von Redaktion IT-A…
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Seite 2 - Interferenzen im 2,4-GHz-ISM-Band vermeiden
Kollisionsvermeidung
Da alle zuvor beschriebenen Technologien im gleichen Frequenzbereich arbeiten, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Technologien in homogenen und heterogenen Funkumgebungen interagieren. Die in den WLANs integrierte Kollisionsvermeidungsfunktion sucht vor der Übertragung zuerst den Übertragungskanal auf Aktivitäten ab. Ist dieser frei, werden die Daten übermittelt. Dadurch sind mehrere WLAN-Clients in der Lage, effizient mit dem gleichen Access Point zu kommunizieren. Ist der WLAN-Kanal belegt, gehen die WLAN-Geräte in den Backoff-Modus und kontrollieren nach einer zufälligen Wartezeit erneut den Kanal. Ist der Kanal immer noch belegt, wiederholt sich der Backoff-Prozess so lange, bis der Kanal frei ist. Nur bei einem freien Kanal beginnen die WLAN-Geräte mit der Übertragung.
Nutzen mehrere WLANs innerhalb eines Gebäudes die gleichen oder überlappende Kanäle, koexistieren diese aufgrund der in die Wi-Fi-Technologie integrierten Kollisionsalgorithmen. Unter Umständen hat dies jedoch negative Auswirkungen auf den Durchsatz der Netzwerke. Werden mehrere Netze im selben Gebäude oder Funkfeld betrieben, sollten Sie diese so einrichten, dass nur nicht überlappende Kanäle (beispielsweise die Kanäle 1, 7 und 13) genutzt werden. Dies garantiert, dass für jedes Netzwerk der optimale Durchsatz zur Verfügung steht und die zur Verfügung stehende Bandbreite nicht mit anderen Netzwerken geteilt werden muss.
Durch Bluetooth hervorgerufene Störungen treten kaum auf. Grund ist das Kanal-Hopping von Bluetooth. Sendet ein Bluetooth-Gerät auf einer Frequenz, die als WLAN-Übertragungskanal dient, hört das Wi-Fi-Gerät zuerst den betreffenden Kanal auf Aktivität ab. Wird eine Belegung des Kanals festgestellt, geht das WLAN-Gerät in den Backoff-Modus. Zwischenzeitlich wechselt das Bluetooth-Gerät durch das Channel-Hopping in einen nicht überlappenden Kanal und das WLAN-Gerät kann mit seiner Datenübermittlung beginnen.
Schnurlose Telefone nach dem Digital Enhanced Cordless Telecommunications Standard (DECT) arbeiten in Europa in der Regel im Frequenzbereich von 1.880 bis 1.900 MHz, in dem zehn Kanäle mit je 1.728 kHz Bandbreite definiert sind. Da diese Telefone in einem ganz anderen Frequenzbereich arbeiten, kommt es zu keinen Problemen im Betrieb mit 2,4-GHz-Komponenten. Anders sieht es beim illegalen Betrieb von amerikanischen Schnurlostelefonen aus. Diese nutzen exakt den Frequenzbereich im 2,4-GHz-Spektrum. Bereits der Betrieb eines amerikanischen Schnurlostelefons im erweiterten Funkfeld kann zum vollständigen Ausfall eines WLAN-Netzwerks führen.
Im Vergleich zu Bluetooth (1 MHz) verwenden diese Telefone eine Kanalweite von 5 bis 10 MHz und decken aufgrund der höheren Leistung (250 mW) ein größeres Funkfeld ab. Ein auf dem FHSS-Mechanismus basiertes schnurloses Telefon, das in einen genutzten Wi-Fi-Kanal hüpft, führt zur Störung der gesamten WLAN-Übermittlung. Das WLAN-Gerät muss daher die Übermittlung abbrechen und anschließend wiederholen. Da die schnurlosen FHSS-Telefone über eine hohe Sendeleistung verfügen, sind Störungen in allen WLAN-Geräten im näheren Funkfeld möglich.
Für einen störungsfreien Betrieb von WLANs stehen maximal nur drei nicht überlappende Kanäle (beispielsweise in den Kanälen 1, 7 und 13) zur Verfügung. Daher lassen sich im 2,4-GHz-Bereich auch nur drei WLAN-Netzwerke am selben Ort beziehungsweise im selben Funkfeld aufbauen. Da die Frequenz mit anderen Geräten (Mikrowellenherde, Babyphones, Web- und Videokameras) geteilt werden muss, sind Störungen und Interferenzen im WLAN-Funkfeld dadurch normal. Hier gilt es, die Fehlerquelle zu ermitteln und (soweit möglich) auf einen ungenutzten Kanal umzukonfigurieren.
Umgang mit Störungen bei Bluetooth
Störungen von anderen Bluetooth-Piconets sind minimal, weil jedes Piconet sein individuelles Pseudo-Random-Frequenz Hopping-Muster nutzt. Werden zwei Piconets nebeneinander betrieben, beträgt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision 1:79. Ursprünglich nutzte Bluetooth den Frequenz-Hopping-Algorithmus zur Behandlung von Störungen. Wird im Umfeld eines Bluetooth-Piconets ein WLAN-Netz betrieben, kann es zu Störungen auf 25 Prozent der verfügbaren Bluetooth-Kanäle kommen. Die Folge sind verlorene Pakete und ein deutlich reduzierter Durchsatz der Bluetooth-Geräte.
Die Bluetooth-Spezifikation Version 1.2 behebt dieses Problem durch ein adaptives Frequency Hopping (AFH). Dieser Algorithmus ermöglicht es Bluetooth-Geräten, Kanäle in gut, schlecht oder unbekannt zu unterteilen. Schlechte Kanäle werden aus dem Frequenz-Hopping-Muster herausgenommen und durch gute Kanäle über eine Look-up-Tabelle ersetzt. Um festzustellen, ob die Störung beseitigt ist, hört der Bluetooth-Master in regelmäßigen Abständen in die schlechten Kanäle hinein. Tritt die Störung nicht mehr auf, wird der Kanal als gut markiert und aus der Look-up-Tabelle entfernt. Bluetooth-Slaves übermitteln auf Anforderung durch den Master ihre Sichtweise der aktuellen Kanalqualität. Dadurch kann beispielsweise der Slave ein WLAN-Netzwerk detektieren, das der Master nicht erkennt. Der AFH-Algorithmus trägt also entscheidend dazu bei, dass beim Betrieb von Bluetooth Kanalkonflikte mit WLANs und Wireless USB auftreten.
Umgang mit Störungen bei Wireless USB und Bluetooth
Bei Wireless USB kontrolliert jedes Netz das gesamte Frequenzspektrum auf die Nutzung bestimmter Kanäle durch andere Wireless USB-Netze. Erst danach erfolgt die Kanalwahl. Daher sind Störungen durch andere Wireless USB-Netze minimal. Wireless USB-Komponenten kontrollieren alle 50 ms den genutzten Kanal. Beispielsweise führen Interferenzen von WLAN-Geräten zu hohen Störpegeln im Kanal. Werden diese vom Wireless USB-Master festgestellt, wechselt dieser automatisch auf einen neuen Kanal. Aus diesem Grund kooperieren Wireless USB-Netze problemlos mit mehreren aktiven WLAN-Netzen in der Umgebung. Durch Bluetooth verursachte Störungen führen zu einer erneuten Übermittlung der Wireless USB-Pakete. Da das Bluetooth immer das Channel-Hopping verwendet, kollidiert die nächste Bluetooth-Übertragung nicht mehr mit der Wireless USB-Sendewiederholung.
Fazit
Jede Netztechnologie im 2,4-GHz-Band musste bereits bei ihrer Entwicklung gewisse Kompromisse eingehen und eventuell auftretende Störungen reduzieren oder deren Auswirkungen minimieren. Durch frequenzagile Kommunikationsverfahren werden bei modernen Produkten viele Funkprobleme automatisch behoben. Trotzdem wird es nie ein 2,4-GHz-System geben, das frei von etwaigen äußeren Störungen ist.
Mathias Hein/dr/ln
Da alle zuvor beschriebenen Technologien im gleichen Frequenzbereich arbeiten, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Technologien in homogenen und heterogenen Funkumgebungen interagieren. Die in den WLANs integrierte Kollisionsvermeidungsfunktion sucht vor der Übertragung zuerst den Übertragungskanal auf Aktivitäten ab. Ist dieser frei, werden die Daten übermittelt. Dadurch sind mehrere WLAN-Clients in der Lage, effizient mit dem gleichen Access Point zu kommunizieren. Ist der WLAN-Kanal belegt, gehen die WLAN-Geräte in den Backoff-Modus und kontrollieren nach einer zufälligen Wartezeit erneut den Kanal. Ist der Kanal immer noch belegt, wiederholt sich der Backoff-Prozess so lange, bis der Kanal frei ist. Nur bei einem freien Kanal beginnen die WLAN-Geräte mit der Übertragung.
Nutzen mehrere WLANs innerhalb eines Gebäudes die gleichen oder überlappende Kanäle, koexistieren diese aufgrund der in die Wi-Fi-Technologie integrierten Kollisionsalgorithmen. Unter Umständen hat dies jedoch negative Auswirkungen auf den Durchsatz der Netzwerke. Werden mehrere Netze im selben Gebäude oder Funkfeld betrieben, sollten Sie diese so einrichten, dass nur nicht überlappende Kanäle (beispielsweise die Kanäle 1, 7 und 13) genutzt werden. Dies garantiert, dass für jedes Netzwerk der optimale Durchsatz zur Verfügung steht und die zur Verfügung stehende Bandbreite nicht mit anderen Netzwerken geteilt werden muss.
Durch Bluetooth hervorgerufene Störungen treten kaum auf. Grund ist das Kanal-Hopping von Bluetooth. Sendet ein Bluetooth-Gerät auf einer Frequenz, die als WLAN-Übertragungskanal dient, hört das Wi-Fi-Gerät zuerst den betreffenden Kanal auf Aktivität ab. Wird eine Belegung des Kanals festgestellt, geht das WLAN-Gerät in den Backoff-Modus. Zwischenzeitlich wechselt das Bluetooth-Gerät durch das Channel-Hopping in einen nicht überlappenden Kanal und das WLAN-Gerät kann mit seiner Datenübermittlung beginnen.
Schnurlose Telefone nach dem Digital Enhanced Cordless Telecommunications Standard (DECT) arbeiten in Europa in der Regel im Frequenzbereich von 1.880 bis 1.900 MHz, in dem zehn Kanäle mit je 1.728 kHz Bandbreite definiert sind. Da diese Telefone in einem ganz anderen Frequenzbereich arbeiten, kommt es zu keinen Problemen im Betrieb mit 2,4-GHz-Komponenten. Anders sieht es beim illegalen Betrieb von amerikanischen Schnurlostelefonen aus. Diese nutzen exakt den Frequenzbereich im 2,4-GHz-Spektrum. Bereits der Betrieb eines amerikanischen Schnurlostelefons im erweiterten Funkfeld kann zum vollständigen Ausfall eines WLAN-Netzwerks führen.
Im Vergleich zu Bluetooth (1 MHz) verwenden diese Telefone eine Kanalweite von 5 bis 10 MHz und decken aufgrund der höheren Leistung (250 mW) ein größeres Funkfeld ab. Ein auf dem FHSS-Mechanismus basiertes schnurloses Telefon, das in einen genutzten Wi-Fi-Kanal hüpft, führt zur Störung der gesamten WLAN-Übermittlung. Das WLAN-Gerät muss daher die Übermittlung abbrechen und anschließend wiederholen. Da die schnurlosen FHSS-Telefone über eine hohe Sendeleistung verfügen, sind Störungen in allen WLAN-Geräten im näheren Funkfeld möglich.
Für einen störungsfreien Betrieb von WLANs stehen maximal nur drei nicht überlappende Kanäle (beispielsweise in den Kanälen 1, 7 und 13) zur Verfügung. Daher lassen sich im 2,4-GHz-Bereich auch nur drei WLAN-Netzwerke am selben Ort beziehungsweise im selben Funkfeld aufbauen. Da die Frequenz mit anderen Geräten (Mikrowellenherde, Babyphones, Web- und Videokameras) geteilt werden muss, sind Störungen und Interferenzen im WLAN-Funkfeld dadurch normal. Hier gilt es, die Fehlerquelle zu ermitteln und (soweit möglich) auf einen ungenutzten Kanal umzukonfigurieren.
Umgang mit Störungen bei Bluetooth
Störungen von anderen Bluetooth-Piconets sind minimal, weil jedes Piconet sein individuelles Pseudo-Random-Frequenz Hopping-Muster nutzt. Werden zwei Piconets nebeneinander betrieben, beträgt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision 1:79. Ursprünglich nutzte Bluetooth den Frequenz-Hopping-Algorithmus zur Behandlung von Störungen. Wird im Umfeld eines Bluetooth-Piconets ein WLAN-Netz betrieben, kann es zu Störungen auf 25 Prozent der verfügbaren Bluetooth-Kanäle kommen. Die Folge sind verlorene Pakete und ein deutlich reduzierter Durchsatz der Bluetooth-Geräte.
Die Bluetooth-Spezifikation Version 1.2 behebt dieses Problem durch ein adaptives Frequency Hopping (AFH). Dieser Algorithmus ermöglicht es Bluetooth-Geräten, Kanäle in gut, schlecht oder unbekannt zu unterteilen. Schlechte Kanäle werden aus dem Frequenz-Hopping-Muster herausgenommen und durch gute Kanäle über eine Look-up-Tabelle ersetzt. Um festzustellen, ob die Störung beseitigt ist, hört der Bluetooth-Master in regelmäßigen Abständen in die schlechten Kanäle hinein. Tritt die Störung nicht mehr auf, wird der Kanal als gut markiert und aus der Look-up-Tabelle entfernt. Bluetooth-Slaves übermitteln auf Anforderung durch den Master ihre Sichtweise der aktuellen Kanalqualität. Dadurch kann beispielsweise der Slave ein WLAN-Netzwerk detektieren, das der Master nicht erkennt. Der AFH-Algorithmus trägt also entscheidend dazu bei, dass beim Betrieb von Bluetooth Kanalkonflikte mit WLANs und Wireless USB auftreten.
Umgang mit Störungen bei Wireless USB und Bluetooth
Bei Wireless USB kontrolliert jedes Netz das gesamte Frequenzspektrum auf die Nutzung bestimmter Kanäle durch andere Wireless USB-Netze. Erst danach erfolgt die Kanalwahl. Daher sind Störungen durch andere Wireless USB-Netze minimal. Wireless USB-Komponenten kontrollieren alle 50 ms den genutzten Kanal. Beispielsweise führen Interferenzen von WLAN-Geräten zu hohen Störpegeln im Kanal. Werden diese vom Wireless USB-Master festgestellt, wechselt dieser automatisch auf einen neuen Kanal. Aus diesem Grund kooperieren Wireless USB-Netze problemlos mit mehreren aktiven WLAN-Netzen in der Umgebung. Durch Bluetooth verursachte Störungen führen zu einer erneuten Übermittlung der Wireless USB-Pakete. Da das Bluetooth immer das Channel-Hopping verwendet, kollidiert die nächste Bluetooth-Übertragung nicht mehr mit der Wireless USB-Sendewiederholung.
Fazit
Jede Netztechnologie im 2,4-GHz-Band musste bereits bei ihrer Entwicklung gewisse Kompromisse eingehen und eventuell auftretende Störungen reduzieren oder deren Auswirkungen minimieren. Durch frequenzagile Kommunikationsverfahren werden bei modernen Produkten viele Funkprobleme automatisch behoben. Trotzdem wird es nie ein 2,4-GHz-System geben, das frei von etwaigen äußeren Störungen ist.
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Mathias Hein/dr/ln
