungsstrukturen wie z.B. VDSL bewältigen zu können. Die Deutsche Telekom hat in diesem Zuge den gesamten Backbone völlig neu strukturiert und in diesem Zuge auch direkt auf IPv6 umgestellt. Insgesamt können jetzt ca. 10 Millionen Benutzer mit jeweils 50 – 100 Mbps über eine passende Schnittstelle wie VDSL oder LTE versorgt werden.

Unternehmen und andere Organisationen kommen durch diese Entwicklung in eine missliche Lage, denn sie haben in den vergangenen Jahren mit Erfolg teilweise flächendeckende Wireless-Infrastrukturen aufgebaut, die ohne Zweifel in den nächsten Jahren ebenfalls aufgerüstet werden müssen, um den neuen Anforderungen Rechnung tragen zu können. Dies zieht natürlich Kosten nach sich.

Die bisherigen WLAN-Infrastrukturen basieren überwiegend auf dem Standard IEEE 802.11n. Die Kernfrage ist jetzt, wie diese Infrastrukturen sinnvoll aufgerüstet werden können.

Die aktuellen Probleme im Zusammenhang mit 11n lassen sich kurz wie folgt zusammenfassen:

  • miserables Medienzugangsverfahren DCF
  • zu geringe Leistung für die heute typische Zellengröße
  • extreme Schwankung der Service-Qualität innerhalb einer Zelle

Fragestellungen sind also:

  • Wir müssen davon ausgehen, dass die Anzahl mobiler Teilnehmer in den Unternehmen zunimmt. Was bedeutet das für die Planung von WLAN-Installationen?
  • Wie groß soll die Zellabdeckung sein (inklusive der notwendigen Überlappung mit Nachbarzellen für bewegende Teilnehmer)?
  • Wie viele Teilnehmer pro Zelle werden erwartet?
  • Wie viel Bandbreite soll jedem Gerät zugewiesen werden?

Für zukünftige Lösungen gibt es aktuell zwei Kandidaten:

  • IEEE 802.11ac als unmittelbare Weiterentwicklung von 11n im 5 GHz-Band
  • IEEE 802.11ad als neuer Standard für die Kommunikation im 50 GHz-Band

Beide versprechen in der Werbung bis zu 7 Gbit/s. pro Zelle, im Fall von 11ac erkennt man selbst mit geringer Sachkenntnis, dass die Leistung in der Praxis erheblich geringer sein wird.

11ad ist konstruktiv erheblich besser und könnte tatsächlich eine Leistung in der Größenordnung einiger Gigabit/s. pro Zelle erreichen, aber hier machen die Eigenschaften der Wellenausbreitung im Millimeterwellenbereich erhebliche Probleme, die kurz gesagt dazu führen werden, dass die Zellen wesentlich kleiner werden als bei 11n oder 11ac.

Das eigentliche Problem liegt aber viel tiefer: schon seit 11a selig werden die WLAN-Standards nicht für die Unternehmenskommunikation, sondern eigentlich einzig und alleine für den Bedarf des Consumer-Marktes entwickelt. Das Beglücken von Haushalten mit Internet-basiertem HDTV bringt wesentlich höhere Stückzahlen als irgendwelche Unternehmen oder Behörden.

Bei 11n hat es 2 bis 3 Jahre gedauert, bis die für den Privatbereich längst in Form von „Pre-N“-Implementierungen vorliegenden Komponenten von interessierten Herstellern meist unter Hinzufügung eines passenden Controller-Designs so erweitert wurden, dass sie für die flächendeckende Anwendung in Unternehmen geeignet waren.

Dieses Mal wird das erheblich schneller gehen, weil das Controller-Design an sich dazu nicht neu erfunden werden muss.

Das steht natürlich generell im Umfeld der Fragen um BYOD, aber hier konzentrieren wir uns auf die reine Netz-Seite.

Die erste Frage ist, ob es für ein Unternehmen überhaupt sinnvoll ist, WLANs nach 11n durch WLANs nach 11ac abzulösen. Der Unterschied zwischen der höchsten Leistungsstufe von 11n (nominal 540 Mbps/Zelle) und der Leistungsstufe der ersten Produktgenerationen von 11ac (real 700 -1200 Mbps/Zelle) ist nämlich gar nicht so groß, wie es auf den ersten Blick scheinen mag. Also nur für knapp die doppelte Leistung lohnt sich die teure Umstellung nicht wirklich. Um den gleichen Effekt zu erzielen, könnte man nämlich auch über eine Verdichtung der 11n-Zellen nachdenken, die z.B. die Nutzerzahl pro Zelle halbiert.

Denkt man etwas weiter, liegen die Kosten für eine Erweiterung nämlich genau wie bei den Providern nicht so sehr bei den neuen Access Points, sondern vielmehr in der Infrastruktur. Spätere Generationen von 11ac und schon die erste Generation von 11ad haben eine Datenrate von deutlich mehr als 1 Gbps/Zelle. Daher ist die Einbindung eines Access Points mit wie heute üblich GbE nicht mehr ausreichend. Die gesamte Infrastruktur, die die APs versorgt, muss auf 10 GbE umgestellt werden !!! Das bedeutet nicht nur in vielen Fällen neue Kabel, sondern auch 10 GbE-Switches mit entsprechender Aggregation zum Rechenzentrum.

In der Vergangenheit war man gewohnt, die APs mit PoE zu versorgen, weil es so schön bequem ist. Aus vielen technischen Gründen, die hier nicht ausführlich diskutiert werden können, ist es unwahrscheinlich, dass es PoE für 10 GbE geben wird. Kurz gesagt liegt das einfach daran, dass die Spezifikation für 10 GBASE-T die Möglichkeiten der Verkabelung extrem ausreizt und eine zusätzliche Übertragung von Stromversorgungsleistung die für diesen Zweck definitiv ursprünglich nicht vorgesehenen Kabel derart negativ beeinflusst, dass die Datenübertragung erheblich behindert wird. Für kurze Strecken, sagen wir mal bis 10m, wird man das irgendwie hinbiegen können, aber APs haben ja grade die Eigenschaft, weiter entfernt zu stehen, so dass es oftmals mit den 90 – 100 m, die die Verkabelung hergibt, knapp wird.

Also wird man die Stromversorgung der Multi-Gigabit-APs anders organisieren müssen und in einigen Fällen auch um eine optische Datenverbindung zu den APs nicht herumkommen.

Mit 11ad verschärft sich diese Situation noch weiter, denn die Eigenschaften der Wellenausbreitung im Millimeterwellenbereich führt zu Zellen, deren Größe selbst unter optimistischen Annahmen 50 – 70 qm kaum überschreiten wird. Für die Anwendung im Consumer-Bereich ist das kein statistisch ernst zu nehmendes Problem, denn die wenigsten Personen weltweit haben deutlich größere Wohnzimmer. Für eine flächendeckende Unternehmenslösung wird das Zellendesign aber lustig. Ganz grob geschätzt wird sich die Anzahl der Zellen gegenüber 11n oder 11ac um einen Faktor 4-5 erhöhen. Und damit die Kosten für die Infrastruktur entsprechend. Der Lohn für diese Mühe ist allerdings eine WLAN-Flächendeckung mit bis zu real 5 Gbps/Zelle.

Um die Markteinführung von 11ac nicht zu behindern, ist trotz vorhandener Muster für alle Komponenten (die auch funktionieren), die Weiterentwicklung von 11ad für etwa zwei Jahre auf Eis gelegt worden.

Diesen Zeitraum können Unternehmen und Organisationen dazu nutzen, zu entscheiden, welche Technik sie denn in Zukunft einsetzen möchten. Die Alternativen wären ein Schnellschuss mit 11ac oder die Beibehaltung von 11n, bis 11ad kommt. Das ist schwierig, denn für eine endgültige Entscheidung müsste man genauer wissen, welche Anforderungen aus den Anwendungen überhaupt bewältigt werden müssen.

In der Zwischenzeit wird sich aber noch eine weitere Diskussion entwickeln, nämlich die Frage, ob man überhaupt die eigene WLAN-Infrastruktur noch weiterentwickelt oder sie lieber durch LTE ergänzt oder ganz ersetzt. Denn LTE wird in den nächsten 1 bis 2 Jahren überall verfügbar und letztlich ist es nur ein Rechenexempel.

zugeordnete Kategorien: LAN
zugeordnete Tags:

Sie fanden diesen Beitrag interessant? Sie können



Anmerkungen, Fragen, Kommentare, Lob und Kritik:

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

*

.