Dipl.-Ing. Andreas Könsgen

Dipl.-Ing. Andreas Könsgen

Kommunikationsnetze -- FB1
Universität Bremen
Kufsteiner Str., NW 1
D-28359 Bremen

Tel.: (0421) 218-3339
Fax: (0421) 218-3601
E-Mail: username: ajk domainname: comnets.uni-bremen.de

	Dipl.-Ing. Andreas Könsgen
Kommunikationsnetze -- FB1 Universität Bremen Kufsteiner Str., NW 1 D-28359 Bremen
Tel.: (0421) 218-3339 Fax: (0421) 218-3601
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Seit April 2000 bin ich in der Arbeitsgruppe Kommunikationsnetze beschäftigt, die eine Abteilung des Instituts für Telekommunikation und Hochfrequenztechnik der Universität Bremen bildet.

Projekte

Untersuchung der Koexistenz von im gleichen Frequenzband konkurrierenden Wireless LANs/PANs

In den Frequenzbändern bei 2,4 und 5,2 GHz haben sich bzw. werden sich in Zukunft verschiedene Systeme zur drahtlosen Vernetzung von Rechnern (Wireless Local Area Network, WLAN) bzw. zur drahtlosen Verbindung eines Rechners mit seinen Peripheriegeräten (Wireless Personal Area Network (WPAN) etablieren. Bei 2,4 GHz sind dies der WLAN-Standard IEEE 802.11b und der WPAN-Standard Bluetooth, der als IEEE 802.15 übernommen werden soll. Im 5,2-GHz-Band handelt es sich um die WLAN-Standards IEEE 802.11a und Hiperlan/2. Zwischen den Standards auf dem 2,4-GHz-Band und denen auf dem 5,2-GHz-Band gibt einen wesentlichen Unterschied: Die Standards auf dem 5,2-GHz-Band sind auf der Bitübertragungsschicht kompatibel, auf den höheren Schichten verschieden. Die Standards im 2,4-GHz-Band sind auch auf der physikalischen Schicht verschieden.

Mobile Knoten, die benachnarten Funkzellen desselben oder verschiedener Standards angehören, können, wenn sie auf der Schicht 1 gleich sind, ein von einem Knoten des jeweils anderen Typs gesendetes Signal als Nutzsignal erkennen. Diese Information kann genutzt werden, um je nach Situation die Frequenz oder die Modulationsart zu wechseln oder die Sendeleistung zu verringern. Bei den Systemen, die auch auf der physikalischen Schicht unterschiedlich sind, ist eine solche Nutzsignalerkennung nicht möglich und daher eine Entscheidung, ob sich in der Nachbarschaft ein mobiler Knoten des jeweils anderen Standards oder einfach eine Störquelle befindet, wesentlich schwieriger.

Ziel der Untersuchungen ist die Entwicklung von Fairness-Strategien: Wenn in ein Netz, in dem sich eine Anzahl Knoten einer bestimmten Architektur befinden, eine Anzahl von Knoten der anderen Architektur eingebracht wird, so soll sich die gesamte Leistungsfähigkeit aller Übertragungen in derselben Weise ändern, als wenn die neu hinzugekommenen Knoten derselben Architektur angehören würden wie die bereits vorhandenen. Anders ausgedrückt: Kein System soll sich auf Kosten des anderen Systems Vorteile verschaffen.

Zur Durchführung der Untersuchungen werden in zwei Instanzen eines Simulators zunächst jeweils ein IEEE 802.11a-Netz sowie ein Hiperlan/2-Netz simuliert. Später sollen auch Simulationen zwischen IEEE 802.11b und Bluetooth vorgenommen werden. Die Knoten innerhalb einer Simulator- Instanz gehören jeweils einer der beiden Architekturen an. Jede der beiden Simulatorinstnanzen stellt ein Kanalmodell bereit, über das die Knoten miteinander kommunizieren. Das Kanalmodell berechnet die Verlustwahrscheinlichkeit für ein übertragenes Paket in Abhängigkeit von dessen Größe und der Sendeleistung und Position der beteiligten Kommunikationspartner und benachbarter Störer, wobei die Ausbreitungseigenschaften der hochfrequenten Sendesignale über ein einfaches Modell berücksichtigt werden.

Für die Untersuchung der gegenseitigen Beeinflussung zwischen benachbarten oder überlappenden Funkzellen müssen die beiden Simulatoren gekoppelt werden. Hierfür bedient man sich der High Level Architecture (HLA). Hierunter ist eine zusätzliche Software zu verstehen, über die die Simulatorinstanzen Informationen austauschen können. Eine Instanz kann eine Nachricht an die HLA-Schicht schicken, diese verteilt die Nachricht dann an alle anderen Instanzen. Jede Instanz entscheidet selber, ob die jeweilige Nachricht für sie von Bedeutung ist. In der konkrenten Implementierung sind die in den einzelnen Instanzen eingebetteten Kanalmodelle der Teil des Simulators, der über HLA Informationen austauscht. Erhält ein Kanalmodell eine Nachricht über ein in der anderen Instanz gesendetes Paket, so bezieht es Störeinflüsse, die von diesem Paket ausgehen, in seine eigenen Berechnungen mit ein. Die Simulationen im Bereich IEEE 820.11b und Bluetooth sollen durch Messungen mit entsprechender Hardware validiert werden. Auf diese Weise läßt sich erkennen, wie gut das Simulationsmodell arbeitet und wo Verbesserungen vorgenommen werden müssen.

Installation und Betrieb eines IEEE 802.11b-Netzes

In letzter Zeit gewinnen drahtlose lokale Netze zunehmend an Bedeutung. Diese sollen dazu beitragen, einerseits Verkabelungsaufwand in Gebäuden einzusparen und andererseits die freie Beweglichkeit von mobilen Geräten wie Laptops und Palmtops ohne Verzicht auf einen Netzwerkzugang zu ermöglichen. Die aktuell verfügbare Technik wird unter der Bezeichnung IEEE 802.11b geführt und ist seit Anfang 1999 am Markt erhältich. Die Vernetzung erfolgt durch Access Points, die das Bindeglied zwischen dem drahtlosen und dem leitungsgebundenen Netz herstellen. Die Endgeräte werden mit entsprechenden Funknetzkarten versehen.

Die Arbeitsgruppe Kommunikationsnetze betreibt ein Funknetz nach dem IEEE 802.11b-Standard im Gebäude des Fachbereichs Physik/Elektrotechnik und koordiniert grundsätzliche Fragestellungen des Netzbetriebes und -ausbaues mit anderen Institutionen innerhalb der Universität. Im Zuge des Netzbetriebes wurden durch Recherche und eigene Untersuchungen verschiedene Fragestellungen betrachtet und mit den hierbei gewonnenen Ergebnissen eine Wissensbasis aufgebaut. Zu den behandelten Problemen zählen:

Reichweite und Störfestigkeit der Funkverbindungen
optimale Anordnung der Access Points und Kanalvergabe
Koexistenz mit Bluetooth
Authentisierungsverfahren und sitzungsbasierte Verschlüsselungsverfahren im Zusammenspiel mit 802.11b
802.11b als Basis für Mobile IP

Weiterführende Informationen zu diesem Thema befinden sich auf der WLAN-Seite der Arbeitsgruppe.

SmartCards mit Funkschnittstelle

SmartCards mit drahtloser Schittstelle arbeiten bislang mit induktiver Kopplung, d.h. die Basisstation ist mit einer Spule versehen, die ein Magnetfeld mit einer Frequenz zwischen 100 kHz und 10 MHz erzeugt. Über dieses Magnetfeld werden nicht nur Informationen an die Karte übertragen, sondern auch die für die Stromversorgung der Karte notwendige Energie. Karten dieser Bauart haben eine Reichweite von bis zu 1 m. Es gibt jedoch Anwendungen, z.B. Zugangskontrollen, bei denen eine Reichweite von bis zu 3 m gefordert ist. Hier muß die Karte eine eigene Energieversorgung besitzen und über Funk mit der Basisstation kommunizieren. Das System soll sich aber auch für Anwendungen mit geringerer Reichweite eignen, z.B. ein Abrechnungssystem in der Kantine, bei dem der Benutzer die Karte für die Abrechnung in der Tasche stecken lassen kann und lediglich vor ein Lesegerät treten muß, um den Preis für sein Mittagessen abbuchen zu lassen. Die Bedingungen sind hier aber insofern härter, als daß für eine Geldtransaktion wesentlich mehr Daten übertragen werden müssen als bei einer Zugangskontrolle.

Im Rahmen eines interdisziplinären Projektes wird in der ComNets-Gruppe untersucht, welche Übertragungsprotokolle für die Kommunikation zwischen der Basisstation und der Karte eingesetzt werden können. Hierbei sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:

Der Zeitraum, der für die Kommunikation zwischen der Karte und der Basisstation zur Verfügung steht, ist nur kurz. Bei Anwendung im Bereich der Zugangskontrolle ergibt sich der Zeitraum aus der Zeit, die der Benutzer braucht, die Funkzelle im Bereich der Basisstation zu durchschreiten oder im Schritttempo mit dem PKW zu durchfahren, also einige Sekunden. In dieser Zeit muß der Datenverkehr zwischen Basisstation und Karte vollständig abgewickelt werden. Bei Abrechnungssystemen gilt dieselbe Vorgabe. Wenn der Benutzer vor ein Lesegerät treten muß, um in der Kantine sein Mittagessen abrechnen zu lassen, kann ihm nicht zugemutet werden, mehr als wenige Sekunden vor dem Lesegerät zu verharren.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt können sich mehr als eine Karte innerhalb der Funkzelle befinden. Es ist daher ein Verfahren vorzusehen, das den Zugriff der Karten auf den Funkkanal regelt. Wenn zwei Karten zur gleichen Zeit versuchen, sich bei der Basisstation anzumelden, kommt es einer Kollision. Das Übertragungsprotokoll muß so gestaltet werden, daß die Wahrscheinlichkeit für Kollisionen möglichst klein ist und beim Auftreten einer Kollision die Karten zum erneuten Aussenden ihrer Daten veranlaßt werden. Nach dem erfolgreichen Einbuchen der Karte an der Basisstation ist es zweckmäßig, die Karten nur noch nach Aufforderung durch die Basisstation senden zu lassen, um Kollisionen zwischen den bereits eingebuchten Karten ganz zu vermeiden und dieses Problem auf die neu hinzugekommenen Karten zu beschränken.

WAE (Wireless Application Environment)

In diesem Projekt wurde untersucht, wie das Wireless Application Protocol erweitert werden kann mit dem Ziel, eine Datenaustauschmöglichkeit zwischen dem WAP-Dienst und dem darunterliegenden Mobiltelefonnetz (GSM oder zukünftig UMTS) zu schaffen. Ein Beispiel soll die Problemstellung erläutern:

Ein Reisender befindet sich in einer fremden Stadt und sucht ein Hotelzimmer. Auf seinem Handy oder PDA wählt er die WAP-Card "Hotelsuche" an. Die WAP-Software fragt von der GSM-Ebene den Standort des Handys ab und übergibt die Information an eine Datenbank, die die Hotels in der näheren Umgebung heraussucht. Die Ergebnisse der Suche, d.h. die Namen der Hotels werden auf der Anzeige des Handys ausgegeben. Der Benutzer wählt eines der Hotels mit dem Cursor aus. Beim Laden der Hotelliste von der Datenbank wurden zugleich die Telefonummern mit übertragen und im Handy zwischengespeichert. Der WAP-Client sucht die Nummer des ausgewählten Hotels heraus und reicht diese an die GSM-Ebene weiter zum Aufbau einer Telefonverbindung.

Das Besondere an diesem Szenario ist, daß Daten zwischen dem WAP-Dienst und dem darunterliegenden GSM-Dienst ausgetauscht werden: Zunächst befragt die WAP-Ebene die GSM-Ebene über den Standort des Handys. Das Ergebnis wird von der GSM-Ebene an die WAP-Ebene weitergereicht. Schließlich übergibt die WAP-Ebene der GSM-Ebene die Rufnummer des ausgewählten Hotels mit dem Zweck des Aufbaus einer Telefonverbindung. Ein solcher Datenaustausch zwischen der WAP und der darunterliegenden Mobilfunknetzebene ist bislang nicht möglich.

Es sind drei Programmierschnittstellen in der Entwicklung, die einen solchen Datenaustausch ermöglichen sollen: Eine vom WAP-Konsortium entworfene WTAI-Schnittstelle (Wireless Telephony Application Interface) und eine Schnittstelle von Sun namens JTAPI (Java Telephony Application Programming Interface). Bisher existieren allerdings nur Spezifikationen für diese Schnittstellen, aber noch keine Implementierung. Die Bibliothek, die die Schnittstelle implementiert, reicht die WTAI- bzw. JTAPI-Kommandos ihrerseits über eine Schnittstelle mit AT-Befehlssatz, wie man sie von Telefonmodems her kennt, an die GSM-Software weiter.

Im Rahmen des am Lehrstuhl laufenden Projektes wurden die drei Schnittstellen WTbzgl. ihres Funktionsumfanges miteinander verglichen. Ein PC-gestützter WAP-Browser wurde um eine WTAI-Schnittstelle erweitert.

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Last modified: Mon Apr 10 12:00:00 2000