Freifunk WLAN über 5 GHz Richtfunk für den Aventura Spielberg

Aventua Screenshot
Bildausschnitt Aventura Spielberg
Beitrags Titelbild und Bildausschnitt (c) Touristik Medebach

Freies WLAN erfreut sich immer größerer Beliebtheit doch nicht an allen Orten ist auch ein DSL Internetzugang in Reichweite. Hier muss man Technologien nutzen um Strecken zu überbrücken denn nicht immer ist es möglich Kabel zu verlegen, schon gar nicht über größere Distanzen.

Am Aventura Spielberg in Medebach, direkt beim Center Parc Hochsauerland, errichtete die Stadt Medebach, zusammen mit der Touristik GmbH Medebach vor nicht all zu langer Zeit, mit einer Länge von 160 Metern Europas längstes Spielgerät. Weitere Infos dazu und zur großen Erweiterung 2019 die aktuell in der Bauphase ist, erfahrt ihr hier.

Auch ein Spielplatz soll muss nicht WLAN frei bleiben, wir leben nun einmal in einem Kommunikations Zeitalter und wenn Kinder und jugendliche Ihre Freizeit dort eventuell auch mal allein verbringen, sind so manche Eltern bestimmt froh wenn die Kinder sich hin und wieder mal zuhause melden können über Ihr Smartphone und diverse Messenger Dienste.
Da die Mobilfunkbetreiber in Deutschland, immer noch relativ hohe Preise für mobile Daten verlangen, sind viele Menschen auf freien WLAN Zugang angewiesen wenn es um Moderne Kommunikation geht.

Friefunk Winterberg e.V. Logo

Realisiert wurde das freie WLAN über die Freifunk Winterberg e.V. Community, ein Zusammenschluss von Technikbegeisterten, die sich für freies WLAN in der Region Winterberg, Medebach, Hallenberg einsetzen. Nähere Infos dazu und auch wie man bei uns mitwirken kann, findet Ihr oben im Link.

Ganz nach dem Motto, jeder gibt jedem etwas von seinem Internetanschluss ab und alle profitieren davon, freut sich der Verein natürlich über neue Mitglieder oder Unterstützer*innen.

Wie eingangs erwähnt, war an diesem Standort am Ende der Bungalows vom Center Parc Hochsauerland, keine adäquate DSL Bandbreite verfügbar, um den Anschluss auch noch frei zu teilen, denn dieser verfügbare Anschluss, reicht gerade so aus um die auf dem Spielberg installierte Webcam im Internet bereit zu stellen.

Also musste ein Anschluss von außen her und wir entschieden uns, gemeinsam mit der Touristik Medebach für eine Richtfunk Lösung über zwei unabhängige Zugänge. Eine Richtfunk Strecke (WLAN Bridge, stellt Euch vor, wir hätten ein 2,85 Kilometer langes Kabel quer über Medebach gespannt, nur unsichtbar) würde einen Teil der DSL Bandbreite vom Touristik Gebäude zur Verfügung stellen und der andere Teil durch einen Privathaushalt in Medebach (Die Strecke zum Touristik Gebäude wird bei Bedarf später errichtet da diese etwas aufwendiger von der Ausrichtung ist).


Ubiquiti Nanobeam

Als Richtfunk WLAN Bridge im 5GHz Bereich, kommen zwei Geräte der Marke Ubiquiti Nanobeam AC5 Gen2 zum Einsatz, welche ein super Preis Leistungsverhältnis liefern für unser Vorhaben.

Antenne auf dem Hausdach Soeder-Schuettler

Eine dieser Antennen wurde auf dem Aventura Spielberg montiert und die andere bei uns Zuhause auf dem Hausdach.

Mit dieser Konstellation sind wir in der Lage, 50 Mbit Downloadrate unseres DSL Anschlusses, über eine Distanz von knapp 3 Kilometern zur Verfügung zu stellen. (Natürlich sind auch noch weitaus höhere Datenraten und Entfernungen möglich)

Kartenausschnitt der Entfernung Aventura zu Marco nachhause
Ausschnitt aus Google Maps mit Distanzmessung Luftlinie vom Aventura Spielberg Zur Soester Straße

Ich werde an dieser Stelle nicht zu technisch, wer mehr über die Einrichtung solcher Geräte erfahren möchte und wie man so etwas konfiguriert, kann den entsprechenden Beitrag vom Freifunk Kollegen Jan Kappen auf der unserem Freifunk Blog nachlesen (Danke Jan an der Stelle auch noch mal für die Unterstützung bei der Ausrichtung).

Zur Veranschaulichung hier noch ein kleiner Screenshot, auf dem man erkennt, welche Datenraten auf der Distanz von 2,85 Kilometer Luftlinie nur über ein Punkt zu Punkt ausgerichtetes 5 GHz WLAN übertragen werden können.

Air OS Screenshot Ubiquiti Nanobeam
Auf diesem Screenshot sehen wir oben links sehr schön, die „Local“ Antenne bei mir zuhause auf dem Dach und rechts die „Remote“ Station am Aventura Spielberg. Die Distanzmessung, stimmt mit der von Google Maps überein und wir können bei der aktuellen Signalstärke eine maximale Netto Datenrate von rund 200 Mbit/s erreichen.
Unifi AP AC Mesh Pro
Unifi AP-AC Mesh Pro
Accesspooint

Bisher ist am Aventura Spielberg nur eine Antenne aktiv und zwar eine Rundstrahl Antenne „Unifi AP AC Mesh“ Pro um das Freifunk WLAN dort oben auszustrahlen und den Internetzugriff zu ermöglichen.
Diese befindet sich in etwa auf zweidrittel Höhe des Spielberges auf der rechten Seite.

Eine zweite Antenne hängt zu Testzwecken am Mast und soll künftig nach unten am Fuße des Berges zur Gaststätte Hasenstall verlegt werden, um den unteren Teil des Spielberges mit WLAN zu versorgen.

Was in Zukunft nach der großen Erweiterung des Spielberges eventuell noch mit abgedeckt wird, werden wir 2020 sehen wie das ganze angenommen wird.

Seit 8. Mai ist der Freifunk Zugangspunkt am Spielberg aktiv und noch recht unbekannt, dennoch nutzen es schon die ein oder anderen Besucher wie die Statistiken im Juni es zeigen.

Verbundene Clients der letzten 30 Tage
Datendurchsatz der letzten 30 Tage

Freies WLAN am Aventura Spielberg ist ein Projekt der Touristik Medebach GmbH in Zusammenarbeit mit dem Freifunk Winterberg e.V.
Unterstützung bei der Montage aller Komponenten am Spielberg gab es durch die Firma V und C Elektrotechnik aus Medebach, sowie bei uns am Haus durch den Dachdeckerbetrieb Neb, Scherf Tielke GbR Goddelsheim.

WLAN Optimierung – Teil 2 – Grundlagenwissen

Grundlagenwissen zur WLAN Optimierung und Kanalbündelung

Wie angekündigt werde ich die Blog Reihe WLAN Optimierung Schrittweise weiter führen, leider fehlt es einem dazu meist an Zeit und wenn man die Zeit dann mal hat, fehlt einem oft wieder die Lust. Heute geht es aber mal wieder weiter, ich will nicht zu tief technisch werden aber es gibt einige grundlegende Tools und Technischen Dinge die Ihr wissen müsst um Euer WLAN bestmöglichst zu konfigurieren. Beginnen wir mit einigen Tools um das ganze visuell darzustellen was sich so in Eurem Netzwerk Umfeld darstellt.

WLAN Tool für Windows – InSSIDer Home / InSSIDer Light

InSSIder Light Screenshot

Dieses Tool könnt Ihr kostenlos von Metageek downloaden, lediglich eine Registrierung ist dazu erforderlich. Die kostenlose Version bietet natürlich nicht den Umfang wie die Pro Version aber es wird Euch helfen erste Fehler zu finden und ein bisschen mehr Verständnis zu bekommen im WLAN Bereich.

Tools für Apple IOS und Android – Fritz WLAN App

Fritz WLAN App für AndroidFRITZ WLAN App für Android 

Die Fritz App bekommt Ihr kostenlos über den App Store / Play Store für IOS und Android, damit bekommt man schon recht gute Aussagen über das Netzwerk bei der Messung.

Tools für Android – Wifi Analyzer

WiFi Analyzer App

Auch ganz praktisch, der WiFi Analyzer, allerdings kenne ich den nur für Android, für IOS hab ich bisher keine vergleichbare kostenlose App gefunden. Sollte jemand eine finden oder gar kennen bitte ich um Info.

Erste Entdeckungstour durch Euer Netzwerk – Was bedeutet eigentlich was?

Nachdem Ihr nun drei Tools kennt um WLAN Netzwerke ein wenig zu analysieren, ist es natürlich gut zu wissen was bei den Tools was zu bedeuten hat. Das ist der Punkt Grundlagenwissen den wir in diesem Teil des Tutorials durchgehen wollen, am Ende werdet Ihr verstehen was was zu bedeuten hat und wie man es interpretiert.
Da alles komplett den Rahmen sprengen würde gibt es hier nur den Einstieg, die „Grundlegensten Grundlagen“, wer mehr wissen möchte und das Thema in der Tiefe weiter ausbauen möchte dem kann ich das nachfolgende Buch als Nachschlagewerk nur empfehlen.

Jörg Rech Wireless LAN´s ISBN: 9783936931518
Jörg Rech Wireless LAN´s ISBN: 9783936931518

Wir beginnen mit einem Wert den Ihr bestimmt schon öfter mal im Zusammenhang mit Kabellosen Netzen gesehen habt, dem dBm Wert.

Was ist eigentlich der dBm Wert im WLAN Netzwerk?

Kurz um, keine wissenschaftliche Ausarbeitung, lediglich ein kurzer Anschnitt zum Thema damit ihr lernt den Wert zu verstehen.

Wenn wir dBm lesen vergleichen wir im weiteren Sinne zwei Werte miteinander, „dB“ steht hier für die Signalstärke und das „m“ für die Sendeleistung einer WLAN Station in Milliwatt.
So stehen 0 dBm für 1 Milliwatt Sendeleistung.

dBm – Dezibel im Verhältnis zu einem Milliwatt (normalerweise -30 bis -100)
Lesen von dBm
Das erste, was wir über dBm verstehen, ist, dass wir in Negativen arbeiten. -30 ist ein höheres Signal als -80, weil -80 eine viel niedrigere Zahl ist.

Als nächstes ist es wichtig zu wissen, dass dBm nicht linear wie erwartet skaliert, sondern logarithmisch ist. Dies bedeutet, dass Signalstärkeänderungen nicht gleichmäßig und graduell sind. Die 3er und 10er Regel hebt die logarithmische Natur von dBm hervor:

3 dB Verlust = -3 dB = halbiert die Signalstärke
3 dB Verstärkung = +3 dB = verdoppelt die Signalstärke
10 dB Verlust = -10 dB = 10 mal weniger Signalstärke (0,1 mW = -10 dBm, 0,01 mW = -20 dBm, etc.)
10 dB Verstärkung = +10 dB = 10-mal mehr Signalstärke (0,00001 mW = -50 dBm, 0,0001 mW = -40 dBm, etc.)

Kurz für uns zusammengefasst, wir berechnen in der Regel mit 0,001 Milliwatt also -30 dBm bis 0,000000001 Millwatt -90 dBm.
Das könnt Ihr Euch als Faustregel merken, für unsere Messungen werden wir uns immer im Bereich -30 bis -90 dBm bewegen. Wer tiefer ind das Thema einsteigen möchte findet dazu reichlich im Netz und in der Buchempfehlung von mir.

Wir wissen jetzt, -30 dBm ist in diesen Besipielen die beste Signalstärke die wir erreichen können und -90 dBm der schlechteste Wert. Das ganze in einer Tabelle zusammengefasst würde dann so aussehen.

Signal Stärke Mindestanforderung für z.B.
ab -30 dBm oder weniger (Je nach Sendeleistung) Überragend Maximale Signalstärke, man befindet sich dabei meist in unmittelbarer Nähe des Accesspoints N/A
bis -67 dBm Sehr gut Der Norm Bereich den man in einem sauberen Netzwerk überall im Gebäude erreichen sollte um gängige Anwendungen zu nutzen. VoIP/VoWiFi, streaming video
-70 dBm Okay Grenzwertiges Signal, reicht gerade noch für das Nötigste ist aber schon sehr träge. Email, web
-80 dBm Nicht gut Minimal Signal, teils verbunden mit Paketverlusten und Abbrüchen N/A
-90 dBm Unbrauchbar Nicht mehr brauchbar da hier schon das Grundrauschen der Nachbarkanäle meist schon überwiegt. N/A

2,4 GHz und 5 GHz Netze

Jetzt geht es darum, ein paar grundlegende Dinge über 2,4 und 5 GHZ Netze zu erfahren.
Auch hier werde ich mich kurz auf das Nötigste beschränken da dies ein sehr umfangreiches Thema ist.

Wir erinnern uns kurz zurück, das IEEE verabschiedet weltweit einheitliche Standards damit überall auf der Welt alle Geräte eine Sprache sprechen, so auch im Bereich WLAN, hier bekannt 802.11 Standard.

Während 2,4 GHz WLAN´s in den Standards 802.11 a/b/g und n ihren Ursprung haben, kam 2013 mit der Verabschiedung von 802.11 ac der 5. GHz Standard, der uns ermöglicht im 5 GHz WLAN und durch Kanalbündelung Datentransferraten von bis zu ~867 MBit/s zu erreichen. Erinnert ihr Euch an Kapitel eins? Da gab es einen Screenshot in dem ich ein 5 GHz WLAN über mehrere Kanäle gebündelt habe und diese 867 Megabit pro Sekunde erreicht habe.

867 MBit/s 5 GHZ WLAN mit Kanalbündelung

Weitere Infos zu 802.11 ac findet Ihr auch bei Wikipedia

Kurz zusammengefasst die Vor- und Nachteile von 802.11 ac und der Weiterentwicklung n, und 2,4 und GHz WLAN

  • Höhere Bandbreite im 5 Gigahertz Bereich, dafür nicht so hohe Reichweite wie bei 2,4 GHz
  • Kanalbündelung möglich in beiden Frequenzbereichen

Vorteile und Nachteile von 2,4 GHz WLAN

Vorteile 2,4 GHz Nachteile 2,4 GHz
Bessere Durchdringung von Wänden Nur drei überlappungsfreie Kanäle
Kompatibilität mit älteren Endgeräten Viele Technologien nutzen ebenfalls 2,4 GHz (z.B. Bluetooth)
Höhere Reichweite bei gleicher Sendeleistung Maximal 100 mW Sendeleistung

2,4 GHz WLAN Netze und Kanäle

Widmen wir uns nun zu den Kanälen, damit auch zur ersten Möglichkeit ein wenig Optimierung in Euer Netz zu bringen.
Im 2.4 GHz Bereich haben wir die Kanäle 1 bis 13. In den meisten Standard Routern wie Fritz Box etc. erfolgt die Kanalwahl per Default automatisch, ist aber durch manuelles eingreifen änderbar.
Schauen wir uns doch mal die Kanalbreiten etwas genauer an.

2,4 GHz Frequenzbereich

Diesen Screenshot habe ich im Urlaub in einer Feriensiedlung gemacht in der sich viele WLAN´s tummeln und es auch zu einigen Überschneidungen kommt.
Jedes Trapez ist ein WLAN / SSID und die Höhe der Trapeze gibt links in dBm die Signalstärke aus.
Wie ihr seht, sind auf Kanal 1 recht viele Geräte und man sieht auch, dass nicht nur der Kanal 1 belegt ist, sondern links und rechts auch noch zwei Kanäle. Das ganze nennt sich Übersprechen, wir arbeiten pro Kanal mit 20 MHz Frequenzen und diese schlagen auf die Nachbarkanäle über. Man hat also wenn man wenig bis gar keine Überschneidungen haben will im 2,4 GHz Band nur 3 brauchbare Kanäle zur Auswahl, nämlich 1, 6 und 11. Wie im Screenshot zu sehen, gibt es 2 Accesspoints die vermutlich manuell auf Kanal 9 und 2 auf Kanal 13 eingestellt wurden, hier sehen wir genau, wie in die empfohlenen Kanäle1, 6 und 11 Überschneidungen stattfinden.

Hier findet Ihr bei Euch den ersten Ansatz zur Optimierung, aus der Nachbarschaft  oder von weiteren Accesspoints kann es immer zu Überschneidungen der Kanäle kommen da per Default die Kanalwahl automatisch aber nicht optimal erfolgt.
Solltet Ihr als sehen dass ein Bereich, Kanal 1, 6 oder 11 im Umfeld Eures Accesspoints ungenutzt ist so stellt Euren Accesspoint oder Router manuell auf diesen Kanal. Bei massiven Störungen und vielen WLAN´s macht es sogar Sinn sich mit den Nachbarn zusammenzusetzen und gemeinsam zu optimieren, das gibt eine Win Win Situation für alle am Ende.

Als nächstes schauen wir uns im Screenshot die Signalstärke an, auf Kanal 1 sehen wir wenn ich mich nicht verzählt habe 8 WLAN´s. Um sich das ganze bildlich besser vorstellen zu können folgendes Beispiel mit dem Kanal 1:

  • -30 dBm bis -100 dBm die Signalstärke, also -70 dBm Differenz, stellen wir uns einen 7o Meter langen Raum vor.
  • In diesem 70 Meter langem Raum stehen 8 Gesprächspaare (immer 2 Leute Sender & Empfänger) also 16 Personen und sprechen alle in der selben Lautstärke nämlich 0.001 Milliwatt.

Die Werte können von der Trapez Höhe jetzt ein wenig abweichen da zwischen den Screenshots ja nun auch ein wenig Zeit liegt.
Schauen wir in unseren 7o Meter langen Raum, die ersten beiden Gesprächspaare stehe sehr dicht beieinander und werden sich mit Sicherheit bei der Unterhaltung stören. Alle anderen Gesprächspaare befinden sich weiter weg, die letzten sogar weit unter -90 dBm und werden kaum stören, die anderen im Bereich zwischen -70 und -80 dBm auch eher minimal.

Wenn ich in der Konstellation ein WLAN konfigurieren müsste würde ich hier den Kanal 6 nehmen da dort die Störenfriede am weitesten weg sind, weiterhin würde ich meinem Nachbarn der auf Kanal 9 sendet und damit in meinen Bereich überspricht anbieten sein WLAN ebenfalls zu optimieren damit wir beide gute Leistung haben.

Kanalwahl WLAN

Das war schon der erste Schritt zur Optimierung, jetzt können wir unter guten Bedingungen eine Kanalbreite mit 20 MHz sauber nutzen und wenn wir uns an die Tabelle aus dem ersten Artikel erinnern:

802.11 ac Übertragungsraten

Nun erreichen wir, vorausgesetzt der Accesspoint oder Router hat 2 Antennen (gängiger Standard), bei meinem Laptop mit 2 Antennen und 20 MHz Kanalbreite eine Datenrate von bis zu 173 MBit/s. Beim Mobiltelefon mit einer Antenne bis zu 86 MBit/s.

Kanalbündelung und höhere Datenraten

Jetzt hätten wir, sofern kein anderer Störenfried in der nähe ist die Möglichkeit, 2 oder 3 Kanäle zusammenzulegen und damit statt 20 MHz, 40 oder gar 60 MHz Kanalbreite zu nutzen.

Hier im Beispiel habe ich die Kanäle 6 und 10 gewählt um ein 40 MHz Kanal zu nutzen und damit mit meinem Smartphone auf 200 MBit/s und mit dem Laptop auf bis zu 400 MBit/s Datendurchsatz zu kommen.


5 GHz WLAN Kanäle

Im 5 GHz Bereich stehen insgesamt 19 überlappungsfreie Kanäle zur Verfügung.
Die Kanäle 120, 124 und 128 sind jedoch nur mit starken Einschränkungen nutzbar (Reserviert für Wetter-Radar-Kanäle).

Fazit, ein größeres Frequenzband, bringt mehr Platz für parallele Funknetze. Im Bereich 5 GHz heißt das bei 20 MHz Kanalbreite: 19 überlappungsfreie Kanäle anstatt 3 im 2,4 GHz Bereich.
Stand heute sind viele alte WLAN Geräte nicht für 5 GHz ausgelegt (802.11.ac). Damit befinden sich bisher weniger Teilnehmer in diesem Bereich, die sich die Kanäle teilen müssen.

Voraussetzung für die Nutzung der oberen Kanäle bei 5 GHz sind die Funktion der automatischen Frequenzwahl und der Sendeleistungs-Regulierung, um reservierte Frequenzen zu umgehen und öffentliche Geräte (z.B. Wetterradar) nicht zu stören. Dies aber würde auch hier den Rahmen sprengen und dient eher zur Information, wir widmen uns dem unteren Kanalbereich 36 bis 64.

Die Auswahl der richtigen Hardware

Natürlich unterstützt nicht jede Hardware alle Konfigurationsoptionen, der No Name Accesspoint für 9,95 Euro wird Euch diese Möglichkeit nicht bieten. Deshalb achtet beim Kauf auf 802.11 ac Tauglichkeit und über ausreichende Konfigurationsoptionen.

Ich lasse es in diesem Kapitel erstmal gut sein und werde später in Kapitel 3 noch auf einige weitere Optimierungsmöglichkeiten, Messwerte und Parameter eingehen, bis dahin erstmal viel Spass beim installieren der Tools und testen was bei Eurer Hardware möglich ist.