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Langsames WLAN/Verbindungsabbrüche

Viele kennen es vielleicht: Das Notebook steht in unmittelbarer Nähe des Routers, maximale Empfangsleistung, alle technischen Komponenten sind fehlerfrei in das Betriebssystem eingebunden und dieses ist natürlich auf dem neusten Stand.
Trotzdem ist der Datendurchsatz gering, Internetseiten bauen sich langsam auf, Downloads dauern ewig. Die Erklärung für diese Phänomene kann einen einfachen Grund haben: Der ausgewählte Kanal/das ausgewählte Frequenzband ist für die persönliche Umgebung nicht optimal.
Nachfolgend habe ich einige Informationen zusammengetragen, mit denen jedermann diesem Problem zu Leibe rücken kann – im schlimmsten Fall kann er eine Ursache ausschließen und ist nebenbei ein bisschen schlauer!
Wer auf den geschmack gekommen sein sollte, den verweise ich auf die von mir genutzten und u. a. Quellen.

Technischer Hintergrund

Drahtlose Netzwerke basieren auf dem so genannten IEEE 802.11-Standard. Dieser Standard spezifiziert genau die technischen Parameter zum Aufbau von Funknetzwerken und wird stetig weiterentwickelt. Die meisten aktiven Netzwerke arbeiten derzeit wohl noch nach dem 802.11n-Standard, der mit den älteren verwendeten Standards 802.11b und 802.11g kompatibel ist. Dieser Standard ist u. a. deshalb so weit verbreitet, weil er in zwei der drei weltweit Lizenz-frei zur Verfügung stehenden Frequenzbereichen genutzt wird. Der meistgenutzte Frequenzbereich liegt bei 2,4 GHz, der zweite bei 5 GHz und der dritte bei 60 GHz.
Da eben für diese Frequenzbereiche bei privater Nutzung keine Gebühren anfallen, gibt es einen gravierenden Nachteil: Nicht erst seit dem Einzug von Smart Home in unsere Wohnungen tummeln sich in diesen Frequenzbereichen allerlei andere Funktechniken z. B. auch die allseits beliebten Mikrowellen oder Funkfernbedienungen.
Die Intensität der Nutzung eines Frequenzbandes durch verschiedene Funktechniken hat deshalb eine zentrale Bedeutung für die Stabilität und Geschwindigkeit eines Funknetzes im selben Frequenzband.

In Europa ist das 2,4 GHz-Frequenzband (2,3995-2,484,5 GHz) in insgesamt 13 schmalbändige Kanäle (5 MHz Abstände) unterteilt, auf denen Funknetze betrieben werden können. Aufgrund der geringen Frequenzabstände können bei einer üblichen Bandbreite von 20 MHz (IEEE 802.11g und IEEE 802.11n) daher aber nur Netze auf den Kanälen 1, 5, 9, 13 optimal, d. h. ohne Überschneidungen und damit ohne Verbindungsprobleme genutzt werden. Soweit noch ältere Geräte nach dem IEEE 802.11(b)-Standard (Bandbreite 22 MHz) im WLAN betrieben werden reduziert sich die störungsfreie Nutzung des Frequenzbandes auf nur 3 Kanäle. Wegen der Abwärtskompatibilität zu diesen älteren Standards werden häufig noch die Kanäle 1, 7 und 13 (6er-Regel- Europa) oder 1, 5, 12 (5er-Regel - USA) in Funkgeräten genutzt.

Probleme beim Betrieb von WLANs

Nach meiner Erfahrung tummeln sich – suboptimal – die meisten Netze auf den Kanälen 1, 6 und 11. Nach meinen o a. Ausführungen ist dies für Netze mit 20 MHz Bandbreite nicht optimal, weil so nur 3 anstatt 4 Netze störungsfrei betrieben werden können.
Wenn das WLAN also langsam ist oder Verbindungsabbrüche an der Tagesordnung sind, dann liegt dies häufig an den Funknetzen in der unmittelbaren Umgebung. Daher gilt es zunächst die Funknetze in der Umgebung zu analysieren, um dann den optimalen Funkkanal für das eigene Netz einzustellen.
Die Kanalbelegung der Funknetzwerke in der Umgebung kann mit einem Tool wie inSSIDer analysiert werden. Die aktuelle Version dieser Software ist leider keine Freeware mehr, allerdings ist die letzte, im Funktionsumfang etwas abgespeckte Freeware-Version 3.1.2.1, immer noch im Netz verfügbar (z. B. bei heise.de, s. u.) und für diese Zwecke völlig ausreichend.
Einfacher haben es alle, die eine FRITZ!Box im Einsatz haben: Im Menü unter WLAN -> Funkkanal wird im unteren Bildschirmbereich die WLAN-Umgebung in Form einer Grafik dargestellt. Hier ist zu erkennen, auf welchem Kanal die FRITZ!Box das WLAN betreibt und über welche Kanäle die Router in der Umgebung belegen. Problematisch sind vor allem Funknetze in einem Umkreis von ca. 30 m, die auf dem selben oder einem benachbarten Kanal betrieben werden. Im Diagramm der FRITZ!Box symobolisiert die Länge der Balken die relative Anzahl von Funknetzen. Positioniert man den Mauszeiger auf einen dieser Balken, so wird die genaue Anzahl der Funknetze als Quick-Info angezeigt.

Unterschiedliche Netze auf dem selben Kanal stören sich grundsätzlich nicht, weil sie sich gegenseitig erkennen. Allerdings kann immer nur ein Gerät senden, d. h. alle anderen, die zeitgleich auch Informationen senden wollen, müssen warten. Je mehr Geräte in diesen Netzen parallel betrieben werden, um so geringer ist dementsprechend der Datendurchsatz in den einzelnen Netzen.
Letzteres gilt natürlich auch schon für ein einziges Netz - jedes zusätzlich genutzte Gerät verringert den Datendurchsatz.

Ein weitaus ernsthafteres Problem stellen allerdings Netze auf benachbarten Kanälen dar. Da die Geräte in den jeweiligen Netzen ihre Daten auf unterschiedlichen Kanälen übertragen, werden die Geräte der benachbarten Netze nicht erkannt. Wegen des geringen Kanalabstands von 5 Mhz und der üblichen Bandbreite von 20 MHz stören sich die Geräte in diesen Fällen massiv, wenn sie zeitgleich Daten übertragen. Im schlechtesten Fall bekommen sie von der Gegenstelle nie eine Empfangsbestätigung und senden deshalb fortlaufend dieselben Informationen. Der Datendurchsatz tendiert dann gegen Null.

Lösungsansätze

Je nach WLAN-Dichte und Verhältnis/Beziehung zur Nachbarschaft in der unmittelbaren Umgebung lohnt sich ein gemeinsamer Ansatz zur optimalen Verteilung und Nutzung der zur Verfügung stehenden Funkkanäle.

Sollte die Anzahl der WLANs in der unmittelbaren Umgebung zu groß sein, sollte das eigene WLAN auf einem Kanal betrieben werden, wo auf den unmittelbaren Nachbarkanälen keine anderen WLANs funken. Die Auswahl sollte entsprechend der tatsächlichen Verhältnisse und den o. g. Gründen auf einen der Kanaäle 1, 6 oder 11 (ggf. bei entsprechender Umgebung auch Kanal 1, 5, 9 oder 13) erfolgen.

Wenn alle Geräte des eigenen Netzes im 5 GHz-Frequenzband arbeiten können, dann sollten alle Geräte entsprechend konfiguriert werden. In diesm Frequenzbereich ist nicht nur die Anzahl der Netze erfahrungsgemäß deutlich geringer, sondern alle Kanäle verfügen hier bereits über eine Bandbreite von 20 MHz, sodass der Datensatz in diesem Frequenzbereich mindestens zu hoch wie in einem ungestörten Netz im 2,4 GHz-Bereich ist.

Ausblick

Der durch die technische Spezifikation vorgegebene Datendurchsatz wird selbst unter idealen Bedingungen in der Praxis niemals erreicht. Im Durchschnitt kann für einen sehr guten Datendurchsatz ein Drittel des Wertes der Spezifikation angesehen werden.
In einem Netz nach IEEE 802.11n ist für einen hohen Netto-Datendurchsatz von über 200 Mbit/s (lt. Spezifikation bis 600 Mbit/s) der Betrieb im 5 GHz-Frequenzband obligatorisch. Nur in diesen Bereich können bei der Übertragung vier Kanäle gebündelt und so über einen 80 MHz breiten Kanal übertragen werden.

Meine grundsätzlichen Ausführungen zum Betrieb eines IEEE 802.11n-Netzes im 2,4 Hz-Frequenzband gelten unabhängig von den abweichenden technischen Parametern aber auch für den 5 GHz-Bereich.

Viel Freude und Erfolg beim Analysieren und Probieren wünscht

UFO

Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/net/1712061.htm
http://www.heise.de/download/inssider.html