Anforderungen in Schulgebäuden

Wi-Fi 6 für Schulnetze

11. Januar 2022, 7:00 Uhr | Andreas Köppl/jos
Neue Netzwerk-Infrastruktur für die Zukunft
Schulen haben mit schlüssigen Konzepten alle Chancen, jetzt die Gelegenheit zu ergreifen und sich durch eine neue Netzwerk-Infrastruktur für die Zukunft zu rüsten.
© DTM Group/iStock

Vorangetrieben durch den Digitalpakt kommen in Schulen inzwischen immer mehr IT-Endgeräte zum Einsatz. Im Zuge dieser Entwicklung nehmen die Anforderungen an das Schulnetzwerk enorm zu. Um diese Herausforderung zu bewältigen, lohnt sich ein Blick auf Wi-Fi 6, denn insbesondere in Umgebungen mit vielen Clients kann der WLAN-6-Standard (IEEE 802.11ax) seine Stärken voll ausspielen.

Um das Potenzial von Wi-Fi 6 allerdings sinnvoll nutzen zu können, muss auch die kabelgebundene Netzwerk-Infrastruktur zur Versorgung der Access Points entsprechend leistungsfähig sein, sowohl was die zu transportierende Bandbreite der Verkabelungsinfrastruktur betrifft, als auch um eine ausreichende Stromversorgung über PoE (Power over Ethernet) zu gewährleisten. Es gilt also, zu untersuchen, wie eine optimale Infrastruktur für die Nutzung von Wi-Fi 6 aussehen sollte und welche Fallstricke bei der Implementierung lauern.

Mehr Clients pro Access Point als in vielen Unternehmen

In einem Unternehmen ist die Anzahl der Clients, die auf einen Access Point entfallen, relativ konstant. Die Belegschaft arbeitet überwiegend in Büros und Meeting-Räumen. Die Anzahl der Clients orientiert sich also grob an der Zahl der dort anwesenden Personen. In einer Schule, besonders in einem großen Schulzentrum, ist die Situation deutlich dynamischer. Auf einen Access Point treffen hier nicht nur 20 bis 30 Schülerinnen und Schüler, die gerade in einem Klassenraum arbeiten, sondern auch viele, die zum Stundenwechsel auf den Fluren sind und auf den Unterrichtsbeginn warten. Sie überbrücken die Wartezeit mit ihren Mobilgeräten und generieren auf diese Weise zusätzliche Datenmengen. Und diese müssen die Access Points und der dahinterliegende Infrastruktur erst einmal in angemessener Geschwindigkeit verarbeiten.

Schneller, stabiler und sicherer

Ideal für solche Szenarien ist der aktuelle WLAN-Standard namens Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax). Dieser bietet durch seine große Kanalbandbreite auf den Frequenzen des 5-GHz-Bandes beste Voraussetzungen für besonders hohe Datenraten auf vielen Geräten im näheren Umfeld des Access Points. Dies liegt auch an der verbesserten Nutzung mehrerer Antennen mit Modulationsverfahren wie MU-MIMO (Multi-User, Multiple Input, Multiple Output) oder MIMO-OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Mit dieser Technik teilt der Access Point den Traffic in bis zu acht direktionale Streams auf. Dies führt dazu, dass sich mehr Clients gleichzeitig bedienen lassen und die verfügbare Bandbreite effektiver ausgenutzt wird.
Gemeinsam mit der Signalcodierung über QAM-1024 (Quadratur-Amplitudenmodulation) sind so deutlich höhere Bandbreiten zu erreichen als bei Wi-Fi 5 (IEEE.11ac). Bei Wi-Fi 5 kam zwar auch schon Quadratur-Amplitudenmodulation, eine Mischung aus Amplituden- und Frequenzmodulation, zum Einsatz, allerdings konnte diese nur 256 Übertragungszustände (8 Bit) statt 1.024 (10 Bit) abbilden. Sofern die Backbone-Struktur im Gebäude ausreichend leistungsfähig ist, kann Wi-Fi 6 aktuell Geschwindigkeiten von bis zu 11 GBit/s pro Access Point erreichen.

Neben dieser erhöhten Geschwindigkeit und Stabilität sorgt Wi-Fi 6 durch Implementierung der WPA3-Verschlüsselung (Wi-Fi Protected Access) auch für mehr Sicherheit im drahtlosen Netzwerk. Wurde bei der potenziell unsicheren WPA2-Verschlüsselung noch der einmal festgelegte Schlüssel dauerhaft zum Verbindungsaufbau genutzt, generiert WPA3 mit dem sogenannten SAE-Verfahren (Simultaneous Authentication of Equals) aus diesem Schlüssel nun für jede Verbindung einen temporären Einmalschlüssel.

Damit überträgt das Verfahren den eigentlichen Schlüssel nicht mehr im Netzwerk und schützt so deutlich besser vor Ausspähversuchen durch Mitschneiden des Netzwerkverkehrs. Auch der Anmeldevorgang am Netzwerk ist durch die Verschlüsselung der für den Verbindungsaufbau nötigen Daten (Protected Management Frames) besser abgesichert.

Modernisierung der Backbone-Struktur

Für viele Schulen ist die Entscheidung für den Einsatz von modernen Wi-Fi-6-Komponenten gleichbedeutend mit einer kompletten Erneuerung der Netzwerkinfrastruktur. Häufig noch vorhandene Kategorie-6A-Strecken zu den Etagenverteilern reichen nicht mehr aus, um die hohen Durchsatzraten mehrerer Access Points gleichzeitig zu transportieren. Ratsam ist dort die Implementierung von Glasfaserstrecken, die mit mindestens 25 GBit/s, besser jedoch sogar mit 40 GBit/s betrieben werden können und so auch Reserven für spätere Geschwindigkeits-Upgrades auf 100 GBit/s und mehr mitbringen.

Die Anbindung der Access Points muss schon aufgrund der PoE-Stromversorgung, die über das Kupferkabel erfolgt, zwangsläufig als Kupferleitung ausgeführt sein. Dabei sollten Kabelqualitäten zum Einsatz kommen, die mindestens 10 GBit/s, besser aber 25 bis 40 GBit/s übertragen können (idealerweise Kategorie 8.1 oder 8.2). Die Planung sollte sich nach den Nutzungsszenarien der örtlichen Gegebenheiten richten: Ein Access Point in der Aula sollte natürlich schneller angebunden sein, als einer, der nur einen einzelnen Klassenraum abdecken muss.


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