Die Architektur eines Hiperlan/2-Netzwerks sieht analog zu den bekannten WLANs Access Points vor, die sich gemäß den Erfordernissen aufstellen lassen. Bei der Raumabdeckung geht man im 5-GHz-Band von einem Radius von etwa 50 Metern aus, in dem sich die mobilen Stationen um den Access Point bewegen dürfen.
Es sind zwei Typen von Verbindungen möglich: Point-to-Point und Point-to-Multipoint. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sind bidirektional, während Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen unidirektional in Richtung des mobilen Terminals verlaufen.
3.5 WLL (Wireless Local Loop)
Unter der Bezeichnung WLL (Wireless Local Loop) werden mehrere Funktechnologien zusammengefasst, die die "Letzte Meile" (die Strecke zwischen der Telefon-Ortszentrale und dem Anschluss des Fernmeldeteilnehmers) drahtlos überbrücken. WLL kann man in gewisser Weise als Erweiterung der WLAN-Technologie betrachten - oft sind es die gleichen Hersteller mit zum Teil den gleichen Komponenten.
Für WLL sind in Deutschland zwei Frequenzbänder verfügbar: 3,4 und 26 GHz. Beide verwenden Mikrowellenrichtfunk, und zwar als Punkt-zu-Multipunkt-Verfahren (PMP). Ein Sender oder eine Basisstation bedient damit mehrere Abnehmer. Die Empfangsantennen der Abnehmer müssen in Sichtweite zum WLL-Sender platzieren werden - der wohl größte Nachteil der Lösung.
Eine Basisstation kann bis zu 300 Teilnehmer bedienen. Der 3,4-GHz-Bereich lässt Übertragungen von 2 bis 3 Mbit/s zu, und dies bei einer Reichweite von bis zu zehn Kilometern (allerdings nur, sofern sich eine Sichtverbindung auf diese Distanz realisieren lässt!).
Das 26-GHz-Band weist mit 30 bis 40 Mbit/s eine höhere Bandbreite auf, muss aber bei der Reichweite mit drei bis fünf Kilometern Einbußen hinnehmen.
3.6 WLAN 802.11x
In Wireless Local Area Networks können mobile Endgeräte (zumeist Notebooks) mittels Funktechnologie über an den Wänden oder Decken installierten Access-Points kommunizieren. Diese Funkschnittstellen sind in den meisten Fällen an ein drahtgebundenes LAN angeschlossen.
Teilweise sind auch Peer-to-Peer-Technologien realisierbar.
Während Infrarotlösungen preisgünstig kurze Distanzen mit Sichtkontakt überbrücken, lassen sich per Funk auch Entfernungen von mehreren Kilometern bewältigen. 1997 hat das US-amerikanische IEEE den Standard 802.11 für Wireless LANs verabschiedet. Dieser wurzelt in seinen Grundzügen im Ethernet-Protokoll für kabelgestützte Netze und nutzt das 2,4-GHz-Band. Die Datendurchsatzrate ist bei 2 Mbit/s festgelegt. Zur Datenübertragung sind zwei Modulationsverfahren vorgesehen: Frequency-Hopping und Direct Sequence.
Durch Funkzellen lässt sich eine gute Flächenabdeckung erreichen. Auch Roaming wird unterstützt - wie beim digitalen Mobilfunk merkt der Anwender nicht, dass er sich mit seinem Endgerät während der Verbindung gerade von einer Funkzelle in das Gebiet einer anderen Funkzelle bewegt.
Zunächst war die Interoperabilität von Geräten verschiedener Hersteller nicht sehr zuverlässig, da die 802.11-Spezifikation nur die Basisanforderungen festlegt. Zudem bewegte die zum Standardisierungszeitpunkt technisch bereits überholte Bitrate von 2 Mbit/s viele Hersteller dazu, zusätzlich auch individuelle, leistungsfähigere Übertragungsmodi zu entwickeln. So kam Ende 1999 mit dem IEEE 802.11b-Standard (802.11 High Rate) bereits ein Nachfolger, der die maximale Datendurchsatzrate auf 11 Mbit/s anhebt.
Mit WLANs lassen sich prinzipiell komplette, auch sehr große Netzwerke aufbauen, die völlig ohne Kabel auskommen. Die Größe des Netzwerks hängt davon ab, wie viele Access-Points sich maximal in ein Netz integrieren lassen und wie viele Stationen ein Access-Point bedienen kann. Hier gibt es durchaus beträchtliche Unterschiede zwischen den Geräten.
Eines der größten WLAN-Projekte Europas ist derzeit an der Universität Rostock installiert - dort sind mehrere tausend Endgeräte kabellos miteinander vernetzt. Im Normalfall wird man aber sinnvollerweise eher Mischstrukturen aufbauen, in denen beispielsweise im High-Speed-Backbone ein entsprechendes Festnetz zum Einsatz kommt, während man auf Etagenebene die Vernetzung mit WLANs ausführt. 100 oder 1000 Mbit/s - im Backbone heute keine Seltenheit mehr - lassen sich auch mit der schnellsten WLAN-Technologie derzeit bei weitem nicht erreichen.
4. Erforderliche Hardware zur Einrichtung eines Wireless LANs
Der zentrale Punkt einer jeden Funkzelle ist der Access Point. Er verwaltet alle mit ihm verbundenen Funkstationen; es können gleichzeitig bis zu 256 Stationen (von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich) von einem Access Point verwaltet werden. Der Access Point ist aber auch das Bindeglied zu einem mit 802.3 (Ethernet CSMA/CD) kompatiblen LAN.
Die meisten auf dem Markt erhältlichen WLAN-Lösungen bestehen aus einem Access Point und ISA-
oder PCI-Einbaukarten. Inzwischen sind auch schon die ersten USB-Adapter für WirelessLAN
erhältlich.
Die ISA/PCI/USB-Karten werden in einen freien Steckplatz eingebaut und durch eine
zusätzliche Software, einem Netzwerktreiber ähnlich, angesteuert.
Für Laptops sind PCMCIA-Karten erhältlich.
Durch eine zusätzliche Software und einer Netzwerkkarte kann auch ein Rechner als Access Point für ein
Wireless LAN fungieren.
Für die Realisierung von Outdoor-Verbindungen ist desweiteren eine Richtfunkantenne nötig.
5. Topologien im Wireless LAN
5.1 Peer-to-Peer Funknetz
In dieser einfachsten Konfiguration können zwei oder auch mehr Rechner
jeweils mit einer Funkkarte bestückt werden. Die Konfiguration entspricht der eines gewöhnlichen
Peer-to-Peer Netzwerkes, nur ohne Kabel. Die Funkkarte ist eine PCMCIA 32 Bit PC-Card und kann
über einen ISA bzw. PCI Adapter auch in PCs ohne PCMCIA-Steckplatz eingesetzt werden.
Bei einer Peer-to-Peer Vernetzung nimmt jeder Rechner direkt Funkkontakt mit dem Partner auf,
es gibt also keinen Server bzw. andere hierarchische Strukturen.
Wichtig: Es muss hier jeder Rechner in der Funkreichweite jedes anderen Rechners liegen!!!
Diese Konfiguration wird oftmals auch als "ad hoc"-Modus bezeichnet.
5.2 Funknetz mit Access Point
Durch den Einsatz eines Access Points lassen sich feste Funkzellen bilden, deren
Radius der Funkreichweite entspricht. Je nach Gebäudestruktur und Übertragungsrate können so
Funkzellen mit ca. 35 - 200 Metern innerhalb von Gebäuden gebildet werden.
Bei Einsatz von 11-Mbps-Karten wird dabei die Geschwindigkeit einer Verbindung der
Reichweite angepasst und kann von 11 auf 5,5, 2 und 1 Mbps automatisch heruntergeschaltet werden.
Der Access Point stellt über einen Ethernet-Port (RJ-45) gleichzeitig die Verbindung zu einem
Kabelnetzwerk, Backbone oder Router her.
5.3 Roaming
Werden mehrere Access Points eingesetzt, können überlappende bzw.
auch mehrere unabhängige Funkzellen gebildet werden. Hierbei hat man die Möglichkeit, mit dem
Endgerät wie z. B. einem Notebook den Standort zu wechseln; man kann sich also ohne Verlust der
Verbindung von einer Funkzelle zur nächsten bewegen.
Diese auch aus dem Mobilfunk bekannte Funktion bezeichnet man als Roaming und geschieht im Idealfall völlig transparent für den Anwender.
Durch die Vergabe von unterschiedlichen Funkkreisnamen kann das "automatische Roaming" aber auch eingeschränkt bzw. gesteuert werden.
5.4 Outdoor - Point to Point
Bei dieser Lösung werden in der Regel Richtantennen eingesetzt. Theoretisch möglich sind hier Entfernungen von bis zu 15 Kilometern und mehr; die tatsächlich erreichte maximale Entfernung hängt von der verwendeten Antenne ab.
5.5 Outdoor - Point to Multipoint
Dieser kann bis zu 16 Remote Outdoor Router Verbindungen bzw. 32 Verbindungen zu einzelnen Clients aufbauen.
Mit einer speziellen Client-Software können auch Windows-PCs/Server mit einer Funknetzkarte als Remote-Stationen in einem Outdoor-Netzwerk fungieren.
Auch Linux-Server lassen sich mit Funkadaptern ausstatten und können so als Router genutzt werden.
6. Senden und Empfangen - Grundlegende Funktionsweise
Alle in Deutschland zugelassenen WLAN-Systeme benutzen ein für industrielle und andere Zwecke reserviertes ISM (Industrial-Scientific-Media)-Frequenzband zwischen 2,4 und 2,5 GHz.
Verschiedene Systeme können mittels einer speziellen Frequenzwahl bis zu 8 unterschiedliche Kanäle im Frequenzband alternativ oder auch gleichzeitig nutzen.
Durch dieses Verfahren können in bestimmten Fällen z. B. auch durch Störungen belastete Frequenzen umgangen werden, sodass die Übertragung gesichert wird.
Desweiteren können durch den Einsatz mehrerer Access Points parallele Funkzellen auf unterschiedlichen Frequenzen aufgebaut werden und so die Gesamtübertragungskapazität eines FunkLANs erweitert werden. Dadurch entsteht die Möglichkeit, unterschiedliche Frequenzen zur Datenübertragung mit getrennten Benutzergruppen zu verwenden; der Datendurchsatz im Netz vervielfacht sich, da auf jeder Frequenz jeweils die volle Bandbreite für die Datenübertragung zur Verfügung steht.
Bei FunkLANs mit mehreren Basisstationen koordiniert ein spezielles Zugriffsverfahren die Sendeberechtigung der einzelnen Funkstationen. Dabei registrieren sendewillige Stationen, ob derzeit eine Übertragung stattfindet und senden nach einer gewissen Zeit ein RTS-Signal (Ready-to-Send) an alle anderen Stationen im FunkLAN. Sobald sie dieses RTS-Signal empfangen haben, antworten sie mit einem CTS-Signal (Clear-to-Send) und unternehmen keine eigenen Sendeversuche mehr.
Beim Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) können bereits diese vorbereitenden Signale durch Kollisionen verloren gehen, was zu weiteren Übertragungsfehlern führen kann. Zudem kommt es umso häufiger zu Sendewiederholungen, je mehr Basisstationen ein FunkLAN enthält.
7. Datensicherheit
Zunächst besteht bei den meisten Benutzern oftmals ein Unsicherheitsgefühl:
"Wohin die Kabel in meinem Netzwerk gehen, das sehe ich - aber wohin die Funkverbindung verläuft und ob man irgendwo die Signale verstärken könnte um meine Daten abzuhören - keine Ahnung!"
In der Regel ist es allerdings einfacher, auch außerhalb eines Gebäudes, die bei den allermeisten Geräten abgestrahlten Daten des Monitors oder einer Netzwerkadapterkarte auf induktivem Wege (ohne elektrische Kopplung) abzuhören, als ein FunkLAN anzuzapfen.
Durch das technische Übertragungsverfahren, das von den meisten FunkLAN-Systemen zu Zeit verwendet wird, ist bereits eine prinzipielle Verschlüsselung der Daten und damit eine Abhörsicherheit automatisch gewährleistet.
Einige wenige Hersteller bieten für Kunden mit einem stark erhöhten Sicherheitsbewusstsein zusätzliche Verschlüsselungschips an, die als Hardwareelement eingebaut werden.
7.1 Technologievergleich: Frequency Hopping versus Direct Sequence
WLANs sichern den Datenverkehr mittels Verfahren zur Bandspreizung (Spread Spectrum, SS) gegen Abhören und Störungen; dieses Verfahren entspricht einer komplexen Codierung, die ein Abhören schon durch die eingesetzten technischen Prinzipien sehr schwer macht. Alle derzeit zugelassenen WLAN-Systeme setzen zwei verschiedene Techniken ein, das sogenannte Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) und das Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).
a) Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
Beim Frequency Hopping wird während des Verbingungsaufbaus zwischen Sender und Empfänger eine Folge vereinbart, nach der einige Male pro Sekunde (jeweils nach der Übertragung eines Datenpaketes) die S endefrequenz umgeschaltet wird. Tritt bei der Übertragung ein Fehler auf, wird das Datenpaket nochmals auf einer anderen Frequenz gesendet.
Im 2,4-GHz-Band stehen dazu insgesamt 79 verschiedene Kanäle im 1-MHz-Abstand zur Verfügung. Die vorgeschriebene Mindestsprungdistanz beträgt 6 MHz.
Ein nichtautorisierter Zuhörer kann diesen Sprüngen nicht folgen, die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger bedeutet jedoch zusätzlichen Overhead in der Datenübertragung.
b) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
Direct Sequence verschlüsselt jedes Bit in eine Bitfolge, den sogenannten "Chip", und sendet diesen auf das Frequenzband aufgespreizt. Für unbefugte "Lauscher" verschwindet das Signal dadurch im Hintergrundrauschen; erst der autorisierte Empfänger kann es wieder herausfiltern.
Aus einem schmalbandigen Eingangssignal wird so ein breitbandiges Ausgangssignal, das über den gesamten zur Verfügung stehenden Frequenzbereich übertragen wird.
Vor allem in großen Gebäuden wie Lagerhallen treten nämlich "schwache Signale", Echos von Wänden, Decken oder sonstigen Hindernissen, auf.
Beim FHSS müsste jedes Datenpaket so lange gesendet werden, bis eine Frequenz gefunden ist, die das Originalsignal vor dessen Echo beim Empfänger ankommen lässt.
Das Problem der schwachen Signale und der daraus resultierenden Sendewiederholungen macht sich aber auch hinsichtlich der Sendereichweite bemerkbar, die bei DSSS-Lösungen im Schnitt etwa doppelt so hoch ist wie bei FHSS-Systemen.
Viele 802.11-WLANs basieren auf FHSS. Jedoch vermindert der hohe Verwaltungs-Overhead für die Frequenzsprünge die Nutzdatenrate und macht Roaming kompliziert.
Daher nutzen 802.11b-Systeme DSSS, das auch bei der Überbrückung großer Distanzen für eine schnelle Datenübertragung sorgt.
FHSS-basierende und DSSS-basierende Systeme können nicht gemeinsam in ein und demselben FunkLAN verwendet werden.
GLOSSAR
Ad-Hoc
Diese Bezeichnung findet man häufig im Zusammenhang mit Peer-to-Peer Netzwerken.
Dieser Modus muss bei den einzelnen Funkkarten (Clients) aktiviert sein, um untereinander ohne Access Point kommunizieren zu können.
DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum. Übertragungsverfahren, bei dem ein zu übertragendes Bit kodiert wird; aus einem schmalbandigen Signal wird ein breitbandiges. So erreicht man höhere Datenübertragungsraten sowie eine höhere Störunanfälligkeit.
FHSS
Frequency Hopping Spread Spectrum. Der Sender schaltet 50 Mal pro Sekunde die Sendefrequenz um; bei fehlerhafter Datensendung wird auf einer anderen Frequenz erneut gesendet. Bei Störungen ("schwache Signale") wird so der Datendurchsatz deutlich geringer.
Frequenzbereich
Der Frequenzbereich für Wireless LAN liegt zwischen 2,4 und 2,4835 GHz.
Funkzelle
Bereich, der von der Antenne einer Funkstation abgedeckt wird.
Multi-Zellen
Befinden sich im Empfangsbereich der Stationsadapter mehr als ein Access Point, spricht man von überlappenden Funkzellen. Durch überlappende Funkzellen ist ein nahtloser Übergang von einer Funzelle zur anderen möglich. Jeder Stationsadapter verbindet sich automatisch mit dem am besten zu empfangenden Access-Point.
QoS
Quality of Service. Hiermit wird das Bandbreitenmanagement bezeichnet, um beispielsweise Diensten wie Sprachübertragung Vorrecht einzuräumen.
Roaming
Mobil eingesetzte Geräte können sich ohne Beeinflussung des Datenverkehrs zwischen verschiedenen Zellen eines Netzwerks bewegen. Der innovative Roaming-Mechanismus garantiert ununterbrochene Datenübertragung. Diese Roaming-Funktion wird durchdie Fähigkeit der Station erreicht, den Access-Point in seinr Umgebung zu wählen, der das stärkste Signal sendet.
Wireless Bridge
Eine Wireless Bridge dient vor allem zur Verbindung von räumlich entfernten LANs über Gebäudegrenzen hinweg an das Hauptnetz.
Die Geräte werden in der Regel mit Außenantennen ausgerüstet, die sowohl Richt- als auch Rundstrahlcharakteristik aufweisen können. Die Antennen sind wetterfest und werden i. d. R. auf dem Dach angebracht, während die Bridges geschützt im Gebäude stehen. Unbedingt notwendig ist hierbei die direkte Sichtverbindung zwischen den Gebäuden.