Dynamic Frequency Selection (DFS), Radar und WLAN im 5GHz-Band

Für WLAN gibt es das 2.4 GHz Band, das alte, langsame und das 5GHz-Band für schnelle WLAN-Verbindungen. Auf dem 5GHz-Band sind aber nicht nur WLANs unterwegs sondern z.B. auch der Wetterradar.

Motivation

Selbst bin ich bei den Freifunkern in Potsdam unterwegs, die große WLAN-Meshnetzwerke aufbauen (siehe Karte). Zumindest das Netz in Potsdam operiert nur im 2.4GHz Spektrum auf Kanal 5. Geräte können nur miteinander kommunizieren, wenn sie den selben Kanal haben. Also haben wir uns in Potsdam auf Kanal 5 geeinigt. In Berlin nutzen sie meines Wissens Kanal 13.

Da das 5GHz-Spektrum auch vom Radar genutzt wird und dieser von den WLAN-Geräten gestört wird, wurde Dynamic Frequency Selection (DFS) eingeführt. Die Radare scheinen vor der Freigabe von 5GHz an WLAN da gewesen zu sein [tristant][wirednot]. Laut Wirednot ist dort nicht nur der Wetterradar sondern auch in den USA die NASA, Hurricane-Tracker, Militär und mehr. Laut tristant haben die Wetteradare in der EU es versäumt, Regulierungen mitzubestimmen und sind nun ziemlich gestört. Laut [traistant] sind die Wetteradare von 5600-5650MHz unterwegs. DFS haben wir aber auf allen Frequenzen von 5470MHz bis 5725MHz [WAS-WLAN-DE] das sind alle Frequenzen, die auf 5GHz für WLAN draußen genutzt werden können. In [EN301893, Seite 104, Tabelle D.1] sind die Channel-Availability-Check-Zeit (CAC-Zeit), die Zeit, um zu testen, ob der Kanal wieder frei ist, ist höher als bei den anderen Kanälen.

Beschränkungen

Die Nutzung von 5GHz WLAN außerhalb von Räumen ist auf 1 Watt bzw. durchschnittlich ca. 0.5 Watt beschränkt [WAS-WLAN-DE]. Außerdem müssen WLAN-Geräte bei der Erkennung eines Radars das Senden auf dem Kanal für einen gewissen Zeitraum unterlassen.

Implementierungen

OpenWRT/LEDE beinhalten Module, um auf dem Atheros Chipsatz DFS umzusetzen [openwrt-dfs]. Gesetzeslagen scheinen sind bis 2011 dokumentiert [linux-wireless]. Laut [wireless-dbgt] sind die CAC-Zeiten nicht aufgeführt. In nl80211.h werden die Events für den Radar beschrieben und die Kanaleigenschaften. NL80211_ATTR_DFS_CAC_TIME beschreibt die Zeit, die für den CAC genutzt werden soll. In reglib.h wird die ieee80211_reg_rule beschrieben. Diese enthält auch eine Zeit für die DFS dfs_cac_ms. In reglib.c wird die dfs_cac_ms gesetzt, in Klammern (). Diese sind in der wireless-db aber nicht auf die Werte aus EN301893 gesetzt. Das erfragte ich und die Antwort ist, dass die die CAC-Zeiten im Kernel hardcoded sind. Scheinbar gibt es einen Übergang zu variablen CAC-Zeiten, der zum Implementieren aussteht.

Meshing

Das Meshing über 802.11s ist im 5GHz Band möglich. Allerdings kann es auf allen Kanälen (5470MHz bis 5725MHz), die außerhalb von Räumen verwendet werden dürfen, zu Radarstörungen kommen. Laut Gesetz sind diese Radare zu schützen und das Senden einzustellen. Es gibt Möglichkeiten, einen Kanalwechsel zu initiieren. Allerdings ist es schwierig, einen Kanalwechsel für ein ganzes, dezentrales Meshnetz zu initiieren. Das wird vorerst zu Spaltung führen. Es ist interessant, einen Algorithmus zu entwerfen, der es erlaubt, dass die ein 5GHz Mesh wieder zu einem Kanal konvergiert.

Frequenzplan

Der Frequenzplan beschreibt auf Seiten 12-19, wie man Nutzer der Frequenzen einteilen kann. Ab Seite 409, auf den Frequenzen von 5470MHz bis 5725MHz sind folgende Akteure verzeichnet. Die Kanaleinschätzung erfolgt durch Wikipedia und die Kanalbreite, nicht die Hauptfrequenz. Deswegen sind Kanäle doppelt drin.

• 5470 - 5570 MHz

  Kanäle 100 - 116

  • Erderkundung - ERDERKUNDUNGSFUNKDIENST ÜBER SATELLITEN (aktiv) D448B.
    Aktive Sensoren (Radar) an Bord von Weltraumfahrzeugen für die wissenschaftliche und technische Forschung, zur Erkundung der Eigenschaften der Erde, von Naturerscheinungen und zur Gewinnung von Daten über den Zustand der Umwelt
  • D446A: WLAN - MOBILFUNKDIENST außer mobiler Flugfunkdienst D446A D450A
    Das ist unser WLAN mit DFS
  • Militärische Funkanwendungen - NICHTNAVIGATORISCHER ORTUNGSFUNKDIENST D450B
  • SEENAVIGATIONSFUNKDIENST
  • Weltraumforschungsfunk - WELTRAUMFORSCHUNGSFUNKDIENST (aktiv) D448B

• 5570 - 5650 MHz

  Kanäle 110 - 134

  • D446A: WLAN - MOBILFUNKDIENST außer mobiler Flugfunkdienst D446A D450A
    Das ist wieder unser WLAN.
  • Militärische Funkanwendungen - NICHTNAVIGATORISCHER ORTUNGSFUNKDIENST D450B
  • SEENAVIGATIONSFUNKDIENST
  • Wetterradar - NICHTNAVIGATORISCHER ORTUNGSFUNKDIENST D450B
    Radar zur Ortung von kondensiertem Wasserdampf oder zur Verfolgung von Wetterballon. Das ist in der Verwaltungsvorschrift für Frequenzzuteilungen für Radare und Navigationssysteme die einzige Radarnutzung in dem Bereich.

• 5650 - MHz 5725

  Kanäle 126 - 144

  • 13: Amateurfunk - D282: Amateurfunkdienst über Satelliten (Richtung Erde - Weltraum)
    Technische und betriebliche Rahmenbedingungen werden durch die nach § 6 Satz 1 des Gesetzes über den Amateurfunk vom 23. Juni 1997 (BGBl. I 1997 S. 1494) erlassene Rechtsverordnung festgelegt.
  • 13: Amateurfunk - Amateurfunkdienst
  • D446A: WLAN - MOBILFUNKDIENST außer mobiler Flugfunkdienst D446A D450A
  • Militärische Funkanwendungen - NICHTNAVIGATORISCHER ORTUNGSFUNKDIENST

Schlussfolgerungen aus dem Frequenzplan

Wenn wir also die Kanäle 136, 138, 140, 142, 144 für einen öffentlichen Mesh nutzen, werden wir durch Amateurfunk und Militär gestört aber keine anderen registrierten Radare. Auf den Kanälen 110 - 134 sind der Wetterdienst mit erhöhten CAC-Sperrzeiten. Auf den Kanälen 100 - 116 haben wir auch Forschung, die die Frequenzen nutzt. Auf meinem Router TL-WDR4300 kann man von den zuerst genannten Kanälen nur 136 und 140 auswählen.

Weitere Forschungen

Wir können die Amateurfunkergemeinschaft fragen, was sie in den Frequenzbereichen macht und ob WLAN sie stört.

Stahlungsleistungen und Sendezeiten von Radaren können wir bei der Bundesnetzagentur erfragen. Eventuell stehen sie in der VVRadNav.

Es gibt andere Freifunkergemeinschaften, die vielleicht auch mit 5GHz meshen. Wie machen die das?

Diskussionen

• Freifunk Potsdam Mailing List

Dank

Dank an Manfred Woditschka, Bundesnetzagentur 225-8 für die ausführliche E-Mailkommunikation und die viele Quellen.