Warum?

• Unsere Ad-hoc BSSIDs widersprechen derzeit 802.11, da die ersten beiden Bits nicht 01 sind.
• Die Frequenzbänder für 802.11 werden erweitert (6GHz, 60GHz, sub-GHz). Wenn dort Ad-Hoc (IBSS) verwendet werden soll, dann braucht man ein neues BSSID-Schema, weil im derzeitigen schon für 5GHz zu wenig Platz ist.
• Wenn verschiedene Freie Netzwerke auf Ad-hoc-Ebene zusammenwachsen sollen (z.B. Graz/Maribor), dann braucht man ein vernünftiges gemeinsames Schema. Das vereinbart man besser früher als später.

Es gab dazu es im Februar 2011 eine Diskussion auf der tech-Mailingliste.

Die Grundfragen

• Was soll kodiert werden?
  • Kanal/Frequenz?
  • Kanalbreite?
  • Polarisation?
• Wie viel Platz muss bleiben?

Warum Kanal/Frequenz?

Warum überhaupt verschiedene BSSIDs und nicht nur eine?

• Wenn man für mehrere Kanäle die gleichen BSSIDs verwendet, dann verbinden z.B. auch v3 und v8 miteinander (wurde bereits gesehen). Durch verschiedene BSSIDs können solche an sich unsinnigen Verbindungen auf einer sehr niedrigen Ebene (OSI-Schicht 2) ausgeschlossen werden.

Warum NICHT Polarisation?

• RTS/CTS -> Reduziert gegenseitige Störungen, auch zwischen verschiedenen Polarisationen, wenn ausreichender gegenseitiger Empfang gegeben. Also genau der Fall, wo es gebraucht wird. Wenn kein ausreichender Empfang, dann ist auch die Störung von Haus aus gering und RTS/CTS nicht so wichtig.

• Verschiedene Polarisationen sind durchaus kombinierbar:
  • v...Vertikal
  • h...Horizontal (wird derzeit auch für Helix verwendet)
  • r...Rechtsdrehend (noch nicht beschlossen)
  • l...Linksdrehend (noch nicht beschlossen)
• v+v = sehr gut
• h+h = sehr gut
• v+h = sehr schlecht
• r+h, r+v, l+h, l+v = akzeptabel, derzeit ist zumindest eine rechtsdrehende Helixantenne in unserem Netz in Verwendung über die zwei angeblich horizontal polarisierte Knoten angebunden sind.
• r+l = sinnlos

-> Polarisation sollte nur in der ESSID stehen, sodass zwei Knoten verschiedener Polarisation im Fall des Falles trotzdem verbinden.

Warum Kanalbreite?

Die derzeit in Österreich zugelassenen Bänder befinden sich im 2.4 GHz und 5 Ghz Bereich.

Es sind Kanalbreiten von 20 und 40 MHz erlaubt – laut RTR auch bei 2,4GHz.

Bei 20 MHz sind die Kanäle 1, 5, 9 und 13 überlappungsfrei, bei 40 GHz die Kanäle 3 und 11.

20MHz Kanalbreite

        Kanal 1              Kanal 5            Kanal 9             Kanal 13            /    2412MHz    \   /     2432MHz   \   /    2452MHz    \   /    2472MHz    \       /        |        \ /        |        \ /        |        \ /        |        \     |         |         |         |         |         |         |         |         |   .|.......:.|.......:.|.......:.|.......:.|.......:.|.......:.|.......:.|.......:.|.......:.........:        2410      2420      2430      2440      2450      2460      2470      2480 MHz

|                                                |                                 | <2483,5 - 2500| | <- 2,4 GHz ISM Band Teil1 2400 bis 2450 MHz -> | <-ISM2 2450,0 bis 2483,5 MHz -> | MHz> Telko.-  | |                                                |                                 | Sat.-Downlink | 1 MHz < -------------------- Sicherheitsband (Guard Band) -------------------- > 1,5 MHz

Warum Kanal 14 bei uns illegal und sinnlos ist

Schon öfters ist bei diversen FreeNet-Gruppen die Frage aufgetaucht, warum Kanal 14 nicht freigegeben wird. Dies ist leicht zu erklären: Kanal 14 hat die Mittenfrequenz 2484MHz. Der Frequenzbereich von 2483,5 MHz bis 2500 MHz wurde jedoch weltweit an die Globalstar Licensee LLC vergeben (siehe EFIS und FCC Spectrum-Dashboard). Dieser Bereich wird für Donwlinks im Bereich der mobilen Satellitentelefonie verwendet.

In Japan wurde Kanal 14 zwar auch für WLAN freigegeben, aber ausschließlich für 802.11b, also DSSS-Modulation. Die aktuellere (weil leistungsfähigere) Modulationsart ist aber OFDM (802.11g), bei welcher der verwendete Kanal in mehrere Träger aufgeteilt wird und somit (ähnlich wie bei der aktuellen Variante von ADSL mit DMT) einzelne gestörte Teilbereiche des Spektrums ausgeblendet werden können. Somit ist eine Überlappung weniger tragisch als bei 802.11b.

Darüber hinaus ist aus der obenstehenden Graphik ersichtlich, dass das Kanalschema 1,5,9,13 ohnehin gut durchdacht ist:

Der tatsächlich verwendete Bereich eines 2,4GHz WLAN-Kanals erstreckt sich über 18MHz. Über einen Bereich von 22 MHz ist das Signal stark genug, um deutliche Störungen in anderen Kanälen zu bewirken (siehe Spectral Masks für OFDM). Dieser Randbereich von oben und unten jeweils 2 MHz darf sich daher ruhig überlappen, da nicht Teil des dür das Signal benutzten Bereiches. Daraus ergibt sich, dass alle 20 MHz (=(22+18)/2) ein Kanal sein kann, ohne dass sich die Nutzsignale mit störenden Bereichen überlappen.

Darüber hinaus wurde ein Guard Band am unteren und am oberen Endes des Gesamtspektrums freigelassen.

Das Kanalschema 1,5,9,13 ist folglich perfekt – es muss nur zur Anwendung kommen. Kanal 14 hat keinen Sinn, weil er sich mit Kanal 13 stark überlappen würde.

Das Kanalschema 1,6,11 ist ein Überbleibsel bzw. eine amerikanische Urban Legend, die im ETSI-Raum keine Berechtigung mehr hat. Man solle schleunigst damit aufhören Geräte mit Kanal 6 und 11 als Standardkanal auszuliefern, da so das Kanalschema für ETSI unnötig verhaut wird.

40MHz Kanalbreite

                  Kanal 3                                 Kanal 11                      /              2422MHz              \   /              2462MHz              \       /                  |                  \ /                  |                  \     |                   |                   |                   |                   |   .|.......:.........:.|.......:.........:.|.......:.........:.|.......:.........:.|.         2410      2420      2430      2440      2450      2460      2470      2480 MHz

Spectral Masks

• https://www.cwnp.com/index/cwnp_wifi_blog/5044

• http://www.wi-fiplanet.com/tutorials/article.php/990101/Clarity--Understanding-The-High-speed-WLAN-standards-debate.htm

• http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3630

Der aktuelle Stand

ESSID

Im 2,4GHz-Band ist die ESSID prinzipiell "graz.funkfeuer.at", es können (sollen) aber Kanal und Polarisation durch v (vertikal) und h (horizontal) + Kanalnummer angegeben werden, wobei h8 derzeit auch für eine Helixantenne verwendet wird. Bsp.: v9.graz.funkfeuer.at

Es wird diskutiert zu Werbezwecken dies auf http://graz.funkfeuer.at/v9 zu ändern, was bei den meisten Geräten auch einseitig (ohne Übereinstimmung mit den anderen Geräten) gemacht werden kann, solang die BSSID bei allen miteinander verbundenen Geräten gleich ist. Diese Idee wird von einigen bis vielen begrüßt und unterstützt.

BSSID

Die BSSID ist im 2,4GHz-Band prinzipiell Kanalnummer + :CA:FF:EE:BA:BE. Bsp.: 01:CA:FF:EE:BA:BE -> Kanal 1

Jedoch gibt es historisch bedingte Ausnahmen, nämlich v3 und v8. Dort ist die BSSID 02:etc. Es besteht ein Konsens, dass dies zukünftig vereinheitlicht werden soll. Im 5GHz-Band gibt es keine solche Übereinkunft, da bei uns derzeit keine 5GHz-Ad-Hoc-Netze betrieben werden, was nicht immer so bleiben muss. Hier hätten wir dann ein Problem: Die Kanalnummern wären teilweise dreistellig.

Andere Gruppen

wlanljubljana wird eines Tages vor dem gleichen Problem stehen: Sie verwenden v8 + 02:CA:FF:EE:BA:BE

https://kifuse02.pberg.freifunk.net/moin/channel-bssid-essid

http://osdir.com/ml/org.freifunk.wlanware/2006-12/

http://comments.gmane.org/gmane.org.freifunk.berlin/11087

Vorgaben

• Der Standard 802.11 gibt vor, dass die ersten beiden übertragenen Bits der BSSID bei IBSS (Ad-hoc) immer 0 und 1 sein sollen. Die Bitreihenfolge ist klein -> groß. Daraus ergibt sich, dass in Hexadezimalschreibweise die zweite Stelle 2, 6, A oder E sein soll. In der Diskussion "BSSID und Ad-Hoc" auf der Berliner Freifunk-Liste wurde auf den IEEE802.11-Standard Abschnitt 7.1.3.3.3 zweiter Absatz verwiesen, wo folgendes zu finden ist. Dort gibt es eine klare Vorgabe für IBSS (Ad-hoc):

  • individual/group bit: 0
  • universal/local bit: 1

  Demnach darf an zweiter Stelle der BSSID bei IBSS nur 2, 6, A oder E stehen. Wo die beiden Bits zu finden sind und wie das Ganze zur hex-Version korreliert wird hier erklärt: Standard Group MAC Addresses: A Tutorial Guide http://standards.ieee.org/develop/regauth/tut/macgrp.pdf

• Hexspeak/Magic Numbers:

  Um eine leichte Wiedererkennbarkeit zu erreichen, hat man also ursprünglich einfach die Variante "02:" und das beliebte 0xCAFEBABE hergenommen und zu "02:CA:FF:EE:BA:BE" verbunden.

  • http://www.artima.com/insidejvm/whyCAFEBABE.html

  • http://en.wikipedia.org/wiki/Hexspeak

  Später bestand dann die Notwendigkeit für verschieden Kanäle eigene BSSIDs zu haben, was zu Varianten wie z.B. 13:CA:FF:EE:BA:BE, D2:CA:FF:EE:BA:BE oder auch 00:13:CA:FE:BA:BE geführt hat.

• Laut List of WLAN channels wurden in Japan im 5GHz-Band noch einmal die Nummern 7, 8, 9, 11 für 802.11 WLAN zugelassen.

Mögliche Lösungen

Kurzfristig, Graz

• 802.11 ist uns gezwungernermaßen egal, weil uns eine kurzfristige Komplettumstellung zu viel Aufwand bei wenig Nutzen ist.

Eliminierung von 02:CA:FF…

Wir haben folgendes Problem:

• Bei 20MHz Kanalbreite (das derzeit übliche) wären 4 überlappungsfreie Kanäle/Netze möglich (v1, v5, v9, v13). v3 ist unser ältestes und größtes Ad-hoc Meshnetzwerk und stört 50% von Kanal 1 und Kanal 5. Als zweites Netz wurde v8 errichtet (wenns stimmt), welches sich nicht mit v3 überlappen würden und nur noch wenige Knoten hat.

• 02:CA:FF… bei v3 und v8 zu verwenden ist ein Relikt, das auch zu sinnlosen Routingversuchen zwischen den beiden Netzen führt.

• Es kommt teilweise zu erheblichen Störungen zwischen v7, v8 und v9 (z.B. hochstein panel1 v8 und maschendraht2 v9 senden in die gleiche Richtung)

• Eine Umstellung von panel1 ist durchaus erwünscht, lässt sich aber nicht gut durchführen, da durch die örtlichen Gegebenheiten nur v1, v5 oder v13 in Frage kommen. Wenn v13 nicht möglich ist (nicht geklärt), dann blieben nur v1 und v5. Das würde wiederum durch dir örtlichen Gegebenheiten zu Störungen zwischen v3 und v1 oder v5 führen -> ganz blöde Situation.

Zwei Möglichkeiten:

1. Wir stellen die BSSIDs von v3 und v8 um, sodass wir ein einheitliches Schema haben. (weil einheitliche Lösungen ja so schön sind)
2. Wir stellen die Kanäle bei Knoten mit v3 und v8 um: Gleicher Aufwand wie BSSID-Umstellung und wir wären mit einem Schlag zwei alte Probleme los.

Wie ginge man das an?

1. Welche Kanäle wären gut?

   • Vielleicht v3 -> v1 und v8 nach v5

   • Vorteil von v1: Ein Kanal am Rand des Bandes, der somit weniger Überlappungsgefährdet ist als z.B. v5. Nach v3 -> v1 wäre v1 das mit Abstand größte Netz und ein "guter" Kanal wie v1 einen gute Wahl. Bei v13 muss geklärt werden, ob das merkwürdige Verhalten von Linksys-Routern in diesem Zusammenhang für die Funktionalität des v13 Netzes relevant ist.

2. ...

Problemfeld Polarisation

Die Polarisation soll nur in der ESSID angegeben werden, eine Erweiterung für die Helixantennen wird vorgenommen, weil Bedarf jetzt gegeben. Die ESSIDs werden einheitlich auf http://graz.funkfeuer.at/Polarisation+Kanal umgestellt.

Würde dann so aussehen:

• Kanal 5

• BSSID: 05:CA:FF:EE:BA:BE

• ESSID: http://graz.funkfeuer.at/v5 oder

  • http://graz.funkfeuer.at/h5 oder

  • http://graz.funkfeuer.at/r5 oder

  • http://graz.funkfeuer.at/l5 je nach Antenne.

Es sollte selbstverständlich sein, dass Knotenbetreiber über die Polarisation ihrer Antennen bescheid wissen und zumindest ein rudimentäres Verständnis vom technischen Konzept Polarisation haben. Derzeit ist nicht immer verlässlich erkennbar, welche Polarisation ein Knoten hat.

Langfristig, gruppenübergreifend

• Es wird Kontakt zu anderen Gruppen aufgenommen
  • Es wird um Vorschläge gebeten, vielleicht ohne zuvor unsere eigenen mit zu teilen. Möglicherweise stoßen wir so auf neue Probleme/Ideen, an die wir nicht gedacht haben.

Minimallösung

CA:FE:BA:BE:00:13

Maximallösung

Dies wäre Kanal/Frequenz + Polarisation

Bsp. für Maximallösung Kanal

CA:99:99:99:C1:36
||:|       :|->Kanalnummer
|| |
|| |-> Frequenzband in MHz, dezimal
||
||-> E= horizontal, A= Vertikal, 2= Rechtsdrehend, 6= Linksdrehend
|-> C = Channel encoded

Bsp.:

Kanal  v13 = CA:00:24:00:C0:13
Kanal v136 = CA:00:50:00:C1:36

Bsp. für Maximallösung Frequenz

FA:CB:FF:FF:FF:FF
||:||:|->Mittenfrequenz in kHz, hex
|| ||
|| ||-> Kanalbreite in MHz, hex
||
||-> E= horizontal, A= Vertikal, 2= Rechtsdrehend, 6= Linksdrehend
|-> F = Frequency encoded

Bsp.:

Kanal  v13 = FA:14:00:25:B8:40
Kanal v136 = FA:14:00:56:AB:80

Kanalverteilung

L. Aaron Kaplan hat darauf hingewiesen, dass in Wien auf Ebene der BSSID die Polarisation kodiert ist. Dort ist man aufgrund einer sehr stark störenden Sendeanlage, die schon vor WLAN zugelassen wurde, gezwungen auf horizontale Polarisation auszuweichen. siehe: http://wiki.funkfeuer.at/index.php/Kanalwahl#Unsere_ssid_und_bssid -> Das Wiki widerspricht dem. -> Muss geklärt werden.

Unsere derzeitige Verteilung (Mo, 21. Februar 2011, 2:30, FreiFunk Firmware und erreichbar, 1Punkt=1Router):

h8 Nicht nur horizontal sondern auch Helix. http://wifi.router2.soundwork.ffgraz.net/cgi-bin-contact.html

Einige v3 verwenden bereits 03:CA:FF:EE:BA:BE

h8 verwendet derzeit 08:CA:FF:EE:BA:BE und v8 02:CA:FF:EE:BA:BE

v8 dürfte in kürze fast ganz verschwinden, da der Router in Mitteregg bald abgebaut wird (Stand: Februar 2011). Der Knoten juebaro (v8 oder v3 – nicht so einfach fest zu stellen, wenn nicht erreichbar) ist seit einiger Zeit nicht mehr erreichbar und scheint nur noch selten auf seiner Gegenstation auf und das mit meistens 100% Paketverlust.

Unser eigentliches Problem: v3. Es steht v1 und v5 im Weg.