Μοντέλα χρήσης ευέλικτων ασυρματικών δικτύων

1. Μοντέλα χρήσης ευέλικτων ασυρματικών δικτύων Ηλίας Ευσταθίου efstath@aueb.gr Mobile Multimedia Laboratory http://mm.aueb.gr Ο.Π.Α. e-businessforum ομάδαΣΤ2, 1η ανοικτή συνάντηση, 3/5/2004

2. Η ομάδα μαςστο Ο.Π.Α. • Telecommunications Services Research Group • Network Economics and Services Group (μέρος του Theory, Economics and Systems Lab) – http://nes.aueb.gr • Mobile Multimedia Lab – http://mm.aueb.gr • Προσωπικό • 4 μέλη ΔΕΠ • Κ. Κουρκουμπέτης, Γ. Πολύζος, Γ. Σταμούλης, Γ. Ξυλωμένος • 10 υποψήφιοι διδάκτορες • > 10 μεταπτυχιακοί και προπτυχιακοί φοιτητές • Ερευνητικές περιοχές • Mobile communications technologies • Pricing and charging wireless and mobile services • Enhanced Internet protocols for efficient mobile/wireless operation • Advanced network applications and services • Interactive multimedia • Multimedia multicast and broadcast (for UMTS and 4G) Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

3. Περιεχόμενα παρουσίασης (1) Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11 (2) 802.11 και κινητή τηλεφωνία (3) Είδη χρήσης ευέλικτων δικτύων και παραδείγματα Internet sharing, interconnection, point-to-point links, freenets, mesh networks, mobile ad hoc networks, mobile hotspots, tracking, consumer electronics (4) Δημόσια πρόσβαση σε hotspot Μοντέλα WISP, aggregator, networksharing. Έρευνα της ομάδας μας. Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

4. ΙΕΕΕ 802.11 • 802.11 απευθείας συμβατό με τα αυτοδύναμα πακέτα του IP • Πρωτόκολλο ‘χωρίς σύνδεση’ - wireless Ethernet • Απλώς ένα ακόμα άλμα (hop)γιατα πακέτα IP • Aνώτερα πρωτόκολλα end-to-end (TCP, HTTP, κ.α.) παραμένουν ίδια • Η δύναμη των standard με μεγάλη βάση χρηστών • Wintel για τους (fixed) clients • Ethernet για τα τοπικά δίκτυα • 802.11 για τα ασύρματα τοπικά δίκτυα; • (Τα standard αυτά δεν είναι απαραίτητα και ‘τα καλύτερα’) • Aπαίτηση συμβατότητας με τα προηγηθέντα (backwardscompatibility) • ΙΕΕΕ / Wi-Fi Alliance: ισχυροί καθοδηγητές; Περιστατικά: • Cisco / Intel και CCX (Cisco Compatible Extensions) • Κίνα και WAPI (Wired Authentication and Privacy Infrastructure) • Κίνα υποχώρησε μετά από αμερικανική πίεση • Atheros και Super G Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

5. 802.11 και 3G • 802.11 σε σχέση με 3G • + Απλό – επικεντρώνεται μόνο στα επίπεδα PHY και MAC • + Τιμή / απόδοση ($5 chipsets) • + Ευέλικτο • Στο ad hoc mode μπορεί να υποκαθιστά IR, Bluetooth, UWB • Στο infrastructure mode μπορεί να υποκαθιστά 3G, WMAN (IEEE 802.16) • + Παγκοσμίως αποδεκτό (σε αντίθεση με τα διάφορα 3G air interfaces) • + Ελεύθερο φάσμα: εγκατάσταση δικτύων από οιονδήποτε • + Υπερταχεία τεχνολογική εξέλιξη • Atheros all-in-one chip: 2.4GHz radio, baseband processor, MAC, AES crypto, CCX, 802.11e QoS, energy efficiency • - Μικρότερη ακτίνα κάλυψης (εξαρτάται) • - Απαιτήσεις σε ενέργεια (βελτιώνεται) • Ελεύθερο φάσμα: παρεμβολές • Shared bandwidth • Απλό – επικεντρώνεται μόνο στο PHY και MAC: αρχιτεκτονική δικτύου; • Εταιρείες κινητής τηλεφωνίας: θα χρησιμοποιούν το 802.11 όπου είναι δυνατό για εφαρμογές data στο 2.5G/3G; Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

6. Εν αναμονή κινητών τηλεφώνων με 802.11 • Χαρακτηριστικά • Θα χρησιμοποιούνταιόπου είναι δυνατό ως 802.11, αλλού ως 2G/3G • Υποστήριξη SIM authentication • Πρωτόκολλα VoIP για το 802.11 mode • Vertical handovers (βλ. ΙΕΕΕ 802.21): ίσως το δυσκολότερο • Γιατί να κάνει το δίκτυο 3G handover σε ξένο δίκτυο 802.11 και να απωλέσει έσοδα; • 3GSM συνέδριο (2/2004): ‘Χρειαζόμαστε 802.11 στα τηλέφωνα’ • (1) Cisco 7920 802.11 VoIP handset (non-cellular) • (2) Nokia Communicator 9500: Symbian OS + Java • (3) Motorola MPx100 (802.11 as an accessory): Windows Mobile + Java Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

7. Είδη Χρήσης Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

8. Σταθμοί βάσης 802.11 • Για μερισμό μίας σύνδεσης προς το Internet • Σε ιδιωτικούς χώρους • Κατοικίες, εταιρείες, εκπαιδευτικά ιδρύματα, κ.α. • Σε δημόσιους χώρους • Εμπορικά κέντρα, αεροδρόμια, εστιατόρια, κ.α. • Για Fixed Broadband Wireless Access (FBWA) • Παρακάμπτοντας τα χάλκινα σύρματα • Υποκαθιστώντας το DSL • Τομέας που προορίζεται για το ΙΕΕΕ 802.16 • Οι χρήστες του 802.16 θα χρειαστούν νέους δέκτες όμως • Είναι τεχνικά εφικτό το FBWA με 802.11; • Για διασύνδεση σταθμών • Μεταξύ τους αλλά και με ενσύρματους server • Π.χ., σύστημα παραγγελιών σε εστιατόρια Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

9. Συνδέσεις κτήριο-προς-κτήριο • Επέκταση του εταιρικού δικτύου σε άλλα κτήρια με 802.11 • ‘Ασύρματες γέφυρες’ • 3Com Wireless LAN Building-to-Building Bridge • Έως 11 μίλια (με πτώση ρυθμαπόδοσης) • Cisco Aironet 350 Wireless Building-to-Building Kit Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

10. Δίκτυα κορμού με 802.11 • Ασύρματα μητροπολιτικά / κοινοτικά δίκτυα • Δρομολόγηση πακέτων με τη χρήση ενδιάμεσων συνδέσεων 802.11 • Οι αποστάσεις των κόμβων μπορεί να είναι της τάξεως των χιλιομέτρων με τη βοήθεια κατευθυντικών κεραιών • Κορμός που παρακάμπτει το ενσύρματο δίκτυο και ανήκει στους χρήστες • Εσωτερική δρομολόγηση IP και προσφορά υπηρεσιών TCP/UDP/IP • Γνωστά ως Community Wireless Networks ή freenets • Seattle Wireless: πρωτοπόρος των freenets; • Freenets σε άλλες πόλειςτου εξωτερικού: SF, NYC, London, κ.α. • Athens Wireless, Salonica Wireless, κ.α. • Στην ηπειρωτική Ευρώπη, το nodedb.comδείχνει την • Ελλάδα πρώτη στο ενδιαφέρον για freenets Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

11. Mesh networks με 802.11 • Κοινοτικά δίκτυα τα οποία ‘αυτο-οργανώνονται’ • Οι κόμβοι ανακαλύπτουν άλλους κόμβους αυτόματα. Έξυπνη δρομολόγηση. • Περισσότεροι κόμβοι  μείωση αποστάσεων  αύξηση ρυθμαπόδοσης • ‘Zero-configuration freenets’ • Project όπως το CUWiNκαι ΜΙΤ Roofnetχρησιμοποιούν • PC (ισχύος ~486) για κόμβους • Εταιρείες όπως η Tropos Networks (και παλαιότερα η • Motorolaκαι η Nokia με το Nokia Rooftop) πωλούν • αντίστοιχα embedded προϊόντα  • Άλλες εταιρείες όπως η MeshNetworks Inc. • χρησιμοποιούν πρωτόκολλα διαφορετικά του 802.11 Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

12. Mobile ad hoc networks • ΜΑΝΕΤs: Mesh networks όπου οι κόμβοι κινούνται • Ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον: • (1) Αλγόριθμοι δρομολόγησης • (2) Κίνητρα για συμμετοχή και προώθηση πακέτων • όταν οι κόμβοι δεν ενδιάφερονται για το ‘κοινό καλό’ • (3) Ασφάλεια • Στρατιωτικές εφαρμογές • Στρατιώτες και άρματα μάχης κινούμενα στο μέτωπο • Αντιμετώπιση καταστροφών (Disaster relief) • Καθημερινές εμπορικές εφαρμογές; • Χρήστες με laptop και PDA σε δημόσιους χώρους; • Τα ΜΑΝΕΤ χρησιμοποιούνται όπου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η σταθερή υποδομή δικτύου, υπάρχει όμως ανάγκη ανταλλαγής δεδομένων και προώθησης πακέτων προς διάφορους κόμβους • Εμπορικά προϊόντα; Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

13. Κινητά hotspots • Queen Mary II • 802.11 σε όλους τους χώρους • με πρόσβαση στο Internet • Connexion by Boeing • Σε χρήση από Lufthansa, SAS, κ.α. • Δορυφορική εξωτερική σύνδεση • (20Mbps downlink, 1Mbps uplink) • 802.11 εσωτερικά • $30 (>6 ώρες), $20 (3-6 ώρες), $15 (<3 ώρες), ή $10 (30’, έπειτα 25c/min) • Pointshot RailPoint • Δορυφορική εξωτερική • σύνδεση • και 802.11 εσωτερικά Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

14. Παρακολούθηση θέσης με 802.11 • Quarterscope Wi-Fi Positioning System • ‘GPS’,που δουλεύει και εντός κτηρίων • Χρησιμοποιεί βάσεις δεδομένων με • θέσεις και SSID δικτύων 802.11σε • μητροπόλεις των ΗΠΑ • Ακρίβεια 20 μέτρων • Bluesoft AeroScout στη Legoland Δανίας • Χρησιμοποιεί TDOA (time difference of arrival) • από τουλάχιστον τρεις από τους 38 ειδικούς • σταθμούς βάσης 802.11 • Γονείς νοικιάζουν ένα tag, το συσχετίζουν • με το κινητό τους και το φορούν στο παιδί • Στέλνουν ειδικό SMS και τους επιστρέφεται η • θέση του παιδιού με ακρίβεια 3 μέτρων Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

15. Συσκευές με 802.11 • Philips Streamium FlatTV ($2,699 802.11 HDTV) • 1280 X 768, 23’’ • Κάνει stream περιεχόμενο (video, MP3) • απευθείας από το Internet • Reciva Internet Radio • ‘Συντονίζεται’ στους σταθμούς του Internet Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

16. Δημόσια Hotspots Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

17. Δημόσια πρόσβαση σε hotspots • Από Gartner • 1.200 δημόσια hotspot το ‘01 παγκοσμίως, 71.000 το ‘03 • 2,5 εκ. χρήστες το ‘02, 9,3 εκ. το ‘03, 30 εκ. το ’04 (αναμένεται) • ... όμως το 91% των χρηστών του ‘02 ήταν περιστασιακοί • Από τους χρήστες του ‘03: 4,7 εκ. Από Β. Αμερική και 1,7 εκ. από Ευρώπη • Έως το ‘05: 423 αεροδρόμια με hotspot, 23.500 WLAN ξενοδοχείων • ... λίγοι χρήστες θα έχουν τη διάθεση όμως να πληρώσουν συνδρομές • To πρόβλημα της περιορισμένης περιαγωγής (roaming) • Κάνει τους χρήστες να μη δεσμεύονται με συνδρομές • ... ιδιαιτέρως αφού αρκετά ελεύθερα hotspot προσφέρουν την ίδια υπηρεσία • Το πρόβλημα των νέωνμικρών WISP (wireless ISP) • Πρέπει να φτιάξουν ταυτόχρονα πελατειακή βάση και δίκτυο από hotspot Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

18. Μεγαλύτεροι παίκτες • Hotspot aggregators (Boingo, iPass, GRIC, κ.α.) • Γνωστοί και ως Managed Service Providers • Οι χρήστες γίνονται συνδρομητές τους • Οι ίδιοι συνεργάζονται με μικρότερους WISP • Όσο περισσότεροι aggregators τόσο χειρότερα; • (Mobile) Network Operators (T-Mobile, Verizon, κ.α.) • Ειδικά στην Ευρώπη έχουν ιδιαίτερη δύναμη και μεγάλη πελατειακή βάση • Μπορούν να λειτουργήσουν ως aggregators ή να φτιάξουν δικά τους hotspot • Το οποίο πάντα μπορεί να σημαίνει κάποια συνεργασία με ‘ιδιοκτήτες χώρων’ • Σημαντική συμφωνία περιαγωγής T-Mobile + iPass • Η αγορά διαμορφώνεται ακόμα όμως • Μπορεί τελικά η δημόσια πρόσβαση στο Internet μέσω 802.11 να αποφέρει κέρδη; Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

19. Άλλες προσεγγίσεις για δημόσια hotspot • Απολύτως ελεύθερη πρόσβαση (freenets, open hotspots, κ.α.) • Μερισμός σύνδεσης οικιακού hotspot με επισκέπτες επί πληρωμή • Joltage (πρωτοπόρος, έχει κλείσει πλέον) • Speakeasy Netshare • Linspot • Pacific Wi-Fi • (Ουσιαστικάείναι micro-WISP aggregators) • Εκτός από οικιακά, εταιρικά και άλλα είδη ιδιωτικών hotspot θα μπορούσαν επίσης να ‘φιλοξενούν’ επισκέπτες • Ασφαλείς λύσεις υπάρχουν τόσο για έλεγχο στην κατανάλωση bandwidth από τους επισκέπτες, όσο και την προστασία των εσωτερικών δεδομένων • Όλα τα WLAN με σύνδεση στο Internet θα μπορούσαν να συμμετάσχουν σε ένα τέτοιο σχήμα, βελτιώνοντας κατά πολύ τις πιθανότητες να βρίσκουμε ως χρήστες hotspot οποτεδήποτε και οπουδήποτε • Κίνητρα συμμετοχής πέρα από πληρωμές; (οι οποίες είναι δύσκολες και στο σχεδιασμό και στην υλοποίηση) Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

20. Η έρευνα της ομάδας μας • Peer-to-Peer Wireless Network Confederation(P2PWNC) • Απλουστευμένο σύστημα περιαγωγής σε WLAN – κανένας ενδιάμεσος • Τα δίκτυα πληρώνουν το ένα το άλλο μόνο ‘σε είδος’ • Μόνο δύο είδη παικτών: WLAN administrative domains και χρήστες WLAN (εγγεγραμμένοι σε κάποιο home domain) • Επικεντρωνόμαστε σε P2PWNC αποτελούμενα από οικιακά hotspot σε μητροπολιτικό περιβάλλον • Το κάθε hotspot επιτρέπει σε χρήστες από άλλα hotspot να το χρησιμοποιούν • Για να μην στηρίζεται αποκλειστικά στον ‘αλτρουισμό’ ορισμένων (όπως τα περισσότερα συστήματα P2P ή όπως τα freenets), το P2PWNC ορίζει κανόνες συμμετοχής και ‘τιμωρεί’ όσους δεν τους τηρούν • (1) Ποιοι είναι κάποιοι ‘καλοί’ κανόνες συμμετοχής; • Π.χ. ‘αφιέρωσε 20% του bandwidth αποκλειστικά για επισκέπτες’ • (2) Πώς μπορούν οι κανόνες να επιβληθούν σε ένα πλήρως κατανεμημένο σύστημα (χωρίς brokers και aggregators) • παρουσία συμμετεχόντων που θέλουν να ελαχιστοποίησουν το κόστος τους και να μεγιστοποιήσουν το όφελος (δηλ. να έχουν ελεύθερη περιαγωγή σε hotspot άλλων χωρίς να επιτρέπουν επισκέπτες στο δικό τους) Ευέλικτα ασυρματικά δίκτυα – efstath@aueb.gr

21. Ευχαριστώ για την προσοχή σας Ηλίας Ευσταθίου efstath@aueb.gr http://mm.aueb.gr/~efstath/ Mobile Multimedia Laboratory Ο.Π.Α.