WLAN

Kein Kummer mit dem Ex

Trends und Tendenzen beim WLAN

28.09.2006 | Redakteur: (klu)

Funken und Ex-Schutz muss keine gefährliche Kombination sein. So sensibel auch manche Bereiche in der Industrie sein mögen, Ex-geschützte Versionen von Access Points, Scannern und PCs erlauben...

Funken und Ex-Schutz muss keine gefährliche Kombination sein. So sensibel auch manche Bereiche in der Industrie sein mögen, Ex-geschützte Versionen von Access Points, Scannern und PCs erlauben auch dort eine sichere Kommunikation. Für WLAN im Ex-Bereich gibt es mittlerweile Standards, die man kennen sollte. Ulrich Hönninger* Sie lassen sich auch ganz ohne Kabel vernetzen und betreiben: Computer können per Wireless LAN (Local Area Network) untereinander kommunizieren. Solche Netzwerke sparen nicht nur Kosten ein, weil man eben keine Kabel verlegen muss, sie machen den Betreiber auch ortsunabhängig und ermöglichen ihm somit mobile Datenverarbeitung. Ein WLAN ist die drahtlose Erweiterung eines traditionellen lokalen Ethernet-Netzwerks in der Informationstechnik. Die verschiedenen Funkstandards nach IEE 802.11 sind standardisiert und senden grundsätzlich auf zwei verschiedenen Frequenzen. Sendeleistungen von 100 mW bis 500 mW im 2,4-GHz-Bereich und von 30 bis 1000 mW im 5-GHz-Bereich erlauben Reichweiten von 10 m bis 70 m in Gebäuden und 30 m bis 300 m im Freien.Ein solches WLAN besteht aus mindestens einem oder mehreren Access Points, die miteinander über Ethernet verbunden sind und dem Nutzer mit einem mobilen Gerät erlauben, sich frei zu bewegen. Der verfügbare Datendurchsatz hängt von der Entfernung zum Access Point ab. Je weiter der Nutzer vom Access Point entfernt ist, um so mehr regelt das System herunter. Dabei muss das System die Bandbreite voll ausnutzen, um die Störmeldungen zu übertragen und die Daten erneut zu senden.Verschiedene Verfahren und FrequenzenDie verschiedenen WLAN-Funkstandards im Überblick: Die einzelnen Varianten und Erweiterungen des WLAN-Standards basieren auf verschiedenen physikalischen Übertragungsverfahren. Sie nutzen unterschiedliche Frequenzbereiche und unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Datenraten. Der Netto-Datendurchsatz eines WLAN beträgt nur ca. 50% der Bruttodatenrate. Zu den Standards im einzelnen: 802.11 und 802.11b Die erste Version des WLAN-Standards durch das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) wurde 1997 unter der Nummer 802.11 verabschiedet erlaubt Datentransferraten von 1 und 2 Mbit/s. Im Jahr 1999 folgte die Erweiterung 802.11b, die ab dann Datenübertragungsraten bis 11 Mbit/s im lizenzfreien 2,4-GHz-ISM-Band ermöglichte. Netto erreicht er eine Übertragungsrate von 5,5 Mbit/s. Im Markt befinden sich heute unzählige Produkte nach diesem Standard. Er ist zur Zeit der erfolgreichste Wireless LAN Standard.802.11a: Im Jahr 1999 wurde der im 5-GHz-Band arbeitende IEEE 802.11a Standard verabschiedet. Dieser Frequenzbereich ist exklusiv für den WLAN-Bereich reserviert, dadurch treten keine Störungen auf. Jedoch verwenden auch das Militär und die Flugsicherung diesen Bereich. Daher kann er in Europa nur eingeschränkt genutzt werden. Konkret heißt das, er ist nur in Gebäuden zugelassen sowie nur mit einer gedrosselten Sendeleistung. Die Reichweite liegt aufgrund des höheren Frequenzbereichs und der niedrigen Sendeleistung bei nur 15 bis 25 m. Es werden Bruttodatenraten von 54 Mbit/s aufgrund des OFDM-Modulierungsverfahrens erreicht. Er ist zur Zeit noch nicht verbreitet, und es gibt auch noch keine Geräte für den Ex-Bereich.802.11g: Der in 2003 eingeführte WLAN Standard hat das OFDM-Verfahren der IEEE 802.11a in das 2,4 GHz-Band übernommen. Da der 802.11g-Standard abwärtskompatibel zum älteren IEEE802.11b-Standard ist, hat sich der neue Standard sehr schnell verbreitet und wird in den nächsten Jahren vermutlich den populären Standard IEEE 802.11b ablösen. Eine Datentransferrate von 54 Mbit/s wird erreicht, jedoch die Anzahl der benötigten Antennen ist relativ hoch damit voller Durchsatz gewährleistet werden kann.802.11h: Er hat 54 Mbit/s Bruttodatenübertragungsrate und funkt im 5-GHz-Bereich. Der künftige Standard IEEE 802.11h ergänzt den IEEE 802a um Dynamic Frequency Selection (DFS) und Transmit Power Control (TPC). Dies ermöglicht höhere Sendeleistungen von bis zu 1000 mW und Reichweiten von 30 m bis 70 m bei einer Datendurchsatzrate von 54 Mbit/s.802.11i: Die Arbeitsgruppe für WLAN Sicherheitsstandards hat im Jahr 2004 den IEEE 802.11i-Standard verabschiedet. Bereits von 2002 an gab es mit WPA (WiFi Protected Access) übergangsweise einen Standard, der als sicher galt und die wichtigsten Sicherheitslücken von WEP schloss. WPA bietet gegenüber WEP besseren Schutz durch dynamische Schlüssel, die auf dem Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) basieren und abwärtskompatibel sind. Weiterhin wird durch die Nutzer-Authentifizierung mittels Pre-Shared-Keys (PSK) oder Extensible Authentication Protocol (EAP) die Sicherheit erhöht. Der IEE 802.11i ist bereits in allen neueren WLAN-Produkten integriert. Darüber hinaus ermöglicht 802.11i die Verwendung des Advanced Encryption Standard (AES) zur Verschlüsselung der Daten. Er ist zur Zeit nur sehr selten schon verfügbar, ist jedoch dabei, sich stark zu verbreiten. Momentan sind proprietäre Verschlüsselungen noch weit verbreitet. Dies führt zu Kompatibilitätsproblemen.802.11e: Dieser Funkstandard ist im Moment kurz vor der Verabschiedung. Er spezifiziert einen erweiterten Kanalzugriff, der eine Priorisierung verschiedener Verkehrsklassen und eine durch den Access Point gesteuerte Kanalvergabe erlaubt. 802.11n: Seit dem September 2003 arbeitet die "Task Group n" unter dem Titel Enhancements for higher effective Throughput. Ihr Ziel ist eine Optimierung und Erweiterung von IEEE 802.11, die dem Nutzer eine Leistung von mindestens 100 Mbit/s Nettodatendurchsatzrate bietet. Mit einer Verabschiedung des Standards ist wahrscheinlich nicht vor Ende 2006 zu rechnen.Abhörsicherheit im FunknetzWaren anfangs die Betreiber von Ex-Anlagen noch skeptisch gegenüber der WLAN-Technologie, bis vor ein paar Jahren existierten auch kaum Hardware-Komponenten auf dem Markt, so ist der Knoten heute klar geplatzt. Dies zeigt sich an der Nachfrage nach explosionsgeschützten tragbaren Computern, welche im Jahr 2005 sehr stark gestiegen ist und noch weiter sehr stark ansteigen wird. Hohe Nachfrage nach explosionsgeschützten mobilen Endgeräten im amerikanischen und europäischen Markt zeigen, dass die Akzeptanzschwelle erreicht ist.Für den Ex-Bereich ist es aus Kostengesichtspunkten nur sinnvoll, die Funkstandards a, b, g, i zu nutzen. Bei voller Leistung muss ein Vielfaches an Access Points installiert werden. In einem Gebäude oder einer Freifläche muss zuerst eine Funkmessung durchgeführt werden, bei der festgelegt wird, wo ein Access Port angebracht wird. Kriterien hierbei sind die Funkausbreitung, die örtlichen Gegebenheiten und die Verkablungsmöglichkeiten. Bei der Durchführung der Funkmessung ist darauf zu achten, dass die Messungen mit dem Gerät gemacht werden, das hinterher auch eingesetzt werden wird. Ist der Bereich als Ex-Zone 1 eingeteilt, gilt es, weitere Dinge zu beachten. Für die Messung muss mit explosionsgeschütztem Equipment gearbeitet werden oder es ist ein sogenannter Feuerschein vorhanden, welcher besagt, dass zu der angegebenen Zeit keine explosive Atmosphäre vorherrscht. Dies wird zusätzlich mit einem Gaswarngerät abgesichert. Das Funkmesspersonal muss außerdem Sicherheitsschuhe, Schutzbrille, Schutzhelm und schwer entflammbare Kleidung tragen, während es sich in der Ex-Zone aufhält. Die Anzahl und die Montageorte der nötigen Access Points, um einen definierten Bereich mit Funk abzudecken, müssen in der Funkmessung vor Ort ermittelt werden. Dabei gilt als Grundlage der benötigte Datendurchsatz und die Anzahl der Clients.Im Ex-Bereich ist die geforderte Datentransferrate geringer als in Büroumgebungen, da meist nur Barcodedaten, Lagerorte oder Rezepte übertragen werden und keine Powerpoint-Präsentationen von vielen Megabyte Größe. Von explosionsgefährdeten Bereichen spricht man bei der Anwesenheit von brennbaren Substanzen wie Gasen und Dämpfen, Stäuben und Flusen oder Fasern. Ca. 95% aller Applikationen im Ex-Bereich unterliegen dem Explosionsschutz für Gase und Dämpfe. Hauptsächlich in der Chemie-, Petrochemie und in der Pharmaproduktion herrschen diese Bedingungen vor.Acess Points auch in Ex-VersionDie Zonen im Ex-Bereich bei brennbaren Gasen sind wie folgt definiert: Zone 0: Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Zone 1: Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln bilden kann. Zone 2: Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig auftritt. Über 90 % aller Installationen von WLANs im Ex-Bereich befinden sich in der Zone 1. Elektrische Geräte, welche in der Ex-Zone 1 eingesetzt werden sollen, egal ob stationär oder mobil, bedürfen einer Baumusterprüfbescheinigung nach ATEX, die von einer der sogenannten Zulassungsstellen ausgestellt werden. Für die Ex-Zone 2 bedarf es einer Herstellererklärung, welche wie der Name schon sagt, vom Hersteller des Gerätes ausgestellt werden muss. Der Vorteil ergibt sich aus dem Zeitaufwand, eine Herstellererklärung ist viel schneller zu realisieren als eine Baumusterprüfbescheinigung. Dieser Umstand senkt den Preis zugelassener Geräte. Es gibt WLAN Barcode Datenterminals oder Staplerterminals mit Datenerfassung über Tastatur oder externen Scanner in der Ex-Zone 1 als mobile Geräte. Hinzu kommen mobile Waagen. Aber auch fest installierte Bedienstationen oder Waagen können über WLAN in ein Netzwerk eingebunden werden. Der Access Point wird in ein explosionsgeschütztes druckfestes Gehäuse aus Metall eingebaut, welches mit einem Glasdeckel ausgestattet ist. Hinter diesem Deckel werden zwei Flachantennen angebracht. Die Dämpfung durch die Scheibe und das Metallgehäuse verändern die Funkcharakteristik. Alternativ können ex-zugelassene externe Antennen an den Access Point angeschlossen werden. Diese haben eine höhere Leistung, sind aber kostengünstiger. Ein explosionsgeschützter Access Point ist drei bis fünf Mal so teuer wie ein Industriegerät. Neben Funken, Flammen oder hohen Oberflächentemperaturen zählen auch elektromagnetische Wellen als Zündquellen für explosive Atmosphären, sie müssen bestimmte Basisgrenzwerte einhalten. Da es noch keine internationale Bestimmung dieser Grenzwerte gibt, ist auf nationale Normen zurück zu greifen. Zündgrenzwerte am Empfangsgebilde für kontinuierliche Hochfrequenzquellen und deren zulässigen Grenzwerte beschreibt die DIN EN 50014. Hierbei liegt der Zündgrenzwert der Wirkleistung Pzg für die explosiven Gase der Gasgruppe IIA bei 6 W, gemittelt über 100 µs und für IIB bei 4 W, gemittelt über 100 µs, und für IIC bei 2 W, gemittelt über 20 µs. Die Mittelung hat sich über die Zeitspannen der angegebenen Zündinduktionszeiten zu erstrecken, wodurch sich eine Glättung der Leistungskurve ergibt. BartecTel. +49 (0) 7931597 324*Diplom-Betriebswirt (BA), MBA, Ulrich Hönninger, Leiter des Vertriebs für BARTEC in Deutschland und Vizepräsident Vertrieb für BARTEC in Österreich und der Schweiz.

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