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Material

eigene Seite für Ulm,
aktuell für den ersten Schritt

 

Notfunk-Fähigkeiten - the "Big Picture"

Digitaler Notfunk & Co.

(aktualisiert 1. Mai 2023)

Ein kleines Team von Funkamateuren aus dem Ulmer Raum (viele davon Mitglieder im OV P14) beschäftigt sich seit Anfang des Jahres verstärkt mit dem Thema Notfunk, schwerpunktmäßig mit dem "moderner, digitaler Notfunk".

 

Warum digital?

Der treibende Gedanke dafür war die Erkenntnis, dass wir auf Grund Personalmangels vermutlich nie in der Lage sein werden, bei einem Kommunikations-Ausfall im Ulmer Raum eine ausreichende Anzahl von Funkstellen rund um die Uhr zu besetzten und Notfunk als Dienstleistung anbieten zu können. Was wir aber gut können ist improvisieren, und ein improvisiertes Funksystem auf die Beine zu stellen und in Betrieb zu halten und zur Verfügung zu stellen, das scheint erreichbar.

 

Was ist dann daran "Notfunk"?

Zum einen ist es der Anlass, zum anderen sind es die Mittel, die zur Verfügung stehen. Ein Kommunikations- oder generell Stromausfall erfordert Prozeduren, Absprachen und Lösungen, die im Idealfall auch unabhängig vom Stromnetz funktionieren (Batterie- oder Akku-betrieben), und die ausreichend im Vorfeld besprochen und geklärt, flexibel vorbereitet und bei Bedarf zur Anwendung gebracht werden können.

 

Warum ist digitaler Notfunk anders als der bekannte?

Der bekannte Notfunk, der einen KW-Transceiver einsetzt oder Sprechfunkgeräte im UHF-/VHF Bereich, ist geeignet, um Absprachen verbal zu treffen und auch eingeschränkt, um Daten zu übertragen. Die Bandbreiten sind bekannt beschränkt, insbesondere die HF-Verbindungen nicht immer zuverlässig, und die Bedienung der Gerätschaften ohne Einweisung nicht immer einfach: ein Anwender ohne Sprechfunkerfahrung tut sich unter Usmtänden schon mit der PTT Funktion eines Handfunkgerätes schwer...

Der Gedanke beim digitalen Notfunk ist, möglichst die bekannte Infrastruktur wieder in Betrieb zu setzen, Information auf einem Mobiltelefon z.B. mittels WLAN verfügbar zu machen, unterbrochene Verbindungen zwischen IT-Infrastruktur wieder herzustellen (=zu "flicken"), lokal unterbrochenen Internetzugang oder auch Sprachverbindungen z.B. mittels Tischtelefon (=bekannte Benutzung) zu ermöglichen.

 

Wie geht das dann?

Im Prinzip geht das schon seit vielen Jahren. Die Zauberworte dazu heißen Weitstrecken-WLAN-Technik, wie wir sie schon seit Jahren im Hamnet einsetzen, situativ kombiniert oder ergänzt mit der Flexibilität, wie sie z.B. Freifunk WLAN Netze anbieten. Die Planung von Funktechnik, Funkstrecken und Zugangspunkten ermöglichen uns, viele denkbare Kommunikations-Notfälle zu versorgen, wobei wir UHF- und VHF-Funk verwenden können, um uns dabei gegenseitig abzustimmen. Und natürlich als letzte Notfall-Ebene!

 

Was verwenden wir?

  • kommerzielle, in Stückzahl und günstig verfügbare WLAN-Technik, die wir auf Amateurfunk-Frequenzen flexibler und mit mehr Sendeleistung (ERP) verwenden können als der normale Endkunde (viele WLAN Frequenzen sind nahe oder liegen in Amateurfunk-Frequenzbändern)
  • UHF- und VHF- Funkgeräte (typisch Handsprechfunkgeräte, HT) für die gegenseitige Abstimmung
  • Notfallpläne mit verabredeten Zeitpunkten zur gegenseitigen Abstimmung und Anlaufpunkten für regelmäßige Treffen
  • topographisches Kartenmaterial, das in Papierform und auch Offline verfügbar ist
  • jede Menge Akkus, Ladegeräte, Netzersatzanlagen und Solarzellen

 

AREDN und Hamnet in Ulm

 

Zusammenspiel von Hamnet und AREDN

Wie ausgeführt können beide Funkanwendungen prima kombiniert werden, für jeweils verschiedene Anwendungszwecke. Technisch wird sehr ähnliche oder sogar die gleiche Hardware verwendet, nur die Konfiguration der Software (Firmware) ist verschieden. Sowohl Hamnet als auch AREDN verwenden maximal die für Funkamateure im jeweiligen Frequenzbereich erlaubten Effektiven Sendeleistungen (ERP).

 

Betrachtet man eine solche Kombination verschiedener Netzwerk-Topologien (s. unten), fällt ein wichtiger Unterschied auf: Hamnet Links als Richtfunkstrecken haben typischerweise zwei dedizierte Linkpartner (Ausnahmen bestätigen die Regel), AREDN Verbindungen können Verbindungen kreuz und quer untereinander verwenden.

 

Funk mit Richtwirkung

Die Anforderungen an die Richtwirkung von Hamnet Linkpartnern sind hoch, denn nur so können große Entfernungen überbrückt und Störungen bei der Wiederverwendung einer Frequenz klein gehalten werden.

 

AREDN Linkpartner dürfen sich gegenseitig auf der gleichen Frequenz sehen und hören, denn nur dadurch entsteht die Möglichkeit zur Netzredundanz und Vernetzung kreuz und quer: Sektor-Richtwirkung oder Rundumstrahler sind hervorragend geeignet, hohe Richtwirkungen aber nicht ausgeschlossen (das verwenden unsere amerikanischen Funkkollegen!).

 

 

 

 

 

Die obige Darstellung zeigt zwei Verbindungspunkte zwischen dem AREDN Mesh und der Hamnet Infrastruktur. Ohne besondere Vorkehrungen sind dies Übergangspunkte in ein "wide-area network" (WAN) und damit Zugangspunkte z.B. ins 44er Hamnet oder (falls irgendwo ein Gateway existiert) ins Internet.

 

Genauso denkbar ist es, ein WAN-Segment zu verwenden, um zwei entfernte und nicht mittels einer Funkstrecke verbundene AREDN Meshes miteinander zu verbinden. Dazu wird ein Tunnel z.B. zwischen den beiden AREDN-Knoten aufgebaut, die eine Schnittstelle zur Hamnet Infrastruktur besitzen. Dieser Tunnel ersetzt die Funkverbindung. Er kann über Internet-Segmente aufgebaut sein, über Hamnet Segmente oder auch nur eine einfache WLAN Richtfunkstrecke. AREDN Tunnel ermöglichen die Verwendung von beliebiger Netzinfrastruktur für AREDN Netzwerkverkehr.

 

 

AREDN mit Tunnel (z.B. über das Hamnet)

Aufbau und Versorgungs-Szenarien (Entwurf)

Genereller Fahrplan für AREDN und Hamnet im Ulmer Raum

(aktualisiert 1. Mai 2023)

Für die Weitverkehrs-Vernetzung mittels Hamnet werden oft 5GHz WLAN Frequenzen verwendet. Daran lehnen wir uns mit den AREDN Frequenzen für Ulm an. so wird möglich, die gleiche Hardware mit jeweils angepasster Firmware entweder für eine Hamnet Richtgunkstrecke oder als AREDN Knoten zu verwenden.

 

Neben den zuvor gezeigten Versorgungs-Szenarien sind Endnutzer-Zugänge erforderlich, z.B in Form von WLAN Hot-Spots. Dafür verwenden wir vorzugsweise 2.4 GHz Router ohne besondere Ansprüche. Diese werden typisch per Ethernet-Kabel an einen AREDN Mesh-Knoten angeschlossen und können die Original Software des Herstellers oder OpenWRT verwenden.

 

Sollen mehrere Hot-Spots an einen Mesh-Knoten angeschlossen werden, braucht es möglicherweise einen ergänzenden Switch und einen Hotpot, der via DHCP lokale Adressen vergibt und als Gateway fungiert. Oder der Switch des Zugangspunktes am Mesh-Knoten kann verwendet werden.

 

Denkbar wäre der Aufbau eines lokalen 2.4 GHz Meshes (ähnlich Freifunk), um mehrere 2.4 GHz Hotspots mit dem Hotspot direkt an den AREDN Knoten drahtlos anzubinden. Nachdem die Bandbreitenbegrenzung typisch durch das AREDN Netz verursacht sein wird, erscheint für das 2.4 GHz Netz denkbar, Mesh- und Nutzdatenverkehr auf der gleichen QRG darzustellen. Außerdem wird da lokale 2.4 GHz Hotspot-Mesh eher klein sein (wenige Mesh-Knoten).

 

 

Voraussetzung für die Teilnahme am AREDN Mesh ist die Kompatibilität mit der verwendeten Routing-Software und Kenntnis der gewählten Frequenz. Prinzipiell ist es dadurch jederzeit möglich, dass weitere AREDN Netzknoten ins Netz aufgenommen werden.

 

Für eine mögliche Anbindung ans HamNet verwenden wir auch 5GHz, d.h. einen User-Zugang ins HamNet auf 5GHz. User-Zugänge sind scheinbar oft omni-direktional, d.h. das Link-Budget dürfte ohne Antennengewinn nicht geeignet sein. Wahrscheinlich ist empfehlenswert, auch Hardware für 2.4 GHz User-Zugänge vorzuhalten. HamNets scheinen beide Bänder für User-Zugänge zu verwenden (keine feste Regel). Zugänge verwenden keine AREDN Software sondern normales WLAN Protokoll.

 

 

Aufbau eines AREDN-Knoten (jeweils n>1 zwei Router, Antennen, Kanäle?)

offen: brauchen wir einen Frequenzplan im (grünen) 5 GHz AREDN Netz um gegenseitige Störungen an einem Standort zu begrenzen?

 

Notlagen-Szenarien Ulm

Begriffs-Definition: Katastrophenschutzbehörden

(Text von https://rp.baden-wuerttemberg.de/themen/sicherheit/katastrophen-und-zivilschutz/)

Organisation und Aufgaben

In Baden-Württemberg sind die Katastrophenschutzbehörden in die drei folgenden Verwaltungsebenen gegliedert:

  • das Innenministerium als oberste Katastrophenschutzbehörde für Aufgaben, die sich über einen Regierungsbezirk oder über Landesgrenzen hinaus erstrecken (§ 6 Absatz 3, 4 Landeskatastrophenschutzgesetz)
  • die Regierungspräsidien als höhere Katastrophenschutzbehörden für die Umgebung kerntechnischer Anlagen und für Aufgaben, die sich über einen Land- oder Stadtkreis hinaus erstrecken (§ 6 Absatz 2 Nr. 1, 2 Landeskatastrophenschutzgesetz)
  • die unteren Verwaltungsbehörden als untere Katastrophenschutzbehörden; dies sind die Bürgermeisterämter der Stadtkreise und die Landratsämter (§ 6 Absatz 1 Landeskatastrophenschutzgesetz)

 


 

Notlagen-Szenarien Ulm

(Stand 5. Februar 2023, aktualisiert 16. Februar)

 

Wir wollen in einem ersten Schritt Notfall-Kommunikation für betroffene Bürger anbieten. Dazu bieten sich lokale Hotspots an, die wir mit einer Internet-Verdingung versorgen. Diese Hotspots sind sinnvollerweise in Bereichen aufgebaut, an welchen sich viele Menschen treffen. Das können Notfall-Versorgungspunkte, Küchen, Wärmestuben oder ähnliches sein.

 

Eine derartige Versorgung erfolgt im Idealfall unter Einbeziehung des lokalen Katastrophenschutzes (untere Katastrophenschutzbehörde, s. Begriffsdefinition).

 

Ebenso denkbar erscheint, dass Hilfskräfte (=Profis) ein derartiges Versorgungsangebot auch für ihre Zwecke verwenden können. Typische Versorgungsszenarien in Kommunikations-Notlagen beinhalten die Anbindung von Notfall- und Versorgungsstützpunkten an das Internet, oder als Insellösung die Vernetzung von Führungsstellen (Einsatzstäbe von Hilfsorganisationen und Katastrophenschutzbehörden, Integrierte Leitstellen, usw.) untereinander und mit Strukturen im Schadensbereich.

 

Unklar bleibt, wie wir einen Internet-Anschluss bzw. ein Gateway organisieren, falls wir nicht nur eine Insellösung organisieren. Für eine mögliche Internet-Anbindung erscheint die Stärkung der lokalen HamNet Architektur in Ulm wenigstens eine Lösung zu sein.

 

Unabhängig vom Versorgungs-Szenario und den in Anspruch genommenen Kommunikationsmöglichkeiten sind erforderlich:

 

  1. Möglichkeit auch längere Distanzen zu überbrücken (s. Landkarte, 7 km Radius; das ist nicht allzu weit!). Charakter eher Richtfunkstrecke, weniger Nutzerzugangs-Charakter
  2. Vernetzung auf kleineren Distanzen, auch redundant, echtes Mesh mit wahrscheinlichem direktem Nutzerzugang
  3. lokale Hotspots / Zugangspunkte, z.B. an einem Mesh-Knoten

Zu (3) haben wir scheinbar genug (nicht witterungsfeste) WLAN Hotspots, die verwendet werden könnten (typ. 2.4 GHz). Ein WLAN Hotspot muss nicht unbedingt Mesh-Teilnehmer sein, aknn auch einen einfachen Zugang anbieten.

 

Für (1) und (2) bietet sich wohl 5 GHz Funk-Hardware an, auch wenn diese durch Ulmer Nebel-Wetterlagen sehr stark gedämpft werden kann (gute Seite: https://www.radartutorial.eu/07.waves/wa13.de.html).

 

  • für (1) brauchen wir Schüsseln (Mikrotik light head grid scheinen geeignet), die gut justierbar sein müssen (Befestigung?).
  • für (2) scheinen Ubiquiti Nanostation M5 eine gute Wahl. Die gibt es "loco" (=low-cost) Ausführugnen und welche ohne Zusatz "loco", welche zwei LAN Anschlüsse haben, mehr Sendeleistung bieten und aus mindestens diesen beiden Gründen geeignet erscheinen! Die AREDN Website informiert, dass die Ausführung XM noch unterstützt wird, aber man besser die neuere Hardware XW erwerben sollte. Die Hardware-Stände sind nicht auf dem Typenschild erkennbar. Dazu muss man die auf den Nanostation installierte Software befragen.

Werkzeuge und Parameter für die Ausbreitungs-Simulation

Equipment und seine typischen Parameter nach Datenblatt

Alle Hersteller geben Sendeleistungen und Empfangs-Empfindlichkeiten an in dBm und Antennengewinne in dBi.

 

 

54MBit/s TX
dBm

54MBit/s RX
 

6MBit/s TX
dBm

6MBit/s RX

Gewinn
dBi

Mikrotik LHG HP5

25

-80 dBm / 27dBu

28

-96 dBm / 11 dBu

24.5

Mikrotik LHG XL HP5

25

-80 dBm / 27dBu

28

-96 dBm / 11 dBu

27

Ubiquiti Nano-station M5 (11a)

22

-75 dBm / 32 dBu

27

-94 dBm / 13 dBu

14..16

Mikrotik RBMetalG-52SHPacn 5G

28

-77 dBm / 30 dBu

31

-93 dBm /13 dBu

8

 

Die Sendeleistungen sind verschieden je Übertragungs-Geschwindigkeit. Das liegt am Crest-Faktor der verwendeten Modulationen. Prinzipiell wird für WLAN 802.11a/g OFDM zur Bildung des Gesamt-Trägers verwendet (Bandbreiten 6..54 MBit/s). Die Einzelträger-Modulationen verwenden verschiedene FEC Raten und Symbol-Darstellungen zwischen BPSK und 64QAM.

64QAM hat eine geringere durchschnittliche Sendeleistung als BPSK und erfordert (trotz Fehlerkorrektur) ein besseres SNR auf Empfangsseite.

 

Wenn wir auf 54 MBit/s auslegen und die Verbindung schlechter wird, reduziert Sender und Empfänger die Übertragungsgeschwindigkeit, Die Anforderung ans SNR beim Empfänger sinkt (weniger störempfindliche Einzelträgermodulation), gleichzeitig steigt die durchschnittliche Sendeleistung. Dadurch gewinnen wir bei 6MBit/s doppelt, etwa 16dB SNR auf Empfangsseite und ~3dB durchschnittliche Sendeleistung, in Summe etwa 19dB (vgl. Tabellenwerte)

 

Mehr Details z.B. in Wi-Fi: Overview of the 802.11 Physical Layer and Transmitter Measurements (Tektronix).

Die untenstehenden Grafiken sind diesem Dokument entnommen.

 

Überblick 802.11 Modulationsarten
Überblick 802.11 a/g Modulationsarten

31.01.2023 Präsenztreffen, Inventar und Weiterplanung

Teilnehmer: Karin, Ulrich, Dieter, Dominik, Klaus, Fabian, Hanspeter, Peter, Andreas, Jani

 

Wir trafen uns im Ulmer Freiraum (Büchsenstadel, Platzgasse) in Präsenz. Peter (DF7PE) und Fabian (DK2FK) hatten Hardwre mitgebracht, die genauer inspiziert wurde. Daneben haben wir verschiedene Hardware-Angebote diskutiert und eine Bestandsliste bereits vorhandener hardware aufgenommen. Dabei wurde klar, dass wir viel "alten Kram" besitzen, der einer Prüfung bedarf, ob und wie er für AREDN verwendet werden kann.

 

Nachfolgend der Mitschrieb von Andreas (DM4AB), der unvollständig einen Überblick liefert.

  • 3 Stck Ubiquiti Nano Station5 cpe 14dBi
  • 1 Stk Mikrotik 260Gsp
  • 1 Mikrotik QRT 5AC L4 5 GHz
  • 2.4 GHz Bullet ohne OpenWRT (Fabian)
  • 2,4 GHz Große Patch Antenne 40cm x 40cm (Fabian)
  • LiteBeam UISP airmax (Fabian)
  • QRT Flachantenne Mikrotik (Peter)
  • 2 Stk 5GHz Mikroik Spiegel RBLhg-5nD (Dieter)
  • 2.4 GHz Segment-Antenne (Ulrich)

 

Hanspeter stellte die Frage nach den Versorgungsszenarien, die wir bedienen können wollen. Klaus regte an, sich mit Bergen und Tälern zu beschäftigen und schlug als "worst-case" Übungs-Feld die Laushalde (Landschafts-Schutzgebiet zwischen Autobahnkreus Ulm-Ost und Albeck, Modellflughang) vor. Dort sind die Täler schmal, Funkabdeckung vermutlich schwierig zu erreichen, und das alles bei kleinen geografischen Entfernungen...! Andreas regte für erste Versuche das sehr ebene Hensoldt Antennentest-Gelände zwischen Schwaighofen und Reutti an.

 

Wir haben (etwas planlos) viel über Linkstrecken mit großen entfernungen diskutiert, etwas planvoller über die Anbindung Ulms ans Hamnet, die ganz offensichtlich nicht besonders gut ist. Die schwäbische Alb nördlich von Ulm liegt im weg, aber Richtung Süden gäbe es genug mögliche Verbindungspunkte, die erschlossen werden könnten. Das braucht eventuell neue Standorte in Ulm, primär aber jemanden, der sich auch darum kümmert. Für den Notfall (z.B. regionaler Stromausfall) wäre eine Hamnet Verbindung sehr gut!

 

 

Ulm Hamnet Anbindungen

Zur weiteren Planung brauchen wir

  • besseren Überblick über die vorhandene Hardware und ob sie noch einsetzbar ist (zu alt, zu wenig Speicher, nicht mehr unterstützt, ...?)
  • Konzepte für Versorgungs-Szenarien,
  • fehlende Hardware (in erster Linie: Netzwerk-Komponenten, Richtantennen, ...),
  • mehr eigenes Knowhow.

In späteren Schritten werden weitere Themen wichtig werden wie primäre und Backup-Spannungsversorgung, Ladegeräte, witterungsfester Aufbau, Antennenstative, Fernwartung, Fehllerdiagnose, Verpackung, Lagerung, Bereithalten, ...

 

Zum Überblick über typische Ulmer Entfernungen zeigt die folgende Karte einen Radius von 7km um DBØTF, zur Einordnung für typische Entfernungen zum einzigen heute bestehenden (?) Hamnet User-Zugang in Ulm.

 

 

7km Radius um DBØTF

19.01.2023: Ulm AREDN Kick-Off, Online-Treffen

Teilnehmer

Andreas (DC6IH), Peter (DF7PE), Hanspeter (DG6SK), Wolfgang (DL1WOL), Dieter (DH1DH), Klaus (DL2FX), Dominik (DB1RUF), Fabian (DK2FK), Jürgen (DL8MA), Ulrich (DC3AX), AndreasTT (DL1TT), Andreas (DM4AB).

 

Zielsetzung:

Im Nachgang zum letzten OV-Abend ging es darum herauszufinden, ob wir im eigenen OV und dem Freundeskreis der Nachbar-OV’s eine ausreichend schlagkräftige, technisch interessierte und möglichst auch schon mit Vorwissen ausgestattete Gruppe von Funkamateuren zusammenfinden können, um das Thema AREDN gemeinsam miteinander zu beginnen.

Ziel ist nicht, "alleine-P14" etwas auf die beine zu stellen, sondern in Teamwork und im Verbund in Ulm, und um Ulm und um Ulm herum.

 

Wir wurden freundlicherweise durch Jürgen (DL8MA) als Notfunk-Referent „P“ und im Thema bereits versierten Funkamateur unterstützt.

Zunächst war zu klären, was wir für uns für einen Not-/Krisen oder Katastrophen-Fall zur Unterstützung vorstellen würden und wie unsere AREDN Unterstützungs-Leistung dabei aussehen könnte.

P14 AREDN Themen-Speicher

Wir kamen schnell überein, dass wir Kommunikationsmöglichkeiten für direkt Betroffene als unser primäres Ziel sehen. Es kann nicht falsch sein etwas anzubieten, das niemanden stört. Die Profis (BOS) haben ihr eigenes System und dabei wollen wir natürlich nicht stören oder gar im Weg stehen.

Natürlich haben wir im Hinterkopf den Gedanken, für die Profis möglicherweise eine Rückfallebene zu sein oder auch eine Ersatzebene, wenn dort zu wenig oder gar nichts nach Profi-Plan funktionieren sollte.

(Mit den in der Mind-Map gezeigten Treffpunkten haben wir nicht geplant, eigene Treffpunkte einzurichten, sondern uns vielmehr an bestehende Treffpunkte anzuhängen und eher unauffällig für vernetzung sorgen zu können. Wir sind nicht die Experten für Verpflegung, Zelte und auch Wärmestuben.)

 

Klar wurde auch, dass wir uns vorher üben müssen in Technik und Funkbetrieb. Wir können nicht auf einen Krisenfall warten, um dann Ausrüstung und Gerätschaften zu sammeln und fit zu machen. Dementsprechend wäre denkbar, unser „P14 Draußenfunken 2023“ unter die Prämisse AREDN Ertüchtigung zu stellen. Die Vision, dass wir das auch einmal den Profis vorstellen nachdem wir ausreichend fit am Thema sind, ist naheliegend, aber vermutlich kein Ziel in 2023 erreichbares Ziel.

 

P14 AREDN Ziele für 2023
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