Drahtlose Lösungen für Access Points und Bridges

Der Aufbau eines drahtlosen Netzwerks für eine Verarbeitungsanlage, ein automatisiertes Montagewerk, einen Fertigungskomplex oder einen anderen großen Industrieraum kann eine gewaltige Aufgabe sein.

Der Aufbau eines drahtlosen Netzwerks für eine Verarbeitungsanlage, ein automatisiertes Montagewerk, einen Fertigungskomplex oder einen anderen großen Industrieraum kann eine gewaltige Aufgabe sein. Systemintegratoren und Netzwerkadministratoren stehen bei der Gewährleistung eines hohen Durchsatzes, geringer Latenz, zuverlässiger, sicherer und skalierbarer Konnektivität vor zahlreichen Herausforderungen. Eine der vielen Entscheidungen, mit denen sie konfrontiert werden, ist die, wo Wireless Access Points (WAP) oder Antennen und drahtlose Brücken eingesetzt werden sollen. In diesem Blog befassen wir uns mit den Unterschieden zwischen drahtlosen Netzwerkbrücken und WAPs. „Bridge“ wird oft synonym mit „Access Point (AP)“ oder jedem Gerät verwendet, das Netzwerk-Bridging unterstützt. Dies lässt sich auf Mehrzweck-Wireless-Geräte zurückführen, die über AP-Funktionalität sowie Bridging-, Routing- und Repeating-Modi als konfigurierbare Optionen verfügen. Heutzutage ist eine Brücke nicht unbedingt ein Gerät, sondern eher eine verfügbare Funktion. Antaira verkauft beispielsweise keine eigenständigen Bridge-Geräte. Stattdessen haben wir Bridging-Funktionen in unsere industrietauglichen Wireless Access Points integriert, um den Wert Ihrer Investition zu steigern und die Konnektivität, Verwaltung und Installation für den industriellen Einsatz zu vereinfachen.

Die Unterscheidung zwischen drahtlosen Bridging-Technologietechnologien und drahtlosen Zugangspunkttechnologien ist ihr Endziel. Eine Bridge verbindet zwei physikalisch getrennte Netzwerke oder Netzwerksegmente über ein drahtloses Signal auf OSI Level 2 (der Datenebene) und ermöglicht so die Übertragung von Daten von Knoten zu Knoten zwischen Quelle und Ziel. Andererseits fungieren WAPs als Portale, über die mehrere drahtlose Geräte – IP-Kameras, Laptops, Roboter, Sensoren, fahrerlose Transportfahrzeuge (FTS), Sensoren – Zugriff auf das Internet oder die lokalen Netzwerke (LAN) einer Organisation erhalten. Der WAP stellt über ein Ethernet-Kabel eine Verbindung zu einem kabelgebundenen Router, Industrie-Switch, Internet-Gateway oder Hub her und projiziert ein drahtloses Signal in ein Büro oder Gebäude. WAPs können auch verwendet werden, um die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Reichweite eines bestehenden drahtlosen Netzwerks zu erhöhen. LANs werden in der Regel in mehrere Segmente unterteilt, um Verkehrsstaus oder Störungen zu vermeiden oder aus Kosten- oder anderen Verwaltungs-, Kontroll- oder Sicherheitsgründen. Diese Segmente müssen integriert oder „überbrückt“ werden, damit der Datenverkehr zwischen ihnen aufgeteilt werden kann. Tatsächlich erstellt die drahtlose Brücke eines Netzwerks ein aggregiertes „flaches“ Netzwerk aus zwei LAN-Segmenten. Jedes LAN-Protokoll (Ethernet, FDDI, Token Ring) kann überbrückt werden, doch die meisten LANs sind heutzutage Ethernet-Switched LANs, daher sind die meisten Brücken Ethernet-Brücken.

Wie funktioniert also eine sichere drahtlose Brücke? Grundsätzlich werden Daten basierend auf der in jedem Datenrahmen angegebenen Ziel-MAC-Adresse entweder blockiert oder weitergeleitet. Wenn die Software auf der Bridge davon ausgeht, dass sich die Zieladresse in einem anderen Netzwerk als dem befindet, von dem die Daten empfangen wurden, kann sie die Daten an die anderen Netzwerke weiterleiten, mit denen sie verbunden ist. Wenn die Software feststellt, dass sich die Adresse nicht auf der anderen Seite der Brücke befindet, wird die Weitergabe der Daten blockiert. Brücken gibt es in verschiedenen Konfigurationen. Die drei Haupttypen von Bridges, die in heutigen Netzwerken eingesetzt werden, sind:

Vor nicht allzu langer Zeit konnte ein Netzwerkadministrator nur zwei Netzwerkbrückengeräte mit einem langen Ethernet-Kabel verbinden. Drahtlose Netzwerke in Industriequalität erfüllen jetzt zuverlässig dieselbe Aufgabe, ohne den Aufwand, die Installation, die Wartung und die Kosten für die Verlegung von Ethernet-Kabeln oder die Anmietung einer Leitung. Stattdessen verbindet drahtloses Bridging Segmente schnell über Antennen, die Hochfrequenzsignale (RF) übertragen, die sich über große Entfernungen und durch Wände zwischen Gebäuden und Maschinen auf demselben Campus erstrecken können, um Daten zu senden und zu empfangen. Die drahtlose Brückenkommunikation erfolgt zwischen zwei Transceivern, also Antennen, und nicht, dass ein Sender ein Signal an mehrere Empfänger sendet. Daher werden drahtlose Brückenverbindungen als Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bezeichnet. Außerdem wird die HF-Leistung einer drahtlosen Brücke nicht übertragen, wenn die Antenne in einem 360°-Abdeckungsmuster positioniert wird. Stattdessen ist die HF rein gerichtet, um die Signalenergie zu maximieren, typischerweise zwischen 10 und 20 Grad. Für die drahtlose Signalenergie bei vollem Durchsatz ist eine perfekte (oder nahezu perfekte) Sichtlinie zwischen den beiden Brückengeräten erforderlich. In dichten Industrieumgebungen kann der Betrieb mit niedrigeren Frequenzen – 2,4 GHz statt 5 GHz – die Signalstärke verbessern, da längere Wellenlängen Hindernisse besser durchdringen. Was die Reichweite betrifft, so überbrückt eine drahtlose Brücke Entfernungen von bis zu mehreren Meilen, die durch Anheben der Antenne erhöht werden können, jedoch nicht unbegrenzt, da Funk- und optische Signale mit der Entfernung schwächer werden. Latenz und Bandbreite variieren stark je nach der von Ihnen gewählten drahtlosen Überbrückungstechnologielösung und Ihrer Umgebung, z. B. Sichtlinie, Wetter, Gerätedichte und Wänden. Offensichtlich stellt die drahtlose Bridging-Konnektivität eine weitaus robustere und wirtschaftlichere Alternative zur Kabelverlegung dar, insbesondere an schwer zugänglichen und gefährlichen Industriestandorten. Wireless Bridging eignet sich besser zum Skalieren eines Netzwerks, zum Verschieben von Netzwerkgeräten oder zum Verbinden von Clients mit zusätzlichen LAN-Segmenten. In industriellen Umgebungen kann es auch unpraktisch oder sogar unmöglich sein, Ethernet-Kabel über große Entfernungen zu verlegen, so dass drahtlose Konnektivität die einzige Option bleibt.

Nachdem wir nun eine bessere Vorstellung davon haben, was drahtloses Bridging ist, stellt sich die Frage, wie sich drahtlose Zugangspunkte für drahtlose Lösungen in das Netzwerk einfügen? WAPs sind in erster Linie für die Bildung drahtloser lokaler Netzwerke (WLANs) konzipiert. In dieser Konfiguration stellt ein WAP eine Verbindung zu einem kabelgebundenen Router, Switch oder Hub her und sendet dann ein kabelloses Signal über einen bestimmten Bereich, damit funkfähige Geräte darauf zugreifen können. Auf diese Weise fungiert ein WAP wie ein Hub, verfügt jedoch über drahtlose Technologien, sodass Sie sich auf ein drahtloses Signal einstellen können, anstatt Kabel anzuschließen. WAPs können praktisch überall dort installiert werden, wo ein Ethernet-Kabel von einem Router hinkommt – an Masten, von der Decke bis zum Boden und an Wänden. WAPs mit Power over Ethernet müssen nicht in der Nähe einer Steckdose platziert werden, was dem Systementwickler mehr Flexibilität bei der Installation bietet. Im zuverlässigen Wireless-Bridge-Modus eignen sich WAPs hervorragend zur Erweiterung der Wireless-Abdeckung von Komponenten eines bestehenden 802.11-Netzwerks über eine größere Entfernung. Es kann auch die traditionellen Aufgaben einer Brücke erfüllen, also zwei Netzwerksegmente drahtlos miteinander verbinden. Einige drahtlose Brücken unterstützen nur eine einzelne Punkt-zu-Punkt-Verbindung, um eine Verbindung zu einem anderen AP herzustellen. Andere unterstützen Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen, um mehrere andere APs zu verbinden. In einer Punkt-zu-Wireless-Zugangspunkt-Industrie-zu-Multipunkt-Version dieser Anwendung kann ein einzelner WAP physisch mit dem Netzwerk verkabelt werden, um als Basisstationseinheit zu fungieren. Im gesamten Gebäude sind mehrere zusätzliche WAPs oder „Abonnenten“ installiert. Teilnehmer verbinden sich drahtlos mit der Basisstation und können so ein gemeinsames Netzwerksignal über einen größeren Bereich verbreiten. Die Point-to-Multipoint-Technologie ist ideal, wenn eine größere Gruppe von Geräten vorhanden ist, die geringere Bandbreitenanforderungen haben. Punkt-zu-Punkt hingegen nutzt drahtlose Technologie mit nur zwei WAPs und ist eine bessere Lösung für Umgebungen mit höherem Bandbreitenbedarf, die weniger Geräte bedienen. Punkt-zu-Punkt erfordert, dass WAPs auf jeder Seite physisch über ein Ethernet-Kabel mit einem Router oder Switch verbunden sind. WAPs stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Ohne Sicherheit können unbefugte Benutzer innerhalb der Reichweite des Netzwerksignals auf drahtlose Netzwerke zugreifen, sodass vertrauliche Informationen, die über das Netzwerk übertragen werden, abgefangen werden können. Aus diesem Grund bieten die industriellen drahtlosen APs/Bridges/Repeater von Antaira Benutzern mehrere Sicherheitsschutzoptionen: WiFi Protected Access (WPA), WPA2, WPA3, Remote Access Dial In User Service (RADIUS) und Wires Equivalent Privacy (WEP). Diese verschiedenen Schutzfunktionen ersetzen nicht die grundlegenden Pflichten aller Benutzer zur Sicherheit des drahtlosen Internets, wie z. B. die Bewachung und häufige Änderung von Passwörtern.

Henry Martel ist Field Applications Engineer bei Antaira Technologies.

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