3.3 Empfehlungen für weiterführende Schulen

Alle Empfehlungen in diesem Ratgeber sind vorrangig dem Ziel verpflichtet, eine Bestrahlung der Schüler und Schülerinnen, aber auch der Lehrerinnen, Lehrer und des weiteren Schulpersonals durch die Nutzung digitaler Medien vollständig zu vermeiden. Erst wenn dies – aus welchen Gründen auch immer – absolut nicht realisierbar ist, wird empfohlen, funkbasierte Netze mit kleinsten Sendeleistungen (< 1mW) einzurichten und so das ALARA-Prinzip (As Low As Reasonable Achievable) umzusetzen. Die gleichen Überlegungen gelten auch für Arbeitsplätze. Dazu stehen derzeit verschiedene technische Möglichkeiten zur Verfügung.

Die Entwicklung von WLAN an Schulen

Politik und Behörden drängen darauf, dass Schülern digitale Medienkompetenz vermittelt wird. Die in Aussicht stehenden Finanzen, sowie die entsprechenden Verordnungen und Bildungspläne erzeugen dabei einen hohen Realisierungsdruck. Grundsätzliche Aspekte dabei sind:

• Es muss klar sein, dass „digital“ nicht mit „drahtlos“ oder „mobil“ gleichzusetzen ist, denn LANs sind ebenfalls vollständig digital und sind aufgrund der fehlenden Strahlung gegenüber WLAN die beste Lösung.

• Die Expertise für ein nachhaltiges und zukunftsfähiges Konzept muss sichergestellt werden, auch wenn die finanziellen Mittel zunächst nicht für eine ausreichende Qualität ausreichen.

Wenn Kommunikationsinfrastrukturen realisiert werden, die nicht „zu Ende“ gedacht sind, kann dies zu verschiedenen ernsthaften Problemen in den Schulen führen:

• Eine heterogene Ausstattung der Schulen mit Informations- und Kommunikationstechniken führt zu verschiedensten Problemen bzgl. der Kompatibilität der verschiedenen Substrukturen. Anwender sind schnell mit der technischen Bewältigung dieser Probleme überfordert und eine effiziente Nutzung wird erschwert. Die Probleme werden noch potenziert, wenn keine einheitlichen Endgeräte zur Verfügung stehen, sondern die unterschiedlichsten Geräte von Schülerinnen und Schülern genutzt werden sollen.
• Die angebotene Vielfalt an Produkten und Diensten ist heute bereits kaum zu überblicken und ihre Eignung für die Bildungsaufgaben ist nur noch von Experten – wenn überhaupt – zu beurteilen. Aufgrund mangelnder Kenntnisse und/oder ausreichender Finanzen werden minderwertige Kommunikationsinfrastrukturen installiert, insbesondere was ihre Störungssicherheit und Wartungsfreiheit, sowie ihre Transferkapazität betrifft. Unnötig hohe Energiekosten und ein nicht zu verantwortendes Maß an Funkstrahlung in der unmittelbaren Nähe der Schüler durch die Ballung von Endgeräten können die Schieflage verschärfen.
• Die eingesetzten WLAN-Router sind meist überdimensioniert und bestrahlen dauerhaft und mit großen Intensitäten Klassenräume und andere Bereiche der Schulen, in denen die Funkstrahlung gar nicht genutzt wird. Dadurch sind Gesundheitsrisiken unnötig erhöht.

Aus Unkenntnis über Alternativen und unter dem Zeitdruck, möglichst schnell digitale Medien in den Unterricht einbeziehen zu müssen, werden diese Nachteile oft unhinterfragt hingenommen. Deshalb muss noch einmal betont werden, dass digital unterstütztes Lernen und die Entwicklung von Medienkompetenz mit der Art des Transports der Daten nichts zu tun hat, also ohne das heutige WLAN nur per Kabelanbindung der Endgeräte organisiert werden kann.

Auswahl geeigneter Kommunikationsnetze

Grundsätzlich gilt: Vor jeder Einrichtung eines Kommunikationsnetzes in Schulen sollten die Betroffenen (Lehrer, Eltern und Schüler) unvoreingenommen und angemessen über die damit verbundenen Risiken aufgeklärt werden. Dann erst sollte gemeinsam unter Berücksichtigung aller Aspekte und technischen Möglichkeiten ein Kompromiss gesucht werden, der von möglichst vielen mitgetragen werden kann. Ziel muss es sein, risikoarme Kommunikationsnetze einzurichten, die aber auch energiesparend, leistungs- und zukunftsfähig sind. Schulen, die noch kein WLAN betreiben, aber ein Kommunikationsnetz einrichten wollen, sollten folgende nach gesundheitlichem Risiko abgestuften Möglichkeiten prüfen:

1. Kein WLAN, sondern Kabellösung (Ideallösung, da keine Strahlung auftritt)

Einige Bundesländer, z. B. NRW, haben alle Schulen bereits mit einem sehr leistungsfähigen, kabelgebundenen Breitband-Zugangsnetz (BK) ausgestattet. Darauf könnte sehr gut ein kabelgebundenes Netzwerk durch Verlängerung der Leitungen (z. B. mit Hilfe von POF, vgl. S. 56/57) in jeden Klassenraum aufgebaut werden. Vorteile: hohe Leistungsfähigkeit, einfache, geringe Wartung, alle Dienste werden umfasst, nicht anfällig für Störungen aus Nachbarnetzen und relativ abhörsicher.

2. Kein WLAN, sondern Einrichtung der VLC-Technik (VLC = Visible Light Communication)

Die Daten werden bei dieser Technik nicht über WLAN, sondern über hochfrequent moduliertes LED-Licht handelsüblicher LED-Lampen mit optischen Sensoren und Infrarotsendern an den Endgeräten empfangen bzw. gesendet (Kapitel 4.1). Die VLC-Technik wurde bereits erfolgreich im Hegel-Gymnasium Stuttgart [83] erprobt und ist in Zusammenarbeit mit dem Projektleiter des Fraunhofer Heinrich Hertz-Instituts in Berlin Dr.-Ing. Anagnostis Paraskevopoulos [84] verfügbar. Beim Kultusministerium in Baden-Württemberg, Referat Medienpädagogik und digitale Bildung (Leiter: Michael Zieher) sollten sich Schulen um eine Unterstützung für die Einrichtung eines VLC-Netzes bemühen und entsprecwhende finanzielle Hilfen beantragen. Bei Nutzung der VLC-Technik werden gesundheitliche Risiken des heutigen WLAN aller Voraussicht nach vermieden, zumindest ist eine Reduzierung der Risiken durch WLAN-Strahlung wahrscheinlich.

3. Abschaltbares und leistungsgeregeltes WLAN

Ein risikoarmes Kommunikationsnetz besteht aus einem Netz von Kleinstzellen, deren Reichweite auf ein Klassenzimmer begrenzt ist und die individuell nur nach Bedarf ein- bzw. ausgeschaltet werden können. Als akzeptable Lösung werden WLAN-Router / Access-Points oder Femtozellen empfohlen, deren maximale Sendeleistung a) auf ca. 1 mW begrenzt werden kann und/oder deren Sendeleistung sich b) dynamisch an den Bedarf anpasst und c) die sich automatisch bei Nichtnutzung abschalten. Da die Strahlung der Endgeräte den größten Teil der Bestrahlung der Schüler ausmacht, darf diese Infrastruktur nur mit solchen Endgeräten (Laptops, Tablets, Smartphones) genutzt werden, deren Strahlungsleistung ebenso begrenzt werden kann (meist in % gestuft, einstellbar im Betriebssystem). Endgeräte, deren Sendeleistung weder manuell noch automatisch regelbar ist, sind unbedingt zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil solcher Femtozellen - Netze liegt darin, dass problematische Inhalte zwischen den Schülern nicht ausgetauscht werden können (Täuschung bei Prüfungen, Mobbing, Verbreitung von Materialien, die für Jugendliche ungeeignet sind). Der Datenschutz ist besser gewährleistet.

4. ECO-WLAN

Falls kein individuell abschaltbares WLAN möglich ist, sollten zumindest ECO-WLAN Router bzw. Access Points genutzt werden. Dabei wird das Beacon-Signal im Ruhemodus auf 1 Hz reduziert und die Möglichkeit der Leistungsreduktion in der Konfiguration angeboten, um auch den Spitzenwert zu reduzieren. Es gibt mittlerweile verschiedenen Firmen auf dem Markt, die solche Geräte anbieten [85].

Schulen, die bereits ein WLAN betreiben, sollten auch folgende nach gesundheitlichem Risiko abgestufte Möglichkeiten prüfen:

1. Lässt sich das bestehende WLAN durch ein Kabelnetz (Glasfaser, POF und/oder LAN) ersetzen (Ideallösung, da keine Strahlung auftritt)?

2. Wenn die Technik bereits fester Bestandteil des Unterrichts ist und kein weiteres Geld für einen Umbau in absehbarer Zeit zur Verfügung steht, sollte geprüft werden, ob das bereits vorhandene WLAN risikoärmer genutzt werden kann und/oder auf ein strahlungsschwaches Kleinstzellennetz umgerüstet werden kann. Prüfen Sie hierzu folgende Möglichkeiten:

• Können strahlungsintensive WLAN-Router, die die Räume flächendeckend dauerhaft bestrahlen, durch eine entsprechende - ggf. höhere - Anzahl an leistungsarmen WLAN-Routern ersetzt werden? Eine Leistungsminimierung der WLAN-Strahlung auf das absolut Nötigste ist das Ziel und durch Einstellungen über Soft- bzw. Hardware in manchen Fällen auch möglich, erfordert aber in der Regel fachliches Know-How. Ggf. ist eine Leistungsdämpfung zwischen Router und nutzenden Personen im Raum erforderlich, die ggf. mit WLAN-Dimmern (vgl. S. 55) realisiert werden kann.
• Ist die Installation eines Netzes von Access-Points, deren Reichweite jeweils auf ein Klassenzimmer begrenzbar ist und die individuell abschaltbar sind, möglich?
• Prüfen Sie, ob die verwendeten Laptops und PCs in den Einstellungen des Betriebssystems über die Möglichkeit verfügen, die Leistung der WLAN-Strahlung manuell stufenweise zu reduzieren. Dies ist bei den neueren Geräten in der Regel möglich. Da die Einstellung die meisten Schüler/-innen überfordern würde, müssen hier Hilfen organisiert werden (Infoblätter oder Youtube-Videos zur Verfügung stellen). Bei richtiger Einstellung ist die Bestrahlung der Nutzer durch Laptops und PCs dann geringer als die von Tablets und Smartphones, die heute überwiegend noch über keine Leistungsregelung verfügen.
• Die Reduktion bestehender WLAN-Strahlung ist ein notwendiger und sofort machbarer Schritt auf dem Weg zu einer strahlungsarmen Schule. Es ist aber nur ein Zwischenschritt und nicht schon ausreichende Gesundheitsprävention (vgl. Kapitel 2.3).

Empfehlungen zur Risikominimierung im Einzelnen

Der WLAN-Standard 802.11 wird ständig weiterentwickelt. Neuere WLAN-Standards haben derzeit noch 2 Buchstaben hinter der Norm 802.11, allerdings wird diese nichtssagende Bezeichnung immer mehr durch die Bezeichnung WiFi 1, WiFi 2 usw. abgelöst: Z. B. verspricht der WLAN-Standard 802.11ac (WiFi 5) eine Übertragungsrate von 1.300 MBit/s, in der Realität werden auch hier die Durchschnittswerte nur zwischen 350 und 440 MBit/s liegen!

Anfang 2019 kam der derzeit neueste WLAN-Standard IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) auf den Markt [86], der abwärtskompatibel mit den älteren Standards ist. Er nutzt sowohl das 2,4- als auch das 5-GHz-Band und ermöglicht einen ca. 3-fach höheren Datentransfer als der bisher neueste Standard WLAN 802.11ac (WiFi 5) (Tabelle 5). Für den Standard IEEE 802.11ax (WiFi 6) sind erste zugehörige Endgeräte – u. a. das Samsung Galaxy S10 – und Access Points (z. B. von Cisco) auf dem Markt verfügbar. Eine Übersicht über die technischen Daten verschiedener gebräuchlicher WLAN-Standards nach IEEE 802.11 zeigt die Tabelle 5:

Tabelle 5: Die aktuellen WLAN-Standards

Erste Geräte mit einem 60 GHz (Wellenlänge = 5 mm) arbeitenden WLAN nach IEEE 802.11ad [87] und dynamischer Sendeleistungsregelung sind auf dem Markt erhältlich. Dieser Standard besitzt folgende Vorteile: Er erlaubt extrem hohe Datenübertragungsraten im Nahbereich: Die extrem hohe Trägerfrequenz von 60 GHz verhält sich quasi optisch, d. h. die Wände von Räumen können kaum durchstrahlt werden (Reichweite innen ca. 10 m), so dass bei entsprechender Reduktion der Maximalleistung die Strahlung auf einen Klassenraum beschränkt bleibt und die Bestrahlung von Nachbarräumen bzw. Nachbarwohnungen vermieden wird. Die dem 802.11ad nachfolgenden Standards werden daher auch WiGig und Gigabit-WLAN genannt. Ein weiterer Vorteil der neueren WLAN-Standards ist die verbesserte Verschlüsselungstechnik, die nicht mehr so leicht zu knacken ist wie der Standard 802.11b. Diesen sollte man nicht mehr nutzen.

Als Nachteil der hohen Übertragungsraten muss beim Standard 802.11ad in Kauf genommen werden, dass er nicht mehr mit allen älteren Standards abwärtskompatibel sind. Als weiterer Nachteil können neben den bekannten, weitere gesundheitliche Risiken ins Spiel kommen: Erste Studien zu hohen GHz-Frequenzen weisen z. B. auf ein alarmierendes Resonanz-Phänomen der Hautdrüsen des Menschen hin, die wie Antennen für die Millimeterwellen wirken und entsprechend heiß werden können.

Die Fähigkeit von WLAN-Geräten, ihre Sendeleistung reduzieren zu können, wird mit Transmit Power Control (TPC) bezeichnet. Hierzu gehören die WLAN-Standards 802.11h, 802.11n (WiFi 4, ab 5 GHz), 802.11ac (WiFi 5), 802.11ax (WiFi 6) und 802.11ad. Eine Infrastruktur mit WLAN-Sendern fester hoher Sendeleistung (von 100 mW) kann nicht empfohlen werden.

Achtung: TPC ist erst bei Geräten ab 5 GHz vorgeschrieben, wird aber bei dem heute überwiegend genutzten Frequenzband im 2,4 GHz-Bereich leider nicht aktiviert. Solange dies der Fall ist, sollten mobile Endgeräte bei ihrer Nutzung so weit wie möglich vom Körper entfernt betrieben werden.

In der Praxis werden in der Regel nur die Datenraten erreicht, die die Tabelle 5 unter den Netto-Werten angibt. Seit Oktober 2009 wird der WLAN-Standard IEEE 802.11n verbreitet, der bei gleichen Entfernungen – durch Verbreiterung der Übertragungskanäle von 20 MHz auf 40 MHz und den Einsatz von bis zu vier Antennen (MiMo-Technik) – deutlich höhere Datenraten als die älteren Standards ermöglicht. Je nach Produkt (nur Router und APs) ist eine Reduzierung der Reichweite durch Begrenzung der gesamten Sendeleistung auf ein Niveau von ca. 1 mW möglich. Dies bedeutet, dass die Sendeleistung eines Access-Points auf die „Ausleuchtung“  eines Raumes begrenzt werden kann, der alle darin befindlichen und eingeloggten Mobilgeräte versorgt. Bei voller Leistung (200 mW im 5 GHz - Bereich) werden allerdings Nachbarräume und -wohnungen ggf. stärker als bei den älteren Standards bestrahlt. Bei Nichtbenutzung sollten die Geräte abgeschaltet werden.

Femtozellen oder Small Cells beherrschen eine umfassendere Dienstpalette als ein WLAN-Router bei Datenübertragungsraten bis zu 1 GBit/s. Weltweit sind schon mehrere hunderttausend Small Cells verschiedenster Hersteller im Einsatz. Die technischen Möglichkeiten von Femtozellen sind ausführlich auf der Internetseite von „heise“ unter www.t1p.de/or81 beschrieben.

Empfehlungen zur Zukunftsfähigkeit

Zukunftsfähige Kommunikationseinrichtungen sollten offen sein für die gesamte Breite der digitalen Dienste (Video-/Audio-Streaming, Sprachdienste, Cloud-Computing usw.). Die dazu erforderliche Technik ist praxiserprobt. Wichtig ist, dass bei jeder individuellen Lösung in einer Schule eine Nachrüstung möglich bleiben sollte.

Weiterhin ist auf Homogenität des gesamten Schulnetzes zu achten. Heterogenität muss auf allen Ebenen vermieden werden, denn nicht auf einander abgestimmte Systeme (zu geringe bzw. unterschiedliche Bandbreiten, Kanalkapazitäten oder zu hohe Sendeleistung u. a.) erzeugen ein hohes Störpotential und bewirken dadurch verringerte Übertragungsraten sowie Verbindungsabbrüche. Daraus folgt:

• In einer Schule sollte durchgehend nur ein Standard (bzgl. Infrastruktur, Endgeräte, Betriebssystem und Anwendungssoftware) eingeführt werden.
• Alle Endgeräte sollten eine gemeinsame funktionale Grundmenge besitzen und auf Robustheit geprüft werden, um Langlebigkeit sicherzustellen. Auch Größe und Auflösung des Bildschirms muss überlegt werden, da sonst bestimmte Anwendungen nicht sinnvoll genutzt werden können.
• Ein weiterer Tipp: Nutzen Sie die neusten Produkte, überprüfen Sie sorgfältig das aktuelle Marktangebot auf Weiterentwicklungen und Verbesserungen.

Aber Vorsicht: Heterogenität kann auch entstehen, wenn vordergründige Vorteile akzeptiert und die damit verbundenen Nachteile nicht erkannt oder ignoriert werden:

• Gerade wenn jedes Jahr mit großem Getöse „umwerfende“ Neuigkeiten auf dem Markt erscheinen, ist an Schulen darauf zu achten, dass möglichst nachhaltig investiert wird: Permanent neue Geräte- und Vertragsmerkmale sind unerwünschter Wildwuchs, weil sie sich in Schulen nicht beherrschen lassen. Schulen müssen sich so gut wie möglich den immer kürzer werdenden Innovationszyklen entziehen und sollten eher nur Basiskenntnisse und -fertigkeiten vermitteln.
• Netzwerke, die auf der Basis von Bring Your Own Device (BYOD) beruhen, sind unserer Meinung nach für Schulen nicht zukunftsfähig: BYOD steht für die Idee, private mobile Endgeräte wie Laptops, Tablets oder Smartphones temporär in die Netzwerke von Schulen oder anderen (Bildungs-)Institutionen zu integrieren. Vordergründig können so Kosten gespart werden: Denn Schulen brauchen dann keine schuleigenen Geräte zu beschaffen, sondern es können die zunehmend privat bereits verfügbaren Geräte der Lernenden für den Unterricht genutzt werden. Der nicht sofort sichtbare extrem große Nachteil liegt darin, dass die Betreuung der Nutzer hinsichtlich der heterogenen System- und Anwendungsfunktionen, sowie die Fehlersuche sehr aufwendig und vom Lehrpersonal nicht zu leisten ist.
• Auch die Annahme von gesponserten Endgeräten ist gut zu überlegen: Vom Sponsor angebotene Leistungen sind oft sehr spezifisch und produzieren an derselben Schule eine verwirrende Vielzahl von unterschiedlichsten Infrastrukturen, mobilen Endgeräten und Diensten, die nicht ohne Weiteres untereinander kompatibel sind. Dies kann bedeuten, dass Lehrer wie Schüler hauptsächlich und permanent mit der Instandhaltung, sowie mit der Synchronisierung und der Herstellung gleicher Funktionalität innerhalb einer Klasse beschäftigt sind. Spenden sind ggf. dann akzeptabel, wenn

1. zu den Fähigkeiten gesponserter Endgeräte eine gute Sendeleistungsregelung (TPC) gehört, die es zwar bei etlichen Laptops und Notebooks, aber leider kaum bei Smartphones und Tablets (Stand 2018) gibt,
2. der bidirektionale Informationsfluss für möglichst alle Dienste über eine drahtgebundene Schnittstelle ablaufen kann (z. B. USB oder Netzwerkkarte). Es gibt eine ansteigende Zahl von Tablets (Android/iOS-basiert), die mittels eines externen LAN-USB-Adapters kabelgebunden ins Internet gehen können (vgl. S. 53), und
3. alle Geräte mit möglichst gleicher Anwendungssoftware (mit gleichen APPs) ausgestattet sind.

Die Schule sollte grundsätzlich keine ausrangierten PCs oder Laptops annehmen, auch wenn es noch so gut gemeint ist und dadurch zunächst Kosten eingespart werden. Sachspenden sollten nur angenommen werden, wenn sie genau in die bisherige Hardware-Landschaft passen.