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Stärker ist nicht besser: WiFi-Signalstärke und Geschwindigkeit

Ein stärkeres WiFi-Signal bringt nicht in jedem Fall eine höhere Geschwindigkeit. Erfahren Sie, wie sich die Datenrate dennoch optimieren lässt.

Ist das Signal stärker, steigt meist auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung – allerdings nur, wenn drei Voraussetzungen erfüllt sind: Es herrschen ideale Bedingungen. Man verschweigt ein paar Ausnahmen. Und man verfügt über einen optimalen Algorithmus zur Auswahl der Datenrate in der Bitübertragungsschicht. Doch diese magischen drei Bedingungen werden selten erreicht, wie man schnell sieht, wenn man sich mit den realen Nutzungsbedingungen eines WLANs beschäftigt.

Gibt es eine Möglichkeit, diese volatile Korrelation zwischen hoher Signalstärke und hoher WiFi-Geschwindigkeit herbeizuführen? Selbst unter besten Voraussetzungen lässt sich die Geschwindigkeit durch Verstärken des drahtlosen Signals nicht beliebig erhöhen. Verantwortlich hierfür ist die Datenrate und ihr Verhalten in Abhängigkeit von der Signalstärke.

Noch immer hält sich der Glaube, dass Datenraten sicher vorausgesagt werden könnten. Dies wurde Technikern lange vorgegaukelt, und WiFi-Vermessungstools mit allen Vor- und Nachteilen untermauern die Annahme, dass Kennzahlen wie RSSI, also die Anzeige der empfangenen Signalstärke, oder das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), eine sichere Prognose der Datenrate erlaubten.

Doch diese einfachen Zahlen reichen für eine richtige Bestimmung der Datenrate nicht aus. Es geht vielmehr darum, dass ein Algorithmus in Client-Geräten oder Access Points (AP) die Datenrate kontrolliert – sonst kann sie die monoton wachsende Leistung nicht erreichen. Dies wird vor allem dann sichtbar, wenn unerwartete Einflussfaktoren aus der Umgebung den Funkverkehr stören.

Komplexe Datenraten fordern hohe Signalstärke

Bei einem beliebigen modernen drahtlosen System mit adaptiver Modulation erhöht sich die Geschwindigkeit der Datenübertragung bei zunehmender Signalstärke – bis zu einem gewissen Punkt.

Christian von Hoesslin,
Regional Sales Director
DACH, Ruckus Wireless

Der Grund ist die Nutzung höherer Physical-Layer-Datenraten. Dies wird auch als Modulation and Coding Scheme, kurz MCS, bezeichnet und bedeutet, dass die Komplexität der Frames bei höheren Datenraten zunimmt, was wiederum ein qualitativ besseres Signal voraussetzt.

Die Datenübertragung wird dadurch effizienter, aber auch anfälliger für Störungen. Niedrigere Datenraten sind dagegen weniger komplex und weniger effizient, funktionieren aber auch bei schwächerem Signal noch zuverlässig.

Ist die vom Funkgerät maximal unterstützte MCS-Datenrate stabil erreicht, führt eine weitere Erhöhung der Signalstärke zu keinem weiteren Anstieg der Datenübertragungsgeschwindigkeit.

Tatsächlich kann es sogar irgendwann, normalerweise einige Zentimeter vom Access Point entfernt, passieren, dass die Signalstärke so groß wird, dass das Frontend des Empfängers das Signal nicht mehr verarbeiten kann und der Datendurchsatz rapide abfällt.

Die Einzelheiten hängen selbstverständlich von den Fähigkeiten des Senders, Empfängers und der Umgebung ab. Durch die Fülle möglicher Konstellationen mit diesen drei Komponenten wird der drahtlose Durchsatz in der realen Welt eine willkürliche Variable, die nur über statistische Methoden genau bestimmt werden kann.

An dieser Stelle kommt der Algorithmus zur Auswahl der Datenrate ins Spiel, denn er ist der entscheidende Faktor, um die hier abgebildete, bis zum Sättigungspunkt monoton steigende Kurve zu erreichen.

Dynamische Datenalgorithmen

Adaptive und dynamische Datenratenalgorithmen helfen, die richtige Balance zwischen optimaler Leistung und Zuverlässigkeit zu finden. Ein korrekt eingestellter adaptiver Algorithmus findet stets die passende Datenrate, die bei der aktuellen Funklage, wie instabil sie auch immer sein mag, die beste Leistung des Access Points liefert und die Daten zuverlässig überträgt.

Ohne den richtigen Algorithmus ist die optimale Datenübertragungsrate für einen beliebigen Client zu einem beliebigen Zeitpunkt jedoch ein Ratespiel. Bestenfalls wird dadurch die Übertragungsrate zugunsten einer stabilen Client-Verbindung zu weit gedrosselt, wodurch Datendurchsatz und Kapazität suboptimal sind. Schlimmstenfalls ist die gewählte Datenrate für die aktuelle Signalqualität zu hoch, so dass es zu einer langsameren beziehungsweise mangelhaften Datenübertragung kommt.

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Die Anpassung der Datenrate wird oft übersehen, obwohl sie eine entscheidende Komponente in einem Hochleistungssystem darstellt. Sie bestimmt, wie und wann auf eine andere Datenübertragungsrate gewechselt wird.

Statistische Optimierung für ein optimales Signal

Statt sich blind auf Kennzahlen wie RSSI und andere unzuverlässige Signalmessungen zu verlassen, lassen sich Signal und Datenrate mit einem Algorithmus steuern, der statistisch optimiert wird. Das bedeutet, dass sich die Wahl der Datenrate nach den historischen und statistischen Leistungsmodellen des jeweiligen Clients richtet.

Diese Statistiken zeigen die Auswirkungen vorübergehender Interferenzen sowie langfristige Trends. Die Erfahrungswerte helfen, die Übertragungsgeschwindigkeit auf Leistung und Kapazität optimiert anzupassen – oder begründet beizubehalten –, so dass die Client-Verbindungen so schnell wie möglich laufen und auch in einer instabilen Funkumgebung stabil bleiben.

Über den Autor:
Christian von Hoesslin ist Regional Sales Director DACH bei Ruckus Wireless.

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Artikel wurde zuletzt im Oktober 2015 aktualisiert

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