WLAN-Durchsatz

Die im Gerät angezeigte Datenrate und das, was tatsächlich ankommt, liegen im WLAN regelmäßig um Faktor zwei bis drei auseinander. Das ist normal und hat mehrere Ursachen.

Anzeige und Wirklichkeit

Wenn ein Router 1,6 Gbit/s zu einem Repeater meldet und am angeschlossenen Rechner 300 Mbit/s ankommen, ist das kein Defekt. Die angezeigte Zahl ist die ausgehandelte Bruttorate der Funkstrecke, nicht der nutzbare Durchsatz.

Die Bruttorate beschreibt, wie schnell Bits über die Luft geschickt werden, solange gesendet wird. Wie viel davon als Nutzdaten ankommt, hängt davon ab, wie viel Sendezeit überhaupt zur Verfügung steht und wie viel davon für Verwaltung draufgeht.

Als Faustregel bleiben vom Brutto etwa 40 bis 60 Prozent übrig. Bei ungünstigen Bedingungen weniger.

Warum so viel verloren geht

Halbduplex. Anders als bei Ethernet kann in einer Funkzelle immer nur eine Station gleichzeitig senden. Sender und Empfänger teilen sich denselben Kanal und wechseln sich ab. Allein daraus folgt, dass die Hälfte der theoretischen Kapazität nicht für eine Richtung zur Verfügung steht.

Zugriffsverfahren. WLAN arbeitet mit CSMA/CA. Vor jedem Senden wird der Kanal abgehört und eine zufällige Wartezeit eingelegt, um Kollisionen zu vermeiden. Diese Wartezeiten kosten Sendezeit, in der keine Nutzdaten fließen.

Bestätigungen. Jeder empfangene Rahmen wird quittiert. Die Quittung belegt den Kanal ebenfalls.

Verwaltungsverkehr. Beacons, Anmeldungen, Suchanfragen von Geräten in Reichweite. Auch fremde Netze auf demselben Kanal belegen Sendezeit.

Paketkopf (Header) und Präambel. Jeder Rahmen trägt einen Vorspann, der unabhängig von der Nutzlast übertragen wird. Bei vielen kleinen Paketen fällt er stärker ins Gewicht als bei wenigen großen.

Der Funkrepeater halbiert

Ein Repeater, der über dieselbe Funkstrecke empfängt und weitersendet, muss jedes Paket zweimal übertragen: einmal vom Router zu sich, einmal von sich zum Gerät. Beide Male auf demselben Kanal, und senden kann immer nur einer.

Damit steht dem Endgerät höchstens die Hälfte der Rate zur Verfügung, die zwischen Router und Repeater ausgehandelt wurde. In der Praxis weniger, weil der Verwaltungsaufwand für beide Strecken anfällt.

Das erklärt das häufigste Fehlerbild im Heimnetz: Der Repeater meldet eine hohe Rate zum Router und eine hohe Rate zum Rechner, unten kommt trotzdem wenig an.

Zwei Wege führen daran vorbei. Entweder der Repeater wird per Kabel angebunden, dann entfällt die Funkstrecke nach oben. Oder er nutzt für die Verbindung zum Router ein eigenes Frequenzband, das nicht für die Endgeräte verwendet wird. Geräte mit drei Funkeinheiten bieten das an.

Der langsamste Teilnehmer bremst

In einer Funkzelle bekommt jede Station Sendezeit. Ein Gerät mit schlechter Verbindung braucht für dieselbe Datenmenge länger, weil es mit einem robusteren und damit langsameren Modulationsverfahren sendet. Diese Zeit fehlt allen anderen.

Ein einzelnes altes Gerät am Rand der Reichweite kann deshalb den Durchsatz der gesamten Zelle spürbar drücken. Neuere Geräte mildern das über eine Zuteilung nach Sendezeit statt nach Paketen, aufheben können sie es nicht.

Aus demselben Grund bringt ein schnellerer Router nichts, wenn die Gegenstelle nicht mitzieht. Ein Mobiltelefon mit zwei Antennen kann die Rate eines Routers mit vier Antennen nicht ausnutzen. Die Zahl der Datenströme richtet sich nach dem schwächeren der beiden.

Was die Rate wirklich bestimmt

Die ausgehandelte Bruttorate ergibt sich aus vier Größen:

• Kanalbreite. Doppelte Breite, etwa doppelte Rate.
• Zahl der Datenströme. Begrenzt durch die Antennenzahl beider Seiten.
• Modulationsverfahren. Hängt vom Signal-Rausch-Abstand ab. Bei schlechtem Empfang wird auf robustere und langsamere Verfahren zurückgeschaltet.
• Generation. Neuere Verfahren nutzen dieselbe Bandbreite effizienter.

Von diesen vier ist im Alltag nur der Empfang beeinflussbar, und zwar durch die Platzierung. Ein Gerät näher am Access Point handelt ein schnelleres Modulationsverfahren aus und belegt weniger Sendezeit. Das nützt ihm und allen anderen in der Zelle.

Messen statt schätzen

Die Anzeige im Router taugt nicht zur Beurteilung des Durchsatzes. Sie zeigt die ausgehandelte Rate, die sich laufend ändert und nichts darüber sagt, was gerade übertragen wird.

Aussagekräftig ist eine Übertragung zwischen zwei Geräten im eigenen Netz, etwa mit einem Messwerkzeug für Durchsatz (iperf/jperf) oder durch das Kopieren einer großen Datei. Ein Geschwindigkeitstest im Internet misst dagegen die Internetleitung mit und ist ungeeignet, solange diese langsamer ist als das Funknetz.

Wer eingrenzen will, ob das Funknetz oder etwas anderes bremst, misst dieselbe Strecke einmal über Kabel. Bleibt der Wert auch dort niedrig, liegt es nicht am WLAN.

Abgrenzung

Die Signalstärke, angegeben in dBm, sagt für sich genommen wenig über den Durchsatz. Entscheidend ist der Abstand zwischen Signal und Störgeräusch. Ein starkes Signal auf einem stark belegten Kanal liefert weniger als ein schwächeres auf einem freien.

Die Balkenanzeige auf Endgeräten bildet die Signalstärke ab, nicht die nutzbare Rate. Volle Balken bei niedrigem Durchsatz sind deshalb kein Widerspruch, sondern der Regelfall bei belegtem Kanal.

Quellen

• IEEE 802.11-2020: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications
• IEEE 802.11ax-2021: Enhancements for High Efficiency WLAN
• IEEE 802.11be: Extremely High Throughput