sehen! An der Decke der U-Bahn-Station befinden sich „weiße Pilze“ …

Sind Ihnen schon einmal weiße Objekte aufgefallen, die wie Pilze an den Decken öffentlicher Orte wie U-Bahn-Stationen und Einkaufszentren aussehen? Was sind sie und was machen sie?

„Weiße Pilze“ an der U-Bahn-Stationsdecke

Quelle: Fotografiert vom Herausgeber

01. Was ist das weiße pilzförmige Gerät?

Bei diesen Geräten handelt es sich normalerweise um Wireless Access Points (WAPs), die es drahtlosen Geräten (wie Mobiltelefonen, Laptops, Tablets usw.) ermöglichen, über drahtlose Signale eine Verbindung zu kabelgebundenen Netzwerken herzustellen. Wir können es uns als einen „Sendeturm“ für drahtlose Signale vorstellen, der Internetsignale „aussenden“ kann, sodass drahtlose Geräte in der Umgebung sie empfangen und eine Verbindung zum Internet herstellen können.

Pilzförmige Deckenantenne Bildquelle: ycantenna.com

Um seine Funktion zu verstehen, sollten wir uns zunächst einmal damit befassen, wie die Mobiltelefone, die wir täglich verwenden, die Internetfunktion erfüllen.

02. Wie erhalten Mobiltelefone Zugriff auf das Internet?

Wenn es um den mobilen Internetzugang geht, sind Mobilfunkdatennetze und WLANs die beiden gängigsten Methoden. Ein Mobilfunkdatennetzwerk ist ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk, das es mobilen Geräten ermöglicht, über drahtlose Signale Daten mit dem Internet zu kommunizieren. Der Abdeckungsbereich der Basisstationen eines Mobilfunknetzes ist theoretisch in einem Sechseck angeordnet, ähnlich der sechseckigen Struktur eines Bienenstocks, daher der Name „Wabe“.

Die uns bekannten 4G- und 5G-Netze sind Arten von zellularen Mobilfunknetzen. Das Mobiltelefon verfügt über ein eingebautes Mobilfunkmodem, das aktiv nach der nächstgelegenen Mobilfunkbasisstation (Mobilfunkmast) sucht und dann über die SIM-Karte (das „Identitätszertifikat“ für den Zugriff des Mobiltelefons auf das Mobilfunknetz) eine Verbindung mit dem Mobilfunknetz des Netzbetreibers herstellt. Wenn wir auf unserem Mobiltelefon im Internet surfen, Dateien herunterladen oder Fotos hochladen, verpackt das Telefon die Daten und sendet sie über das Mobilfunknetz an die Basisstation. Die Basisstation ist wie eine „Transitstation“, die Daten an das Kernnetz (Core Network) des Betreibers überträgt. Das Kernnetzwerk ist wie ein „Super-Express-Hub“, der Daten schnell und präzise in jede Ecke des Internets liefert und es uns ermöglicht, verschiedene Vorgänge wie Datenzugriff, Herunterladen und Hochladen problemlos durchzuführen.

Bildquelle: Photo Network

Eine weitere Möglichkeit, mit Ihrem Mobiltelefon auf das Internet zuzugreifen, ist Wireless LAN, allgemein bekannt als Wi-Fi. Das im Mobiltelefon integrierte WLAN-Modul scannt wie ein Radar, ob in der Umgebung WLAN-Signale vorhanden sind. Wenn Sie eine Verbindung zu einem Wi-Fi-Netzwerk herstellen möchten, werden Sie normalerweise aufgefordert, das Netzwerkkennwort einzugeben. Nachdem die Verbindung erfolgreich hergestellt wurde, startet der drahtlose Zugriffspunkt (z. B. ein Router) einen „Identitätszuweiser“ – DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) und sendet Ihrem Mobiltelefon einen eindeutigen „Personalausweis“ – die lokale IP-Adresse. Mit diesem „Ausweis“ stellen Sie sicher, dass die Kommunikation im Netz korrekt an Ihr Mobiltelefon übermittelt werden kann. Sobald Ihr Telefon erfolgreich eine Verbindung zu einem drahtlosen Zugriffspunkt hergestellt hat, können Sie darüber auf das Internet zugreifen. Der drahtlose Zugriffspunkt sendet die Datenpakete des Mobiltelefons über ein kabelgebundenes Netzwerk (z. B. Glasfaser, DSL usw.) an den Internetdienstanbieter (ISP), und der ISP sendet die Datenpakete dann in jede Ecke des Internets. Gleichzeitig sendet es auch aus dem Internet empfangene Datenpakete zurück an das Mobiltelefon. Alle Daten werden über diesen drahtlosen Zugangspunkt ein- und ausgegeben, quasi als „Superportal“ zwischen dem Mobiltelefon und dem Internet.

Bildquelle: Photo Network

03. Warum bricht das Mobilfunknetz bei der Fahrt mit dem Aufzug ab?

Jeder kennt mehr oder weniger den Moment, in dem das Mobilfunksignal „abbricht“, beispielsweise wenn das Netz bei einer Fahrt im Aufzug plötzlich unterbrochen wird oder das Signal in der U-Bahn oder im Hochgeschwindigkeitszug mal stark, mal schwach ist. Was beeinflusst das Mobiltelefonsignal? Der erste Faktor ist die Entfernung vom drahtlosen Zugriffspunkt oder der Basisstation . Bei Mobiltelefonsignalen handelt es sich im Wesentlichen um elektromagnetische Wellen. Wenn sich elektromagnetische Wellen in der Luft ausbreiten, ist das wie ein Marathonlauf. Je weiter Sie laufen, desto müder werden Sie. Die Signalstärke nimmt mit zunehmender Entfernung allmählich ab. Wir alle haben diesbezüglich ein intuitives Gefühl. Wenn wir beispielsweise zu Hause sind, ist das Signal umso besser, je näher das Mobiltelefon am Router ist, und umso schwächer, je weiter es entfernt ist.

Bildquelle: sina.com

Der zweite Faktor ist die Abschirmwirkung . Das typischste Beispiel ist das fehlende Signal im Aufzug. Dies liegt daran, dass Aufzugskabinen normalerweise aus Metall bestehen, das Funkwellen reflektiert und absorbiert, wodurch die Signalstärke stark reduziert wird. Ebenso bestehen die Wände und Böden von Hochhäusern meist aus Stahlbeton, einem Material, das ebenfalls Hindernisse für die Signalausbreitung darstellen kann, sodass Signale nur schwer durchdringen können. Der dritte Faktor ist das Umschalten der Basisstation , was häufig in schnelllebigen Situationen wie der Fahrt mit der U-Bahn oder dem Hochgeschwindigkeitszug vorkommt und bei dem das Netzwerksignal zeitweise stark oder schwach ist. Bei diesem schnellen Vorgang verhält sich das Mobiltelefon wie ein Athlet, der an einem Staffellauf teilnimmt und vom Abdeckungsbereich einer Basisstation zur nächsten läuft. Das Telefon wechselt automatisch die Basisstationen, sodass wir immer mit der stärksten und stabilsten Signalquelle verbunden sind. Obwohl der gesamte Umschaltvorgang sehr schnell und reibungslos abläuft, kann es bei zu hoher Bewegungsgeschwindigkeit (z. B. bei Hochgeschwindigkeitszügen) und zu hoher Umschaltfrequenz aufgrund von Unterbrechungen im Millisekundenbereich beim Umschalten der Basisstationen leicht zu Signalausfällen oder -verzögerungen kommen.

Bildquelle: Photo Network

Aus diesem Grund sind an den Decken öffentlicher Orte immer viele pilzförmige WLAN-Zugangspunkte installiert. Diese drahtlosen Zugangspunkte und Basisstationen sind Teil der modernen städtischen Kommunikationsinfrastruktur und stellen sicher, dass wir auch in verschiedenen komplexen Umgebungen eine effiziente und bequeme Kommunikation und einen Internetzugang gewährleisten können. Durch den kontinuierlichen technologischen Fortschritt und die Förderung und Anwendung neuer Technologien wie 5G-Netzwerke werden zukünftige Netzwerkverbindungen schneller und stabiler sein und uns ein umfassenderes digitales Lebenserlebnis bieten. Zählen Sie bei Ihrem nächsten Ausflug, wie viele „weiße Pilze“ Ihnen auf der Straße begegnen.

Bildquelle: Spiel "Super Mario"

Autor: Yin Guangshui, Master of Communication Systems, EPFL

Planung & Bearbeitung: Regen

Danksagung: Xiaoping Liu, Dozent an der School of Data Science and Engineering der East China Normal University, hat diesen Artikel wissenschaftlich begleitet.