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WLAN-Fachchinesisch

WLAN in Schulen ist eine besondere Herausforderung. Wer trotzdem in seiner Schule ein WLAN aufbauen möchte, findet hier einige Hinweise und Erläuterungen zu technischen Funktionen, die man berücksichtigen sollte.

Access Point (AP) und Switch

Mittels Access Points wird das WLAN aufgespannt. Für große WLANs sind in der Regel mehrere APs notwendig. Die Verteilung der APs im Haus muss im Vorfeld gut geplant werden, damit eine optimale Netzabdeckung gewährleistet ist. Mit einer sogenannten Ausleuchtung kann eine optimale Standortbestimmung simuliert werden.

APs sollten mindestens  802.11n (300 Mbits/s) Standard haben, die nächste Generation 802.11ac (1300 Mbits/s) wäre zukunftsorientiert und damit wünschenswert. Für 802.11n reicht ein Fast Ethernet Backbone. APs mit dem 802.11ac Standard benötigen ein Gigabit Backbone. 10 Gigabit Backbones sind schon verfügbar,  aber technisch noch unausgereift und teuer.

Die Stromversorgung erfolgt über PoE (Power over Ethernet). Dafür benötigt man entsprechende Switche und Kabel vom Typ CAT-5e. Übernimmt ein Gigabit Switch (PoE) die Stromversorgung, so erhalten 802-11n APs über PoE IEEE 802.3af mit 15 Watt Ausgangsleistung 13 Watt. Das ist für 802.11ac APs nicht ausreichend. Sie benötigen PoE+ IEEE 802.3at. Das sind 30 Watt am Switch, wobei 25 Watt am AP ankommen. Gigabit Leitungen genügen noch für die allermeisten APs.

In Backbones mit einer CAT-5e-Installation können APs eine Reichweite von 50 – 60 Metern erreichen. Die Leistung hängt von der Güte der Verkabelung ab. Für die Internetanbindung sollte mindestens pro Client 1Mbit/s zur Verfügung stehen. Das reicht für E-Mail und Web-Dienste aus.

Die AP-Auswahl ist eine Systementscheidung, weil nur bei Geräten von einem Hersteller über einen Controller alle möglichen firmenspezifischen Funktionen zur Verfügung stehen und eine störungsfreie Arbeit gewährleistet ist. Große WLANs benötigen in der Regel Controller für die Konfiguration der APs und für ihre Überwachung. Hier gibt es separate Appliance (Blechkiste) oder virtuelle Maschinen. Hierzu sind APs von der Firma AeroHive eine interessante Alternative. Sie kommen ohne Controller aus.

Anmelden mit RADIUS/IEEE 802.1x

Remote Authentication Dial-In User Service (RADIUS) ist ein Authentifizierungsdienst für sich einwählende Clients. Dabei handelt es sich um ein Client-Server-Protokoll, das zur Authentifizierung, Autorisierung und zum Accounting von Benutzern bei Einwahlverbindungen in ein Computernetzwerk dient.

Die WPA2 Verschlüsselung wird durch WPA2-Enterprise ersetzt. Der Zugang für jeden Benutzer zum WLAN über individuelle Zugangsdaten (Credentials) gelöst. Ein gemeinsamer WLAN-Key muss damit nicht veröffentlicht werden, was eine ungewollte Weitergabe unmöglich macht.

Band-Steering

Band-Steering verbessert die Lastenverteilung im WLAN, indem es 5GHz-fähige Clients zwingt das 5GHz Band zu nutzen. Dabei überprüft ein Dual Radio AP, ob der entsprechende Client im 5GHz Bereich gesehen wurde. Ist das der Fall, verhindert der AP die Einwahl im 2,4 GHz Bereich und bewirkt damit die Einwahl im 5GHz-Bereich. Hier stehen dem Client mehr überlappungsfreie Kanäle zur Verfügung, die eine Verdopplung der Durchsatzrate ermöglichen. Gleichzeitig wird der 2,4GHz Bereich entlastet, was zu einer Kapazitätsverbesserung für die 2,4 GHz-fähigen Geräte führt.

DFS (Dynamic Frequency Selection)

Der DFS Mechanismus wird der von der europäischen Regulierungsbehörde ETSI für den Betrieb von WLAN-Geräten im 5-GHz-Frequenzbereich gefordert, wenn man im 5GHz Band alle in Deutschland vorgeschriebenen Kanäle nutzen will. In Deutschland sind das die Kanäle 52-64 (5,25 – 5,35 GHz) und 100-140 (5,47 – 5,725 GHz). Bei APs, die nicht über DFS verfügen, ist die Kanalbelegung auf die Kanäle 36-48 begrenzt. Damit erhöht DFS die Kanalverfügbarkeit und vermeidet gleichzeitig störende Überlappungen. DFS sorgt für einen automatischen Kanalwechsel, wenn ein AP auf dem aktuellen Kanal ein Funksignal fremder Systeme (z.B.: Wetterradar) erkennt.

MIMO (Multiple Input Multiple Output)

Technologie, die mehrerer Sende- und Empfangsantennen zur drahtlosen Kommunikation nutzt. Damit lassen sich Qualität und Datenrate einer drahtlosen Verbindung deutlich verbessern.  Die MIMO-Technologie kann mehr bit/s pro genutzter Hz Bandbreite übertragen.

MIMO ist die Voraussetzung für die gleichzeitige Nutzung des 2,4 GHz und des 5 GHz-Bandes.

QoS (Quality of Service)

Der IEEE 802.11e Standard verbessert den Datenverkehr im WLAN, wenn es darum geht Multimedia-Inhalte abzuspielen oder andere Anwendung (VoIP) in Echtzeit zu nutzen. Unterschiedliche Arten von Datenpaketen werden vom AP bevorzugt bearbeitet, das heißt Video-Daten, Sprachinformation oder Musikdaten werden vom AP ohne spürbare Zeitverzögerung durchgereicht, was bei einem hohen Multimediaaufkommen dafür sorgt, dass die Anwendungen kontinuierlich laufen.

Roaming

Größere WLANs setzen sich in der Regel aus mehreren APs zusammen, deren Funkbereiche sich überlappen. Damit ist es möglich, dass sich Clients ohne Verbindungsunterbrechung zwischen den APs bewegen können. Diese Funktion bezeichnet man als Roaming (IEEE 802.11f). Für das Roaming gibt es mehrere Verfahren:

ESSID – Extended Service Set Identifier

ESSID (Extended Service Set Identifier) ermöglicht es. APs in einem bestimmten Subnetz mit der gleichen SSID auszustatten. Dabei ist es unabdingbar, dass die APs unterschiedliche Kanäle zugewiesen haben, so dass sich die Funkverbindungen nicht gegenseitig überlagern. Es würde keine Verbindung hergestellt werden.

WLAN-Roaming über IEEE 802.11f (IAAP)

Das Inter Access Point Protocol (IAAP) wäre eine andere Möglichkeit. Dabei teilen sich die APs gegenseitig Daten über die Clients mit.  Dies erfolgt über IAPP (Inter Access Point Protocol). Dadurch übernehmen die APs die Verbindung ohne Unterbrechung.

Das WLAN-Roaming unterliegt gewissen Einschränkungen. Bei zentraler Authentifizierungstechnik, wie 802.11x/Radius, stößt das Roaming an seine Grenzen, da sich ein Client beim Funkzellenwechsel neu einloggen muss. Dieses Problem lässt sich beheben, indem die Clientverwaltung auf einer höheren Schicht (OSI-Modell) durchgeführt wird. Damit können sich die APs untereinander absprechen, welche Benutzer angemeldet sind.

Ein weiteres Problem ist die Adressvergabe per DHCP auf. Innerhalb des Netzwerks darf nur ein DHCP-Server installiert sein. Die Access Points dürfen nur als DHCP-Relay-Agents agieren.

SSID – Multi SSID (Service Set Identifier)

Mit der SSID erhält das WLAN einen Namen. Nichtprofessionelle WLAN-Router verfügen in der Regel über eine SSID. Werden mehrere Netze benötigt, braucht man APs, die mehrere SSIDs (mehrere Namen) zur Verfügung stellen.  Nur so kann man mehrere Netze (Schüler, Lehrer, Gäste) getrennt voneinander aufbauen. Dabei reicht es, wenn APs mit 8 SSID-Modulen ausgestattet sind. Pro Modul sollte ein AP 64 Clients versorgen können.

VLAN – Netzsegmentierung

Über VLAN erfolgt die Netzsegmentierung. Damit lässt sich das WLAN in voneinander getrennte Netze (Schüler, Lehrer, Gäste) unterteilen.

Die interaktive Tafel – ein erster Eindruck

bombaDas Interaktive Wihteboard, auch Smartboard oder ActivBoard, soll die Kreidetafel ablösen. Die Hersteller singen ein Hohelied auf die neue Technik und versprechen interessierte Schüler und bessere Lernergebnisse. Welcher Lehrer wünscht sich das nicht.

Ein Blick auf die technischen Möglichkeiten wie die Darstellung von Hochglanzbildern oder die Einbindung audio – visueller Medien sind eine reizvolle Erweiterung der Unterrichtsgestaltung. Das Arbeiten mit digitalen Medien bedeutet aber auch einen gewissen Aufwand und die Technik will beherrscht sein. Inwieweit sich dieser Mehraufwand lohnt, der ja auch Kosten für Hardware, Software, Administration und Energie nach sich zieht, muss in Bezug auf methodisch – didaktische Einsparungseffekte, größere Lerneffekte usw. überprüft werden. Die Kosten-Nutzen-Rechnung muss aufgehen und nicht dem Motto “Ein Computer erleichtert dir die Arbeit, die du sonst nicht hast” folgen.

Eine sofortige und vollständige Umstellung auf interaktive Tafeln im ganzen Schulhaus war uns ein zu großes Wagnis. Fehlentscheidungen können kaum noch rückgängig gemacht werden. Die Erprobung bestimmter Systeme ist aufwendig und langwierig. Eine sukzessive Einführung der interaktiven Tafeln soll eine Whiteboard-Landschaft schaffen, die sich unseren Anforderungen anpasst. Zudem können Kollegen, die noch keine Erfahrungen mit interaktiven Tafeln haben, von erfahrenen Kollegen profitieren, da diese als Multiplikatoren fungieren.

In diesem Schuljahr wurde an unserer Schule ein neues Informatikkabinett eingerichtet, das mit einer interaktiven Tafel ausgestattet wurde. Über die Erfahrungen, die wir mit dem System machen und über die weitere Entwicklung im Umgang mit den Tafeln, soll an dieser Stelle berichtet werden.

Nach eingehender Recherche fiel die Auswahl für den Erwerb der Tafel auf die Firma d´Bomba concept aus Dresden. Ausschlaggebend war, dass sich die interaktiven Tafel individuell zusammenstellen lassen. Das gibt uns die Möglichkeit, zukünftig die Erfahrungen aus der Arbeit mit bereits erworbenen Geräten beim Zukauf einfließen zu lassen. Wichtig war auch, das die Firma aus der Region kommt. Davon versprechen wir uns eine schnelle und kundenorientierte Betreuung.

Das eBoard von Legamaster mit 88″ hat eine Hybrid-Oberfläche und lässt sich sowohl mit interaktiven Stiften als auch mit Boardmakern beschreiben. Wir wollten eine Oberfläche, die auch bei Technikausfall beschrieben werden kann bzw. soll der Raum auch für Kollegen nutzbar sein, die mit der Technik aus verschiedensten Gründen nicht arbeiten möchten. Das Board ist im Infokabinett fest an der Wand montiert, es gibt aber auch Lösungen die höhenverstellbar sind. Die Projektion übernimmt ein Ultra-Kurzdistanzbeamer von NEC mit 3.100 Ansi-Lumen mit einer Auflösung: 1.280×800 (WXGA). Obwohl der Beamer über 10 Watt-Lautsprecher verfügt, wurden externe Lautsprecher für eine bessere Tonqualität verbaut. Der interaktive Stift wird über eine Sensoreinheit mittels Infrarot- und Ultraschall angesteuert und kann die Maus vollständig ersetzen. Im Stift befindet sich eine herkömmliche Batterie vom Typ AAA, was sicherlich wenig Probleme verursacht. Akkus sollen nicht verwendet werden.

Bei der interaktiven Software handelt es sich um NEC e-Beam Kit education, ein interaktives Nachrüstkit für NEC Projektoren der M- und U- Serie. Die e-Beam Software macht einen aufgeräumten Eindruck und ist scheinbar leicht zu bedienen, was für Neueinsteiger sehr wichtig ist. Besonders gefällt das kreisförmige Steuerelement, das in seiner Größe verstellbar ist und somit auf der Oberfläche nicht störend wirkt. die Bedienung wirkt intuitiv und nicht kompliziert.

Eine Handschriftenerkennung von My Script steht als Download zur Verfügung und muss noch erprobt werden. Erfahrungsgemäß lohnt sich der Einsatz ehr nicht, da eine Nachbearbeitung zum Teil aufwendig ist. Wir werden sehen, wie die Software genutzt wird.  Weiterhin enthält das Softwarepaket DisplayNote als NEC Edition. Mit dieser cloud-basierten Anwendung ist es möglich Inhalte zu teilen sowie mehreren Teilnehmern zu präsentieren, es kann somit auch als kollaboratives Werkzeug verwendet werden. Der erste Eindruck ist in der angebotenen Version ehr spartanisch. Aber dazu später mehr.

 

Das digitale schwarze Brett

dsb-controlVier Jahre hängen sie schon im Schulhaus, die Digitalen Schwarzen Bretter (DSB). Sie verteilen Vertretungspläne, Veranstaltungstermine oder kurzfistige Informationen für Schüler, Eltern und Lehrer. Die Inhalte lassen sich zentral über einen Internetbrowser veröffentlichen oder werden automatisch aus einem Ordner hochgeladen. Die Upload-Funktion aus dem Ordner nutzen wir hautsächlich für den Vertretungsplan. In den vier Jahren haben die Bildschirme mit wenigen Ausnahmen fleißig ihre Aufgabe erfüllt. Gab es Probleme, dann konnte man sich auf die schnelle Hilfe durch den Support der Firma HeinekinMedia verlassen.

Ein Problem zur Bedienbarkeit, die sonst ziemlich einfach ist, möchte ich hier benennen. Wir schalten die Bildschirme während der Ferien aus, damit sie nicht täglich hochfahren und so unnötig Strom verbrauchen. Leider ist es so, dass zu Schulbeginn die Zeit für das automatische Hochfahren neu eingestellt werden muss. Ob dieses Problem nur bei mir besteht oder ob es bei der aktuellen Version behoben wurde, kann ich nicht sagen, da wir noch die beim Kauf erworbene Software verweden. Beim Support habe ich deshalb noch nicht nachgefragt, werde ich aber machen.

Mit dem DSB-Light, einem kostenpflichtigen Zusatztool, lassen sich die Inhalte im Internet veröffentlichen, so dass die Inhalte Eltern, Schülern und Lehrern zu Hause zugänglich sind. Das Tool bildet einen Bildschirm mit den Inhalten, wie sie in der Schule zu sehen sind, ab. Zur Darstellung wird Silverlight von Micrososoft benötigt. Das ist nicht sehr gut gemacht, denn es nicht nicht barrierefrei und verursacht häufig Anfragen, weil interessierte Nutzer aus Unkenntnis nicht auf den Vertretungsplan zugreifen können. Eine barrierefreie Lösung wäre hier wünschenswert. Das Problem, dass sich das DSB-Light anfänglich nur mit dem Internetbrowser von Microsoft darstellen ließ, wurd abgestellt, was mein Telefon enorm beruhigt hat.

Seit ungefähr einem Jahr steht für die Smartphonebetriebsysteme iOS, Andorid und Windows jeweils eine App zur Verfügung. Damit kann man wirklich sinnvoll auf die Veröffentlichungen zugreifen, denn wer will schon frühmorgens seinen Rechner hochfahren, um mal eben nachzuschauen, ob sich im Vertretungsplan etwas geändert hat. Wiedereinmal waren es die Schüler, die den Vorteil der App zuerst erkannt haben.

Alles in allem hat sich der finanzielle Aufwand gelohnt. Das System kann ich somit empfehlen, insbesondere wenn man Informationen kurzfristig breit streuen muss.