OBAN Open Broadband Access Networks

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1 OBAN Open Broadband Access Networks H. Almus, TU Berlin, EANTC Research The OBAN project is funded by the European Community s Sixth Framework Programme, project partners and the Swiss Bundesamt für Bildung und Wissenschaft The information in this document is provided as is and no guarantee or warranty is given that the information is fit for any particular purpose. The user thereof uses the information at its sole risk and liability

2 Ein offenes Netzwerk 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 2

3 OBAN Konzept Private WLAN-Zugänge öffentlich nutzbar machen Personen (Passanten), die sich in der Nähe privater WLAN-Zugänge befinden, sollen diese geregelt nutzen können Basis / Geschäftsidee Passanten zahlen entsprechend Ihrer Nutzung Einnahmen werden entsprechend vertraglicher Regelung unter den anderen Beteiligten aufgeteilt WLAN Öffentliche Nutzung Zugang zum Breitbandnetzwerk Private Nutzung ISP Unterstützung von Mobilität Seamless Handover und Roaming Begrenzt auf Geschwindigkeiten 15 km/h Integration erweiterter Dienste Voice (VoIP), Video Ortsspezifische Dienste Portale mit lokalen Inhalten Geographische Koordinaten der Breitbandanschlüsse sind bekannt 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 3

4 Breitbandanschlüsse heute und morgen xdsl über Telefonleitungen Beispiel ADSL, typische Nutzung 1-3 Mbps, technisch oft 8 Mbps möglich Beispiel VDSL, technisch 25 Mbps und mehr Kabelmodem in TV-Netzen Glasfaseranbindung Wireless Technologien Heutige und zukünftige Technologien Laut BT Group: WiMAX für Heim-Installation in Ende 2006 verfügbar Privatwohnungen haben Breitbandanschluss! Ca. 31 Millionen Breitbandanschlüsse in Europa Breitbandige Anschlüsse in Deutschland (2004) Ca. 5,4 Millionen insgesamt 6,7 % der Haushalte Tendenz weiterhin schnell ansteigend Anbindung der Endgeräte In der Vergangenheit vorrangig per Kabel Zu Zeit rasanter Anstieg der über WLAN angebundenen Endgeräte im privaten Bereich Selbst Supermärkte liefern bei Ihren Sonderaktionen WLAN als Standardlösung mit Anteil der Privatanwender, die vom stationären PC zum WLAN-fähigen Notebook wechseln, steigt stetig 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 4

5 Geringe Nutzung der Kapazität Nutzung der vollen Bandbreite sehr selten Nutzung sehr stark abhängig von der Tageszeit Nutzung vorwiegend in den Abendstunden (Freizeit) geringe Nutzung tagsüber (Arbeitszeit) Genutzte Bandbreite oft geringer als die technisch mögliche bedingt durch Preispolitik der ISPs durchschnittlich gemietete Bandbreite ca. 1 Mbit/s etwa 8 Mbit/s im Durchschnitt technisch verfügbar Geschätzte Nutzung: 10 GByte pro Monat Nur ca. 3,3 % der gemieteten Bandbreite wird genutzt Gemessen am technisch Möglichen werden sogar nur ca.0,4 % ausgeschöpft 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 5

6 VU Wer ist involviert? ISP-VU HU AP RG AP ANP Internet HU VU ANP ISP RG AP = Home User = Visiting User = Access Network Provider = Internet Service Provider = Residential Gateway (OBAN extended Access-Router) = WLAN Accesspoint ISP-HU 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 6

7 OBAN Bandbreitenmanagment Bandbreitenmanagement Nutzung zusätzlicher, am Breitbandanschluß verfügbarer Bandbreite für den Passanten (visiting user) Private Nutzer (home user) behält seine gewohnte Bandbreite und Performanz an seinem Internetzugang Bisherige angebotene vergleichbare Zugänge basieren auf der gemeinsamen Nutzung der Bandbreite des privaten Nutzers (z.b. Boingo, Linkspot) Adaptiertes Bandbreitenmanagement Mindestens 2 Datenpfade mit jeweils fester, definierter Bandbreite erforderlich Erweitertes Bandbreitenmanagement Aktuell nicht durch den privaten Nutzer beanspruchte Bandbreite wird dynamisch den Passanten zur Verfügung gestellt Sicherstellung der vertraglich zugesicherten Kapazität für den privaten Nutzer Bereitstellung aller Restkapazität für Passanten Realisierung erfordert Priorisierung des Datenverkehrs des privaten Nutzers OBAN Ansatz erfordert die Einbeziehung des Access Network Providers! 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 7

8 QoS im WLAN Bandbreitenmanagement, Priorisierung Basis von e / WMM QoS Broker Kennt Kapazität des Zugangsnetzwerkes Traffic policing, priority queuing Verwaltet QoSW-Profile für jeden OBAN-Nutzer Kann z.b. in AAA Server integriert werden Residential Gateway Capacity Distribution Algorithm (CDA) definiert, welche Kapazität aktuell einem Terminal zugewiesen werden kann Traffic policing / shaping, priority queuing Capacity Tracking (Kapazität kann sich über die Zeit ändern) Terminal Traffic shaping, Capacity Tracking WLAN: QoS enabled MAC (802.11e/WMM); Mapping der Prioritäten auf WLAN Access Categories 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 8

9 Mobilität in OBAN Grundlegende Anforderungen: Smarter Wechsel des IP-Netzes und / oder aktuellen Service Providers (Roaming) Single Sign On Nur einmalige Anmeldung seitens des Benutzers, auch Wechsel des IP-Netzes und / oder aktuellen Service Providers (Roaming) Seamless IP Connectivity Keine für den Anwender bemerkbare Unterbrechungen seiner laufenden IP-basierten Anwendungen Z.B. auch kein Verlust laufender TCP-Verbindungen» Realisiert durch Mobile IPv4 (MIP) 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 9

10 Sicherheit in OBAN Sicherheit und Datenschutz Erweiterte Fragestellungen und Anforderungen Wer muss und wer darf welche Daten sehen? Wie kann ein OBAN-Netz in die gesetzlichen Anforderungen eingebettet werden? Eu-Recht + 25 länderspezifische Bedingungen Welches Maß an Sicherheit ist erforderlich für die Akzeptanz durch den Privatanwender? 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 10

11 Sicherheit Erweiterte Anforderungen Erweiterter Schutz vor Manipulationen zwingend erforderlich, denn OBAN WLAN APs und RG sind in Privathand HU könnte versuchen, einen OBAN WLAN AP vorzutäuschen und erhaltene Daten modifiziert an das RG weiterleiten (Man-in-the-Middle-Attack) HU könnte das OBAN RG manipulieren, z.b. um abrechnungsrelevante Informationen zu verfälschen OBAN WLAN APs sind angebunden an das private Netz des HU VUs könnten den WLAN AP attackieren / manipulieren, um Zugang zu privaten Daten des HUs zu gelangen OBAN muss Nutzung des VU und Netz des HU zuverlässig trennen und gegeneinander abschirmen Bereitstellung getrennter virtueller Netze für HU und VU Die Identität von HU und VU müssen auch gegeneinander verborgen sein OBAN System selbst muss gegen Manipulation gesichert sein 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 11

12 Mobilität MIP / Handover Wechsel des genutzten LANs bei unterbrechungsfreiem Service über eine gesicherter Übertragung Kernbestandteil des Projektes ist, auch interaktive multimediale Dienste zu unterstützen, insbesondere VoIP OBAN strebt Handover-Zeiten unter 120 ms an (Layer 3) Typische Handover-Zeiten von 350 ms und höher (z.b s bei MIP Szenarien) sind nicht tragbar. Konsequenzen: Handover-Prozess inkl. Re-Authentifizierung muss automatisch erfolgen Mobile IP Lösung muss mit üblichen Verschlüsselungen (VPN, ink. IPSec und SSL) zusammenarbeiten Verschlüsselung muss als Overlay auf MIP aufgesetzt werden Endpunkte verschlüsselter Tunnel terminieren im MIP OBAN Terminal (Notebook, PDA) muss Mobile IP inkl. der OBANspezifischen Erweiterungen unterstützen OBAN-Anwender werden OBAN-Software installieren müssen 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 12

13 Handover: GSM / WLAN Handover in Mobilfunknetzen Typischerweise koordiniert durch das Netzwerk selbst Netzwerktopologie wie auch Client-Position können einbezogen werden Kontinuierliches Monitoring der Signalqualität zwischen Client und allen benachbarten Basisstationen Handover sobald eine Basisstation gefunden wurde, die bessere Servicequalität liefern kann Handover in a/b/g based WLANs traditionell nur initialisiert bei drohendem Konnektivitätsverlust Standard fordert eigenständiges und automatisches Handover durch den Client ohne Kenntnis der lokalen Netzwerktopologie Typische Kriterien Erhöhter Paketverlust SNR fällt unter einem definierten Grenzwert SNR-Monitoring begrenzt auf den aktuell genutzten AP PHY: ein WLAN Client ist immer nur mit einem AP verbunden Präventiver Aufbau einer neuen Verbindung ( make-before-break ) nicht möglich (wie z.b. bei WLAN UMTS Übergang) H. Almus WCI FHTW Berlin 13

14 Mobilität und Handover- Performanz Lösungen zur Minimierung des Handover-Delays Code-Optimierungen alleine reichen nicht aus Erweitertes Mobility Management erforderlich Residential Gateway (RG) als Access Router Mobile IP Foreign Agent (FA) auf dem RG Vermeidet DHCP (Care-of-Address per FA Advertisement), wichtig für WLAN WLAN Handover-Performanz Weitere Funktionalitäten müssen z. B. durch Proxy-Server und Broker (Mobility-, QoS-Broker) aus funktionalen wie auch performanzbedingten Gründen unterstützt werden 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 14

15 Handover-Performanz und Authentifizierung Traditionelle, vollständige Authentifizierung (typischerweise über einen AAA-Server) beim Übergang zu einem anderen Accces Point dauert zu lange!!! Alternative Lösungen: 1. Delayed Authentication 1. Datenverkehr für eine begrenzte Zeit (Timer-kontolliert) erlaubt 2. Vollständige Authentifizierung erfolgt zeitparallel 2. Nutzung von Kerberos Tickets 1. Splittung der Authentifizierung 1. Handover Authentifizierung per Ticket zu einem Residential Gateway 2. Traditionelle Authentifizierung über einen AAA-Server des ISP 3. Time-shifted computing 1. Basiert auf wechselseitiger Authentifizierung nur zwischen Terminal und Residential Gateway in Verbindung mit gesichertem Nachweis (non-repudiation) über erbrachte Dienstleistungen (Konzept so genannter trusted points) Optimierung 1 vermutlich aus rechtlichen Gründen kaum einsetzbar in manchen EU- Staaten Sicherheitsbruch, Informationspflicht des Providers u. andere Auflagen Optimierungen 2 und 3 erfordern Einbeziehung topographischen Wissen (Nachbarschaftsbeziehungen) Kenntnis über nutzbare Zugangspunkte, Zusatzinformation betreffs Authentifizierung Nachteil: Die Zusatzinformation muss ermittelt und bereitgestellt werden (Overhead) Änderungen an Protokollen (801.X, EAP-xxx) 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 15

16 OBAN Praxis Projektbegleitender Feldversuch (in Oslo), Testbeds in Berlin und Lannion (F) Portable Demonstrator Eingesetzt für Testzwecke (z.b. Performanzmessungen sowie Demonstrationen auf Ausstellungen HA, ISP IPC Gateway ISP IPC AP1 SSID: hansen Internet RGW 1 Monitor1 Terminal Host Portable Demonstrator: Beispielkonfiguration Test "inter-provider handover" Monitor2 ISP RG ISP RG Gateway RGW 2 AP2 SSID: larsen 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 16

17 Und. IP Zones, SIP-UA, Verschiedene Portale für Visiting User (VU) und Home User (HU) VU: Ortsspezifische Zusatzangebote Residential Gateway kennt exakte geographische Position! Lokale Events und Sonderangebote, Aktuelles Lokal nahes Taxi ordern, Nahverkehrangebote vom aktuellen Standort aus Wohnen eigentlich Freunde von mir in der Nähe / wie weit entfernt? HU: Eigene Angebote und Information gezielt an VUs erlauben Heute Garagenverkauf u.ä. Weitere Services, z.b. PrintService (nur aktiviert, wenn HU auch zuhause ist) SIP-UA: OBAN bewusste Anwendung SIP-basierte Videokonferenz mit dynamischer Anpassung des Codecs und der Übertragungsparameter an sich ändernde Übertragungskapazitäten 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 17

18 Referenz und Dank Die OBAN zugrunde liegenden und hier aufgeführten Ideen und Aspekte sind Ergebnis der gemeinschaftlichen Arbeit der Projektpartner Weiterführende Artikel finden Sie auf dem Public Webpages des OBAN- Projektes 2005 H. Almus WCI FHTW Berlin 18

19 Herzlichen Dank! Mehr Informationen? H. Almus WCI FHTW Berlin 19

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