Artikel zur Optimierung des Netzwerkes.

Was eine gute Verbindung ausmacht

Rein Physikalisch

• viel Bandbreite
• wenig Latenz (Ping)
• wenig Jitter
• Konstanz: Gleichbleibende Qualität

Inhalt

• Keine Zensur – etwa durch Deep Packet Inspection (DPI) mit Filterung, Inhaltsfilter oder blocken von IPs/Domains oder kommerziell motiviertes QoS (Stichwort Netzneutralität)
• Keine gesperrten Ports etc.

2,4GHz Ad-hoc

• Kanalwahl

• Kollisionen reduzieren: Fragmentierung und RTS/CTS: Je nach Topologie eigene Einstellungen

• BSSID-Vereinheitlichung

• Übertragungsart/-rate: Bewusste Auswahl von DSSS oder OFDM für den einzelnen Knoten. Mögliche Lösung: Fix 5.5Mbit (CCK über DSSS) oder 6Mbit (BPSK über OFDM) einstellen, da die automatische Auswahl nicht immer die optimalsten Ergebnisse bringt.
  QPSK hat einen höheren Merit factor als BPSK (was das sein soll kann im Folgenden nachgelesen werden): High efficiency modulation scheme for mobile radio and satellite systems: the case of 3PSK, braucht aber auf jeden Fall einen größeren Signal-/Rauschabstand.

Einstellung der Ad-hoc-Knoten

• Beacon-Intervall: ca. 1000 bis 2000 → Alle 1 bis 2 Sekunden ein Beacon reicht → spart Airtime. Beacons geben die unterstützten Raten und [EB]SSID bekannt und werden bei 802.11g mit der Rate 1Mbit/s (BPSK über DSSS) gesendet.

• Funk-Modus: Ausschließlich G-Modus

• Basisrate: Rate je nach WLAN-Modus oder Alle Raten verwenden

• Übertragungsrate: 5.5 Megabit/s (CCK mit DQPSK über DSSS) 6 Megabit/s (BPSK über OFDM) oder 12 Megabit/s (QPSK über OFDM) → Wenn BPSK und QPSK die gleiche Bitfehlerhäufigkeit haben, dann ist QPSK wegen der höheren Effizienz sogar besser (mag paradox klingen, dass eine höhere Übertragungsrate robuster ist aber so) Siehe: Link1, Link2
  → 12 Mbit spart natürlich auch Airtime gegenüber 6 Mbit und 5.5, weil es in der gleichen Zeit die doppelt Anzahl an Bits durchdrückt (2 pro Zeichen statt nur einem) → es bleibt auch mehr Zeit für Korrekturen, weil theoretisch alles doppelt übertragen werden kann und sich immer noch die gleiche Bandbreite wie bei 6Mbit ergibt.

• Multicast-Rate: 5.5 Megabit/s oder 6 Megabit/s

• Frag.-Schwelle: 256, 512 oder 1536 → MTU ist 1500 bzw. 1518 Byte. Wenn fragmentiert wird, sinkt die Bandbreite. Bei Fragmentierung muss gepuffert werden, was auch am absinken der Bandbreite beteiligt sein dürfte.

• RTS-Schwelle: 1 → Hat erfahrungsgemäß kaum einfluss auf die Bandbreite, aber Paketkollisionen werden stark verringert.

Zu Bandbreite, RTS und Fragmentierung: Es scheint so zu sein, dass die extreme Absenkung der Bandbreite bei maximalem RTS+minimaler Fragmentierungsschwelle nicht vom Overhead kommt, sondern vom ständigen umschalten der Senderate, wenn diese auf automatisch gestellt ist. Mit fixer Rate von 6Mbit/s hat sich bei einer Versuchsstrecke ein Upload von 1,78Mbit/s gegenüber einem von etwa 0,5Mbit/s mit Autoeinstellung ergeben.

Senderaten

5.5Mbit vs. 6Mbit

1 gespreizter Träger vs. 52 schmale Träger
kurze Symboldauer vs. lange Symboldauer
QPSK mit CCK vs. BPSK

Es wird somit bei beiden Raten ausschließlich Phasenmodulation verwendet. Wie mit schmalbandigen Störungen umgegangen wird, ist ein wesentlicher Unterschied. Während bei 5.5Mbit ein einziger Träger auf einen relativ großen Frequenzbereich aufgespreizt wird (22MHz breit) und Störungen so geschluckt werden, ist die Methode bei 6Mbit diese, dass man 52 Träger zu je 0,3125MHz hat und die gestörten Träger einfach ausgeblendet werden.

Bild: Ausgleich schmalbandiger Störungen durch Spreizung

Es gibt keine Universallösung, je nach Art der Störung kann das Gesamtergebnis entweder mit 5.5Mbit oder 6Mbit besser sein. Am ehesten findet man die passendste Einstellung durch Ausprobieren, also einfach einmal über einen längeren Zeitraum hinweg die eine und dann die andere Rate verwenden und die tatsächlichen Paketverlustwerte sowie deren Schwankungen von der OLSR-Statusseite des Routers (muss man beobachten, am besten mit dem Paket freifunk-statistics-de) und von Smokeping vergleichen.

zu OFDM: Multi Carrier Modulation and OFDM

CCK

über CCK: Complementary Code Keying Made Simple
Predicting the Performance of M-ary Codes in an Unknown Multipath Environment

Der größte Feind der Phasenmodulation ist die Phasenverschiebung z.B. durch Laufzeitdifferenz (multi-path evironment). CCK ist eine Lösung für dieses Problem im Bereich der digitalen Anwendungen, das sowohl bei Einzelträgerverfahren wie DSSS und Mehrträgerverfahren wie OFDM zu Anwendung kommt.

(Einigen dürfte dieses Problem aus der Zeit des analogen Farbfernsehens bekannt sein. Sowohl bei NTSC als auch bei PAL wurde die Farbinformation mit Phasenmodulation übertragen. Beim älteren NTSC war es so, dass kein automatischer Korrekturmechnismus für Phasenverschiebung verhanden war, wodurch NTSC für Funk ziemlich ungeeignet war. Bei Gewittern z.B. verschoben sich die Farben und das Bild bekam z.B. einen Rotstich wenn es gerade zu einer Entladung durch einen Blitz gekommen war. PAL steht für Phase Alternating Line, d.h. es wurde nach jeder Bildzeile die Phasenlage um 180° gedreht, dadurch ließ sich die Phasenverschiebung sehr leicht korrigieren, ein Farbregelknopf wie bei NTSC war nicht notwendig. Später dann hat man das Problem bei NTSC so gelöst, dass man eine Zeile mit Referenzfarben mitübertragen hat mit denen das Bild dann einigermaßen auf Originalzustand zurückgerechnet werden konnte, es wurde also auf einer höheren ebene angesetzt. Optimal war diese Lösung nicht.)

RTS aktivieren

RTS (Ready to Send)

WLAN war ursprünglich ausschließlich für die kleinräumige Verwendung gedacht und zwar so, dass sich alle Teilnehmer eines Netzes gegenseitig hören. Damit kann verhindert werden, dass zwei Geräte gleichzeitig senden und sich damit stören.

Dies ist nicht immer des Fall, so wie eben auch bei FunkFeuer, wo wegen Richtfunk und oft mehreren km Entfernung ein gegeseitiges Hören nicht möglich ist. Deshalb gibt es den RTS/CTS-Mechanismus, bei dem vor dem Senden eines Paketes eine sehr kurze Anfrage (20 Oktetts=Bytes) an die Gegenstation geschickt und das eigentliche Paket erst nach dem Erhalt der Antwort (CTS - Clear to Send, ebenfalls 20 Oktetts) gesendet wird.

Man aktiviert diesen Mechanismus in der Firmware, indem man ein Paketgröße angibt, ab der RTS gemacht werden muss. Wenn man z.B. 1 eingibt, wird bei Pakten ab 1 Oktett=Byte Länge diese Anfrage gesendet (also immer). Da die MTU (Maximale Übertragungseinheit) in unserem Netz 1500 Byte ist (+18 Byte Header) ist RTS faktisch deaktiviert, sobald man einen Wert größer als 1518 eingibt.

Zu extremen Paketverlusten kommt es in unserem Netz häufig, wenn jemand saugt und RTS nicht aktiviert hat. Dies ist sehr unkollegial gegenüber den anderen Benutzern.

Downloadrate begrenzen

Wer über FunkFeuer eine große Datei herunterlädt, sollte aus Fairness gegenüber Anderen die Downloadgeschwindigkeit begrenzen.

Firmware aktualisieren und Pakete

Es sollten möglichst bald die Aktuellen Versionen 1.6.37 bzw. 1.7.4 aufgespielt werden, da in der Tat noch sehr alte Versionen verwendet werden (sogar 1.4.5) und zwar die FFGRAZ-Version, da dies ein wesentlich einheitlicheres Bild ergibt. Zu beachten ist auch, dass einige Dinge mit 1.7.4 noch nicht funktionieren und daher 1.6.37 oft noch die bessere Wahl ist.

Direkter Download:
http://download-master.berlin.freifunk.net/ipkg/attic/_trx/openwrt-freifunk-1.6.37-ffgraz.trx
http://download-master.berlin.freifunk.net/ipkg/_trx/openwrt-freifunk-1.7.4-ffgraz.trx

Pakete die nicht fehlen sollten

• horst
• freifunk-netperf-de
• freifunk-statistics-de

Router mit verschiedenen Kanälen nicht zu nahe aneinder betreiben

Dieser Ratschlag mag paradox klingen, weil man vermutlich davon ausgeht, dass sich zwei Kanäle mit 20MHz Abstand nicht stören. Das stimmt aber nur, wenn die Router so weit voneinder entfernt sind, dass die Ausläufer der Modulation im allgemeinen Rauschen untergehen. Diese sind nämllich so breit, dass sie sich über das gesamt 2,4 GHz Band erstrecken und es genaugenommen überhaupt keine Überlappungsfreien Kanäle gibt, wenn man nicht einen Mindesabstand einhält.

Betreibt man jedoch zwei Router am gleichen Kanal, dann ist der Mindestabstand eher vernachlässigbar, das sie sich gegenseitig hören und insbesondere wenn RTS aktiviert ist nicht gleichzeitig senden.

Eine gute Veranschaulichung mit realen Messungen: http://bridgingthelayers.org/channel_overlap.html

Bei diesem Link sieht man auch gut, dass OFDM wesentlich sauberer ist.

Sendeleistung reduzieren, dafür eine bessere Antenne verwenden

Warum: http://www.wavedale.net/202f.htm

5Bone

Benötigte Standorte

• → Desiderata