Die WLAN Umgebung scannen

Es gibt gute Gründe um ein leistungsfähiges WLAN Netzwerk zu betreiben. Die Auswirkungen von schlechtem Empfang und/oder dem Verwenden eines überlaufenen Kanals sind eine niedrige netto Datenrate und ein hoher Paketjitter (stärker variierende Latenz). In der Praxis kann das zu Aussetzern in einem Videostream führen, knackgeräuschen in einem VoIP (Voice over IP) Telefongespräch, hohen Latenzen beim Online Gaming und generell langsameren Datenübertragungen als nötig führen.

Oft können solche Auswirkungen aber Vermieden werden. In diesem Kapitel werden hierfür zwei grundlegende Methoden betrachtet, welche Ihnen bei der Installation, der Einrichtung oder der Optimierung eines WLAN Netzwerkes helfen, die Voraussetzungen für den Betrieb eines leistungsfähigen Netzwerkes zu schaffen.

1. Ziel der ersten Methode ist es, einen guten Standort für einen oder bei größeren Objekten auch mehrere WLAN Access Points, bzw. Ihrem Internet-Router zu finden. Darüber soll eine möglichst gute WLAN Abdeckung erreicht werden, damit alle potentiellen WLAN Clients einen guten bis sehr guten Empfang haben. Ein guter Empfang ist eine Voraussetzung für die Erreichung hoher Datenraten.

2. Die Wahl eines geeigneten Frequenzbandes und eines möglichst freien Kanals innerhalb eines Frequenzbandes ist das Ziel der zweiten Methode. Wenn mehrere WLAN Netzwerke, bzw. Geräte in einem Empfangsbereich auf dem gleichen Frequenzband und Kanal arbeiten, dann darf immer nur ein WLAN Gerät zur Zeit senden, damit eine erfolgreiche Datenübertragung stattfindet. Andere WLAN Geräte müssen warten bis sie mit dem Senden an der Reihe sind. Das Teilen eines Frequenzbandes und Kanals bedeutet somit, dass die netto Datenrate sinkt und der Paketjitter (stärker variierende Latenz) steigt.

Ansatz für beide Methoden ist es, die WLAN Umgebung zu scannen, zu analysieren und mit den gewonnen Erkenntnissen das WLAN Netzwerk zu planen oder bei einem bestehenden WLAN Netzwerk dieses zu optimieren. Die Methoden im einzelnen sind:

1. Die Empfangssignalstärke Ihres WLAN Access Points, bzw. Internet-Routers an verschiedenen Standorten messen. Mit den Messergebnissen können Sie eine sogenannte “Heatmap” erstellen, das ist im Grund eine Karte Ihrer Wohnung, Ihres Hauses oder Büros, mit den Eintragungen welchen Signalempfang Sie wo haben.

2. Die WLAN Umgebung nach fremden WLAN Netzwerken scannen. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen über die Konkurrenzsituation in den beiden Frequenzbändern (2,4 GHz / 5 GHz) und deren Kanälen können Sie, dass für den Betrieb Ihres WLAN Netzwerkes günstigste Frequenzband und den besten Kanal auswählen.

Im folgenden ist das Kapitel in drei Abschnitte strukturiert:

• Die Voraussetzungen und Vorbereitungen für das Scannen der WLAN Umgebung.
  
• Das eigentliche scannen der WLAN Kanäle
  
• Das Auswerten der Resultate des Umgebungscans

Ein Grundverständniss zur WLAN Technologie ist für das Verständnis dieses Kapitels sehr hilfreich. Eine kompakte Zusammenfassung finden Sie hier, das Übertragungsmedium WLAN

Notiz: Im Prinzip führen Sie mit dem scannen der WLAN Umgebung ein sogenanntes “Site Survey” durch, allerdings in einer sehr einfachen Variante. Diese einfache Variante ist aber für kleine Netzwerke in der Regel ausreichend und kommt ohne den Einsatz teurer Geräte und Software aus. Dafür können Sie eventuell nicht das absolute Optimum herausholen, bzw. der Prozess des scannens und der Auswertung ist etwas aufwendiger.

Voraussetzungen und Vorbereitungen

Im folgenden eine Auflistung von Voraussetzungen und Vorbereitungen, bevor Sie mit dem eigentlichen scannen der WLAN Umgebung starten können.

• Das Gerät welches Sie zum scannen einsetzen wollen, sollte über ein funktionierendes WLAN Modul verfügen. Es ist hierbei gleich, ob dieses in dem Gerät integriert ist oder als externes Modul (z.B. WLAN/WiFi Stick) per USB angeschlossen wurde.

• Es ist empfehlenswert ein mobiles Gerät also z.B. ein Smartphone, Tablet oder ein Notebook für das Scannen der Kanäle einzusetzen. Damit können Sie flexibel die WLAN Umgebung an allen Standorten analysieren, an welchen Sie WLAN Clients einsetzen möchten. Denn durch die begrenzte Reichweite von WLAN können je nach Standort unterschiedliche WLAN Netzwerke sichtbar sein. Des Weiteren variiert naturgemäß die Signalempfangsstärke an verschiedenen Standorten.

• Wenn Sie einen WLAN Access Point, bzw. Internet-Router einsetzen, welcher sowohl das 2,4 GHz als auch das 5GHz Frequenzband unterstützt, dann sollte das Gerät, welches Sie zum scannen benutzen wollen, ebenfalls beide Frequenzbänder unterstützen. Manche einfacheren oder ältere Geräte unterstützen nur das 2,4 GHz Frequenzband. Es lohnt sich aber auch einen Blick auf das 5 GHz Frequenzband zu werfen, da dieses Frequenzband in der Regel noch nicht so stark frequentiert ist, wie das 2,4 GHz Frequenzband.

• Es ist empfehlenswert ein Softwaretool zu installieren, welches Sie beim scannen unterstützt und die Resultate grafisch, bzw. als Liste aufbereitet. Wenn Sie in den gängigen Quellen (z.B. Google Play) mit den Schlagwörtern “WiFi Analyzer”, “WLAN Analyzer” “WiFi Scanner” oder “WLAN Scanner” suchen, bekommen Sie schon eine gute Auswahl entsprechender Tools.

• Überlegen Sie in welchen Räumen/Standorten in Ihrer Wohnung, Ihrem Haus oder Büro, Sie WLAN einsetzen wollen und damit welche Standorte Sie ausmessen wollen.

• Der oder die WLAN Access Points, bzw. Ihr Internet-Router sollte temporär platziert und in Betrieb genommen sein. Konfigurieren Sie, sofern unterstützt, die gleichzeitige Verwendung des 2,4 GHz und des 5 GHz Frequenzbandes.

• Falls Sie ein Softwaretool einsetzen, welches Ihnen erlaubt den Scanvorgang und das aufbereitete Ergebnis direkt auf dem Grundriss Ihrer Wohnung, Ihres Hauses, bzw. Büros anzufertigen und anzuzeigen, dann sollten Sie einen entsprechenden Grundriss als Bilddatei parat haben. Haben Sie schon einen solchen Grundriss in Papierformat, dann können Sie von diesem z.B. einfach ein digitales Foto anfertigen und dieses auf Ihr Notebook übertragen.

Notiz: Wie erwähnt gibt es Softwaretools welche sehr weitgehend die Analyse einer WLAN Umgebung unterstützen (engl.: Site Survey). Sie können z.B. in manche Tools einen Grundriss Ihres Heims importieren und das Tool dokumentiert dann per simplen Klick automatisch die Ergebnisse für den jeweiligen Standort. Hinterher können Sie die Ergebnisse auch schön grafisch aufbereitet auswerten. Als Beispiel für ein solches Softwaretool soll hier “Ekehau Heatmapper” dienen, welches nach Registrierung frei erhältlich ist und häufig im Web Erwähnung findet. In der freien Version 1.1.4 ist der Funktionsumfang stark eingeschränkt (so fand z.B. in einem Eigentest keine grafische Aufbereitung des 5GHz Frequenzbandes statt) und nicht jeder möchte sich registrieren. Die Beschreibung des Scanprozesses zeigt aber, dass das Scannen der WLAN Umgebung für den Hausgebrauch auch mit einfachen Mitteln zu bewerkstelligen ist und lässt Ihnen somit die Wahl der Mittel.

Das Scannen der WLAN Kanäle

Der eigentlich Scanprozess ist relativ simpel.

1. Starten Sie das installierte Softwaretool zum scannen der WLAN Umgebung.

2. Optional: Importieren Sie die Bilddatei mit dem Grundriss des zu scannenden Objektes.

3. Rufen Sie dort die Oberfläche auf, unter welcher Sie die Ergebnisse des Scans sehen können. Folgende Informationen sollten mindestens ablesbar sein:

   • Empfangssignalstärke vom eigenen WLAN Netzwerk.

   • Benachbarte WLAN Netzwerke, die Frequenzbänder und Kanäle auf welchen diese senden.

4. Gehen Sie durch Ihre Wohnung, Ihr Haus oder Ihr Büro zu den verschiedenen Standorten. Bleiben Sie an jedem Standort für einen Moment stehen und geben Sie dem Softwaretool einige Sekunden Zeit die aktuelle WLAN Umgebung festzustellen.

5. Beobachten Sie an einem Standort den Status der WLAN Umgebung für das 2,4 GHz Frequenzband. Wechseln Sie die Anzeige auf das 5Ghz Frequenzband und beobachten dort den Status. Für eine spätere Analyse gerade von mehreren Standorten ist es empfehlenswert die Ergebnisse festzuhalten. Das kann pragmatisch über Screenshots passieren, evtl. vorhandene Exportfunktionen des Softwaretools oder schlicht mittels Papier und Stift.

   • Wahrscheinlich werden Sie beim scannen feststellen das immer wieder WLAN Netzwerke auftauchen und evtl. wieder verschwinden. Das liegt daran, dass die Empfangssignalstärke dieser WLAN Netzwerke im Grenzbereich zu dem liegt was Ihr Gerät gerade noch so empfangen kann. Da die Empfangssignalstärke typischerweise ein wenig schwankt, werden diese Netzwerke mal erkannt und mal nicht erkannt. Verwenden Sie in diesem Fall am besten ein Softwaretool welches alle einmal gefundenen WLAN Netzwerke in seiner Darstellung beibehält.

6. Wiederholen Sie den Vorgang bis Sie Ergebnisse von allen vorher selektierten Standorten verfügbar haben.

Im folgenden 2 Screenshots von einem einzelnen Scan an einem Standort. Zum einen von einem Smartphone mittels “Fritz!App WLAN” (Version 2.3.1) angefertigt, zum anderen das Resultat eines Scans auf einem Notebook durch ein Softwaretool namens “Homedale” (Version 1.64).

Der Vergleich zeigt die bessere Übersichtlichkeit einer grafischen Darstellung. Die textuelle Form einer Liste beinhaltet wiederum oftmals mehr Details zu den einzelnen gefundenen WLAN Netzwerken und eignet sich auch besser alle WLAN Netzwerke zu listen und beizubehalten, sobald diese einmal gefunden wurden. Der Vergleich der beiden Ergebnisse zeigt noch einen anderen wichtigen Unterschied. Die Fritz!App WLAN gibt alle WLAN Netzwerke pauschal mit einer Kanalbreite von 20MHz an. Die Homedale SW gibt Ihnen wiederum auch die Information, welche WLAN Netzwerk höhere Kanalbandbreiten verwenden. In dem unteren Screenshot sehen Sie das an der Zusatzangabe von z.B. “Ch9 + Ch5”. Das bedeutet der primäre Kanal ist Kanal 9, es wird aber auch Kanal 5 für die Datenübertragung zu WLAN Clients verwendet, resultierend in 40MHz Kanalbandbreite. Das ist für die spätere Auswertung nicht unwichtig und z.B. eine Schwäche der “Fritz!WLAN App” (Version 2.3.1)

Das Auswerten der Resultate des WLAN Umgebungsscans

Für die Auswertung der Daten ist ein Grundriss Ihrer Wohnung, Ihres Hauses oder Büros nützlich. Haben Sie keinen fertigen Grundriss an der Hand, dann tut es für den Zweck der Auswertung auch eine schnelle Skizze. Tragen Sie in dem Grundriss an den verschiedenen Standorten, die Signalempfangsstärke sowohl für das 2,4 GHz als auch das 5 GHz Frequenzband ein.

Notiz: Im Prinzip haben Sie damit schon eine einfache sogenannte “Heatmap” (Karte der WLAN Signalabdeckung) erstellt.

Das Auswerten der Signalempfangsdämpfung (Auswertung der Heatmap)

Folgende Tabellen sind eine Kopie aus dem Kapitel über die WLAN Funkschnittstelle. Sie geben Ihnen Informationen wie Sie die Werte der Signalempfangsstärke einordnen können.

Die erste Tabelle gibt die Signalempfangsstärke (nach IEEE802.11 Standard) an, welche ausreicht, um eine maximale brutto Datenrate auf einem einzelnen Datenstrom zu erreichen. Sind die von Ihnen gemessenen Werte gleich oder besser, dann ist die Abdeckung umgangssprachlich “im grünen Bereich”.

Die zweite Tabelle gibt die Signalempfangsstärke (nach IEEE802.11 Standard) an, welche mindestens ausreicht um eine Verbindung herzustellen. Gemessene Werte zwischen diesem Mindestwert und dem Wert für die maximale brutto Datenrate können als gelber Bereich angesehen werden. Je näher der Wert an dem Mindestwert liegt, umso niedriger werden die brutto Datenraten einer Verbindung ausfallen. Alle Werte unter den Mindestwerten können als roter Bereich angesehen werden. Eine Verbindung kommt eventuell zustande, da die WLAN Clients oft etwas besser sind als der Standard es verlangt, doch die erzielten brutto Datenraten werden dann niedrig sein.

Mit diesen Informationen und der angefertigten “Heatmap” haben Sie sich eine gute Übersicht über die Abdeckung und die Empfangsqualität in Ihrem Objekt verschafft. Sie können nun versuchen den Standort der oder des WLAN Access Points, bzw. Internet-Routers zu optimieren oder die Abdeckung durch die Installation eines weiteren WLAN Access Point, bzw. eines WLAN Repeater verbessern.

Über die Heatmap ergibt sich noch eine weitere Möglichkeit für Sie. Liegt die Empfangssignalstärke überall im grünen oder einen für Sie akzeptablen Bereich, dann können Sie auch die Sendeleistung Ihres WLAN Routers reduzieren. Dadurch bekommen Sie ein Quentchen mehr Sicherheit, da potentielle Hacker erst einmal im Sendebereich Ihres WLAN sein müssen.

Notiz: Beachten Sie bei der Auswertung, dass die “Messwerte” eher eine Schätzung darstellen, da Ihr Smartphone, Tablet oder Notebook kein echtes Messgerät ist. Wollen Sie sicher gehen, dass Sie sehr gute WLAN Verbindungen bekommen, dann planen Sie noch eine Marge ein und/oder prüfen Sie hinterher an den verschiedenen Standorten, dass die erzielten brutto Datenraten Ihrer Verbindungen auch tatsächlich Ihren Erwartungen entsprechen.

Hier eine Heatmap, welche mittels des erwähnten Softwaretools “Ekehau Heatmapper” (freie Version 1.1.4) angefertigt wurde.

Der Screenshot zeigt die einzelnen Messpunkte, deren Verlauf und die verschiedenen WLAN Access Points, inklusive deren berechneter Lage, welche beim Scan der Umgebung entdeckt wurden.

Das Auswerten des Scans nach fremden WLAN Netzwerken

Wie Eingangs schon geschrieben, hilft Ihnen der Scan nach fremden WLAN Netzwerken festzustellen, welches Frequenzband und welcher Kanal an den jeweiligen Standorten wahrscheinlich am leistungsfähigsten sind.

• Analysieren Sie für jeden Standort wie viel fremde Netzwerke dort auf welchem Frequenzband, bzw. auf welchen Kanälen entdeckt wurden. Da ein WLAN Gerät dazu angehalten ist das eigene Senden zu verzögern, sobald es eine Aktivität auf dem benutzten Frequenzband/Kanal entdeckt ist es hierbei unerheblich wie gut oder schlecht die fremden WLAN Netzwerke empfangen wurden.

• Ermitteln Sie den am wenigsten benutzten Kanal für das 2,4 GHz und das 5 GHz Frequenzband, welchen Ihre Gerät aber selbst verwenden können.

  • Fokussieren Sie sich im 2,4 GHz Frequenzband dabei auf die Kanäle 1, 6, 11, bzw. 1, 5, 9, 13. Das sind dort die 2 gebräuchlichen Kanalbenutzungsschemata von WLAN. Verwenden Sie am besten das Schema was in Ihrer Umgebung schon verwendet wird. Hintergrund ist, dass im 2,4 GHz Frequenzband der verwendete Kanel nur sozusagen den Primärkanal darstellt auf welchem ein WLAN Netzwerk sendet. Die gesamte verwendete Kanalbandbreite von WLAN beträgt 20Mhz, bzw. bei Kanalbündelung ein vielfaches davon. Das bedeutet das bei Verwendung von z.B. dem Kanal 5 im 2,4 GHz Frequenzband auch die Kanäle 4 und 6 ganz, sowie 3 und 7 jeweils zur Hälfte verwendet werden (bei 20 MHz Kanalbandbreite). Bei einer grafischen Darstellung ist dies direkt ersichtlich.

• Wiederholen Sie den Prozess über alle Standorte.

• Am Ende haben Sie eine gute Übersicht, welcher Kanal für das 2,4 GHz und für das 5 GHz Frequenzband für Ihr WLAN Netzwerk am günstigsten ist. Da je nach Standort andere fremde WLAN Netzwerke entdeckt werden können, kann es gut sein, das der jeweilig günstigste Kanal je nach Standort ein anderer ist. Hier müssen Sie abwägen und einen Kompromiss schließen, außer Sie haben einen WLAN Router, welcher auf mehr als einem Kanal im gleichen Frequenzband gleichzeitig operieren kann.

• Üblicherweise stellt ein WLAN Access Point, bzw. Internet-Router automatisch einen Kanal ein den das Gerät selbst für am besten hält. Stimmt Ihre Analyse damit überein brauchen Sie nichts weiter zu tun, ansonsten gilt es den ermittelten Kanal für das 2,4 GHz und das 5 GHz Frequenzband manuell einzustellen.

• Der WLAN Access Point gibt die Kanäle vor auf welchen ein WLAN Netzwerk betrieben wird. Es sind aber letztendlich die WLAN Clients, welche sich für ein Frequenzband entscheiden müssen.

  • Unterstützt ein WLAN Client nur das 2,4 Ghz Frequenzband, dann ist die Situation eindeutig und die Verbindung wird über dieses Frequenzband hergestellt.

  • Verwenden Sie unterschiedliche Namen (SSID) und Passwörter für die WLAN Netzwerke auf beiden Frequenzbändern, dann entscheiden Sie bei dem Herstellen der Verbindung, welches Frequenzband verwendet wird.

  • Am pragmatischsten ist es einfach nacheinander eine Verbindung über beide Frequenzbänder herzustellen und dann die brutto Datenrate der Verbindung auszulesen. Diese brutto Datenrate ist zwar ungleich höher als die tatsächliche netto Datenrate welche erreicht wird, gibt aber trotzdem eine gute Indikation auf welchem Frequenzband Sie einer bessere Leistung erzielen werden. Beziehen Sie jetzt noch die ermittelten fremden WLAN Netzwerke in Ihre Betrachtung ein. Wenn die Konkurrenzsituation auf einem Frequenzband/Kanal hoch ist, dann kann es weise sein das andere Frequenzband zu verwenden, solange die dort erzielte brutto Datenrate für Ihre Zwecke akzeptabel ist.

  • Operiert der WLAN Access Point gleichzeitig auf dem 2,4 und dem 5 GHz Frequenzband und wird für beide WLAN Netzwerke der gleiche Name (SSID) und das gleiche Passwort verwendet, dann sind es die WLAN Clients welche automatisch das Frequenzband wählen. Möchten Sie die Verwendung eines bestimmten Frequenzbandes erzwingen, dann können Sie dies für viele Geräte in den detaillierten WLAN Konfigurationen einstellen. Für Windows 7, Windows 10 und Android finden sie hierfür, in den eben verlinkten Kapiteln, weitergehende Informationen.

Notiz: Eine interessante Information am Rande. Die Abkürzung LTE dürfte vielen ein Begriff sein und steht für eine hochbitratige Mobilfunktechnologie. Es gibt Überlegungen von Mobilfunknetzbetreibern auch das unlizensierte 5 GHz Frequenzband für LTE zu nutzen. Das dazugehörige Schlagwort heißt LTE-LAA (License Assisted Access). Derzeitig wird das entsprechende 5 GHz Frequenzband unter anderem von WLAN genutzt. Da das 5 GHz Frequenzband aber unlizensiert ist, ist eine Nutzung für andere Technologien nicht ausgeschlossen. Wenn die Überlegungen Realität werden, dann muss sich WLAN die vorhandenen Funkressourcen teilen und je nach Verbreitung von LTE-LAA wird es schwerer wenig ausgelastete Frequenzen zu finden. Ob und wie man LTE-LAA Funkzellen aufspüren kann, könnte in der Zukunft ein interessantes Thema werden.