Linux-Arbeitskreis Hamburg

Hamburger Schul-Netz

Über das Projekt Schulen ans Netz sind inzwischen, zumindest in Hamburg, fast alle Schulen über Telefonleitungen ans Internet angebunden. Leider ist aber an vielen Schulen nur ein einziger Computer mit dem Internet verbunden. In Hamburg wurde in den letzten Jahren sehr viel Energie darauf gesetzt, die Computer in den Schulen zu vernetzen und über Kommunikationsserver an das Internet anzubinden. Weit mehr als die Hälfte aller Schulen in Hamburg verfügen inzwischen über eine derartige Infrastruktur.

Bei dieser Entwicklung sind Bandbreiten, die über Telefonleitungen zur Verfügung stehen schnell sehr knapp. Bei ISDN sind es 0,064 MBit/s, bei analogen Anschlüssen gar nur 0,056 MBit/s, sehr wenig verglichen mit den 100 MBit/s der internen Vernetzung. Eine alternative, die aber nicht flächendeckend zur Verfügung steht, sind DSL-Anschlüsse, wie sie die Telekom mit ihrem T-DSL anbietet. Bei T-DSL sind Übertragungsraten von bis zu 0,768 MBit/s.

Der Bedarf in den Schulen, hinsichtlich Übertragungsrate und Verbindungszeiten ist stark wachsend. Pro 15 zeitgleich genutzter Rechner benötigt eine Schule etwa die Bandbreite einer T-DSL Leitung. Größere Schulen benötigen daher mehrere T-DSL Anschlüsse gleichzeitig. Da macht es Sinn, sich nach Alternativen umzusehen.

1. Anforderungen an die Internet-Anbindung von Schulen

Für die Internetanbindung von größeren Schulen (mehr als 500 Schüler) sind symmetrische Standleitungen von etwa 2MBit/s wünschenswert. Damit kann man dann an etwa 40 Computern zeitgleich Internetdienste nutzen. Es sollte eine Standleitung mit fester IP sein, damit die Schule auch Informationen und Dienste nach außen hin anbieten kann, wie z.B. einen eigenen Webserver. Die Anbindung sollte möglichst symmetrisch sein, d.h. der Datenstrom aus der Schule heraus sollte eine vergleichbare Bandbreite besitzen, wie der Datenstrom in die Schule hinein. Nur so lassen sich Webserver sinnvoll betreiben und es bleibt auch genügend Bandbreite, um eventuell auch Videokonferenzen zwischen Schulen bzw. Projektgruppen abzuhalten. Bei genügender Bandbreite können die Schulen ihren Schülern auch Programme über das Netz zur Verfügung stellen (Application Service Providing, ASP).

Ideal wäre eine Internet-Anbindung der Schulen, die eine Intranet-Struktur erlaubt. Das verringert den Datenverkehr ins Internet, da Bildungsserver und Server der Medienzentrum und Lehrerfortbildungsinstitute in dieses Netz mit aufgenommen werden können. Zusätzlich verringert das Intranet die lizenzrechtlichen Probleme, da sichergestellt werden kann, dass nur Schulen z.B. auf Medien zugreifen können.

2. Lösungsansätze

Für eine breitbandige Anbindung einzelner Schulen gibt es schon geraume Zeit sehr unterschiedliche Ansätze. Gelegentlich führt eine Glasfaserleitung der Universität direkt am Schulgebäude vorbei, manchmal kann über eine Projektförderung eine Standleitung finanziert werden.

Für eine flächendeckende Versorgung stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung

• Standleitungen über Telekommunikationsanbieter: diese Leitungen sind nahezu ideal, da sie technisch leicht skalierbar sind und daher mit dem Bedarf mit wachsen können. Leider sind diese Leitungen sehr teuer, etwa 2.000 - 5.000 Euro pro Monat fallen für die Miete an. Zusätzlich ist noch ein Router notwendig, der mit etwa 2.500 Euro einmalig anfällt.
• Symmetrische DSL-Leitungen: im Unterschied zum T-DSL liegt hier die gleiche Übertragungsrate in beiden Richtungen vor, die Anbindung ist aber deutlich preiswerter als Standleitungen. Die Kosten liegen aber immer noch bei 200-500 Euro pro Monat. Auch hier ist ein Router notwendig, der wird aber teilweise vom Anbieter gestellt.
• Funklösungen: bei diesem Ansatz sind die laufenden Kosten minimal, es fallen eigentlich nur Stromkosten an. Lediglich die Investitionskosten sind mit etwa 10.000 Euro pro Strecke erheblich.

Was bei allen Ansätzen noch nicht einkalkuliert ist ist das Datenvolumen. Dafür muss man etwa 5 Eur pro GByte kalkulieren, meist wird nur der Download berechnet. Eine aktive Schule kommt zur Zeit auf etwa 1-10 GByte pro Monat.

3. Situation in Hamburg

Hamburg ist als Stadt-Staat in der glücklichen Lage, dass die Entfernungen überschaubar bleiben. Der größte Durchmesser der Stadt liegt bei 50km. Weiter gibt es sehr viele Hochschuleinrichtungen über die Stadt verteilt, die zum Teil mit Glasfaserleitungen an das Wissenschaftsnetz angebunden sind. An die Endpunkte dieser Glasfaserleitungen sollen Schulen entweder über DSL oder über Funkstrecken angebunden werden. Welche Anbindung im Einzelfall zu Einsatz kommt hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Um den Aufwand für die Hochschulen gering zu halten werden dann von diesen Schulen aus die weiteren Schulen angebunden.

4. Konkrete Schritte

Zur Zeit sind folgende Funkstrecken in Betrieb:

1. Vom Landesmedienzentrum zum Geomatikum
2. Vom Lohmühlen-Gymnasium zum Geomatikum
3. Von Gesamtschule Lohbrügge und Gymnasium Lohbrügge zur Bundesanstalt für Holz- und Forstwirtschaft.
4. Von Institut für Lehrerfortbildung und Studienseminar zum Geomatikum.

Vom Geomatikum und der Bundesanstalt für Holz- und Forstwirschaft aus geht die Anbindung über Glasfaserstrecken zum Übergabepunkt in das Wissenschaftsnetz, der im Rechenzentrum der Universität steht.

Realisiert wurden diese drei Strecken von der Firma Funklantechnik Paulus in Laupheim.

Eingesetzt werden Funkbrücken (Bridges) Aeronet 500 der Firma Cisco, die bei einer sehr geringen Sendeleistung eine Übertragungsrate von bis zu 11MBit/s auch über Strecken von mehreren Kilometern erlauben. Die Sendeleistung beträgt mit 0,1 W deutlich weniger, als die Sendeleistung eines Mobiltelefones. Die Funkbrücken werden in abschließbare Schaltschränke montiert. Diese Schränke könnten notfalls auch außerhalb des Gebäudes angebracht sein, wenn die Antennenkabel sonst zu lang werden. Am einfachsten ist aber die Montage innerhalb des Gebäudes. Von diesen Schränken aus führt ein Koaxialkabel zur Antenne und eine Netzwerkleitung 100BaseT zum Netz. Im Schaltschrank muß ein Stromanschluss für die Bridge zur Verfügung stehen. Das Antennenkabel sollte möglichst kurz sein, um die Dämpfung gering zu halten. Längen von 15m sind aber kein Problem mehr.

Die größten Unterschiede zwischen den Strecken bestehen in der Wahl der Antennen.

Die Strecke in Lohbrügge ist mit 300m recht kurz, hier reichen einfache Antennen im Format eines DIN-A4 Blattes.

Die flache Antenne  gibt es in mehreren Größen, je nach benötigter Reichweite. Bei 300m könnte man wohl noch mit der kleineren Version arbeiten, besser ist hier aber schon die etwas größere Bauform. Die Antennen werden meist mit normalen Masthalterungen an der Außenwand des Gebäudes angebracht. In Lohbrügge mußte auf der einen Seite auf das Dach ausgewichen werden, einerseits um Höhe zu gewinnen, aber auch aus optischen Gründen. Da das Flachdach aus Teerpappe mit einer dicken Isolation darunter besteht, war an eine Montage kaum zu denken. Daher wurde ein Gestell gebaut, das mit Gehwegplatten beschwert ist und die Antenne hält.

Für größere Strecken müssen Antennen gewählt werden, die einen kleinen Öffnungswinkel besitzen.

Auf dem Bild zu erkennen sind drei Parabol-Antennen, mit denen Entfernungen von mehreren Kilometern überbrückt werden können. Der kleiner Öffnungswinkel dieser Antennen verringert die Störungseinflüsse, da Störsignale nur in einem schmalen Winkel von wenigen Grad wahrgenommen werden. Außerdem bündeln diese Antennen natürlich auch die Sendeleistung stärker, was ebenfalls einen Einfluß auf die Reichweite hat. Je kleiner der Öffnungswinkel der Antennen, desto größer auch die Reichweite. Oben im Bild ist noch eine Yagi-Antenne zu sehen. Diese Antennen-Art hat eine deutlich schlechtere Richtwirkung, als die Parabol-Antennen.

5. Aktueller Stand

Die Strecke in Lohbrügge ist seit dem 17.Mai einsatzbereit, der Server ist unter http://www.gymnasium-lohbruegge.de zu erreichen. Die Funkbrücke ist schon wesentlich länger im Betrieb, es hat aber Probleme mit der Glasfaserleitung von der Bundesanstalt für Holz- und Forstwirtschaft zum Rechenzentrum gegeben. Es mußten erst neue Konverter von Twisted/Pair auf Glasfaser beschafft werden, da die ursprünglich eingesetzten Geräte nur für eine Entfernung bis zu 15km spezifiziert sind. Die Länge der Faser beträgt aber etwa 21km.

Eingesetzt werden Konverter AT-MC103LH der Firma Allied Telesyn. Diese Geräte sind bis zu einer Entfernung von 40km spezifiziert. Der Preis der Konverter liegt bei 1500 DM pro Gerät, es werden natürlich zwei derartige Geräte benötigt. Der TP-Ausgang des Konverters ist über einen kleinen Switch direkt mit der Funkbrücke verbunden. Vom Glasfaser-Anschluss aus führt ein kurzes Patchkabel direkt zur Monomode-Glasfaser in Richtung Rechenzentrum.

Wer sich für die Übertragungsrate der Strecke interessiert, der kann unter http://www.gymnasium-lohbruegge.de/gyloh2.rm eine etwa 200MByte grosse Video-Datei abrufen. Übertragungsraten von 700kByte/s (etwa 6MBit/s) sollten machbar sein, sofern die Strecken nicht anderweitig belastet werden.

Die Strecke zum Lohmühlen-Gymnasium ist seit Ende Juni fertiggestellt, der Server ist unter http://www.lohmuehlengymnasium.de erreichbar.

Schwierigkeiten bereitete die Strecke zum LMZ, hier musste noch eine Dachsanierung auf dem Geomatikum abgewartet werden. Diese Strecke ist aber auch seit August 2001 im Betrieb.

Relativ kurzfristig ist noch eine Strecke vom Geomatikum zum Studienseminar hinzugekommen. Rechtzeitig zum Beginn der Ausbildungszeit können aber auch die Referendare eine Funkanbindung nutzen.

Der aktuelle Zustand der vier Strecken ist per Webinterface zu betrachten.