Test: Wireless-LAN-Komponenten für IEEE 802.11n:
Vergleichstest IEEE-802.11n-WLANs: Drahtloses Überschall-LAN

von Thomas Rottenau (FH Stralsung), bre

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03.11.2008

Mit IEEE 802.11n stoßen Wireless-LANs in Regionen vor, die bis vor kurzem noch drahtgebundenen Netzwerktechniken vorbehalten waren. Ein Testfeld von 802.11n-Geräten aus Basis der Vorabversion der Norm musste in den Real-World Labs an der Fachhochschule Stralsund beweisen, ob die Versprechungen der Hersteller in puncto Leistungszuwachs zutreffen.

(Fortsetzung des Artikels von Seite 2)

Der Standard IEEE 802.11n ist zwar noch nicht offiziell verabschiedet. Dennoch haben Hersteller von WLAN-Produkten bereits Adapter, Access-Points und Controller für diese Technik parat. Darunter sind auch Geräte, die für den Einsatz in Firmennetzen bestimmt sind.

Mit Content-Strömen von maximal 150 MBit/s versprechen WLANs nach IEEE 802.11n die 100-MBit/s-Schallgrenze zu durchbrechen. Hinzu kommt, dass der kommende Wireless-Standard die Bündelung mehrerer Content-Ströme ermöglicht. So soll ein Bruttodurchsatz von 300 MBit/s und sogar 600 MBit/s möglich werden.

Zudem versprechen die Anbieter solcher Funkkomponenten deutlich größere Reichweiten. Damit können solche WLAN-Geräte im Zeitalter von Unified-Communications-Anwendungen mit kabelgestützten LAN-Technologien mithalten. Das hat zur Folge, dass das WLAN der neuesten Generation in der Regel mit Gigabit-Ethernet ans Unternehmens-Backbone angeschlossen werden sollte.

Ein erster Vergleichstest in den Real-World Labs an der FH Stralsund sollte darüber Aufschluss geben, inwieweit die heutigen WLAN-Produkte halten, was die Hersteller und das Normierungsgremium des IEEE versprechen.

Untersuchen wollten wir WLAN-Systeme nach IEEE 802.11n auf ihre Tauglichkeit für den Einsatz in Unternehmensnetzen mit verschiedenen Real-Time-Applikationen und entsprechenden »Quality-of-Service«-Anforderungen. Gemessen wurden die Performance sowie die üblichen Quality-of-Service-Parameter.

Anforderungen an die Testkandidaten

Als Anforderungen an die Teststellungen definierten wir:

  • Vier Access-Points nach IEEE 802.11n,

  • Unterstützung für IEEE 802.11a/b/g,

  • Point-to-Multipoint-Unterstützung (Mesh/WDS),

  • Multi-SSID-Funktionalität sowie

  • WMM-Unterstützung.

Unsere Einladung zur Teilnahme am Test stieß bei den Anbietern anfänglich auf breites Interesse. Doch als es »ernst« wurde, machte ein Hersteller nach dem anderen einen Rückzieher. Die Gründe reichten von »mangelnden Ressourcen« bis hin zur Übernahme einzelner Unternehmen durch größere Konzerne.


Die Access-Points der Reihe LG-310agn
Wireless von Lancom bieten ein gutes
Preis-Leistungsverhältnis.

Den Weg ins Testfeld schafften letztendlich nur Lancom und Siemens, deren Kooperationsbereitschaft an dieser Stelle noch einmal positiv hervorgehoben werden sollte.

Lancom: Vier Access Points

Lancom [1] schickte vier APs vom Typ »L-310agn Wireless« ins Rennen. Der Hersteller verspricht bis zu 300 MBit/s Übertragungsgeschwindigkeit entsprechend IEEE 802.11n Draft 2. Der L-310agn verfügt über drei austauschbare externe Antennen. Damit der LAN-Anschluss nicht zum Flaschenhals wird, sind die Access-Points mit einem Gigabit-Ethernet-Interface ausgestattet.

Durch die Funkfeldabdeckung mittels »Multiple Input Multiple Output«, kurz Mimo, mit je drei Sendern und drei Empfängern sollen die bisher störenden Signalreflexionen zur Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit ausgenutzt werden.

Dank der verbesserten Signalausnutzung verspricht sich der Hersteller bei gleichen Umgebungsbedingungen eine deutliche Verbesserung von Performance und Reichweite im Vergleich zu 802.11a/g-Netzen.

Die Lancom-APs sind mit Dual-Band-Funkmodulen (5 und 2,4 GHz) ausgerüstet und bieten so Abwärtskompatibilität zu den bisherigen IEEE 802.11a/b/g-WLAN-Clients. Die Stromversorgung kann auch per Power-over-Ethernet (PoE) nach 802.3af über das Netzwerkkabel erfolgen.

Zentrales Management über WLAN-Controller

Die Lancom-Access-Points können über einen WLAN-Controller zentral verwaltet und konfiguriert werden. Ein solcher Controller war in der Lancom-Teststellung allerdings nicht enthalten und ist für den Aufbau eines kleinen WLANs auch nicht erforderlich.

Der »L-310agn Wireless« wird zu einem empfohlenen Verkaufspreis von rund 400 Euro netto angeboten. Extra Lizenzen für die Controller sind nicht erforderlich. Alle APs und der WLAN-Teil von WLAN-Routern können »kostenlos« von Controllern verwaltet werden.

Für das zentrale Management von bis zu 25 Access-Points, optional auch 50 oder 100 Geräten, beziehungsweise WLAN-Routern bietet Lancom den WLC-4025 WLAN Controller zum Preis von rund 5000 Euro an.

Siemens: Hipath Wireless System

Einen anderen Weg geht Siemens [2] mit ihrem »Hipath Wireless«-System. Hier wird die Verarbeitungslast grundsätzlich zwischen den Access-Points und dem Controller verteilt. Zeitkritische Funktionen wie QoS, Verschlüsselung und dynamische Frequenzwahl übernehmen die APs, während globale Funktionen wie Konfiguration, Roaming, Sicherheitsmanagement oder Policy-Kontrolle am Controller zentral erfolgen.

Aus diesem Grund setzte sich die Siemens-Teststellung aus einem Hipath-Wireless-Controller-C2400 mit einer Campus-Lizenz für 100 User sowie Access-Points der Typen AP3610 und AP3620 zusammen.

Dass hier David gegen Goliath angetreten ist, zeigt ein Blick in die Preisliste: Da schlagen bereits die APs mit 740 beziehungsweise 790 Euro netto zu Buche. Hinzu kommen noch eine »Mobility Domain License« je AP für 190 Euro, ein Controller für 13995 sowie eine Controller-Lizenz für 100 APs zu 5995 Euro. Maximal ist der Betrieb von 200 APs möglich. Dann sind 11495 Euro für die Controller-Lizenz fällig.


Der WLAN-Controller Hipath C-2400 von Siemens bietet Funktionen wie Konfiguration, Roaming, Sicherheitsmanagement und Kontroller der Regeln (Policies).

Selbstverständlich wartet auch die Siemens-Lösung mit einer umfangreichen Reihe von Funktionen auf. Dazu gehören Stromversorgung über PoE, Mimo, Virtual-Netzwerk-Services-Architektur sowie diverse Management- und Sicherheitsfunktionen.

Der Testaufbau

Zur Durchführung unserer Messungen haben wir die Access-Points 1 bis 4 im Labor aufgebaut und ein WLAN zwischen den APs etabliert. Im Fall der Siemens-Teststellung war der Controller zusätzlich mit dem AP 1 verbunden. Die einzelnen APs waren mit einem Spirent [3]-Lastgenerator/Analysator verbunden.

In der ersten Testreihe »Point to Point« wurden unidirektionale Datenströme an AP 1 gesendet und an AP 2 adressiert. Dort haben wir die eingehenden Datenströme analysiert.

In der Testreihe »Point to Multipoint« wurden die Datenströme in verschiedenen Szenarien gesendet und an einen oder mehrere APs adressiert. Der gesamte Testaufbau arbeitete stets im Unicast-Betrieb. Die Datenströme liefen bei allen Messungen unidirektional. Variiert wurden die Abstände zwischen den APs sowie den Parameter WPA2.

Datenströme im Imix-Format

Die Datenströme hatten das Imix-Format. Diese setzen sich aus Frames aller möglichen Größen zusammen und entsprechen der Zusammensetzung realer Umgebungen. Für einzelne Messungen griffen die Tester auf feste Frame-Formate zurück, um das Verhalten des Testaufbaus detaillierter zu analysieren.

Bei dem Test kamen Datenströme der verschiedenen WMM-Prioritäten von »Background« über »Best Effort« und »Video« bis zu »Voice« zum Einsatz. Den maximalen Durchsatz haben wir ermittelt, indem wir die Datenlast in 1-Prozent-Schritten erhöht und prüften, wann die Frame-Verluste in der höchsten Priorität über ein Prozent betrugen.

An diesem Punkt ist der jeweils erzielbare maximale und in der höchsten Priorität fehlerfreie Durchsatz erreicht. Die aus den gemessenen Datenverlusten errechneten Durchsatzraten sind Bruttodatenraten inklusive Header und Interframe-Gap. Die erreichbaren Nettodurchsatzraten sind von den verwendeten Frame-Formaten abhängig.

Die Ergebnisse: Point-to-Point-Performance

Bei der ersten Point-to-Point-Messung liefen Daten vom AP 1 zum AP 2. Die Distanz zwischen beiden APs betrug fünf Meter. WPA2 war ausgeschaltet. Diese Messung erfolgte mit Imix-Datenströmen.

Zu deutlichen Datenverlusten kam es hier bei den Messungen mit dem Lancom-System in der niedrigsten Priorität schon bei 2 Prozent Eingangslast oder brutto 20 MBit/s. Als maximale Durchsatzrate nach unserer Definition oben erreichte die Lancom-Teststellung dann 44 MBit/s brutto.

Verwendeten wir Datenströme, die ausschließlich der niedrigsten oder auch der höchsten Priorität angehörten, wurde ein maximaler Durchsatz von 50 MBit/s erreicht.

Die Siemens-Teststellung zeigte erste deutliche Datenverluste in der niedrigsten Priorität bei 3 Prozent Last. Mit 124 MBit/s erreichte das Hipath-System den maximalen Durchsatz. Verwendeten wir ausschließlich Daten der niedrigsten Priorität, kam das System auf 80 MBit/s. Mit ausschließlich am höchsten priorisierten Daten waren 110 MBit/s möglich.

Ergebnisse mit WPA2

Für die zweite Messung modifizierten die Real-World Labs den vorhergehenden Test, indem WPA 2 einschaltetet und die Messung nacheinander neben Imix-Datenströmen auch mit den festen Frame-Formaten 64, 256, 512, 1024 und 1518 Byte durchgeführt wurde.

Im Imix-Betrieb konnten wir mit der Lancom-Teststellung einen maximalen Durchsatz von 49 MBit/s ermitteln. Bei festen Frame-Formate ergab sich eine starke Abhängigkeit zwischen Frame-Größe und maximalem Durchsatz: Mit den kleinsten Frames erreichten wir gerade einen maximalen Durchsatz von 4 MBit/s. Waren die Frames 256 Byte groß, gingen 14 MBit/s durch den Äther.

Mit 512- und 1024-Byte-Frames lagen gut 50 MBit/s an. Und mit dem größten Frame-Format haben wir 101 MBit/s ermittelt.

Verwendeten wir für diesen Test nur Daten der niedrigsten beziehungsweise höchsten Priorität, dann verhielt sich die Teststellung ähnlich. Bei der niedrigsten Priorität stiegen die Durchsätze mit dem Frame-Format von weniger als 10 bis auf 120 MBit/s an. Mit ausschließlich am höchsten priorisierten Daten schaffte das System zwischen unter 10 und 150 MBit/s.

Ähnliche Resultate bei Siemens

Im Prinzip verhielt sich die Siemens-Teststellung hier ähnlich. Bei der Imix-Messung kamen wir auf einen Durchsatz von 115 MBit/s. Mit 64 Byte kam die Teststellung dann noch auf immerhin 15 MBit/s.

Auch hier stieg der Durchsatz mit dem Frame-Format wieder deutlich an. Verwendeten wir 256-Byte-Frames, waren es schon 66 MBit/s. Mit 512-Byte-Paketen kam das System dann auf 117 MBit/s, bei der Messung mit 1024-Byte-Frames auf 160 MBit/s. Bei den größten Frames waren dann 136 MBit/s drin.

Wiederholten wir diese Messung mit ausschließlich niedrig priorisierten Daten, dann schaffte die Teststellung zwischen 10 und 150 MBit/s. Mit Daten der höchsten Priorität erreichte das System zwischen 20 und 160 MBit/s. Auch hier konnten wir die höchsten Durchsatzraten mit dem größten Frame-Format erreichen.

Auswirkung der Entfernung

Als nächstes wollten wir wissen, welchen Einfluss die Entfernung zwischen den APs auf die Durchsatzraten hat. Gegenüber dem vorhergehenden Testaufbau vergrößerten wir also den Abstand zwischen den beiden aktiven APs auf 15 Meter. Erschwerend kam hinzu, dass sie nun auch durch eine Wand voneinander getrennt waren. Diese Messung wurde wiederum mit Imix-Datenströmen durchgeführt.

Im Anschluss vergrößerten wird den Abstand der Access-Points auf 25 Meter. Außerdem lagen zwischen ihnen zwei Wände.

Das Lancom-System schaffte bei 15 Metern Entfernung und einer Wand einen Gesamtdurchsatz von 37 MBit/s. Ausschließlich niedrig priorisierte Daten erreichten hier 20 MBit/s, ausschließlich hoch priorisierte 50 MBit/s. Bei 25 Metern und zwei Wänden lag der Durchsatz dann generell bei unter 10 MBit/s.

Die Siemens-Geräte kamen bei der 15-Meter-Messung auf einen Durchsatz von 91 MBit/s. Wiederholten wir die Messung mit Daten der niedrigsten Priorität, wurden noch 50 MBit/s erzielt. Sendeten wir ausschließlich Daten der höchsten Priorität, kam das System auf 70 MBit/s. Über 25 Meter und durch zwei Wände hindurch war eine brauchbare Datenkommunikation dann nicht mehr möglich.

Point-to-Multipoint-Performance

In der zweiten Testreihe wurden zunächst vom AP 1 zugleich auf AP 3 und AP 4 jeweils vier unterschiedlich hoch priorisierte Imix-Datenströme gesendet. Der Abstand zwischen AP 1 und den APs 3 und 4 betrug jeweils fünf Meter; WPA war aktiviert.

Die Durchsatzraten beider Verbindungen waren bei der Messung mit der Lancom-Teststellung sehr ähnlich und die ermittelten Datenverluste praktisch identisch. Deutliche Datenverluste in der niedrigsten Priorität waren hier schon bei 20 MBit/s zu erkennen. Die höchste Priorität blieb bis 60 MBit/s praktisch frei von Verlusten.

Als maximal mögliche Gesamtdurchsatzrate nach unserer Definition ermittelten wir 45 MBit/s. Wiederholten wir die Messung mit Daten der niedrigsten Priorität, waren nur 10 MBit/s verlustfreier Datendurchsatz möglich. Waren alle Frames als »Voice« priorisiert, schaffte die Teststellung einen Durchsatz von 40 MBit/s.

Im selben Test erreichte Siemens 30 MBit/s Durchsatz bei den Daten der niedrigsten Priorität. Die Daten der höchsten Priorität blieben bis zu einem Durchsatz von 150 MBit/s verlustfrei. Der ermittelte Gesamtdurchsatz betrug 123 MBit/s. Wiederholten wir die Messung mit Daten der niedrigsten Priorität, schaffte das System 100 MBit/s. Mit Daten ausschließlich der höchsten Priorität wurden 130 MBit/s erzielt.

Für die nächste Messung blieben Aufbau und Einstellungen gleich. Dieses Mal sendeten aber AP 3 und AP 4 gleichzeitig Datenströme an AP 1. Auch hier wurden die Datenströme beider APs sehr fair behandelt. Je AP konnten bei der Messung mit der Lancom-Teststellung maximal 15 MBit/s Durchsatz ermittelt werden. Für die Siemens-Teststellung ermittelten wir im gleichen Test je AP 67 MBit/s Durchsatz.

Variante: Kombination unterschiedlich priorisierter Datenströme

Dann veränderten wir den Test dahingehend, dass AP 3 nur noch niedrig priorisierte und AP 4 nur noch hoch priorisierte Daten sendete. Im Test mit dem Lancom-System ließt sich hier eine funktionierende Priorisierung nachweisen. Der mögliche Gesamtdurchsatz je AP betrug dabei 11 MBit/s. Auch der Siemens-Testaufbau priorisierte soweit einwandfrei. Der hier ermittelte Gesamtdurchsatz betrug 55 MBit/s je AP.

Im letzten Testaufbau sendete AP 3 via AP 1 seine Datenströme an AP 4. Der Abstand zwischen den APs betrug jeweils fünf Meter. Die Lancom-Teststellung kam hierbei auf einen Gesamtdurchsatz von 31 MBit/s. Siemens schaffte im gleichen Test 64 MBit/s.

Diese Ergebnisse bestätigen die Ergebnisse des AP-Vergleichstests im vergangenen Jahr, bei dem sich zeigte, dass der Durchsatz mit der Zahl der notwendigen Hops deutlich sinkt.

Fazit

Die Fast-Ethernet-Schallmauer ist mit 11n gefallen. Wer vermeiden möchte, dass die Backbone-Anbindung der WLAN-Infrastruktur zum Flaschenhals wird, braucht Gigabit-Kapazitäten. Das heißt aber noch lange nicht, dass 11n-Anwender grundsätzlich mit n x 150 MBit/s unterwegs sind.

IT-Verantwortliche müssen im Auge zu behalten, dass die gemessenen Datendurchsätze »all inclusive« sind. Die Nutzdatenraten liegen in der Praxis entsprechend niedriger. Hinzu kommt, dass gerade Funktechnologien immer von allen möglichen physikalischen Rahmenbedingungen abhängig sind.

Nicht umsonst formuliert Siemens im Datenblatt des Hipath-Wireless-802.11n-Access-Point sehr vorsichtig: »Die Informationen in dieser Broschüre enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen beziehungsweise Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen (...) Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsabschluss ausdrücklich vereinbart werden.«

Wer also wirklich und zuverlässig die WLAN-Schallmauer durchbrechen möchte, der tut gut daran, sein WLAN-Projekt professionell anzugehen. Und zwar sowohl auf der kaufmännischen Seite als auch insbesondere auf der technischen. Dazu gehört eine exakte Planung der WLAN-Infrastruktur mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Tools ebenso wie eine messtechnisch fundierte Abnahme der Lösung.

Das Testverfahren

Als Lastgenerator und Analysator setzen die Real-World Labs einen »Smartbits 6000C« von Spirent [4]ein. Das System ist mit der Software »Smartflow« ausgestattet und mit 24 Gigabit-Ethernet-Kupfer-Ports bestückt.

Alle Ports können als Lastgeneratorausgang und/oder als Analysatoreingang eingesetzt werden. Gemessen haben wir den möglichen Datendurchsatz und die Priorisierung unterschiedlicher Verkehrsklassen im unidirektionalen Betrieb.

[1] http://www.lancom.de/
[2] http://www.siemens.de/
[3] http://www.spirent.com/
[4] http://www.spirent.com

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