Berlin:Konzept fuer grosse Netze

Mit dieser Seite möchte ich ein Konzept erörtern um größere Freifunknetze in größeren Städten optimieren zu können. Als Vergleichsobjekt wird hier die große Umbauaktion in Berlin auf Grund der MABB-Förderung 2013 genutzt.

Draft - Optimieren grosser Netze.

Grundlagen

Ein Netzwerk, so wie das Berliner Freifunknetz, besteht aus einem bunten Gemisch von verdrahteten Verbindungen, über Funk realisierte Verbindungen und aus logisch (auf Netzwerkebene) verbundenen Netzen. Hard verdrahtete Verbindungen werden im weiteren Text als

LAN

bezeichnet, Funkverbindungen werden als

WiFi

bezeichnet und zu einem logischen Netz gehörigen Mischformen werden als

Sub-Netz

beschrieben. Knotenpunkte oder Punkt zu Punkt Verbindungen, welche ein großes Datenvolumen erwarten lassen, werden als

Backbone

bezeichnet. Die folgenden Abschnitte sollen Anforderungen, Randbedingungen und daraus folgende Schlussfolgerungen sichbar machen. In jedem groen Türme, also Kirchen, Hochhäuser und Wassertürme in Berlin Anfang 2014 ist eine Sterntopologie realisiert. In der Mitte steht ein leistungsfähiger Router und außen strahlenförmig zeigen NanoStations mit ihren Wifi-Interfacese in alle (4-8) Himmelsrichtungen. Wenn ich mich als User an das Netz anbinden will, muß ich mich derzeit durch eine verwirrende Mänge verschiedener ESSIDs kämpfen. Irgendwie vermisse ich den roten Faden. Deshalb folgt hier eine kleine Gedankenstütze für Netz-Installateure.

Vorgehensweise

Um dem Chaos einer dezentralen Struktur zu begegnen erscheint es notwendig Strait Forward ein vorweg erarbeitetes Konzept zu befolgen. Dies funktioniert bei dem Gebrauch der IP-Adressen schon sehr gut. Im Grunde sollte die Infrastruktur, Hardware und diverse Problemlösungen einem Masterkonzept folgen und nicht ungekehrt das Chaotisch gewachsene Netz kein Kontzept erkennbar machen. Das heißt an manchen Orten, muß man vielleicht kleinere Hardware einsetzen, an manchen Orten sollte die Hardware nicht so viel Energie verbrauchen, an manchen Orten sind die Antennen Omnidirektional usw.

Anforderungen:

Optimierung

• Bandbreite -> Max
• Hardware/Kosten -> Min

Service

• Grundsätzlich soll sich Freifunka aus allen Himmelsrichtungen mit Türmen der Backbone verbinden können.
• Für Handy/Windows-User sollen AccessPoints angeboten werden.

Pflege

• Für Maintaining ist ein AccessPoint pro Lan empfehlenswert.

Sicherheit

• Geräte sollen Einbruchsicher sein
  • ausreichender Passwortschutz.
  • Speicherüberlauf von Switches
  • Sicherheitslücken/Backdoors in verwendeter Software erkennen und schließen.
• Verschlüsselung der Funkstrecke notwendig?

Annahmen:

Infrastruktur

• Backbone
  • 5 GHz für Backbone ausreichend?
  • Was bedeutet Backbone?
    • Ist Backbone für alle zugänglich?
      • Gibt es WDS und ist das sinnvoll?
    • Welche Routingprotokolle sind notwendig?
    • Welche Routingprotokolle dürfen nicht verwendet werden?
• End-User APs
  • 2.5 GHz für EndUser-APs ist ausreichend.
  • DHCP?
  • Welche Routingprotokolle sind notwendig.
  • Welche Routingprotokolle sollten nicht verwendet werden?
  • Stellt OLSR zusammen mit DHCP auf APs-Server ein Problem dar?
  • Stellt OLSR zusammen mit DHCP auf Client ein Problem dar? Ich denke Ja.
  • Für APs sind Geräte mit größerem Öffnungswinkel hinreichend -> Loco

Technik

• Halbduplex hat mehr Totzeiten und ist langsamer als Fullduplex.
• Fullduplex lässt sich durch Polarisation mehrerer Antennen realisieren?
  • Fullduplex benötigt zwei Interfaces!
• Meshing über mehrere Hops auf dem gleichen Kanal ist langamer als auf verteilten Kanälen?
• Nahe liegende Interfaces/Antennen stören sich gegenseitig auch über nicht überlappende Kanäle hinweg?
• Abschirmen mit dicker Alufolie oder Blech hilft gegen Einstrahlung benachbarter Systeme?
  • 1m Abstand schützt gegen Übersprechen?
• Polarisation hilft zum Abschwächen von unerwünschten polarisierten Verbindungen.
• Polarisation kann auch erwünschte senkrecht stehende Omnis ausschließen.
• EndUser-AccessPoint-2,5GHz ist für Nahfeld ausreichend?
  • Geräte mit größerem Öffnungswinkel für 2,5GHz ausreichend -> Loco
• CPU in Routern für installierte Wifi-Bandbreite ausreichend?
  • Core-Router notwendig, oder reicht auch Ketten/Linien-Topologie?

Randbedingungen:

Infrastruktur

• Viele Nutzer sind ausschließlich auf 2.5 GHz.

Politik

• Einsatz von 5 GHz fordert DFS.
  • Kanalanzahl wird begrenzt durch Regenradar.
  • Regenradar nimmt jede viertelstunde eine Messung vor.
    • Regenradar macht den verwendeten Kanal unbrauchbar.
• Indoorkanaele duerfen nicht für Outdoor mißbraucht werden!
  • Es sei denn, es gibt Sonderbedingungen/Genemigungen?

Technik

• Sichtverbindung ist notwendig.
• Fresnel-Zone bei 2.5 Ghz ca. 10-30 Meter.
  • Fresnell-Zone verlangt lange Antennenmasten.
    • Einteilung in Nahfeld und Fernfeld erscheint sinnvoll.
• Fresnel-Zone bei 5Ghz ca. 1-3 Meter.
• NanoStation M2 hat 53° Az-Öffnung
• NanoStation M5 hat 41° Az-Öffnung
• NanoStation M2 Loco hat 60° Az-Öffnung
• NanoStation M5 Loco hat 45° Az-Öffnung
• Kanäle 1,5,9,13 überlappen sich nicht.
  • Es gibt 4 überlappungsfreie Kanäle im 2.5 GHz Netz - für welche Bandbreite?
  • Es gibt x überlappungsfreie Kanäle im 5 GHz Netz - für welche Bandbreite?
• Um nicht mehrere Geräte an einem Turm mit Signalen zu belasten müssen angrenzende Himmelsrichtungen mit nichtüberlappenden Kanälen betrieben werden.

daraus abgeleitete Annahmen

• Nahfeld kann mit EndUser-AccessPoint gleich gesetzt werden
  • Nahfeld == EndUser-AccessPoint.
• Fernfeld kann mit Backbone gleichgesetzt werden
  • Fernfeld == Backbone.
• 4 NanoStations reichen nicht aus um 360° lückenlos abzudecken.
• 360°/8=45°
• 360°/7=51°
• 360°/6=60
• für 360° werden 6 M2 Loco benötigt
• für 360° werden 8 M5 Loco benötigt
• für 360° werden 6-7 M2 benötigt
• für 360° werden 8-9 M5 benötigt
• Fullduplex kann durch polarisierte und spezialisierte Antennen realisiert werden (Empfang auf 1/ Senden auf 2)
• Mit 6 NS Loco M2 werden 2 Kanäle doppelt belegt. Besser gegenüber!
• Mit 8 NS M5 werden x Kanäle doppelt belegt. Besser gegenüber!

daraus abgeleitete Anforderungen

• Backbone wird wegen Fresnell-Zone mit 5Ghz aufgebaut?
• APs im Nahfeld wird mit 2.5 GHz Loco realisiert?
• APs im Nahfeld haben DHCP und OLSR?
  • Um olsrd am AP anzubieten muß olsrd Smartphones erkennen. (Batterie)
• Wenn möglich nur einseitig Longshots aufbauen.
• Abdeckung soll über 360° gewärleistet sein, also Omni-Antennen verwenden bzw. die weiter oben berechnete Anzahl von Routern verwenden.
• Es müssen für Service-Arbeiten immer mehr als ein Router mittels Kabel in Kontakt stehen.
• Es muss mindestens ein Router einen AP anbieten.

Begrenzte Kanalanzahl - 5GHz

Laut: Berlin:Standorte:Segenskirche:Channel sind die Kanäle im 5GHz Bereich für Freie Nutzung stark berenzt. Es werden zur Bandbreitenoptimierung 40MHz benötigt. Ab Kanal 100 beginnen Outdoorkanäle. In diesem Bereich beginnt ebenfalls die Vorfahrtsregel für Wetterradar. (An diesem Punkt wird deutlich, warum die Kanäle freigegeben wurden.) Auf die schnelle konnte ich zwei nicht überlappende Kanäle erkennen. Aus der Not läßt sich sich eine Tugend ableiten.

Die Lösung scheint am Anfang etwas trivial oder auch billig. Bei der näheren Betrachtung ergeben sich durchaus Vorzüge.

• Stationen vor und hinter der Zielstation werden mit einbezogen.
• Es kann ein Meshing in alle Himmelsrichtungen mit einem Kanal realisiert werden.

Wie sollte es auch anders sein - Es gibt auch Nachteile:

• Die Hardware muß aktiv vor Neben-Einstrahlung geschützt werden.

Einstreuschutz von der Seite und von Hinten.

Was ist beim Abschirmen von unliebsamen Einstreuungen zu beachten?

• Wir haben es mit elektromagnetischen Wellen zu tun.
  • Die Welle kann elektrisch und magnetisch geschirmt werden.
    • Kupfer, Silber oder ALU sind sehr gute Reflektoren?
    • Eventuell ist die magnetische Eigenschaft von Blechen eher für Abschirmung geeignet, weil sie auch dissipativ wirkt? Müßte man mal nachprüfen.

Schutz vor Störerhaftung

Hier einige Beispiele zum Schutz vor der Störerhaftung.

• Splash-Screen (Unsicher, nervig)
• VPN (in Berlin Standard)
• Programme zum Erkennen von Filesharing oder Torr, welche dies dann local unterbinden.
• Proxy

Pro Kontra zum Routing

Protokoll	Pro	Kontra	Eigenschaft ohne Wertung
OLSRD	Transparenz (mein Eindruck)	Speicherbedarf	Layer 3
Batman-adv	Speicherbedarf	Transparenz	Layer 2
BMX	-	-	-

Pro Kontra zum 802.11 Standard

Standard	Bandbreite	Qualität	MIMO
b	?	?
g	?	?
n	?	?

Kleine Kontrolle für mich: Am 24.04.2014 waren es 205 Aufrufe.