Die Verbreitung von drahtlosen Geräten im Unternehmenssektor wurde dank wichtiger Trends wie dem Phänomen der Mobilitätsbereitstellung, Bring Your Own Device (BYOD), beschleunigt. Diese Tatsache in Kombination mit der Migration zu neuen Gigabit- und Multi-Gigabit-Wi-Fi-Standards wie 802.11n und IEEE 802.11ac verstärkt die Herausforderungen, die mit der Unterstützung einer schnell wachsenden Auswahl an WLAN-Zugangspunkten mit unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich Reichweite und Leistung einhergehen. Die Lösung nutzt bei Bedarf den Vorteil einer höheren Energiezufuhr des PoE-Standards IEEE 802.3at (Power over Ethernet) und setzt Midspan-Technologie ein, um eine flexiblere WLAN AP-Positionierung zu ermöglichen und gleichzeitig die Skalierbarkeit der Infrastruktur zu verbessern und wichtige Eigenschaften für das Energiemanagement im gesamten Netzwerk bereitzustellen.
Neue und aufkommende Wi-Fi-Technologien
Der IEEE 802.11n-WLAN-Standard hat sich dank seiner verbesserten Reichweite und Bandbreite, zusammen mit wichtigen Eigenschaften, die die Qualität der Videobereitstellung im Vergleich zu früheren Lösungen erheblich verbessern, zur führenden Wi-Fi-Technologie der Branche entwickelt. Nach Angaben eines Berichts von Infonetics Research aus Juni 2012 hat sich der WLAN AP-Markt im Verlauf der letzten fünf Jahre mehr als verdoppelt und mehr als drei Viertel aller Geräte basieren auf der 802.11n-Technologie. Derzeit verspricht der neue drahtlose Multi-Gigabit-Standard IEEE 802.11ac
die führende Stellung des 802.11n zu übernehmen, da er die dreifache
Geschwindigkeit bietet. Gleichzeitig entwickelt die IEEE 802.11ad Working Group in Zusammenarbeit mit der Wireless Gigabit Alliance (WiGig) drahtlose 60-GHz-Technologien, die noch höhere Datenraten über relativ kurze Distanzen ermöglichen.
Es gab noch nie mehr Optionen für WLAN AP-Technologien, die für Netzwerkadministratoren große Herausforderungen darstellen können, da sie die zugehörige PoE-Infrastruktur bereitstellen und verwalten müssen. Der Energieverbrauch für diese unterschiedlichen Wi-Fi-Technologien kann hinsichtlich der Leistung pro Watt erheblich variieren. Darüber hinaus lässt sich das Ausmaß, in dem sich die Energieeffizienz mit der Zeit verbessern wird, nur schwer vorhersagen. Beispielsweise überstieg der Energieverbrauch der ersten IEEE 802.11n-Lösungen die IEEE 802.3af-Begrenzungen. Jedoch ist er seitdem in Produktneuheiten, selbst als die Leistung weiter zunahm, gesunken. Gleichzeitig verbrauchen IEEE 802.11n-Lösungen, die die Reichweite und die Leistung durch die Verwendung von mehr als einem Funknetz – oder von mehreren Sendeantennen pro Funknetz – bereitstellen, mehr Leistung, sodass diese Anforderungen in die entgegensetzte Richtung laufen.
Beispielsweise ist die PSE des IEEE 802.3af möglicherweise für 2x2-MIMO-Zugangspunkte (Multiple Input Multiple Output) des 802.11n mit Doppelfrequenz mit zwei Sende- und zwei Empfangs-Funkstrecken geeignet.
Jedoch reicht ihre Spannungsversorgung mit 12,5 Watt (W) möglicherweise nicht für 4x4-MIMO-APs aus, die vier Übertragungsfunknetze und vier Empfangsfunknetze aufweisen. Einige APs mit mehreren Funknetzen benötigen mindestens eine Leistung von 20 W, sodass sie nahezu die 30-Watt-Spannungsversorgung von IEEE 802.11at erreichen. Der Energieverbrauch variiert von Lieferant zu Lieferant und selbst zwischen den Modellen, die vom selben Lieferanten hergestellt wurden, können Unterschiede bestehen.
802.11ac APs benötigen wahrscheinlich die Leistung des 802.3at aufgrund des erhöhten Leistungsbedarfs der schnelleren Technologie und der zugehörigen Funknetze. 802.11ac APs gehen über die 20-MHz- und 40-MHz-Kanäle von 802.11n hinaus, um 80-MHz-Kanäle hinzuzufügen, mit dem Ziel, dieselbe Datenrate mit weniger RF-Ketten bereitzustellen. Jedoch reicht eine einzelne Antenne in der Regel nicht für Services wie die Videobereitstellung aus, die eine stabile und zuverlässige Datenübertragung benötigen. Es wird davon ausgegangen, dass 802.11ac-Konfigurationen bis zu 8x8-MIMO-Antennen verwenden und diese zusätzlichen Funknetze sicherlich die Leistungsanforderungen erhöhen.
Einige Lieferanten versuchen, die Spannungsversorgung für Anwendungen in einer IEEE 802.3af-Infrastruktur durch die Verwendung von zwei IEEE 802.3af-fähigen Ethernet-Anschlüssen zu erhöhen. Dies bedeutet jedoch auch, dass zwei Kabelführungen verwendet werden müssen. Alternativ lassen sich einer oder mehrere 802.11n-Sender deaktivieren, um Energie einzusparen. Aber dadurch werden gleichzeitig die WLAN AP-Systemleistung und -fähigkeiten reduziert.
Die beste Lösung besteht darin, ein Upgrade der Infrastruktur zur Spannungsversorgung auf den IEEE 802.3at-Standard mit mehr Leistung durchzuführen. Dies erfolgt optimaler Weise nicht durch ein Switch-Upgrade, sondern durch die Installation von PoE-Midspands mit Gigabit-Schnittstellen und anderen Eigenschaften, um die WLAN APs der nächsten Generation zu unterstützen. Midspands sind einfach bereitzustellen und lassen sich problemlos zwischen einem vorhandenen Switch und den PDs des Netzwerks installieren. Hierzu sind keine Änderungen am Switch oder der Category 5 (CAT5) und der oben genannten Verkabelungs-Infrastruktur erforderlich. Sie unterstützen eine Kombination der beiden APs IEEE 802.3af und IEEE 802.3at, können zum Einschalten von APs mit einer Entfernung von bis zu 100 Metern verwendet werden (und darüber hinaus durch die Kaskadierung von PoE-Extender-Geräten) und weisen cloudbasierte Eigenschaften zum Remote-Management auf, sodass die Überwachung und Steuerung von APs stark vereinfacht wird, um sie remote erneut zu booten und ein zeitbasiertes PoE zu nutzen und sie so bei geplanter Nichtverwendung für eine optimale Energieeffizienz auszuschalten.
Midspans platzieren WLAN APs dort, wo sie benötigt werden
Im Gegensatz zu PoE-fähigen Switches, die langfristige Entscheidungen über die Anschlussdichte zum Zeitpunkt der Installation benötigen, ermöglichen Midspands das einzelne Hinzufügen von PoE-Anschlüssen nach Bedarf. Dies ist vor allem für Organisationen wichtig, die Wi-Fi-APs der nächsten Generation installieren. Möglicherweise wissen Administratoren nicht genau,
wie viele sie eigentlich benötigen, ob diese APs mit 802.11af unterstützt werden können oder die 802.11at-Technologie benötigen und wo sie diese APs positionieren müssen. Im Gegenzug möchten Administratoren für ihren Switch möglicherweise ein Upgrade durchführen, nachdem die Infrastruktur zur Spannungsversorgung bereitgestellt wurde. Da Midspands die Energie- und Dateninfrastrukturen entkoppeln, kann für Dateninfrastrukturen ein Upgrade durchgeführt werden, ohne dass erneut Kosten für PoE anfallen.
Der ursprüngliche IEEE 802.3af PoE-Standard mit geringem Energieverbrauch nutzte zwei Aderpaare im CAT5-Kabel, um bis zu 15,4 W über Distanzen von bis zu 100 m bereitzustellen. Der neuere IEEE 802.3at-Standard hat die Stromzufuhr auf 30 W über zwei Paare verdoppelt und benötigte Unterstützung für die Klassifizierung von zwei Ereignissen, um die Kommunikation zwischen der PSE und den Gigabit-APs mit hoher Leistung und anderen PDs zu ermöglichen. Der IEEE 802.3at-Standard ermöglichte zusätzlich, eine vollständig konforme PoE-Funktionalität gemäß Branchenstandard auf allen vier Paaren des Ethernet-Kabels bereitzustellen. Dies öffnete die Tür für die sichere Bereitstellung einer Gleichstromleistung von 60 W über ein einzelnes Ethernet-Kabel für die heutigen Gigabit-WLAN-APs mit hoher Leistung und andere PDs.
Die Spannungsversorgung durch vier Paare verbessert zusätzlich die Leistungsfähigkeit, indem weniger Strom genutzt wird. Somit werden auch die Verluste am Kabel reduziert und es wird eine höhere Reichweite zur Versorgung durch die Verwendung von Standardkabeln erreicht. Die Reichweite lässt sich noch erweitern – auf zusätzliche 100 m oder mehr – indem die PoE-Extender-Technologie verwendet wird. In Tabelle 1 werden die resultierenden Erweiterungen der Basisdistanz dargestellt. Extender können auch hintereinander geschaltet werden, um noch längere Distanzen für die Versorgung zu erreichen. Dadurch erhalten Netzwerkadministratoren deutlich mehr Flexibilität bei der Bereitstellung von WLAN APs, dort, wo sie benötigt werden und dort, wo sie am wenigsten unvermeidbaren Signalstörungen und toten Zonen innerhalb einer typischen Unternehmensumgebung ausgesetzt sind.
Es ist wichtig, sich die begrenzte Datenbereitstellung von Ethernet-Standards auf 100 Meter vom Switch vor Augen zu führen (befindet sich in der Regel im Kommunikationsraum) sowie jedes damit verbundene Gerät, wie ein 802.11n AP. Über diese Distanz hinaus kann die Datenintegrität nicht garantiert werden. Es gibt verschiedene Techniken, um die Reichweite zu erhöhen, einschließlich der Extender-Technologie. Die Extender-Technologie von Microsemi mit einer Stromversorgung durch vier Paare überträgt 60 W über 200 Meter und 25,5 W über diese Distanz hinaus – eine wichtige Anforderung für die aktuellen Wi-Fi-APs. Eine weitere Alternative – die Implementierung von xDSL oder eines Glasfaserkabels zwischen der PSE und der PD – erweitert
die Reichweite nur für die Datenübertragung, nicht für die Leistung. Zwar kann durch die Bereitstellung einer Kombination aus Glasfaser und Kupfer zwischen der PSE und der PD das gewünschte Ziel der Übertragung von Energie und Daten über längere Distanzen erreicht werden, jedoch ist dies wesentlich teurer als die Verwendung der PoE-Extender-Technologie.
Die Kombination aus PoE-Extendern mit einer Versorgung durch vier Paare, stellt sicher, dass die Energie mit den höheren 60-Watt-Ebenen des IEEE802.3at über dieselben 200-Meter-Distanzen übertragen wird – und mit 25,5 Watt darüber hinaus – während gleichzeitig die Gigabit-Geschwindigkeit, die für 802.11n WLAN-APs und weitere PDs erforderlich ist, im vollen Umfang unterstützt wird. Mit der PoE-Erweiterungstechnologie wird die Distanz verlängert, in der die Gigabit-WLAN-APs von der Daten- und Energiequelle platziert werden können, während gleichzeitig eine hohe Leistungsfähigkeit und Datenintegrität sichergestellt wird. Anders ausgedrückt, können WLAN-APs dort platziert werden, wo sie die höchste Leistung erbringen, und nicht dort, wo sie der Steckdose am nächsten sind.
Midspans erweitern nicht nur die Optionen zur Platzierung von APs, wo diese benötigt werden, sie senken auch die Bereitstellungskosten für Gigabit- und Multi-Gigabit-APs mit hoher Leistung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass nur High-End-Switches den Hochleistungs-Standard IEEE 802.3at unterstützen. Die Investition in einen High-End-Switch nur um PoE-Hochleistungseigenschaften zu erhalten, macht wirtschaftlich gesehen keinen Sinn. Darüber hinaus bieten Midspans unterschiedliche Möglichkeiten für das Remote-Management, die mit PoE-Switches nicht verfügbar sind. So erleben Nutzer eine erheblich verbesserte Leistungsfähigkeit und damit einhergehende Kosteneinsparungen.
Verbesserung der WLAN-AP-Verwaltung und der Leistungsfähigkeit
Da zunehmend Gigabit-WLAN-APs und andere Hochleistungs-PDs bereitgestellt werden, wird es umso wichtiger, ihre Verwendung, Wartung sowie ihren Energiebedarf zu verwalten, sowie individuell als auch ganzheitlich. Midspans machen dies durch die Kombination einer verteilten Stromversorgungsarchitektur mit dynamischer Spannungszuordnung und der Option möglich, WLAN-APs und weitere PDs remote zu überwachen und zu verwalten.
Die meisten IEEE 802.3at-Hochleistungsanwendungen benötigen keine volle Leistung an jedem einzelnen Anschluss; darüber hinaus müssen viele IEEE 802.3at-PSEs PDs mit niedriger Leistung versorgen sowie Hochleistungs-PDs wie IEEE 802.11a/b/g und IEEE 802.11n-APs. Dies erschwert zusätzlich das Energiemanagement und die Spannungszuordnung. Um mehr Flexibilität bei der Versorgung zu niedrigen Kosten zu ermöglichen, verbessern PoE-Midspands insgesamt die Leistungsfähigkeit, indem die Auswirkungen des Verbrauchs durch Blindleistung minimiert werden. Beispielsweise verwenden viele PoE-Midspans und -Switches SPSs, die bei vollständiger Last nur zu 90 Prozent effizient sind. Das bedeutet, dass bis zu 220 W an Wechselstromleistung für 200 W an PoE-Leistung verbraucht wird oder 440 W für 440W an PoE-Leistung.
Die Lösung besteht darin, die verteilte PoE-Stromversorgungsarchitektur so zu nutzen, dass Midspans eine große Stromversorgung durch eine kleinere, wirtschaftlichere interne Standard-Stromversorgung austauschen können, die durch externe Spannungsversorgungen erhöht wird, wenn eine inkrementelle, zusätzliche Versorgung benötigt wird. Durch das Messen des Energieverbrauchs und das dynamische Verwalten der Energie stellen Midspans nur die erforderliche Versorgung an jedem Anschluss bereit und können auf externe Spannungsversorgungen zurückgreifen, wenn zusätzliche Leistung erforderlich ist. Beispielsweise können Netzwerkadministratoren mit einer internen 450-W-Spannungsversorgung starten, um alle Echtzeit-Anforderungen zu bearbeiten, und nur bei Bedarf ein Upgrade auf die vollständige Leistung pro Anschluss mit einer externen Spannungsversorgung zwischen 450 W und 900 W, wie der PowerDsine RPS1000 von Microsemi, vornehmen.
Ein weiterer Vorteil dieser verteilten Architektur besteht darin, dass Midspans, soweit sie miteinander verbunden sind, sich gegenseitig unterstützen können. Die Priorisierung der Backup-Leistung pro Anschluss ist eine wichtige Eigenschaft für Netzwerkadministratoren, die Gigabit-WLAN-APs unterstützen. Alle Geräte werden durch eine zentrale Versorgungsarchitektur unterstützt und alle werden abgesichert. Falls ein verwalteter PoE-Midspan gleichzeitig mit einer verwalteten USV verwendet wird, können die Geräte kommunizieren und Nutzer können Geräte mit der höchsten Priorität, die bei einem Stromausfall weiter betrieben werden müssen, vorab festlegen. Beispielsweise kann ein Nutzer festlegen, dass der PoE-Midspan die Stromversorgung für ausgewählte APs und andere PDs ausschaltet, wenn der USV-Akkustand unter 50 Prozent sinkt, während andere weiterhin mit Strom versorgt werden.
Die Fähigkeiten von Midspans zum Remote-Energiemanagement ermöglicht Netzwerkadministratoren zusätzlich, die Leistungsfähigkeit im gesamten Netzwerk zu optimieren, indem APs zu festgelegten Zeiten während Perioden mit geringem Datenverkehr ein- oder ausgeschaltet werden. Dadurch kann der Stromverbrauch um 70 Prozent reduziert werden. Der Stromverbrauch jedes Geräts kann gemessen werden und sein durchschnittlicher Energieverbrauch lässt sich aktiv reduzieren. Eine Organisation mit beispielsweise 12 WLAN-APs, die rund um die Uhr ausgeführt werden, könnten die Verwendung dieser APs auf 10 Stunden pro Woche reduzieren und so Einsparungen der jährlichen Energiekosten umsetzen.
Und schließlich ermöglicht das Remote-Energiemanagement die webbasierte Überwachung zu Wartungszwecken. Feldbasierte WLAN-APs mit Funktionsstörung können remote zurückgesetzt werden. So entfällt ein kostspieliger Anruf beim Kundendienst. Wenn der Midspan in einem USV-System integriert ist, ermöglicht die Funktion zum Remote-Aus- und Einschalten auch, dass APs mit niedriger Priorität bei Stromausfällen getrennt werden.
Fazit
Betrachtet man die sich entwickelnden Merkmale und Anforderungen von Wi-Fi-Technologien der nächsten Generation, sollte das Augenmerk darauf gelegt werden, eine Infrastruktur zur Spannungsversorgung aufzubauen, die sich problemlos auf eine Bereitstellung von Hochleistung, mehreren WLAN-APs und unterschiedlichen Arten der WLAN-AP-Technologie skalieren lässt. Dabei sollte die Flexibilität so hoch wie möglich sein, um APs dort zu positionieren, wo sie am meisten benötigt werden und die wenigsten Signalstörungen auftreten. Je
dichter die Verbreitung der APs, desto wichtiger ist es, über Möglichkeiten für das Energiemanagement im gesamten Netzwerk zu verfügen, einschließlich Optionen zum Ein- oder Ausschalten von APs nach Bedarf und zur Ausführung von Remote-Wartungsvorgängen. Midspans bieten all diese Vorteile und verbessern gleichzeitig die Skalierbarkeit und Investitionen in zukunftsfähige Netzwerkinfrastrukturen.