Nicht genutzte WLAN-Reserven

Published on March 13, 2017

Nicht genutzte WLAN-Reserven



    In Ländern und Städten mit einer entwickelten Telekommunikationsinfrastruktur haben Benutzer zunehmend Beschwerden über WLAN. In einer urbanen Umgebung, die mit WLAN-Geräten mit Client-Geräten gesättigt ist, verschlechtert sich die durchschnittliche Kommunikationsqualität von Jahr zu Jahr. Kann man diesen Trend umkehren?

    Mittlerweile gibt es weltweit über 6,5 Milliarden Geräte , die über diesen Mobilfunkstandard mit dem Netzwerk verbunden sind, und bis 2020 werden es fast 21 Milliarden sein, was etwa 2,8 Geräten pro Person auf der Erde entspricht. Der Mangel an drahtlosen Kanälen mit Bandbreite wird sich also nur verschlimmern. Um dieses Problem zu lösen, reicht es jedoch nicht aus, nur leistungsfähigere Router zu installieren. Ursache für „virtuelle Staus“ ist nicht nur die „Enge der Straßen“, sondern auch eine Reihe weiterer Faktoren.

    Heute gibt es in jedem Haus und in vielen Wohnungen einen Wi-Fi-Router, und in einigen gibt es mehrere: Die Erhöhung der Verbindungsgeschwindigkeit ist in der Regel mit einer stärkeren Nutzung der Bandbreite verbunden. Darüber hinaus greifen Mobilfunkbetreiber in den Wi-Fi-Bereich ein, packen etwas Verkehr hinein, und mit dem Aufkommen von 5G kann sich die Situation noch verschärfen.

    Das heißt, Wi-Fi wurde tatsächlich zum Opfer seines eigenen Erfolgs. Was kann getan werden, um dieses Problem zu lösen oder zumindest zu mildern?

    Menge in der Luft


    Obwohl die Regulierungsbehörden in verschiedenen Ländern bestimmte Anforderungen an die Lizenzierung des Frequenzspektrums von Wi-Fi stellen können, bleibt dieser Bereich im Allgemeinen mehr oder weniger offen. Die Benutzer müssen die technischen Anforderungen einschließlich der Begrenzung der Übertragungsleistung erfüllen. Dafür müssen sie jedoch keine besonderen Genehmigungen einholen. Fast alle öffentlichen Wi-Fi-Netzwerke, einschließlich Heimnetzwerke, arbeiten heute im 2,4- und 5-GHz-Band. Gleichzeitig dringen 2,4-Gigahertz-Wellen besser durch Wände und Möbel und werden im Allgemeinen weiter übertragen als 5-Gigahertz bei gleicher Sendeleistung.

    In den USA hat der Regulierer beispielsweise ein Breitband von 84,5 MHz für Wi-Fi zugewiesen. Innerhalb des 802.11b / g / n-Standards beträgt die Kanalbreite 20 oder 22 MHz, sodass nur drei Kanäle ohne gegenseitige Überlappung in das Gesamtband passen können: 1, 6 und 11. In Europa ist die Situation nahezu gleich: 13 Kanäle , davon gleichzeitig Sie können nur drei verwenden, ohne sich zu überlappen. In Japan etwas einfacher: 14 Kanäle und 4 gleichzeitig nicht überlappende Kanäle.



    Wenn Sie also mehr als drei 2,4-Gigahertz-Router in der Liste der Wi-Fi-Netzwerke sehen oder wenn drei davon vorhanden sind, einer jedoch einen anderen Kanal als 1, 6 und 11 verwendet, dann überlappen sich die Kanäle.

    Anders sieht es bei 5 GHz Wi-Fi aus: 38 nicht überlappende Kanäle mit 10 MHz und 20 MHz Breite liegen im Bereich von 5170 bis 5905 GHz (in den USA - 5180-5825 und 24 Kanäle mit 20 MHz Breite), in Europa und Japan gibt es sogar noch weniger Kanäle ). Es scheint, dass mehrmals mehr Kanäle, die sich nicht gegenseitig stören, die Kommunikationsqualität im 5-Gigahertz-Bereich verbessern. Regionale Besonderheiten greifen hier jedoch ein: In verschiedenen Ländern sind einige der Kanäle für die öffentliche Nutzung möglicherweise nicht verfügbar, da Radarsender und Meteorologiestationen sowie Satellitenfernsehen auf diesen Frequenzen arbeiten. Aufgrund der Komplexität der Anpassung des Verkehrs an die Problemfrequenzen ignoriert die große Mehrheit der Router diese Daten einfach.

    In jedem der beiden Bereiche gibt es also eine Reihe nicht überlappender Kanäle. Aufgrund der Fülle von Routern und Clientgeräten ist die Überlappung zu einer normalen Situation geworden. Bei einer Kollision - zwei Wi-Fi-Übertragungen kreuzen sich - sind alle Teilnehmer vorübergehend stumm und kehren nach einiger Pause wieder in die Luft zurück. Die Dauer der Pausen nimmt exponentiell zu, wenn die Anzahl der Kollisionen zunimmt, wodurch die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Wi-Fi-Verbindungen abnimmt.

    In dicht besiedelten Gebieten kann die Belastung des Ethers so sein, dass die Verbindung im 2,4-Gigahertz-Bereich kaum schleicht. Dies führte dazu, dass die Anbieter in einigen Ländern begannen, diesen Bereich für die Video- oder Sprachübertragung zu schließen, und die meisten Smartphone-Hersteller empfehlen die Verwendung von 2,4-GHz-WLAN überhaupt nicht. Der IEEE 802.11ac-Standard impliziert im Allgemeinen nur den Betrieb im 5-GHz-Bereich, obwohl er mit dem älteren IEEE 802.11n abwärtskompatibel ist.

    Moderne Wi-Fi-Luft kann zu Stoßzeiten mit einer stark befahrenen Autobahn verglichen werden. Wie bereits erwähnt, handelt es sich jedoch nicht nur um die Anzahl der Clientverbindungen. Der Übergang von 2,4 auf 5 GHz sollte das Problem der Kanalüberlastung lösen, musste jedoch die Abdeckung opfern. Dies führte dazu, dass viele Benutzer begannen, Hardware-Verstärker zu verwenden und Maschennetze aufzubauen, um in jedem Raum einen anständigen Signalpegel zu erreichen. Verstärker hören die Sendung, empfangen ein Signal vom Router und duplizieren es mit einer höheren Leistung, manchmal auf einem anderen Kanal. Dies führt zu einer erhöhten Anzahl von Überlappungen von WLAN-Übertragungen in den gleichen Frequenzbändern.

    Anbieter und Betreiber


    Aus dieser Sicht sind öffentliche WLAN-Zugangspunkte zu einem echten Übel geworden. Im Jahr 2005 führte der spanische Anbieter Fon Wireless erstmals das Konzept von Community Access Points (Community Hotspots) ein, die auf privaten Routern basieren. Heute gewinnt dieses Phänomen weltweit an Popularität. Einige Internet-Provider begannen, diese Punkte schnell für Abonnenten bereitzustellen, indem sie die Router ihrer Kunden dafür verwendeten. Laut dem Forschungsunternehmen Juniper Research wird 2017 ein Drittel der Heimrouter weltweit als Community Access Point arbeiten können. Ein Teil des Wi-Fi-Spektrums wird für diese Anforderungen bereitgestellt, und die Besitzer der Router selbst werden nicht einmal darauf hingewiesen.

    Aber das ist noch nicht alles. Das rasante Wachstum des Viehbestands von Smartphones hat dazu geführt, dass die für die Mobilkommunikation zugewiesenen Frequenzbänder nahezu ausgeschöpft sind. In den kommenden Jahren planen Telekommunikationsbetreiber, einen erheblichen Teil der mobilen Datenverkehrslast auf nicht lizenzierte WLAN-Bänder zu übertragen. Solche Technologien heißen LTE-U (LTE-Unlicensed) und LAA (Licensed Assisted Access). Sie umfassen die Verwendung von 4G LTE und Routern für die Datenübertragung im gleichen 5-GHz-Band wie WLAN. Obwohl Telekommunikationsbetreiber davon ausgehen, dass dies einen schwachen Einfluss auf die Wi-Fi-Benutzer haben wird , glauben einige große Unternehmen , darunter Google und Microsoft, dass LTE-U und LAA die Arbeitsbelastung der Wi-Fi-Kanäle definitiv verschlimmern und die Qualität der Kommunikation verringern.



    Shashechki du oder gehst?


    Gehen Sie voran: Im neuesten IEEE 802.11ac-Standard wurde die Anzahl der Kanäle zugunsten einer höheren Geschwindigkeit reduziert, um Streaming-Video in hoher Auflösung zu übertragen und Batterien von Mobilgeräten zu sparen, die Daten nur für eine begrenzte Zeit mit hohen Frequenzen übertragen. Die maximale Bandbreite wurde auf 1,3 Gbit / s erhöht. verglichen mit 450 MB / s. in 802.11n. Dies wurde aber auch durch die Kombination von Kanälen erreicht. In IEEE 802.11ac Wave 3 ist das gesamte verfügbare WLAN-Spektrum im Allgemeinen in nur zwei Kanäle bei 160 MHz unterteilt, dh in diesem Modus können nur zwei Gerätepaare gleichzeitig ohne Überlappung arbeiten. Wenn Ihr Nachbar beispielsweise einen dieser beiden Kanäle verwendet, um einen Film anzusehen, und der andere Nachbar den zweiten Kanal belegt hat, haben Sie nichts übrig.

    Irgendwie verschwand plötzlich der Hauptvorteil des 5-GHz-Bereichs gegenüber dem 2,4-GHz-Komplex - eine große Anzahl nicht überlappender Kanäle.

    Angesichts all dieser Punkte besteht in den nächsten Jahren die Gefahr, dass WLAN in großen Städten von einer schnellen Alternative zum mobilen Internet zu einer ärgerlichen Verlangsamung wird. Leider wird die weit verbreitete Verwendung des 802.11ac-Standards, der breitere und schnellere, aber weniger Kanäle bietet, die Situation nur verschlimmern. Übrigens hat die Telekommunikationsagentur Ofcom bereits 2013 eine Studie veröffentlicht , in der die kritische Überlastung des Wi-Fi-Spektrums bis 2020 vorhergesagt wird.

    DFS als vorübergehende Maßnahme


    Erinnern Sie sich an Radars, die Vorrang haben, Teile des 5 GHz-Bereichs zu nutzen? Heutzutage werden diese Kanäle von Endgeräten ignoriert. Wenn Sie sie jedoch in vollem Umfang nutzen, kann dies das Bild völlig verändern.

    Wie Captain Captain sagt, gibt es in Großstädten nicht an jeder Ecke militärische und meteorologische Radars, von denen viele auch nicht rund um die Uhr funktionieren. Daher kann dieser Teil des Spektrums von Verbrauchergeräten genutzt werden, die der Masseneinführung des DFS-Mechanismus ( Dynamic Frequency Selection) unterliegen .): Der Router überwacht ständig die Aktivität der Prioritätssignalquellen. Sobald das Radar in Betrieb ist, wechselt es zu einem anderen Kanal oder verringert die Sendeleistung. DFS bedeutet, dass für die nächste halbe Stunde ein Kanal für 10 Sekunden freigegeben wird, selbst wenn ein Impuls von einer Millisekunde von einer Prioritätsquelle erkannt wird.



    Die meisten in den letzten 3-4 Jahren auf den Markt gebrachten Verbrauchergeräte - vor allem Smartphones, Tablets und Laptops - können DFS-Befehle verstehen. Dazu müssen Router jedoch DFS-Master sein. Das heißt, es liegt in der Verantwortung der Router, das Spektrum zu überwachen und die Kanäle nebeneinander zu nutzen.

    Es ist jedoch nicht so einfach, eine DFS-Master-Funktion in einen Router einzuspeisen: Radarimpulse können aufgrund ihrer Transiente (0,5 ms) und ihres extrem niedrigen Energiepegels (-62 ..- 64 dB pro mlW) sehr schwer zu erkennen sein. Darüber hinaus verbrauchen die Tools zum Erkennen von Radarimpulsen einen Teil der Bandbreite des Routers, da dieser gezwungen ist, ihn 60 Sekunden lang zu hören, bevor er den Kanal verwendet, bevor er entscheidet, dass er frei ist, und auch zwischen Datenaustauschsitzungen zu hören.

    Die Funktion des DFS-Assistenten ist heute nur in teuren Routern zu finden, die häufig in großen Unternehmen verwendet werden. Nach und nach dringt die DFS in niedrigere Preissegmente vor. Natürlich ist dies auch kein Allheilmittel: Wenn ein Signal von einer Prioritätsquelle erkannt wird, wird der Router gezwungen, auf einen der Standardkanäle, auf den Nicht-DFS-Teil des 5-GHz-Spektrums, umzuschalten, und ist dort eher "eng". Darüber hinaus kehren moderne Router normalerweise nicht zu DFS-Kanälen zurück, bis sie neu gestartet werden. In Unternehmenssystemen wird dies täglich durchgeführt, und Heimrouter können Wochen und Monate ohne Neustart arbeiten, bis die Besitzer erkennen, dass die Wi-Fi-Geschwindigkeit zu niedrig ist und der Neustart erforderlich ist.

    Tatsache ist, dass bei modernen Implementierungen von DFS das Funkmodul nur jeweils einen Kanal hört. Wenn der DFS-Master den Kanal überwacht, sollte das Funkmodul 60 Sekunden lang keine Daten an andere Kanäle übertragen, um den aktuellen Empfang nicht zu stören. Um solche Situationen zu vermeiden, erfordern die meisten DFS-Implementierungen einen Neustart des Routers, um zum offenen DFS-Kanal zurückzukehren.

    Wenn Sie jedoch eine effizientere Technologie zum Erkennen von Prioritätsquellen entwickeln, würden die heute tatsächlich inaktiven Kanäle dazu beitragen, das 5-GHz-WLAN-Spektrum zu entladen. Beispielsweise können Sie einen Router mit einem Detektorsystem ausrüsten - ein zusätzliches Funkmodul zum Durchsuchen des Spektrums und einen separaten Prozessor zum Erfassen von Radarimpulsen und Steuern von Kanälen. Gleichzeitig sollte das Detektorsystem vollständig vom WLAN-Empfangs- / Sendesystem getrennt sein, wodurch die meisten Probleme moderner DFS-Implementierungen gelöst werden, wenn ein einzelner Prozessor für die Datenübertragung und die Suche nach priorisierten Signalquellen zuständig ist. Ein separates Funkmodul ermöglicht das regelmäßige Durchsuchen aller Kanäle. Wenn im aktuellen Kanal eine Prioritätsquelle angezeigt wird, erkennt der Router, ob gerade ein anderer DFS-Kanal geöffnet ist, und überträgt die Verbindung dorthin. anstelle des öffentlichen Standardkanals. Ebenso kann der Router nach einer halben Stunde automatisch zum vorherigen DFS-Kanal zurückkehren, ohne die Verbindung zu unterbrechen.

    Gleichzeitig hilft ein zusätzlicher Prozessor dabei, die Anzahl falscher Erkennungen zu minimieren, wodurch die Arbeitszeit in DFS-Kanälen erhöht wird. In Anbetracht der zunehmenden Last auf den Prozessoren moderner Router sieht der zweite Prozessor nicht wie ein Übermaß aus.

    Im Prinzip ist dies alles nur eine vorübergehende Maßnahme: Je mehr Router die freien Kanäle heute verwenden, desto schneller werden sie auch überlastet. Zu diesem Zeitpunkt können jedoch Wi-Fi-Netzwerke und andere Bänder für die Verwendung koordiniert werden. Oder wir müssen einfach die Tatsache akzeptieren, dass WLAN in Megalopolen in wenigen Jahren nicht schnell funktionieren wird, um es milde auszudrücken.