Welche Technologien taugen für das Sprach-WLAN beim Carrier?
Wi-Fi trägt heute bereits den Daten-Traffic aller Smartphones. Der iPhone-Durchschnittsnutzer verursacht pro Monat etwa zwei Gigabyte an mobilem Traffic und rund neun Gigabyte an Wi-Fi-Traffic. Mit dem Wechsel der Netzbetreiber auf professionelle Wi-Fi-Netzwerke wird auch ein großer Teil des Voice Traffics auf WLAN wechseln.
Die Technik hinter dem Transport von Gesprächsinhalten über das drahtlose IP-Netz (VoWLAN; Voice over WLAN) ist nicht neu, doch Apple sorgte mit seiner Ankündigung von Wi-Fi Calling auf iPhones für Aufruhr. Der schlafende Riese ist nun geweckt und Mobilnetzbetreiber fragen sich: kann unsere Infrastruktur mithalten? Ein professionelles Angebot für Wi-Fi Calling benötigt unter anderem ein garantiertes starkes Signal, smarte Traffic-Priorisierung und einige essenzielle Verwaltungsfunktionen für Netzwerke und Funkressourcen. Doch mit welchen Technologien können sich Service Provider nun rüsten?
Starkes Signal durch adaptive Antennentechnik
Adaptive Antennentechnik ist eines der wichtigsten Teile einer zuverlässigen Infrastruktur für Wi-Fi Calling. Mit ihr kann ein stärkeres Signal erzielt werden, das wiederum für ein besseres Modulations- und Coding-Schema (MCS) sorgt. Daraus folgt eine höhere Datenübertragungsrate: Datenpakete werden schneller versendet, es muss weniger Zeit im Kampf um einen Platz im Wi-Fi-Netz aufgewendet werden. Mögliche Kollisionen und Jitter werden reduziert, ebenso Frame-Verluste und erneute Pakettransmissionen, die die Latenz erhöhen würden. Mit anderen Worten: ein stärkeres Signal steigert die Sende-Effizienz aller Arten von Traffic ? von Voice- wie Datenanwendungen.
Die adaptive Antennentechnik leistet dies, indem sie für jedes Paket ihr Antennenmuster dynamisch verändert. Die zugrundeliegende Software fokussiert die Funkfrequenz-Energie auf den angepeilten Empfänger und erzielt damit eine Signalverstärkung auf dem Empfängergerät um bis zu sechs Dezibel.
So genannte Smart Antennas senken zudem die Interferenz, indem sie die Funkfrequenz-Energie nur in Richtung des intendierten Empfängers senden, statt wild in der Gegend umher zu strahlen. Gerade in Deployments mit hoher Dichte ? wie Bürogebäuden oder öffentlichen Plätzen mit hohem Aufkommen ? zeigt sich die kumulative Wirkung von verstärkter Empfänger-Signalwirkung und gesenkter Interferenz deutlich.
Eine weitere technische Verbesserung, von der Wi-Fi Calling profitiert, ist die diversifizierte Polarisierung der Antennen. Die Möglichkeit, das Signal des sendenden Geräts am Access Point mit horizontal und vertikal polarisierten Antennen zu empfangen, verbessert die Datenübermittlung des Clients spürbar. Kombiniert man diversifizierte Polarisierung mit Maximal Ratio Combining (PD-MRC), kann man bis zu fünf Dezibel an zusätzlicher Signalstärke hinzugewinnen. Besonders bedeutend wird diese Technik, wenn man mit Einzel-Antennen-Geräten arbeiten muss, die nur mit einer einzigen Polarisation arbeiten ? dies umfasst das Gros der Smartphones und Tablets inklusive aller iPhone-Modelle.
Adaptive Antennentechnik kann unabhängig von der Orientierung des Client-Geräts relativ zum Access Point das bestmögliche Wi-Fi-Signal extrahieren oder herstellen. Gerade für Echtzeit-Voice-Anwendungen ist dies relevant, denn sie sind per se bidirektional und müssen daher sowohl beim Downlink als auch beim Uplink das beste MCS und die höchste Datenrate erfahren.
Smarte Priorisierung für blinde Traffic-Sortierung
Ein starkes Signal ist jedoch nur der erste Schritt. Ebenso wichtig ist es, im Wi-Fi-Zugangsnetz die Ströme zu kategorisieren. Es existieren mehrere Methoden, mit denen sich ein verschlüsselter Datenstrom priorisieren und ein hochqualitativer Sprachanruf garantieren lässt. Dafür bedarf es einer Software, die Traffic untersucht, klassifiziert und optimiert ? und dann ein Queuing auf Client- und Traffic-Klassen-Basis leisten kann.
Zunächst sollte eine Quality of Service Engine jedes Paket automatisch inspizieren und in eine von vier Kategorien einordnen: Voice, Video, Best Effort und Background. Hierfür müssen verschiedene Header untersucht werden können, etwa Ethernet Frames (TCP und UDP), VLAN-Tags, sowie IPv4 und IPv6-Pakete. Wird ein Type of Service mitgeliefert oder das 802.1p-Priority-Feld ausgefüllt, so sollte die Software diese Informationen nutzen. Wenn kein Tag angegeben wird, können heuristische Methoden helfen, den Traffic einzuordnen: hierfür werden Pakete nach Größe und Durchflussfrequenz analysiert. So kann auch ein verschlüsselter Datenstrom Rückschlüsse auf die Art des Traffics zulassen.
Scheduling-Verfahren zur Arbitrierung wie die Weighted-Round-Robin-Methode folgen nach Klassifikation und Einreihung, meist basierend auf Sendezeit, Durchflusspotential und Priorisierung für die WLANs. Pro Client sollten auch gezielt WLAN-Obergrenzen festgelegt werden. Diese Methoden sorgen für mehr Zuverlässigkeit und Leistung von verzögerungssensiblem Wi-Fi-Calling-Traffic, indem sie Jitter und Latenzen verringern.
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