Freifunk in Reinheim: Chancen und Probleme

Hier ein Rückblick über die Debatte um Freifunk in Reinheim. Den aktuellen Ausbaustand sehen Sie am besten auf der Karte ein.

In der Stavo vom 19.06.2018 stand nach zwei Jahren nun endgültig der Antrag des Reinheimer Kreises auf der Tagesordnung, welcher forderte, dass auch auf städtischen Gebäuden freies WLAN (mit Freifunk als bevorzugtem Partner) eingerichtet werden soll. Immer wieder haben wir den Antrag an Wünsche der anderen Parteien angepasst und Aufklärungsarbeit geleistet.

Nachdem nun kein sinnvolles Argument mehr gegen den Antrag zu finden war und eine erneute Vertagung nicht mehr in Frage kam, griffen nun die Grünen zum Aluhut, um in einer verwirrend paradoxen RedeStellungnahme zum Thema freies WLAN im Odenwälder Volksblatt vom 25.05.2018 doch noch irgendwie begründen zu können, warum sie trotzdem gegen den Antrag stimmen sollten:

Das Märchen von der Strahlenbelastung

Auf einmal sei die WLAN-Strahlung ein zu großes Gesundheitsrisiko, um öffentliche WLANs zu Rechtfertigen. Das Internet auf einmal ein Suchtmittel, dass man den Leuten vorenthalten sollte. Statt WLAN bezeichneten die Grünen den Antrag als „W-Wahn“. Ein sehr treffendes Wortspiel, denn wir machen Freifunk unter anderem auch um Strahlenbelastung (teilweise) zu reduzieren:

Steht ein offenes WLAN nicht zur Verfügung, so nutzen die Leute das Internet natürlich trotzdem und zwar über das „WWAN“-Modem (für Wide Wireless Area Network als Sammelbegriff für 2G GSM, 3G UMTS, 4G LTE und bald auch 5G) des Smartphones oder Laptops. Während im WLAN (ISM-Band bei 2,4 Ghz) nur maximal 0,1 W Sendeleistung pro Kanal zur Verfügung stehenAllgemeinzuteilung von Frequenzen für die Nutzung in lokalen Netzwerken; Wireless Local Area Networks (WLAN-Funkanwendungen), Bundesnetzagentur, sind es an WWAN-Basistationen schnell mal über 20 WTransmission Power Saving Methods for Multimedia Broadcast/Multicast Services in UMTS Networks by Armando Soares and Americo Correia. Die Höchst-Sendeleistungen pro Endgerät liegen für 3G und 4G mit 250 mW etwas über denen von WLAN. Der Unterschied zu WLAN ist, dass sich im WWAN Sendeleistungen aufsummieren können. Bei allen Mobilfunkstandards ist der Downstream ca. 5 mal schneller, als der Upstream. An Orten mit schlechtem Empfang (also vor allem innerhalb von Gebäuden oder Fahrzeugen) kann man also annehmen, dass bezogen auf die 20 W Downstream-Sendeleistung der Basisstation bis zu 4 W Upstream-Sendeleistung anfallen kann. Demzufolge können bei erlaubter Höchstleistung von 0,2 W pro Gerät bis zu 20 Smartphones gleichzeitig mit voller Geschwindigkeit hochladen, bevor die Datenrate gedrosselt werden muss. 2G, 3G, 4G und bald womöglich auch 5G zusammen können ggf. noch einmal höhere Sendeleistungen akkumulieren.

Bei 2G GSM ist gar von 2 W pro Gerät die Rede. Ob dies aber tatsächlich die durchschnittliche Sendeleistung oder doch die Maximalleistung der TDMA-Pulse ist, haben wir an dieser Stelle nicht herausfinden können. GSM erzeugt manchmal hörbare Störungen in Audioverstärkern. Hörbar ist natürlich nicht die Trägerfrequenz des Senders, sondern das sogenannte Time-Division-Multiplexing (TDMA): Bei GSM wird die Sendezeit in Timeslots eingeteilt. Jedes Endgerät darf nur eine kurze Zeit lang senden und muss dann den Kanal freigeben und kann erst später ggf. auf einer anderen Frequenz weiter senden. Das Ein- und Ausschalten des Senders erzeugt dann das bekannte Geräusch.Electromagnetic interference form a TDMA cellular telephone with a hearing aid by K. Caputa and M. A. Stuchly

Weder WLAN noch WWAN gehören zu den stärksten Strahlenquellen. Das sind Radar und derzeit noch Radio.

Im WLAN auf 2,4 Ghz (ISM-Band) stehen 3-4 Kanäle zu je 0,1 W zur Verfügung. Mit 4 Routern + 4 Endgeräten lassen sich hier 0,4 W akkumulieren; kommen mehr Klinten hinzu, sinkt die Übertragungsgeschwindigkeit. Im Normalfall ist diese aber auch entscheidend größer, als bei WWAN. Damit z.B. UMTS durch Wände hindurch und über Distanzen von mehr als 10 km senden kann, muss die Sendeleistung in einer höheren, spektralen Leistungsdichte gebündelt werden. Das bedeutet mehr Sendeleistung für die gleiche Datenrate. Betrachtet man vergleichend diese Zahlen dieser Worst-Case-Sendeleistungen, erscheint es wahrscheinlich, dass das Aufhängen von Freifunk-Routern in geschlossenen Räumen (z.B. Heinrich-Klein-Saal) die Strahlenbelastung gegenüber WWAN tatsächlich reduzieren würde. Genau das haben die Grünen mit ihrer Ablehnung nun verhindert.

Im 5 Ghz WLAN stehen ganze 19 Kanäle zur Verfügung. Bis zu 30 dBm (=1 W) Sendeleistung sind zum „Entsetzen“ der Grünen hier erlaubt. In der eiligen Protest-Recherche haben die Grünen übersehen, dass es sich hier um die EIRP-Leistung handelt.Allgemeinzuteilung von Frequenzen in den Bereichen 5150 MHz – 5350 MHz und 5470 MHz – 5725 MHz für Funkanwendungen zur breitbandigen Datenübertragung, WAS/WLAN („Wireless Access Systems including Wireless Local Area Networks“) Wer mit einem isotropischen Strahler in alle Raumrichtungen gleichmäßig (kugelförmig) sendet, darf dies mit 1 W tun. Wer seine Leistung bündelt und z.B. nur halbkugelförmig abstrahlt, muss seine Leistung auf 0,5 W reduzieren usw. Die 1 W sind ausschließlich outdoor erlaubt und vornehmlich für Richtfunkstrecken vorgesehen. Die Verstärkungen von handelsüblichen Richtantennen beginnen bei 10 dBi (Faktor 10) und reichen bis 25 dBi (Faktor 400). Wer eine 10 dBi-Richtantenne an seinen Router schraubt, muss gemäß der EIRP-Regelung seine Sendeleistung um Faktor 10 auf 0,1 W senken. Dann sind wir wieder bei dem, was ein normaler indoor-Router auch abstrahlt.

Ein Beispiel: Wir haben derzeit für die Verbindung zwischen Darmstädter Straße und dem Museumsstellwerk eine 5 GHz – Richtfunkstrecke im Betrieb. Aufgrund der internen Richtwirkung der NanoBeams von 16 dBi wären also maximal 14 dBm Sendeleistung erlaubt. Beide Endpunkte der Strecke erzeugen zusammen also weniger Strahlung, wie ein voll aufgedrehter Router im 2,4 Ghz-Band. Und von dieser Sorte gibt es tausende in Reinheim. Da die Richtwirkung der Antennen nicht nur beim Sender, sondern auch beim Empfänger wirkt, kommen bei der Funkstrecke 2*16 dBi zusammen, also eine 1500-fache Verstärkung gegenüber isotropischen Strahlern. In der Praxis war dies dann genug, um die Sendeleistung trotz diverser Hindernisse zwischen den Sendern auf 12 dBm zu drosseln, also 0,01584 W pro Endstation. Bei einer Bandbreite von 40 Mhz und einem SNR von 20 dB können die NBE eine Modulationsrate von Faktor 4 erzielen. Gemessen haben wir damit eine Nutzdatenrate (also Paketoverhead ausgenommen) von 45 Mbit/s. Beworben werden die Geräte zwar mit 450 Mbit/s, trotzdem ist die aktuelle Datenrate vollkommen ausreichend. Mehr könnte sowieso nicht über die DSL-Anschlüsse hinausgeleitet werden.

Also ja – Strahlenbelastung sollte man stets im Hinterkopf behalten. Je kürzer die Funkstrecke bis zum Empfänger, desto weniger Sendeleistung wird pro Byte Nutzdaten benötigt. Ebenso sorgen größere Antennen (sinnvoll eingesetzt) für geringere Strahlenbelastungen. Im Extremfall verbindet man zwei Geräte mit Kabeln um eine Distanz von Null zu erreichen und somit quasi strahlenfrei zu leben. So forderten die Grünen also Ethernetkabel zu verwenden und sorgten damit für so manchen Lacher.

Tatsächlich empfiehlt auch Freifunk, wo immer möglich Ethernetkabel zu verlegen. Natürlich nicht um Endgeräte zu verbinden, sondern die Router untereinander. Auch wir haben beim Aufbau von Knoten immer wieder mit mangelnder Ethernet-Infrastruktur zu kämpfen. Überall in Reinheim quälen sich Daten über endlose WLAN-Repeater und Netzwerk-über-die-Steckdose-Adapter. All das erzeugt sinnlose Strahlenbelastung, die insbesondere benachbarte WLANs stört. Eine ordentliche Verkabelung mit Ethernet wird bei Renovierungsarbeiten leider viel zu oft vergessen. Über stark geschirmte Kabel (Cat. 6 und 7) können inzwischen 10 Gbit/s über 150 m transportiert werden. Mit Glasfaser ist es dann eigentlich nur noch eine Frage der Endgeräte und des Geldes, wie viel Daten man darüber bekommt. Wie oben beschrieben, beträgt auch mit eigentlich guter Hardware im WLAN die Datenrate meist nur ein Bruchteil der Herstellerangabe.

Genau das ist der Grund, warum diese Diskussion eigentlich obsolet ist: Gerade das 2,4 Ghz-Band ist schlichtweg voll. Das Aufstellen weiterer Router führt zumeist eher zu einer Geschwindigkeitsreduktion der anderen WLANs statt zu höherer Strahlenbelastung. In der Praxiserfahrung bleiben von den beworbenen 300 Mbit/s im ISM-Band bei n-WLAN selten mehr als 20 Mbit/s übrig. Freifunk zeigt in der erweiterten Statistik jedes Knoten auch die Airtime anErweiterte Statistik des Knotens Museumsstellwerk – seit Oktober verwendet Freifunk den Kanal 5, welcher vergleichsweise „leer“ ist. Das liegt daran, dass Sender auf teilweise überlappenden Kanälen nicht als Airtime erkannt werden.. Das ist die Zeit, in der auf dem gewählten WLAN-Kanal insgesamt gesendet wird. Selbst an einem Standort wie dem alten Museumsstellwerk, wo etwas Platz bis zu den nächsten Gebäuden mit WLAN ist, liegt die Auslastung bei 50 %. Es sei an dieser Stelle gesagt, dass mehr als 75 % technisch nicht möglich sind. Bei unkoordinierter Nutzung durch verschiedene WLANs kommt es immer wieder vor, dass zwei Geräte gleichzeitig senden. Dann müssen beide Geräte eine zufällige Zeit warten und dadurch dann hoffentlich nicht gleichzeitig weiter senden. 25 % der Sendezeit müssen daher ungenutzt bleiben. Von der übrigen Sendezeit geht je nach Anzahl der Teilnehmer ein erheblicher Teil verloren, da es immer wieder zu Datenkollisionen kommt (Zwei Geräte senden gleichzeitig).

Ein weiterer Teil verpufft in Störungen mit anderen Standards (z.B. Bluetooth) oder WLANs auf überlappenden Kanälen. 14 Kanäle gibt es im ISM-Band in Deutschland, jedoch hat jeder davon viel zu wenig Bandbreite für ein ernstgemeintes WLAN. Deswegen werden immer mehrere Kanäle gebündelt. Technisch möglich ist die Verwendung von 1, 5, 9, 13 für maximale Auslastung. Freifunk Darmstadt verwendet seit geraumer Zeit dieses Pattern. Leider sind in Amerika zwei Kanäle weniger erlaubt. Dort wird daher die Belegung 1, 6, 11 verwendet. Dies ist dann auch nach Deutschland herübergeschwappt. Sendet ein Router auf Kanal 6, können zur gleichen Zeit weder Kanal 5 noch Kanal 9 (störungsfrei) verwendet werden.

Genau deswegen empfiehlt Freifunk weiter, zusätzlich die Sendeleistung des Routers zu drosseln. In Städten sind so viele WLANs online, dass die Störungen durch Interferenz um ein vielfaches höher liegen, als das thermische Rauschen. Leider werden die meisten Router ab Werk auf die volle Leistung (also 0,1 W) voreingestellt und kaum jemand überprüft jemals die Einstellungen. Auch bei WLAN sind automatische Leistungsregelungen aktiv. Jedoch führt die prinzipiell hohe Reichweite dazu, dass oft auch nur ein Router für ein ganzes Haus aufgestellt wird. Mit jeder Wand, die zwischen Router und Endgerät liegt, verzehnfacht sich in etwa die benötigte Sendeleistung. Bei planarer, gleichmäßiger Anordnung aller Geräte heißt das, dass auf einer 10 mal größeren Fläche eben 10 mal so viele WLANs dadurch gestört werden und nicht gleichzeitig senden können. In mehrstöckigen Häusern kann man von dreidimensionaler Anordnung sprechen und das Volumen des gestörten Bereichs vergrößert sich um Faktor 31. Das Aufstellen vieler schwach sendender Router, welche mit Kabeln verbunden sind, ist also die Lösung des Problems.

Wir betreiben die meisten Freifunk-Knoten mit reduzierter Sendeleistung. Zumeist weil wir gerichtete Antennen einsetzen. Freifunk Darmstadt stellt in Gluon eine Sendeleistung von 14 dBm (also 0,03 W) als Default ein. 0,1 W Sendeleistung müssen wir überall dort einsetzen, wo aus esthetischen Gründen der Router nur versteckt und an ungünstigen Positionen aufgestellt werden soll. Natürlich schlucken dann die Wände einen Großteil der Strahlung – es geht aber darum, dass dann eben auch die Endgeräte mehr Leistung zum Senden aufwenden müssen, um durch die Wände hindurch zum Router zu strahlen.

Wäre unser Antrag beschlossen worden, könnten wir vielerorts sicherlich mit Hilfe der Hausmeister Ethernetkabel verlegen statt die Daten über das WLAN-Mesh zu schicken. Das Mesh-Netz braucht zusätzlich zu den Nutzdaten stets eine gewisse Bandbreite für Broadcasts und Management. Diese müssen, damit auch die ältesten Geräte bei ungünstigem Empfang diese empfangen können, auf einer niedrigen Modulation (12 Mbit/s) gesendet werden. Die anfallenden ~120 kBit/s verbrauchen also dauerhaft etwa 1 % der Airtime und sorgen bei einem voreingestellten Freifunk-Router im 2,4 Ghz-Band für Mindest-Sendeleistungen von 0,3 mW.

Das Märchen von der Störerhaftung

In den letzten zwei Jahren ist unser Antrag immer wieder vertagt worden, mit der Begründung, dass die Gesetzeslage um die Störerhaftung ungeklärt sei. Da bei Freifunk alle Daten über einen Server in Darmstadt geleitet werden, war das sowieso noch nie ein Problem. Da die Politiker der Reinheimer SPD aber offenbar nicht in der Lage waren, diesen Zusammenhang zu verstehen, haben wir schließlich gewartet, bis im Herbst letzten Jahres die Störerhaftung abgeschafft wurde.https://de.wikipedia.org/wiki/St%C3%B6rerhaftung

Dann haben SPD und Grüne (Die damals offenbar noch kein Problem mit Strahlenbelastung hatten) schnell einen Gegenantrag beschlossen, wonach Private von der Stadt Fördergelder für die Errichtung von „Hotspots“ erhalten sollten.

Vom Magistrat wurde dieser Antrag dann jedoch nur äußerst restriktiv umgesetzt. Statt pro „Hotspot“ gab es nur pro Antragsteller und für maximal einen Router bis zu 100 € Fördergelder. Man muss außerdem eine Rechnung, ausgestellt auf den Antragsteller und höchstens 2 Monate alt vorlegen. Ein spürbarer Anteil der für Freifunk aufgewendeten Zeit verpufft deswegen in der Beantragung der Fördergelder.

100 € sind für einen Freifunk-Router relativ viel Geld und um überhaupt nennenswerte Fördergelder zu bekommen, werden Leute dadurch animiert, einen entsprechend teuren Router anzuschaffen, der dann möglichst viel Fläche abdecken soll (Anstatt mehrere schwache Sender). Also genau die Strategie, die zur allgemeinen Überlastung des WLANs beiträgt.

Das Märchen vom Jugendschutz

Ein wichtiges Thema bei der Digitalisierung ist und bleibt der Jugendschutz. Ab welchem Alter sollte man Kindern wie viel (und wie lange) Zugang zum Internet gewähren?

Freifunk unterscheidet nicht zwischen Erwachsenen und Kindern und ermöglicht jedem uneingeschränkten Zugang zum Internet. Immer wieder tauchen Forderungen nach Contentfiltern in öffentlichen WLANs auf. In der Praxis ist soetwas aber auch technisch nur schwer umsetzbar. Wer entscheidet, was geblockt wird? Eine Streitfrage. Nicht zu vergessen, dass sich solche Technologien leicht für Propagandazwecke und Meinungskontrolle missbrauchen lassen. China ist hier nur ein Beispiel.

Wer Minderjährigen ein internetfähiges Gerät in die Hand drückt, muss sich selbst um Schutzsoftware bemühen. Tatsächlich sind Jugendliche oftmals technisch viel versierter als ihre Eltern. Hier hilft nur Medienkompetenzunterricht an der Schule. In Reinheim gibt es das bereits.

Was wirklich dahinter steckt

Während die Stadt Darmstadt eine Liste mit öffentlichen Gebäuden zusammenstellt, auf welchen Freifunk Antennen installieren darfhttps://github.com/freifunk-darmstadt/geojson/blob/master/da.geojson (27.06.2018) und sich die Grünen anderswo für die Anerkennung der Gemeinnützigkeit von Freifunk einsetzenhttps://netzpolitik.org/2017/freifunk-keine-anerkennung-von-gemeinnuetzigkeit/ (27.06.2018), ringt man in Reinheim verzweifelt nach Argumenten gegen Freifunk.

Dabei halten die Grünen unbewusst eine tolle Rede für Freifunk und stimmen dann trotzdem dagegen. Warum? Weil unglücklicher Weise die Opposition den Antrag eingebracht hatte. Deswegen wird es z.B. im Hofgut in absehbarer Zeit kein oder nur sehr langsames Freifunk geben.

Eigentlich schade, wo doch Freifunk ein hohen Grad an Anonymität bietet und somit urgrüne Forderungen nach Datenschutz unterstützt.

Das eigentlich fatale an der Geschichte ist, dass dieser sinnlose Schaukampf weg von sachlichen Argumenten jedes mal wieder am Demokratievertrauen der Menschen nagt. Wir haben immer wieder Anträge der Koalition aus Kulanz mitbeschlossen, auch wenn diese im Detail noch Nachbesserungsbedarf gehabt hätten, weil Politik eben ohne Kompromisse undenkbar ist.

Mitja StachowiakMitja Stachowiak
Student

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