Oktober 2021
Wird vom DigitalPakt Schule gesprochen, ist die Diskussion häufig auf Tablets oder Notebooks beschränkt. Erst viel später fällt auf, dass Endgeräte allein keinen digitalen Unterricht ermöglichen.
Der Schlüssel zum Erfolg liegt zuallererst in einem leistungsstarken Schulnetzwerk. Im drahtlosen Bereich bietet sich hier der aktuelle WLAN-Standard Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) an, da dieser gerade bei vielen Clients pro Accesspoint hohe Bandbreiten ermöglicht. Schließlich verbinden sich nicht nur die 20 bis 30 Schüler und Schülerinnen der Klasse 9b mit dem Accesspoint im Flur, sondern auch alle anderen, die gerade in der Nähe sind.
Wi-Fi 6: Schnell und sicher verbunden
Der aktuelle WLAN-Standard Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) bietet durch seine große Kanalbandbreite im 5 GHz-Band beste Voraussetzungen für hohe Datenraten auf vielen Geräten im näheren Umfeld des Accesspoints. Dafür sorgen auch verbesserte Modulationsverfahren wie MU-MIMO (Multiuser, Multiple Input, Multiple Output) oder MIMO-OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). So teilt der Accesspoint den Traffic in bis zu acht direktionale Streams, was dazu führt, dass mehr Clients gleichzeitig mit Bandbreite versorgt werden können. Gemeinsam mit der Signalcodierung über QAM-1024 (Quadraturamplitudenmodulation mit 1024 Übertragungszuständen) ergeben sich damit deutlich höhere Bandbreiten als noch bei Wi-Fi 5 (IEEE.11ac). Wi-Fi 6 kann aktuell Geschwindigkeiten von bis zu 11 Gbit/s pro Accesspoint erreichen.
Durch Implementierung der WPA3-Verschlüsselung (Wi-Fi Protected Access) bringt Wi-Fi 6 zudem mehr Sicherheit im drahtlosen Netzwerk. So werden beispielsweise mit dem SAE-Verfahren (Simultaneous Authentication of Equals) für jede Verbindung Einmalschlüssel generiert, sodass der eigentliche Netzwerkschlüssel nie im Netzwerk übertragen wird und somit auch nicht abgehört werden kann. Auch der Anmeldevorgang am Netzwerk ist durch verschlüsselte Daten für den Verbindungsaufbau (Protected Management Frames) besser abgesichert, als bei früheren Verfahren.
Modernisierung der Backbone-Struktur: Glasfaser für die Verteilung, Kupfer zum Accesspoint
Meist bedeutet die Implementierung moderner Wi-Fi-6-Komponenten eine Komplettsanierung der Netzwerkinfrastruktur. Denn häufig finden sich in Schulgebäuden maximal CAT 6A-Kupferstrecken zu den Etagenverteilern – diese sind für den benötigten Datendurchsatz aber längst nicht mehr geeignet. Glasfaserstrecken, die mindestens mit 25 Gbit/s, besser aber sogar mit 40 Gbit/s betrieben werden können und bereits Reserven für spätere Geschwindigkeits-Upgrades auf 100 Gbit/s oder mehr mitbringen, sind hier das Mittel der Wahl.
Die Accesspoints müssen schon aufgrund der PoE-Stromversorgung (Power-over-Ethernet), die über Kupferkabel erfolgt, zwingend über Kupferleitungen angebunden werden. Hier sollten bestmögliche Kabelqualitäten wie CAT 8.1 oder 8.2 zum Einsatz kommen, die bis zu 40 Gbit/s übertragen können. Zudem sollten Accesspoints in gemeinsam genutzten Bereichen, wie der Aula, womöglich mit höheren Bandbreiten angebunden werden, als in einem Klassenraum. Hier gilt es zu beachten: Kabel nach CAT 8.1 oder CAT 8.2 erzielen ihre maximale Übertragungsgeschwindigkeit nur, wenn Längenrestriktionen eingehalten werden. Statt 100 Meter dürfen Leitungssegmente dann nur zwischen 25 und 30 Meter lang sein, bei besonders hochwertigen Komponenten ist teilweise auch eine Strecke von 50 Metern problemlos nutzbar.
Für die Stromversorgung der Wi-Fi 6 Accesspoints über PoE, müssen der Switch und auch die Verkabelung zusätzlich noch dem Standard IEEE 802.3bt-2018 (auch 4PPoE genannt) entsprechen, der bis zu 100 W PoE-Leistung über ein Netzwerkkabel ermöglicht. Da ein solcher Switch im Betrieb deutlich wärmer wird als Switch ohne PoE, sind eventuell weitere Maßnahmen zur Kühlung des Netzwerkschrankes oder -raumes erforderlich.
Umfangreiche Planung ist Grundvoraussetzung
Bei all diesen Maßnahmen ist eine umfangreiche Planung enorm wichtig. Die Umbaumaßnahmen sollten unbedingt durch einen entsprechenden Fachbetrieb wie die dtm group geplant und ausgeführt werden. Die dtm group ist in diesem Umfeld bereits viele Jahre tätig und kennt sowohl die Bedürfnisse der Schulen als auch die Anforderungen der Antragsprozesse in jedem Detail. Dazu gehört die entsprechende Erstellung von Konzepten für den Schulträger, die Simulation der WLAN-Ausleuchtung, sowie die gesamte weitere Planung, Umsetzung und Inbetriebnahme. Weil sich viele Schulen solche Maßnahmen alleine niemals leisten können, unterstützt der Digitalpakt die Digitalisierung mit einem Budget von rund fünf Milliarden Euro. Da aktuell ein Großteil des Budgets noch immer nicht abgerufen wurde, haben Schulen mit schlüssigen Konzepten noch alle Chancen, sich durch eine neue Netzwerkinfrastruktur für die Zukunft zu rüsten und den digitalen Unterricht endlich Wirklichkeit werden zu lassen.
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