Service-Qualität im WLAN

Der Service WLAN (Wireless Local Area Network) oder Wi-Fi ist aus dem ETH World Projekt entstanden.

Die Informatikdienste haben im Auftrag der ETH Zürich während Jahren die grossflächige WLAN-Abdeckung der öffentlichen Bereiche (Hallen, Gänge, Auditorien, Seminarzimmer) vorangetrieben. Das WLAN war und ist nur als ergänzender Service ohne hohe Verfügbarkeit gedacht und wird immer noch von wenig Ressourcen (0.8 FTEs) betreut. Die Wahrnehmung des Service und die Anforderungen an ihn haben sich in den letzten drei Jahren stark geändert. Auslöser dafür sind in erster Linie die neue Kategorie der Smartphones und aktuell verstärkend die Tablets und eReader. Sind im Jahr 2009 noch 1000 bis 2000 gleichzeitig erkennbare WLAN-Geräte sichtbar, haben wir im aktuellen Semester einen erneuten Rekord von 9200 gleichzeitig registrierten Geräten. Die Belastung des Netzwerks in Bezug auf die Bandbreite auf dem Core-Netzwerk stellt keine Probleme dar.

Viele Nutzende heisst weniger für jeden Einzelnen

Die Belastung der Authentisierungs- und Autorisierungsinfrastruktur (RADIUS) sowie die teilweise hohe Konzentration auf einzelne Access Points (AP), sind für ein «Shared Medium» (geteilte Bandbreite) jedoch eine erhebliche Mehrbelastung. Maximal vier APs können aus frequenztechnischen Gründen einen einzelnen Raum versorgen. Ein einzelner AP hat technisch bedingt eine fixe maximale Bandbreite, die sich alle Nutzenden dieses APs teilen müssen.

Wasser ist ein schlimmer WLAN-Störenfried

In einem Vorlesungssaal mit 200 Nutzenden bleibt pro Nutzenden nicht mehr viel Bandbreite übrig. Dazu kommt, dass der menschliche Körper sehr viel Wasser hat und die WLAN-Strahlen auf Mikrowellen-Basis absorbiert werden. Denn WLAN funkt auf der Frequenz 2,4 GHz – der Resonanzfrequenz von Wasser. Somit wird das WLAN überall dort gedämpft, wo Wasser im Weg ist – beispielsweise bei grossen Menschenansammlungen, Zimmerpflanzen oder feuchten Wänden.

Zu wenig IPv4-Adressen

Durch das enorme Wachstum kommt die weitere Problematik der Knappheit an IPv4-Adressen dazu. Die ETH Zürich hat aktuell eine nur noch ganz kleine Reserve an IPv4-Adressen – und im gesamten europäischen Raum (RIPE-NCC) gibt es seit 12. September 2012 keine frei erhältlichen IPv4-Adressbereiche mehr. Weil das Nachfolgeprotokoll IPv6 im Internet noch kaum von den Service-Anbietern implementiert ist, gibt es keine wirkliche Alternative.

Ergriffene ID Massnahmen

Thomas Lier und Derk-Jan Valenkamp unternehmen alles für einen optimalen WLAN-Empfang an der ETH Zürich

Thomas Lier und Derk-Jan Valenkamp (ID ICT-Networks, Daten- und Sprachnetze) unternehmen alles für einen optimalen WLAN-Empfang an der ETH Zürich.

 

Um diesen Problemen und Rahmenbedingungen zu begegnen, hat die ID folgende Massnahmen getroffen:

  • Frequenzgetrennte SSIDs (Service Set Identifier – Netzwerkname) «public und public-5, sowie eth und eth-5» verhelfen den Endgeräten zu einem stabilen Verbindungsaufbau (2.4GHz oder 5 GHz). Sie erlauben auch eine bessere Supportunterstützung. Die Nutzerin/der Nutzer kann das für seine Bedürfnisse beste Frequenzband individuell auswählen
  • Neue Hardware für die RADIUS-Server erhöht die Performance für die Authentisierung und Autorisierung erheblich
  • Bessere Verteilung der RADIUS-Anfragen auf alle Server, sowie Timeout Anpassungen erhöht die Performance weiter
  • Timeout Anpassungen auf dem DHCP-Server erlaubt, temporär unnötig besetzte IPv4-Adressen zurückzuholen
  • Ausrüstung aller grossen Auditorien mit mehreren APs
  • Wenn die Nutzenden Bedarf anmelden, werden auch APs für den Bürobereich installiert und betrieben
  • Überwachung jedes einzelnen APs bezüglich Durchsatz und Anzahl Nutzende für ein verbessertes Kapazitätsmanagement
  • Realisierung eines PAT-Projekts, um die IPv4-Knappheit aus der Welt zu schaffen (produktiv per Herbst 2013)
  • Konsequente Rückforderung von erwiesenermassen nicht genutzten IPv4-Bereichen aus den Departementen und von anderen Nutzenden
  • IPv6-Pilot, um auch internen Service-Anbietern (Storage, Mail, WCMS) die Möglichkeit zu geben, sich mit IPv6 auseinanderzusetzen
  • Beschleunigter Ersatz der teilweise 8-jährigen APs durch Geräte der neuesten Generation mit dem 802.11n-Standard      (abgeschlossen)

Besser Fixnetz als WLAN

Alle Massnahmen werden ihren Effekt nicht verfehlen. Trotzdem gilt zu berücksichtigen, dass WLAN, technologisch bedingt, in Sachen Zuverlässigkeit und Verbindungsqualität nie den Level einer drahtgebundenen Verbindung erreichen wird. Zu viele Variationen (BYOD – Vielfalt der Hersteller von Endgeräten) und Störungen (fremde oder rough APs, Bluetooth, Mikrowellen, metallbasierte Abschirmungen) beeinträchtigen die Verbindungsqualität. Eine performante, garantierte Bandbreite und reproduzierbare Fehleranalysen erreicht man nur mit dem wired-LAN.

 

Wi-Fi – WLAN

In vielen Ländern  wird Wi-Fi als Synonym für WLAN benutzt. Streng genommen sind WLAN und Wi-Fi jedoch nicht das gleiche, WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, Wi-Fi hingegen den Funkstandard. In der Praxis kommen beide Begriffe aber nur gemeinsam vor, sodass sie in der Regel als Synonyme gebraucht werden.

 

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6 comments on «Service-Qualität im WLAN»

  1. Es ist schön zu lesen, dass sich etwas tut um den WLAN Empfang zu verbessern. Leider ist es mit meinem Nexus 4 praktisch unmöglich mich mit der SSID eth oder eth-5 zu verbinden. Einiger massen funktionieren tut es nur mit public. Das ist insofern mühsam, da ich dann immer auch noch den VPN verbinden muss. Ist dies ein bekanntes Problem mit dem Nexus 4? Denn mit dem iPhone 4 hatte ich letztes Semester keine Mühe mich mit der eth SSID zu verbinden.

  2. Sie sagen in einen Raum kann man bis zu 4 AP betreiben. Wie kommen sie auf ein 4?
    Aus frequenztechnische gründen, für eine optimale frequenzverteilung braucht man die Kanäle 1, 6, 11. Das heisst, mit 4 Kanäle gibt es eine overlappung. Wie wird es implementiert?

  3. @Paul: Das Problem ist nicht, dass ich gar nicht mit eth verbinden kann. Zwischendurch klappt das schon (geschätzt 1 mal aus 50 Versuchen), aber wenn ich z.B. nur eth und eth-5 erlaubt habe und public darf nicht benutzt werden, dann verbindet es praktisch nie trotz gutem Empfang. Und eingerichtet habe ich es mit der gleichen Anleitung die du gepostet hast.

  4. @Andy; Im 2,4GHz Band sind in der Schweiz die Kanäle 1-13 erlaubt. Wir verwenden 1, 5, 9, 13. Diese 4 Fregenzbänder sind leicht überlappend. Aus unserer Erfahrung ist dies ein guter Kompromis. Das grösste Problem bei dieser Frequenzwahl sind die Geräte, bei welchen der Treiber den Kanal 13 ignoriert, wenn die Landeseinstellung auf USA steht.

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