12.12.2016

Mu-MiMo: Vollgas auf der WLAN-Autobahn?

Wollen Sie zu Weihnachten sich, Ihrer Familie oder Ihrem Büro noch etwas Gutes gönnen? Dann machen Sie doch ihrem WLAN mit der neuesten Technik Beine. Diese hört auf den Namen Mu-MiMo - wir zeigen Ihnen heute einmal, was sich dahinter verbirgt und wie es funktioniert.

Von: Lars Behrens   Drucken Teilen   Kommentieren  

Lars Behrens, Dipl.-Paed

Lars Behrens ist Geschäftsführer der Firma MaLiWi IT. Staatlich geprüfter Netzwerkadministrator, Microsoft MCP/Linux LCP. Er hat langjährige Erfahrung in der Beratung bei Planung und Einrichtung von IT-Systemen und Netzwerken und dem Support heterogener Systeme (Apple Macintosh, Microsoft Windows, Linux). Universitätsstudium der Pädagogik, mehrere Jahre Tätigkeit im Ausland. Seminar- und Kursleiter, Referent und Fachbuchautor. Weiterhin ist er Herausgeber von dem Online-Fachportal «InformatikPraxis» bei der WEKA Business Media AG.

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Internet und WLAN

Egal, wie schnell Internet und WLAN tatsächlich sind - "gefühlt" sind gerade über das drahtlose Netzwerk die Zugriffe auf das Netzwerk immer zu langsam. Dabei gibt es doch bereits eine lange Historie an Mobilfunkgenerationen, die allesamt dem Zweck dienen sollten, die drahtlosen Netzwerkzugriffe zu beschleunigen:

  • 802.11a: 5 GHz-Band, bis zu 54 Mbits/s
  • 802.11b: 2.4 GHz-Band, bis zu 11 Mbits/s
  • 802.11g: 2.4 GHz-Band, bis zu 54 Mbits/s
  • 802.11n: 2.4 & 5 GHz-Band, bis zu 600 Mbits/s
  • 802.11ac: 5 GHz-Band, bis zu 1.3 Gbits/s

Angefangen beim ursprünglichen Standard 802.11, der bereits 1997 verabschiedet wurde, und aus heutiger Sicht äusserst bescheidene Datenraten von einem bis zwei Mbit/s brachte, über das heute noch recht weit verbreitete 802.11g mit Datenraten bis zu 54 Mbit/s, das recht aktuelle 802.11ac bis hin zum neuesten Standard 802.11ah (Wi-Fi HaLow), der Anfang 2016 veröffentlicht wurde, brachte jede neue WLAN-Generation vor allem Steigerungen der Geschwindigkeit mit sich. Zuständig für diese Normierungen ist übrigens das US-amerikanische Institute of Electrical and Electronics Engineers, kurz IEEE - aber das soll uns hier nur am Rande interessieren.

Mbit-Durchsatzzahl

Für uns ist es wichtig zu wissen, dass - um eine Analogie aus der Motortechnik heranzuziehen - Hubraum eben nicht alles ist; d.h. die reine Mbit-Durchsatzzahl, die theoretisch möglich wäre, besagt in dem Augenblick nicht mehr viel, in dem mehrere Nutzer über dasselbe Gerät oder - schlimmer noch - denselben "Funkkanal" (vereinfacht gesagt) ins Netzwerk wollen. Und an dieser Stelle kommt Mu-MiMo ins Spiel.

Schauen wir uns das Prinzip von Mu-MiMo einmal etwas konkreter an. Sie haben vielleicht bereits einen WLAN-Router mit recht aktuellem Standard? Das nützt dann eventuell nur bedingt etwas, da die neuen WLAN-Standards bisher nur einzelne Verbindungen beschleunigen. Nutzen mehrere Geräte gleichzeitig die Funkverbindung, bekommt jeder Client seine Bandbreite anteilig. Wollen beispielsweise drei Geräte gleichzeitig über einen WLAN-AP mit 802.11a-Standard ins Netzwerk, erhält jeder Client mithin ein Drittel der Verbindungsgeschwindigkeit zugewiesen. Im Prinzip verschwendet er zwei Drittel mit Warten. Das liegt an der Technik, mit der die Datenströme über die Antenne(n) gelenkt und verteilt werden. Bisher kommt hier meistens Single-User MIMO (SU-MIMO, MiMo steht für Multiple In - Multiple Out) zum Einsatz. Die dahinter stehende Idee ist schon recht gut - bei MIMO (Multiple Input Multiple Output) werden mehrere Antennen verwendet, über die die Daten parallel gesendet und empfangen werden. Bei Verwendung eines MIMO-Routers mit drei Antennen übermittelt jede dieser drei Antennen im Optimalfall eben ein Drittel des Datenstroms. Das ist in etwa vergleichbar mit einem Download, der von mehreren Servern heruntergeladen wird. Es ist dann Sache des Clients, diese Fragmente wieder zu einem sinnvollen Ganzen zusammenzufügen.

Single-User-MIMO

So erklärt sich das eingangs angesprochene Dilemma, dass die Nutzer in Ihrem WLAN immer noch über langsame Geschwindigkeiten klagen, obwohl Sie bereits einen neuen WLAN-Accesspoint mit 802.11ac (also theoretisch möglichen GBit-Bandbreiten) angeschafft haben. Tatsächlich werden die Endgeräte im Funkbereich dieses WLAN-Gerätes schlicht und einfach durch den beschriebenen Warteschlangenmechanismus ausgebremst. Dummerweise wird der technische Aufwand, der notwendig ist, um die parzellierten Datenströme den jeweiligen Empfängern zuzuordnen, umso höher, umso mehr Antennen man verwendet - viel hilft hier also nicht auch viel. Single-User-MIMO kann also mehrere Datenströme gleichzeitig senden, leider aber immer nur an ein und dieselbe Adresse. Nehmen wir einmal eine weitere Analogie aus der Autowelt zu Hilfe: wenn Ihr WLAN einer Autobahn entspricht, nützt es Ihnen nur wenig, wenn Sie darauf mit 130 km/h fahren könnten, solange es keine Trennung der Fahrbahnen gibt. Im Prinzip ist das WLAN also sehr schnell und es sind auch viele "Fahrspuren" vorhanden - aber mangels auf der Autobahn aufgemalter Fahrstreifen kann aus Sicherheitsgründen immer nur ein Fahrzeug zur Zeit auf die Reise geschickt werden.

Multi-User-MIMO

Multi-User-MIMO soll diesem Dilemma abhelfen. Nun können WLAN-AccessPoints die Datenströme von bis zu vier Clients gleichzeitig bedienen. Es liegt auf der Hand, dass der Verkehr auf Ihrer Datenautobahn viel flüssiger läuft, wenn Sie Fahrspuren aufmalen und drei oder vier Autos nebeneinander fahren können, als nur ein einzelnes Fahrzeug zur Zeit. So könnte eine aktuelle WLAN-Basis mit beispielsweise acht Antennen vier davon nutzen, um Ihrem iPhone Zugang zum Netzwerk zu verschaffen, während Sie parallel mit Ihrem Laptop per VPN im Office eingeloggt sind und Ihre Gattin oder Ihr Gatte auf dem Tablet die nächste Urlaubsreise bucht.

Beamforming

Eine wichtige Komponente von MU-MIMO ist das sogenannte Beamforming. Durch dieses Verfahren können die Funksignale optimal zum Endgerät hin ausgerichtet werden. Damit das funktioniert, muss Ihr WLAN-AP "wissen", wo im Raum die Endgeräte sich gerade befinden. Das Gerät schickt dazu Prüfdatenpakete in alle Richtungen. Die Endgeräte antworten darauf, und der WLAN-AP verfügt somit über die notwendigen Informationen zur Signalstärke. Beamforming gab es zwar schon im WLAN-Standard 802.11n, in der "vorletzten" Aktualisierung 802.11ac wurde es aber noch einmal verbessert.

Mu-MiMo ist also eine clevere Technik, die den WLAN-Durchsatz für alle Geräte im drahtlosen Netz verbessert. Aber erst aktuelle Gerätegenerationen (802.11ac Wave 2) werden die bessere Leistung für WLANs mit mehreren Geräten umsetzen können.

802.11ac ("Wave 2")

In der "vorletzten" Erweiterung des WLAN-Standards, 802.11ac ("Wave 2") ist Mu-MoMi bereits enthalten. Die allerneueste Generation 802.11ah lassen wir mal aussen vor, hier ist die Umsetzung in den Endgeräten noch recht gering. Achten Sie bei der Auswahl einer neuen WLAN-Basis also auf den Zusatz "Mu-MiMO", MiMo alleine (oder eben Su-MiMo) bringt hier immer noch die beschriebene Ausbremsung mit sich.

Mu-MiMo kann also Ihr WLAN beschleunigen - besser gesagt, optimieren, eine tatsächliche Beschleunigung ist es ja gar nicht. Denken Sie an die Analogie zur Autobahn: 120 km/h war auch vorher schon erlaubt, aber es durfte eben nur ein Fahrzeug gleichzeitig auf die Strecke. Überfrachten Sie hingegen Ihr WLAN mit Dutzenden von Endgeräten, die womöglich auch noch grosse Datenmengen nutzen (Streaming von Filmen) oder zeitkritische Anwendungen betreiben, ist auch Mu-MiMo irgendwann machtlos. Ein Online-Spiel, welches geringe Latenzen erfordert, auf dem Laptop über WLAN in einem rege besuchten Internetcafé zu spielen, ist also vielleicht nicht gerade die beste Idee.

WLAN-AccessPoint

Und eine weitere Einschränkung gibt es, die durch den 802.11ac-Standard noch nicht behoben ist: MU-MIMO funktioniert wie eine Einbahnstrasse, nämlich nur von der Basis (WLAN-AccessPoint) zu den Clients (Laptop, Smartphone, Tablet). Die signaltechnisch notwendige Bestätigung darüber, dass die Datenpakete im richtigen Datenkanal (also zwischen WLAN-AP und einzelnem Client) angekommen sind, belegt jeweils den kompletten Funkkanal. Wunder kann also auch Mu-MiMo nicht vollbringen, aber es kann vielleicht - eingesetzt in einem WLAN-AccessPoint, den Sie Ihren Lieben unter den Weihnachtsbaum legen (oder im Büro zur Freude des Teams anbringen) - für glänzende Augen, passend zur Weihnachtszeit, sorgen.

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