Mobile Systeme und drahtlose Netzwerke

Vorlesung II

Gliederung

Ubiquitäres Computing

• Idee: Umgebung ist ausgestattet mit unsichtbarer und helfender Computerinfrastruktur und –peripherie

• Sowohl mobile als auch stationäre Systeme– Komponenten, die man bei sich trägt

– Komponenten der Infrastrukturen, mit denen man kommuniziert (interagiert)

• Verschiedene Anwendungen

• Verschiedene Übertragungsmedien, drahtlose oder drahtgebundenen

• Vielfältige Infrastruktur: Alles was einen umgibt

• Unsichtbare Infrastruktur– Hilft uns in jenem Kontext, in dem ich Hilfe benötige

– Wir brauchen uns nicht darum zu kümmern

• Daten beziehen sich auf einen Kontext

• persönlichen Informationen/ Anwendungen gehen mit dir durchs Netzwerk

Ubiquitäres Computing, Fortsetzung

• Oft auch als pervasive/unsichtbares computing bezeichnet

• Vergrößerte Realität (augmented reality)– Fähigkeit, die Umgebung abzufragen

– Fähigkeit, um eine nicht aufdringliche Führung (non-intrusive guidance) zu bitten

• Kann auch verschiedene anziehbare (wearable) Geräte enthalten

• Welche Auswirkungen hat das u.C. auf die Gesellschaft und die Privatsphäre?

• Können wir wirklich Sicherheitsmechanismen entwickeln, die jenen entsprechen, die wir gewohnt sind, aber nicht schärfer sind.– Diese Definition variiert zwischen den Kulturen/Regierungen.

– Sicherheitsbedürfnisse kulturspezifisch.

Ubiquitäres Computing, Fortsetzg.

• Keine klare Definition des ubiquitären Computings heute

• Wozu ist es wirklich gut?

• Wie praktisch ist es wirklich?

• Ist es eine Teilmenge des mobilen Computings?

Mobiles Internet

• Ein mobiles Internet sollte ein ähnliches Preis/Leistungsverhältnis bekommen, wie beim drahtgebundenen Internetzgang.– Hoher Datendurchsatz und Flatrate

– z.B. SMS-Kosten• Preis pro SMS 0,17 Cent (2003) D2Vodafone

• 0,17 Cent für 160 Zeichen

• 1 Mbyte = 1.048 576 Bytes 1048576

• 6554 volle SMS : Preis pro Megabyte 1114 € pro MByte SMS

• Bei SMS mit 100 Zeichen: 10485 SMS 1782 € pro Mbyte SMS

Forschungsfelder – Mobiles Internet

1. Authentifizierung. Geht PKI?

2. Verschlüsselung und Privatheit. Nicht so einfach.

3. Gruppenmanagement

4. Elektronische Bezahlung.

5. Geschäftsmodelle. Sind entscheidend. Möglichst bezahlbar.

6. User Interface für mobile Geräte.

7. Mobilität von IP-Adressen.

8. Mobile Subnetze.

9. Neue erweiterte Anwendungen und Anwendungsgebiete, Mehrwertdienste (value added services ).

10. Ortsabhängige Anwendungen.

11. Integration mit Breitbandtechnologien insbesondere DVB-T.

Forschungsfelder – Mobiles Internet

11. Neue Architekturen kleiner Geräte und Computer (Smart Devices) mit beschränkten Ressourcen

12. Service Discovery. Wo ist der Drucker? Wer hat den Fahrplan?

13. Kontext Mobilität. Beibehalten aller Zustände. Offene Files, Sicherheitsverbindungen, etc...

14. Ad-hoc networking, Peer-to-Peer und Multicast Optimierung.

15. Handover Management. Realisierung schneller vertikaler und horizontaler Handovers

16. Quality of Service in mobilen und IP-Netzen. Reservierungen vornehmen.

17. Mobile IP Telephonie. Header compression.

18. Kleine Antennen. Mobile Netzwerke sollten diese mit sich tragen können.

19. IPv6. Wirklich notwendig?

20. Konvergenz mit UMTS. 4G?

Chrakteristika drahtloser LANs

• Vorteile– räumlich flexibel innerhalb eines Empfangsbereichs

– Ad-hoc-Netzwerke ohne vorherige Planung machbar

– keine Verkabelungsprobleme (z.B. historische Gebäude, Feuerschutz, Ästhetik)

– unanfälliger gegenüber Katastrophen wie Erdbeben, Feuer - und auch unachtsamen Benutzern, die Stecker ziehen!

• Nachteile– im allgemeinen noch sehr niedrige Übertragungsraten (1-2Mbit/s)

– viele proprietäre Lösungen, Standards beginnen sich erst langsam durchzusetzen (aber z.B. IEEE802.11 ist weniger leistungsfähig)

– müssen viele nationale Restriktionen beachten, wenn sie mit Funk arbeiten, globale Regelungen werden erst langsam geschaffen (z.B. IMT-2000)

Entwurfsziele für drahtlose LANs

– weltweite Funktion

– möglichst geringe Leistungsaufnahme wegen Batteriebetrieb

– Betrieb ohne Sondergenehmigungen bzw. Lizenzen möglich

– robuste Übertragungstechnik

– Vereinfachung der (spontanen) Zusammenarbeit bei Treffen

– einfache Handhabung und Verwaltung

– Schutz bereits getätigter Investitionen im Festnetzbereich

– Sicherheit hinsichtlich Abhören vertraulicher Daten und auch hinsichtlich der Emissionen

– Transparenz hinsichtlich der Anwendungen und Protokolle höherer Schichten

Vergleich Infrarot-/Funktechniken

• Infrarot– Einsatz von IR-Dioden, diffuses Licht,

Reflektion von Wänden

• Vorteile– sehr billig und einfach

– keine Lizenzen nötig

– einfache Abschirmung

• Nachteile– Interferenzen durch Sonnenlicht,

Wärmequellen etc.

– wird leicht abgeschattet

– niedrige Bandbreite

• Einsatz– als IrDA (Infrared Data Association) -

Schnittstelle in fast jedem Mobilrechner verfügbar

• Funktechnik– heute meist Nutzung des 2,4GHz

lizenzfreien Bandes

• Vorteile– Erfahrungen aus dem WAN und

Telefonbereich können übertragen werden

– Abdeckung einer größeren Fläche mit Durchdringung von Wänden

• Nachteile– enger Frequenzbereich frei

– schwierigere Abschirmung, Interferenzen mit Elektrogeräten

• Einsatz– vielfältige, separate Produkte

Vergleich Infrastruktur- und Ad hoc-Netzwerk

Infrastruktur-Netzwerk

Ad hoc-Netzwerke

APAP

AP

Existierendes Festnetz

AP: Access Point

Distribution System

Portal

802.x LAN

Access Point

802.11 LAN

BSS2

802.11 LAN

BSS1

Access Point

802.11 - Architektur - Infrastrukturnetz•Station (STA)

– Rechner mit Zugriffsfunktion aufdas drahtlose Medium und Funk-kontakt zum Access Point

•Basic Service Set (BSS)– Gruppe von Stationen, die dieselbe

Funkfrequenz nutzen

•Access Point– Station, die sowohl in das Funk-

LAN als auch das verbindende Festnetz (Distribution System) integriert ist

•Portal– Übergang in ein anderes Festnetz

•Distribution System– Verbindung verschiedener Zellen um

ein Netz (EES: Extended Service Set) zu bilden

STA1

STA2 STA3

ESS

802.11 - Architektur - Ad-hoc Netzwerk

• Direkte Kommunikation mit begrenzter Reichweite– Station (STA):

Rechner mit Zugriffsfunktion aufdas drahtlose Medium

– Basic Service Set (BSS):Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen

802.11 LAN

BSS2

802.11 LAN

BSS1

STA1

STA4

STA5

STA2

STA3

7.8.2

Bluetooth für Einsteiger

Mehrere Ver-bindungen,

ad-hoc Netzwerke

Mehrere Ver-bindungen,

ad-hoc Netzwerke

Drahtlose verbindungen zwischenTerminals und mobilen Telefonen

Drahtlose verbindungen zwischenTerminals und mobilen Telefonen

Short-range radio link

Allgemeiner StandardAllgemeiner Standard

RobusteVer-

bindungen für Spracheund Daten

RobusteVer-

bindungen für Spracheund Daten

Ziele der Bluetooth EntwicklungZiele der Bluetooth Entwicklung

Wozu ist Bluetooth zu gebrauchen?

Personal Ad-hoc Personal Ad-hoc NetworksNetworks

Cable Cable ReplacementReplacement

Landline

Data/Voice Data/Voice Access PointsAccess Points

RFRF

BasebandBaseband

AudioAudioLink ManagerLink Manager LMP

L2CAPL2CAP

TCP/IPTCP/IP HIDHID RFCOMMRFCOMM

ApplicationsApplications

DataDataC

ontr

ol

Con

trol

Application Framework and Support

Link Manager and L2CAP

Radio and Baseband

Host Controller Interface

Bluetooth- Architektur

ModulesModules

SoftwareSoftware

RFRF

BasebandBaseband

AudioAudioLink ManagerLink Manager LMP

L2CAPL2CAP

TCP/IPTCP/IP HIDHID RFCOMMRFCOMM

ApplicationsApplications

DataDataC

ontr

ol

Con

trol

Bluetooth- Architektur

Future Mobility Trends

• An operator’s Mobile Internet

– Thousands of routers and millions of users– Different access technologies (ADSL, GSM/GPRS,

WCDMA, W-LAN….) for different or same services. – Multi-service networks with one common network

technology– Seamless mobility for users– Multimedia over the air– VPNs for enterprises– Scalable and Secure Networks