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Polski2,4 GHz teilen: was ein Zigbee-Kanalwechsel kostet
Inhalt
Ein Zigbee-Netz, das Geräte verliert, wird für gewöhnlich am Netz untersucht: mehr Router, bessere Standorte, neue Firmware. Die Schicht darunter wird selten angesehen, und sie entscheidet darüber, wie viel vom Rest überhaupt funktionieren kann – dreiundachtzig Megahertz geteiltes Band, belegt von einem Nachbarn, der hundertmal lauter sendet.
Die beiden Systeme treten weder mit gleicher Leistung noch mit gleichem Wissen gegeneinander an, und genau das macht aus der Kanalwahl eine Entscheidung statt einer Vorliebe.
Wo die Kanäle tatsächlich liegen
Zigbee nummeriert seine Kanäle von 11 bis 26, und die Mittenfrequenz folgt einer Zeile: 2405 MHz plus fünf Megahertz je Schritt. Jeder Kanal belegt rund zwei Megahertz. WLAN belegt im selben Band 22 MHz je Kanal – deshalb vertragen sich nur 1, 6 und 11 miteinander, denn weiter auseinander lässt sich das Band nicht aufteilen.
Zigbee Mitte = 2405 MHz + 5 MHz × (Kanal − 11) 2 MHz breit
WLAN 1 2412 MHz 2401 – 2423
WLAN 6 2437 MHz 2426 – 2448
WLAN 11 2462 MHz 2451 – 2473
frei: 15 (2425) 20 (2450) 25 (2475) 26 (2480)Alles andere landet in einem der drei WLAN-Blöcke. Kanal 11 bei 2405 MHz ist eine verbreitete Voreinstellung und liegt mitten unter WLAN 1; Kanal 25 ist der, der frei liegt, gut unterstützt wird und selten gewählt wird, weil nichts in der Oberfläche darauf hinweist.
Die Störung wirkt nur in eine Richtung
WLAN sendet mit rund 100 mW. Zigbee sendet mit 1 bis 3 mW – Faktor dreißig bis hundert, noch ohne Antennen. Das allein wäre zu verkraften, wenn beide Seiten sich abwechselten, und eine tut das: Zigbee horcht vor dem Senden und weicht zurück, wenn der Kanal belegt ist.
WLAN hört Zigbee nicht. Ein zwei Megahertz breites Signal mit einem Milliwatt gilt einem WLAN-Funkteil nicht als belegter Kanal, also sendet der Zugangspunkt einfach hindurch. Das Ergebnis ist keine faire Aufteilung, sondern ein Netz, das höflich auf Lücken in einer Übertragung wartet, die seine Existenz nie zur Kenntnis nimmt – weshalb sich das Symptom als Verzögerung und verlorene Nachrichten zeigt und nicht als sauberer Ausfall.
Was sonst noch im Band steht
| Quelle | Wo | Wirkung auf das Netz |
|---|---|---|
| WLAN mit 20 MHz | 1, 6 oder 11 | der geplante Fall; drei Blöcke, vier Lücken |
| WLAN mit 40 MHz | irgendwo | deckt zwei Blöcke zugleich ab, es bleibt kaum eine Lücke |
| Bluetooth | springt über das ganze Band | kurze Kollisionen überall, kein Kanal entgeht dem |
| Mikrowelle | um 2450 MHz | legt Kanal 20 für die Dauer einer Mahlzeit lahm |
| USB-3.0-Geräte | Breitbandrauschen | halbiert die Reichweite eines danebensteckenden Koordinators |
Die letzte Zeile sieht wie ein Netzproblem aus und ist keines. Ein USB-3-Anschluss und sein Kabel strahlen ein Breitbandrauschen ab, dessen Schwerpunkt genau in diesem Band liegt, und ein Koordinatorstick in der Buchse neben einer externen SSD verliert einen großen Teil seiner Reichweite, ohne dass sich sonst etwas geändert hätte. Ein Meter Verlängerungskabel ist die vollständige Abhilfe, und sie ist einen Versuch wert, bevor ein Kanal angefasst wird.
Die 40-MHz-Zeile verdient dieselbe Behandlung mit umgekehrtem Vorzeichen: Ein WLAN, das im 2,4-GHz-Band auf 40 MHz steht, nimmt genau die Lücken weg, auf denen der ganze Plan beruht. Dort gehören zwanzig Megahertz hin und die Breite dorthin, wo sie hingehört – auf 5 GHz.
Warum der Wechsel mehr kostet als die Wahl
Ein Koordinator wechselt den Kanal, indem er ihn ansagt, und netzbetriebene Router folgen binnen Sekunden. Batteriebetriebene Endgeräte schlafen, während die Ansage hinausgeht – genau das lässt sie zwei Jahre an einer Knopfzelle halten -, und sie wachen auf einem Kanal auf, auf dem niemand antwortet.
Was dann geschieht, hängt vom Gerät ab und ist selten erfreulich: Manche suchen und treten neu bei, viele versuchen es einfach auf dem alten Kanal weiter, bis die Batterie leer ist. In der Praxis heißt ein Kanalwechsel, durchs Haus zu gehen und jeden Sensor neu anzulernen – der Wert der richtigen Wahl zu Beginn sind also nicht die zwanzig Megahertz, sondern der Nachmittag.
Die billigere Seite zum Verschieben
Steht das Netz schon und ist das Band eng, lautet die Frage nicht, auf welchen Zigbee-Kanal zu wechseln ist, sondern welches System sich überhaupt billiger verschieben lässt. Ein WLAN-Kanalwechsel ist eine Einstellung, wirkt binnen Sekunden und kostet jeden Client eine kurze Neuanmeldung, die niemand bemerkt. Ein Zigbee-Kanalwechsel kostet einen Anlernnachmittag.
Die Reihenfolge lautet also: nachsehen, was das WLAN tut, es auf 20 MHz stellen, es auf 1, 6 oder 11 mit größtmöglichem Abstand zum genutzten Zigbee-Kanal legen – und erst danach über einen Umzug des Netzes nachdenken. Und wenn das Netz umziehen muss, dann einmal, auf einen Kanal, der jetzt frei ist und es auch dann noch sein wird, wenn die Nachbarschaft ihre Router erneuert: in diesem Band heißt das 15, 20 oder 25.
Fragen und Antworten
Kanal 26 liegt ebenfalls frei. Warum nennt der Artikel am Ende nur 15, 20 und 25?
Weil Kanal 26 zwei Schwächen hat, die in der Frequenztabelle nicht auftauchen. Er liegt mit 2480 MHz dicht an der oberen Bandgrenze, weshalb manche Funkchips dort mit verringerter Leistung senden und nicht jedes Gerät ihn überhaupt unterstützt. Außerdem liegt genau auf 2480 MHz einer der drei festen Advertising-Kanäle von Bluetooth Low Energy.
Die Tabelle beschreibt Bluetooth zu Recht als Verfahren, das über das ganze Band springt; das gilt aber nur für bestehende Verbindungen. Ankündigungen senden Bluetooth-Geräte dagegen auf drei festen Kanälen: 2402, 2426 und 2480 MHz. Kanal 26 teilt seine Frequenz also mit jedem Bluetooth-Gerät in Reichweite, das sich ankündigt, und auch Kanal 15 bei 2425 MHz liegt nur ein Megahertz neben einem dieser Kanäle. Die Kanäle 20 und 25 halten von allen dreien Abstand, was die Aussage des Artikels stützt, dass 25 frei liegt und gut unterstützt wird.
Kanal 20 liegt frei, aber im Bereich der Mikrowelle. Spricht das gegen ihn?
Meist nicht. Die Störung besteht nur, solange das Gerät läuft, und trifft vor allem Knoten in seiner Nähe. Steht allerdings der Koordinator oder ein wichtiger Router in der Küche, hört ein zentraler Knoten bei jeder Mahlzeit schlecht, und dann sind 15 oder 25 die bessere Wahl.
Was ändert sich, wenn im selben Haus auch ein Thread-Netz funkt?
Thread nutzt dieselben Kanäle 11 bis 26 mit derselben Breite von zwei Megahertz und horcht wie Zigbee vor dem Senden. Zwei solche Netze auf demselben Kanal stören sich deshalb nicht so wie WLAN und Zigbee, sie teilen sich aber die Sendezeit. Auf getrennten Kanälen entfällt auch das, und das Band bietet dafür genug Lücken, etwa Zigbee auf 25 und Thread auf 15 oder 20.
Beim Kanalwechsel unterscheiden sich beide deutlich. Thread verteilt einen neuen Kanal als ausstehenden Datensatz mit einer Wartezeit, sodass auch schlafende Geräte ihn bei der nächsten Abfrage bei ihrem Elternknoten erfahren, bevor der Wechsel wirksam wird. Ein Thread-Netz lässt sich deshalb grundsätzlich ohne erneutes Anlernen verschieben, sofern der Border Router den Wechsel anbietet; bei Border Routern, die in Lautsprechern oder Hubs großer Hersteller stecken, ist der Kanal oft nicht einstellbar.
Was bedeutet es für die Kanalplanung, wenn der Router den WLAN-Kanal automatisch wählt?
Dass sie nicht hält. Die Automatik bewertet nur, was sie selbst hört, und ein WLAN-Funkteil nimmt Zigbee, wie der Artikel zeigt, gar nicht als Belegung wahr. Deshalb kann sie jeden Kanal wählen, auch einen zwischen 1, 6 und 11: WLAN 3 überdeckt Zigbee 15, WLAN 8 überdeckt Zigbee 20, und das in Europa zugelassene WLAN 13 überdeckt 25 und 26. Manche Router stellen im 2,4-GHz-Band zudem die Kanalbreite auf eine Automatik zwischen 20 und 40 MHz. Kanal und Breite sind deshalb fest einzutragen, sobald feststeht, was das WLAN tatsächlich belegt, und nach einem Zurücksetzen des Routers ist beides erneut zu prüfen.
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