FORORD Denne rapporten er et resultat av prosjektarbeidet i 9. semester ved sivilingeniørutdanningen ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, NTNU. Arbeidet ble utført ved Telenor FoU og ved NTNU i Trondheim høsten 2003. Oppgaven ble foreslått av Josip Zoric ved Telenor FoU. Veiledere har vært Josip Zoric og Steinar Brede ved Telenor FoU, og faglærer har vært professor Lill Kristiansen ved institutt for Telematikk, NTNU. Vi ønsker å rette en stor takk til Josip Zoric for støtte og nyttige innspill under den praktiske gjennomføringen av arbeidet. Vi vil også gjerne takke Ingebrigt Fuglem og Arild Herstad ved Telenor Fou for hjelp under implementering av systemet som ble laget. Til slutt vil vi takke Gisle Grimen for gode råd og hjelp underveis i arbeidet. i
ii
SAMMENDRAG Denne oppgaven tar for seg nye tjenester som baseres på interaksjonen mellom globale nettverk og ad-hoc nettverk. Tjenestene i oppgaven bygger videre på ideer fra Hewlett- Packard sitt Cooltown-konsept. Cooltown tar i bruk ad-hoc nettverk for å gi nye tjenester, der sensorer basert på infrarød teknologi og ressurser i det globale nettet anvendes. Siden oppgaven tar for seg interaksjonen mellom globale nettverk og ad-hoc nettverk, gis det definisjoner på hva vi mener med dette. Interaksjonen mellom ad-hoc nettverk og det globale nettet studeres ved hjelp av brukerscenarioer. Scenarioene blir presentert for å vise eksempler på tjenester. Hensikten med eksemplene er å gi et innblikk i hvilke muligheter som ligger i interaksjonen, og å vise ulike arenaer der slike tjenester kan tas i bruk. Ulike teknologier kan anvendes i nettverkene. I det globale nettet ser vi på GSM, GPRS og UMTS. I ad-hoc nettverket ser vi blant annet på WLAN, Bluetooth og infrarød-teknologi. For hver teknologi blir det gitt en beskrivelse av virkemåte og arkitektur, og styrker og svakheter vurderes. I oppgaven realiserer vi en tjeneste for å demonstrere hvordan interaksjon mellom nettverkene kan fungere i praksis. Vi har valgt å bruke universitetet som arena for en slik tjeneste. Kort beskrevet vil en student få tilsendt nyttig informasjon på sin mobiltelefon når han/hun kommer inn på universitetsområdet. Eksempel på informasjon er at en forelesning er avlyst eller flyttet. Studenten blir lokalisert ved at han har en PDA som kjører et klientprogram for posisjonering. For å realisere tjenesten anvendes GSM-teknologi for å sende SMS. Wireless LAN utgjør adhoc nettverket, og for lokalisering av PDA blir det tatt i bruk en lokasjonsserver utviklet ved Telenor FoU. Systemet som implementeres er et proof of the concept, og har ikke til hensikt å fungere som en fullverdig løsning. En utvidelse av funksjonaliteten i demotjenesten kan eventuelt bli realisert i en hovedoppgave. iii
iv
INNHOLDSFORTEGNELSE FORORD...i SAMMENDRAG...iii INNHOLDSFORTEGNELSE...v FIGURLISTE...vii TABELLISTE...viii FORKORTELSER...ix 1 INNLEDNING...1 1.1 Bakgrunn...1 1.2 Problemstilling...1 1.3 Avgrensninger...1 1.4 Oppbygning...2 2 DEFINISJONER...3 2.1 Globalt nettverk...3 2.2 Ad-hoc nettverk...4 2.3 Cooltown...4 3 NYE TJENESTER I INTERAKSJONEN MELLOM AD-HOC- OG GLOBALE NETTVERK...6 3.1 Gammel dame med dårlig helse...6 3.2 Meldingssending...7 3.3 Musikk...7 4 OVERSIKT OVER MULIGE TEKNOLOGIER...9 4.1 Teknologier i globale nettverk...9 4.1.1 GSM...9 4.1.2 GPRS...10 4.1.3 UMTS...12 4.1.4 Ny generasjons UMTS: IP Multimedia Subsystem...13 4.2 Teknologier i ad-hoc nettverk...14 4.2.1 WLAN Wireless Local Area Network...15 4.2.2 Bluetooth...17 4.2.3 SPIKE...18 4.2.4 HomeRF...18 4.2.5 HIPERLAN2...19 v
4.2.6 Infrarød teknologi...20 5 BRUKERSCENARIO FOR DEMOTJENESTEN...21 5.1 Beskrivelse av brukerscenarioet...21 5.1.1. Scenario...21 5.1.2. Beskrivelse av rammeverk...21 5.1.3. Begrensninger i rammeverket...22 5.2 Krav til det globale nettet...22 5.3 Krav til ad-hoc nettverket...23 6 TEKNOLOGIER ANVENDT I BRUKERSCENARIOET...24 6.1 Parlay OSA...24 6.2 Parlay X...27 6.3 Ekahaus Positioning Engine 2.0...28 6.4 Lokasjonsserver...29 6.5 GSM...30 7 ARKITEKTUR I BRUKERSCENARIOET...31 7.1 Overordnet arkitektur...31 7.1.1 Definisjon av globalt nett i brukerscenarioet...33 7.1.2 Definisjon av ad-hoc nett i brukerscenarioet...33 7.1.3 Struktur av demotjenesten...33 7.1.4 Klassediagram...38 7.2 Drøfting rundt designvalg...39 8 IMPLEMENTASJON...41 8.1 Teknologier anvendt...41 8.2 Testing...41 9 KONKLUSJON...43 REFERANSER...44 APPENDIKS: KILDEKODE...46 vi
FIGURLISTE Figur 1 Enhet sender signaler til sensorer...6 Figur 2 Sending av MMS...8 Figur 3 Arkitektur i GSM-nettverket. [10]...10 Figur 4 GPRS-arkitektur [9]...11 Figur 5 UMTS fra Rel-5; IP Multimedia Subsystem. [21]...14 Figur 6 WLAN infrasturktur topologi [14]...16 Figur 7 WLAN ad-hoc topologi [20]...16 Figur 8 Arkitekturen til Parlay/OSA [32]...25 Figur 9 Parlay Gateway består av flere Service Capability Servers [35]...26 Figur 10 Meldinger som går mellom Framework, applikasjon og SCS. [35]...26 Figur 11 Forholdet mellom Parlay X og Parlay API [48]...28 Figur 12 Ekahau trådløs posisjonering [28]...29 Figur 13 Arkitektur over Lokasjonsserver...30 Figur 14 Overordnet arkitektur...32 Figur 15 Lagdelt arkitektur...32 Figur 16 Lokaliseringsprosedyren...34 Figur 17 Meldingsflyt mellom klassene i meldingsapplikasjonen...35 Figur 18 Valg av tjeneste på Parlay/OSA...36 Figur 19 Sending av melding...37 Figur 20 SMS i GSM-nettet...38 Figur 21 Klassediagram...39 Figur 22 Alternativt design for lokasjonsserver, med Parlay/OSA...40 vii
TABELLISTE Tabell 1 Anvendte teknologier i implementasjonen...41 viii
FORKORTELSER Forkortelse Forklaring ADSL AP API BSC BSS CORBA GPRS GSM HIPERLAN2 HP HSCSD IMS IP IR IrDA ISDN ISM LAN MMS MSC PAN PATS PDA SCS SMS SMSC UMTS URL UTRAN WAP W-CDMA WLAN Asymmetric Digital Subscriber Line Aksesspunkt Application Programming Interface Base Station Controller Base Station Subsystem Common Object Request Broker Architecture General Packet Radio Service Global System for Mobile communication High Performance Radio LAN 2 Hewlett-Packard High Speed Circuit Switched Data IP Multimedia-Subsystem Internet Protocol Infrared Infrared Data Association Integrated Services Digital Network Industrial Scientific Medical Local Area Network Multimedia Message Service Mobile Switching Centre Personal Area Network Program for Advanced Telecom Services Personal Digital Assistant Service Capability Server Short Message Service SMS Centre Universal Mobile Telecommunication System Uniform Resource Locator Universal Terrestrial Radio Access Network Wireless Application Protocol Wideband Code-Division Multiple Access Wireless Local Area Network ix
x
1 INNLEDNING 1.1 Bakgrunn I dag finnes det mange globale telekommunikasjonstjenester som SMS, MMS og WAP. Cooltown er et konsept utviklet av Hewlett-Packard som kombinerer web-teknologi, mobile enheter og trådløs kommunikasjon for å utforske nye mobile tjenester og systemer. Ressurser i nettet er koblet til fysiske steder og enheter, der brukere har interaksjon med ressursene ved hjelp av enhetene de bærer med seg. Ved å bygge videre på ideene bak Cooltown vil det i framtiden kunne lages nye tjenester som baseres på tjenesteinteraksjon mellom globale nettverk og ad-hoc nettverk. Eksempel på slike tjenester kan være et eldre menneske som er ustø til bens, og derfor bærer på et apparat som kommuniserer med sensorer i hjemmet. Dersom personen skulle falle om og bli liggende, vil systemet sørge for at nærmeste sykehus bli alarmert og en ambulanse bli sendt. Et annet eksempel kan være at man mottar en liste over de 10 mest kjøpte cd-singlene på PDAen når man ankommer en musikk-butikk, og kan laste ned en prøve for å høre på den. Slike tjenester skaper et behov for en effektiv og pålitelig interaksjon mellom globale nettverk og ad-hoc nettverk. 1.2 Problemstilling Grunnlaget for denne oppgaven er følgende problemstillinger: Hvordan kan tjenesteinteraksjon mellom tjenester i et ad-hoc-nettverk og et globalt nettverk realiseres? Hvilke typer tjenester gir denne interaksjonen muligheter for? Hva er ideen bak Cooltown-teknologien? Hvordan skal man definere ad-hoc-nettverk og globale nettverk? Et brukerscenario skal utarbeides som rammeverk for nye tjenester i interaksjon mellom ad-hoc-nettverk og globale nettverk. Hvilke krav stilles til kandidatteknologier i brukerscenarioet? En proof of the concept -demo skal utarbeides. 1.3 Avgrensninger For at prosjektoppgaven skal bli oversiktelig og helhetlig er det viktig å gjøre visse begrensninger. Uten disse avgrensningene ville prosjektoppgaven blitt for omfattende og lite sammenhengende. Følgende avgrensninger er derfor blitt gjort: Rammeverket som har blitt laget skal fungere som et proof of the concept, og ikke være en fullstendig løsning på brukerscenarioet. Applikasjonen tar ikke hensyn til skalerbarhet, da dette ville tatt for lang tid å gjennomføre. Det er benyttet tilgjengelig teknologi i PATS-laben ved Telenor, og derfor ikke nødvendigvis den mest optimale teknologien. Ved vurdering av kandidat-teknologier er disse ikke blitt beskrevet til minste detalj. Det har blitt sett på de aspektene som er relevante i forhold til brukerscenarioet. Internett ses verken på som et globalt eller ad-hoc nett, og vil derfor ikke bli vurdert sammen med andre kandidatteknologier i rapporten. 1
De alternative brukerscenarioene skal fungere som illustrasjoner på tjenester som bruker interaksjon mellom globale- og ad-hoc nettverk. Det er ikke ment å gi enn fullstendig teknisk løsning. Sikkerhetsaspektet ved interaksjonen mellom globale- og ad-hoc nettverk har ikke blitt vurdert. 1.4 Oppbygning Prosjektoppgaven er inndelt i følgende kapitler: Kapittel 2 tar for seg definisjoner på globale nettverk og ad-hoc nettverk. Kapittel 3 beskriver nye typer tjenester i tjenesteinteraksjonen mellom ad-hoc nettverk og globale nettverk, og gir en beskrivelse av Cooltown-teknologien. Kapittel 4 tar for seg de ulike tilgjengelige teknologier for applikasjonen. Kapittel 5 beskriver brukerscenarioet som er benyttet for implementasjonen i oppgaven. Kapittel 6 tar for seg de teknologier som er benyttet i applikasjonen. Kapittel 7 beskriver arkitektur, sekvensdiagram og klassediagram for implementasjonen. Kapittel 8 beskriver verktøy benyttet under implementeringen. Kapittel 9 er en konklusjon og diskusjon på prosjektoppgaven. Vi har i oppgaven valgt å beskrive teknologier benyttet i applikasjonen før vi beskriver arkitekturen. Grunnen til dette er at vi måtte benytte teknologi som var tilgjengelig ved PATS-laben på Telenor, noe som igjen ble avgjørende for deler av arkitekturen. I oppgaven brukes ordene nettverk og nett synonymt. 2
2 DEFINISJONER Interaksjonen mellom globalt nett og ad-hoc nettverk skaper et grunnlag for nye tjenester. Før disse tjenestene beskrives nærmere, er det nødvendig med definisjoner på globalt nett og adhoc nettverk. I dette kapittelet presenteres derfor definisjonene som brukes i denne oppgaven. I tillegg er det nødvendig med en innledning til Cooltown-teknologien [1] og hva visjonene til dette konseptet går ut på. 2.1 Globalt nettverk Et globalt nett er et nettverk som spenner seg over store områder. Ordet globalt betyr verdensomspennende [2], men i dag finnes ikke noe nettverk som dekker hele verden. I denne oppgaven brukers derfor ordet globalt om et nettverk som dekker store deler av verden. Det har blitt valgt å se på følgende kriterier for definisjon av et globalt nettverk: Dekker store deler av verden Fast infrastruktur (inkludert faste basestasjoner i et mobilnett) Dedikerte ressurser Kostnadsorientert bruk Internett og telekommunikasjonsnettverk er nettverk som dekker store områder. Internett dekker store deler av verden og har noen dedikerte ressurser, men er selvkonfigurerende i den forstand at noder kan komme og gå. Egenskaper til Internett har blitt rangert av Øivind Kure i Telektronikk[3], og der ble ikke kostandsbasert bruk prioritert. Kostnatdsbasert bruk er noe vi ser på som en egenskap til et globalt nettverk. Når Internett også i en viss grad er selvkonfigurerende, velger vi i denne oppgaven å ikke se på Internett som et globalt nettverk. I rapporten brukes først og fremst det globale nettet i betydningen av telekommunikasjonsnett. I følge Network s Telecom Dictionary [4] defineres telekommunikasjon som kommunikasjon over en avstand ved å bruke telefon, telegraf eller radio. Telekommunikasjonsnett inkluderer trådløse mobilnett og det kablede telefonnettet. I denne oppgaven er det mobile nettet mest relevant, og det blir derfor lagt vekk på dette nettet i definisjonen av globale nettverk. Telekommunikasjonsnettverket eies av en teleoperatør og bruken av det belastes i form av tellerskritt eller mengde data sendt. GSM, GPRS og framtidens UMTS er globale telekommunikasjonsnett der mobiltelefonene er i bevegelse, mens dedikerte servere betjener enhetene og tilbyr tjenester. UMTS er enda ikke ferdig utbygd, men planlegges å få like stor utbredelse som GSM. GSM, GPRS og det kablede telefonnettet er i bruk i store områder i dag. I et globalt nett har man mulighet for et utvalg av ulike tjenester. Eksempler på dette er SMS, MMS, internettaksess og samtale. Med UMTS vil nye tjenester som for eksempel videotelefoni komme på markedet. Senere i oppgaven presenteres ulike brukerscenario som tar i bruk noen av tjenestene i det globale nettet. 3
2.2 Ad-hoc nettverk Bruken av trådløs overføring av data mellom mobile enheter som mobiltelefoner, bærbare PCer og PDAer har blitt stadig mer populært de siste årene. Behovet for et enkelt trådløst nettverk, som kan settes opp raskt og uten noen form for infrastruktur, melder seg. Et ad-hoc nettverk kan være en samling av trådløse mobile enheter som dynamisk former et midlertidig nettverk uten noen underliggende infrastruktur eller sentralisert administrasjon. I denne oppgaven defineres også et ad-hoc nettverk som et nettverk mellom to enheter, der den ene er trådløs og den andre er et fast punkt i nettverket, for eksempel et aksesspunkt i WLAN. Et ad-hoc nettverk kan være et personal area network, PAN, eller andre mindre nettverk, der noen av enhetene kun er del av nettverket så lenge en sesjon pågår, eller så lenge de mobile trådløse enhetene befinner seg i umiddelbar nærhet til resten av nettverket. Den begrensede rekkevidden for trådløs kommunikasjon gjør at ikke alle nodene kan stå i direkte forbindelse til hverandre, og nodene må derfor kunne opptre som rutere. Bruksområder for ad-hoc nettverk kan være militær- eller redningsoperasjoner der det er behov for raskt å sette opp midlertidige forbindelser i ulendt terreng, eller et universitet med studenter som vil jobbe i nettverk med sine bærbare PCer eller PDAer. Mulige teknologier som kan brukes for å forme ad hoc nettverk er blant annet Bluetooth og Wireless Local Area Network (WLAN). [5],[6] 2.3 Cooltown Cooltown er et prosjekt som Hewlett-Packard Labs arbeidet med for noen år siden. Deres visjon på fremtiden er at mennesker, steder og ting er koblet sammen trådløst. Konseptet ga et nytt syn på hvordan nettverkstjenester kan tas i bruk sammen med ad-hoc nettverksaksess. [1] Forskningsprogrammet til Cooltown er basert på HP sine underliggende overbevisninger om fremtiden. Disse deles i fem punkter: 1. Økende mangfold av mobil- og informasjonsprodukter, trådløse og kablede kommunikasjonsnettverk og multimediainnhold vil være det vanlige. Dette vil gi opphav til nye og sofistikerte tjenester som øker etterspørselen fra brukere. For å oppnå dette trengs åpne, bredt tilgjengelige standarder. 2. Internett er fremtiden. I motsetning til hemmeligholdte plattformer, består Internett av en nettverksinfrastruktur som er åpen, heterogen og standardbasert. Denne åpenheten og den store utbredelsen av Internett vil fortsette å gi grunnlag for å utvide et globalt sted for ideer, produkter og tjenester. 3. Alt har en tilstedeværelse på nettet. Mennesker, steder og ting i den fysiske verden vil ha en økende og kompleks presentasjon på nettet. 4. Bygge bro mellom den fysiske verden og den nett-tilkoblede verden. Fordelene med web services vil overføres til den fysiske verden, og online -miljøet får tilgang til fysiske steder og enheter. 5. Koble sammen tjenestetilbydere. Tjenestetilbyderne vil lenkes sammen på en kreativ og produktiv måte. 4
Cooltown beskriver en teknologi som gir tjenester for mennesker i bevegelse, der vi ser en konvergens mellom web-teknologi, trådløse nettverk og bærbare enheter. Ressurser i nettet kobles til fysiske steder og enheter. Dette gir mulighet for lokasjonsspesifikke tjenester der man befinner seg, og gir mulighet for interaksjon med omgivelsene. Brukerne samhandler med ressursene ved å bruke apparater som de har med seg. Disse apparatene kan være bærbare PCer, mobiltelefoner, smartwatches 1 og lignende. Mye av arbeidet i Cooltown fokuserer på å utvide nettverkteknologi, trådløse nett og bærbare enheter for å koble mobile brukere virtuelt til fysiske enheter og elektroniske tjenester. Nettverksteknologi har blitt integrert i digitale apparater og enheter som printere, radioer og lignende. Brukere kan automatisk oppdage nettressurser som er assosiert med nett-steder. En mobilenhet blir en fjernkontroll av nett-tjenester. På kommando kan den aksessere og få tak i informasjon. Denne informasjonen overføres trådløst av enheter som kalles beacons. Slike beacons kringkaster en URL som representerer et objekt eller et sted. URLen peker på et nettsted som gir informasjon, underholdning, reklame eller gateway til nettjenester. I Cooltown kan URL-merker samles ved hjelp av direkte interaksjoner, meldingstjenester, synkrone applikasjoner og lignende. Ting får en presentasjon på nettet ved at de får bygget inn web-servere, eller ved at en webserver er vert for tingens tilstedeværelse på nettet. Steder får en presentasjon på nettet ved at de organiseres på nettet i en samling som håndteres av en web-service. Det er vanskelig å finne noe svar på hvorfor HP har avsluttet Cooltown-prosjektet, men andre har akseptert ideen bak konseptet og videreutviklet den. Dette gjelder for eksempel Bluetooth [7] og WLAN [8]. Trolig vil ideene bak Cooltown også gi grunnlag for nye teknologier og tjenester i framtiden. [1] 1 Armbåndsur med innebygd operativsystem. 5
3 NYE TJENESTER I INTERAKSJONEN MELLOM AD-HOC- OG GLOBALE NETTVERK Som nevnt tidligere, vil en interaksjon mellom ad-hoc nettverk og det globale nettet gi rom for nye typer tjenester. For å gi en nærmere forståelse, vil det i dette kapittelet bli vist eksempler på slike tjenester. Brukerscenario presenteres, og mulig teknologi som kan anvendes beskrives uten å gå i detalj. Meningen er å presentere ulike brukerscenario for å vise mulighetene som ligger i interaksjonen. Hensikten er ikke å gi en fullstendig teknisk løsning. 3.1 Gammel dame med dårlig helse Hendelse Navn: Jorunn Alder: 83 Jorunn sliter med dårlig helse, og er redd for å bli liggende hvis hun faller og er alene hjemme. Hun har derfor fått et system i hjemmet som skal gjøre at helsepersonell kontaktes automatisk hvis noe skjer. En dag skjer det hun fryktet; hun faller om på gulvet og klarer ikke å komme seg opp. I løpet av kort tid sendes automatisk én melding til datteren og én melding til hjemmehjelpen. Hjemmehjelpen drar til boligen for å se hva som har skjedd. Hvis nødvendig kontakter hun sykehuset. Teknologi Langs listene i huset finnes sensorer som registrerer når Jorunn faller. Hun bærer på et apparat (for eksempel en PDA eller en smartwatch) som kommuniserer med disse. Mellom apparatet og sensorene brukes Bluetooth-teknologi. Apparatet og de aktuelle sensorene danner et adhoc nettverk. For å sende en melding tas det globale nettverket i bruk, der en SMS sendes ved hjelp av GSM-nettverket. I dette tilfellet sendes én melding til datteren og én til hjemmehjelpen. Figur 1 Enhet sender signaler til sensorer 6
Kommentarer Andre teknologier er mulig. For eksempel kan WLAN brukes mellom apparatet som bæres på kroppen og sensorene langs veggen. I det globale nettet er GPRS eller UMTS alternative løsninger. I tillegg kan SMS sendes ved hjelp av ISDN eller ADSL. 3.2 Meldingssending Hendelse Navn: Marit Alder: 22 Marit er på skolen. Hun sender en melding til Lise for å høre om hun vil chatte. Lise mottar meldingen og ser at Marit er på skolen. Hun begynner å chatte med Marit over det lokale nettverket på skolen. Teknologi Den første SMS-meldingen går over GSM-nettverket. De etterfølgende meldingene under chattingen foregår over WLAN, der terminalene danner et ad-hoc nettverk seg imellom. Kommentar Fordelen ved å bruke det lokale nettet til en slik type tjeneste, er at kostnadene blir lavere enn om det globale nettet skulle brukes. Hvis man chatter over det globale nettet, vil brukeren bli belastet for hver melding som sendes fram og tilbake. 3.3 Musikk Hendelse Navn: Thea Alder: 18 Thea kommer inn i en CD-butikk og mottar topp10 -listen på sin PDA. Hun har lyst til å høre sangen som ligger på første plass og laster den derfor ned på terminalen sin. Sangen høres bra ut, og Thea sender den til venninnen sin Tone, for å høre hva hun synes. Teknologi I dette scenarioet dannes et ad-hoc nettverk mellom en sensor i butikken og Thea sin PDA. Globalnettet blir brukt for å laste ned musikk og for å sende en melding til venninnen Tone. Infrarød teknologi brukes mellom en sensor i butikken og Thea sin PDA. Hvis dette brukes, må brukeren gå nær en sensor for å få lastet ned listen, da infrarød teknologi har relativt kort rekkevidde og må ha klar sikt. UMTS brukes for å laste ned melodien fra Internett og for å sende sangen til Tone. 7
Figur 2 Sending av MMS Kommentar Listen over sangene kan eventuelt lastes ned ved å bruke et lokalt nettverk i butikken, men dette betyr at hver butikk må ha utstyr som gjør dette mulig. 8
4 OVERSIKT OVER MULIGE TEKNOLOGIER I dette kapittelet vil vi ta for oss forskjellige kandidatteknologier innen globale nettverk og innen ad-hoc nettverk. Det vil bli gitt en generell beskrivelse av hver teknologi, og fordeler og ulemper nevnes. 4.1 Teknologier i globale nettverk Det finnes mange ulike teknologier som kan benyttes i et globalt nettverk. Vi vil i dette delkapittelet ta for oss tre aktuelle teknologier, beskrive virkemåte og arkitektur, og gi en beskrivelse av hvilke styrker og svakheter teknologiene har i forhold til hverandre. 4.1.1 GSM I 1982 ble det etablert en arbeidsgruppe for å utvikle det nye offentlige land mobile system som skulle dekke Europa. Gruppen ble kalt Groupe Special Mobile (GSM) [9]. De foreslo blant annet følgende kriterier for det nye trådløse mobilsystemet: God talekvalitet Lave kostnader for terminaler og tjenester Internasjonal roaming Håndholdte terminaler Støtte for introduksjon av nye tjenester Forkortelsen GSM står i dag for Global System for Mobile Communication. Dette systemet ble utviklet med tale som hovedapplikasjon og har derfor strenge sanntidskrav. Nye tjenester har etter hvert blitt lagt til og i dag tilbyr GSM SMS, WAP og linjesvitsjet data-overføring. Men alle disse tjenestene er basert på radio-aksess-grensesnittet til GSM, som kun tillater én bruker per kanal. Dette begrenser brukerbåndbredden og antall parallelle brukere som kan aksessere nettverket. Arkitektur De tre hoveddelene i GSM-systemet er (se figur 3): Mobile Station: benyttes av brukeren. Base Station Subsystem (BSS): kontrollerer radiolinken til mobilstasjonen. Hver BSS er kontrollert av en Base Station Controller (BSC). Kjernenettverket: håndterer alle linje-svitsjede tjenester til og fra mobilstasjonen. Kjernenettet består av Mobile Switching Centre (MSC) og forskjellige registre som ivaretar det meste av funksjonaliteten. MSC fungerer som en sentral node i kjernenettet og ivaretar funksjonaliteten knyttet til svitsjing, registrering, autentisering, handover etc. 9
Figur 3 Arkitektur i GSM-nettverket. [10] High Speed Circuit Switched Data Maksimal overføringshastighet på data i GSM er i dag 9,6 kbps [11]. High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) [12] tilbyr økt båndbredde for linje-svitsjet trådløs dataoverføring i GSM-nettet, med en hastighet fra 28,8 kbps og opp mot 57,6 kbps. Som navnet tilsier, tilbyr HSCSD økt båndbredde for linjesvitsjet data, og ikke for pakkesvitsjet data. Pakkesvitsjet data tilbys gjennom GPRS og blir beskrevet i neste delkapittel. HSCSD tilbyr aksess til Internett ved å sette opp en permanent forbindelse via GSMkjernenettverket til en ISP. Under en forbindelse blir en kanal dedikert til brukeren, og brukes ikke av noen annen så lenge forbindelsen varer. Brukeren blir taksert per minutt under forbindelsen, som i en samtale. Fordeler Stor utbredelse; applikasjoner basert på GSM gjør at de derfor kan brukes av mange. God dekning. Ulemper Ved nedlasting av data belastes man for tellerskritt som i en vanlig samtale. Ved nedlasting av data må man først ha dial-up-modem for å koble seg til nettet. Maksimal overføringshastighet på data i GSM er i dag 9,6 kbps 4.1.2 GPRS General Packet Radio Service (GPRS) [13] tilbyr pakke-svitsjet trådløs dataoverføring og er et viktig skritt i retningen av 3.generasjons nettverk. Forbindelse gis med én gang slik at informasjon kan sendes eller mottas så fort det er nødvendig. Det trengs ikke dial-up modem, 10
og det er derfor GPRS refereres til som always on. Denne umiddelbarheten er en av fordelene med GPRS i forhold til GSM. Teoretisk maksimumshastighet er ca. 179 kbps per kanal, men brukeren vil ikke oppleve dette, da dataraten forutsetter at der ikke skjer feilkorrigering og at alle 8 tidsluker blir brukt. Normal dataoverføring benytter feilkorrigering, noe som begrenser dataraten per tidsluke til ca 13 kbps. Ved å bruke GPRS for å koble seg til Internett takseres brukeren kun for mengde data lastet ned, og ikke for varigheten av samtalen slik som med GSM. Dette er fordi dataoverføringen i GPRS ikke har en slik betydning som en samtale i GSM. Ved forbindelse til Internett via GPRS deles en eller flere av de 14,4 tidslukene av flere brukere, og blir ikke dedikert til kun en bruker. Eksempler på tjenester som tilbys over GPRS er e-post, mobil-fax, informasjonstjenester, spill, lokasjonsbaserte tjenester, pakkesporing og reklame [9]. Arkitektur GPRS bruker mange av de eksisterende GSM-komponentene og er derfor integrert i GSMsystemet. Noe funksjonalitet er lagt til. GPRS skal gi overføring av data i et eksternt pakkedata-nettverk. Mobilterminalen må blant annet ha støtte for GPRS for å ta dette nettverket i bruk, men GSM brukes fortsatt for samtaler der en har samme funksjonalitet som før [9]. Nedenfor vises arkitekturen til GPRS-nettverket. Figur 4 GPRS-arkitektur [9] Fordeler Betaling kun for mengde data overført. Always on. Designet for å støtte applikasjoner der data kommer i skur. Høyere datarate enn GSM. 11
Begrensninger Begrenset cellekapasitet. GPRS påvirker den eksisterende cellekapasiteten i et nettverk. Tale og GPRS-kall bruker for eksempel noen av de samme nettverksressursene. Hastigheten er lavere i virkeligheten. Som nevnt ville det krevd at brukeren benytter alle de 8 tidslukene og ingen feilkorrigering for å oppnå maksimumshastigheten på 179 kbps. Dataraten per tidskanal er cirka 13 kbps. Forsinkelse. På grunn av pakkesvitsjing sendes pakker alternative veier i nettet, og samles hos destinasjonen. Dessuten kan en eller flere pakker kan mistes. GPRS har innarbeidet dataintegritet og retransmisjon av pakker dersom ønskelig, men dette gjør at forsinkelser kan oppstå. [10] 4.1.3 UMTS Utviklingen av GSM og GPRS danner bakgrunnen for innføringen av Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) [14] i Europa. UMTS er en av mange teknologier definert av International Telecommunication Union (ITU) for å muliggjøre tredje-generasjons mobile nettverk (3G). Standardiseringen skjer med støtte fra Europa, Asia og Amerika, og forventes derfor å få større utbredelse enn hva GSM har i dag [15]. Hensikten med UMTS er å tilby trådløse tjenester som krever høyere datarater enn det som kan tilbys av GSM/GPRS-nettverkene. Sammenlignet med andre-generasjons mobilsystemer, har UMTS forbedrede egenskaper, deriblant støtte for multimediatjenester, som lyd, video og datatjenester. [14], [16] UMTS støtter følgende tjenestekategorier og applikasjoner[9]: Internettaksess for eksempel meldinger, nedlasting av video og musikk, tale/video over IP. Intranett-tilgang for eksempel tilgang til felles database. Personifisert informasjon for eksempel nedlasting av video/musikk/bilder og spill. Multimediameldinger (MMS) SMS-utvidelse, for eksempel overføring av dokumenter. Lokasjonsbaserte tjenester tjenester som knyttes mot brukerens lokasjon, f.eks. navigering. Multimediatelefoni Det finnes ulike kvalitetsparametre på dataoverføring. Tjenester i UMTS-nettverket deles inn i følgende klasser, avhengig av kvalitetsparametre [17]: 1. Conventional - tale, videotelefoni, videospill 2. Streaming - multimedia, video on demand, webcast 3. Interactive - Nettverks-spill, database-aksess 4. Background - e-post, SMS, nedlastning av filer UMTS støtter både tale og datatjenester. Dataraten er avhengig av hvor man er og om man er i bevegelse. UMTS gir følgende bitrater [9], [16]: 144 kbps 384 kbps for utendørs mobile omgivelser og et redusert multimediatilbud i store celler. 12
348 kbps for å dekke behovet for multimedia i middels store celler. 2 Mbps; innendørs, i små lokale celler og ganghastighet. Dataraten på 2 Mbps oppnås ved å bruke W-CDMA 2 teknologi. Med denne teknologien deler alle tjenestene en felles radio-ressurs som bruker spredt-spektrum teknologi og bruk etter etterspørsel ( usage on demand ). Dette utnytter spektrumet, men fordi det er en felles ressurs, varierer båndbredden for hver bruker. Dataraten er avhengig av antall samtidige brukere, brukerens avstand fra basemottakeren, hastigheten brukeren beveger seg i og forstyrrelser i luften, slik som værforhold og lignende. UMTS tillater en bruker/applikasjon å forhandle om overføringsparametrene som er best egnet for å overføre informasjonen. Ifølge Telenor vil det i første omgang være en maksimal overføringshastighet for pakkesvitsjet trafikk på 348 kbps, og 64 kbps for linjesvitsjet [18]. Arkitektur Den første utgivelsen kom i 1999, og inneholdt de grunnleggende egenskapene for å aksessere et IP-nettverk og de linjesvitsjede nettverkene. Kjernenettverket består av GSM i den linjesvitsjede delen og GPRS i den pakkesvitsjede. Radio nettverket (UTRAN) er basert på W- CDMA teknologi og er uavhengig av kjernenettverket. I denne versjonen benyttes den linjesvitsjede delen for tale (klasse 1), noe som ble endret i Release 5, der den pakkesvitsjede delen også brukes for tale. Fordeler: Høy datarate Støtter multimediatjenester Ulemper: UMTS er under utbygging i Norge i dag og er dermed ikke tilgjengelig enda. Apparatene vil være relativt dyre når UTMS introduseres. (Det forventes at prisen vil falle når salget av terminaler øker.) [22] Det finnes ikke støtte for skifte av bæretjeneste under en sesjon. 4.1.4 Ny generasjons UMTS: IP Multimedia Subsystem UMTS-arkitekturen har utviklet seg gjennom utgivelsene og har blitt mer IP-fokusert når det gjelder transport og signalering. Infrastrukturen har gradvis blitt erstattet med en optimal IPbasert transport-infrastruktur. Den store påvirkningen av IP-baserte applikasjoner og betydningen av støtte for sanntid er dermed blitt tatt i betraktning. Transportdelen i versjon 5 (Release-5) består av en All IP -arkitektur [21]. Denne versjonen introduserer IP multimedia subsystemet (IMS) for å effektivt gi IP-basert multimediabaserte tjenester over pakkedomenet [19], som vist i figur 5. Dette subsystemet er et kontrollsystem for å utføre sesjonskontroll av IP multimediatjenester basert på SIP. Målet med IP multimedia-subsystem er uavhengig nettverksaksesss og å gi sømløse 2 Wideband code-division multiple access. 13
multimediatjenester basert på internett-applikasjonestjenester og protokoller. Utviklingen av tjenester gjøres av operatører og andre leverandører [14]. Fordeler Figur 5 UMTS fra Rel-5; IP Multimedia Subsystem. [21] Høy datarate. Støtter multimediatjenester. Støtter skifte av bæretjeneste under sesjon. All IP - arkitektur, det vil si IP-transport også i linjedomenet. Ulemper Dette er de samme ulempene som nevnes for UMTS i forrige del-kapittel, med unntak av det siste punktet. UMTS er under utbygging i Norge i dag og er dermed ikke tilgjengelig enda. Apparatene vil være relativt dyre når UTMS introduseres. (Det forventes at prisen vil falle når salget av terminaler øker.) [22] IMS er en teknologi som ligger langt fram i tid. 4.2 Teknologier i ad-hoc nettverk I dette del-kapittelet vil vi ta for oss potensielle trådløse teknologier for ad-hoc nettverk. Noen av teknologiene blir ikke beskrevet i detalj, da disse ikke er åpne spesifikasjoner eller er lite utbredt. De teknologiene som beskrives er WLAN Bluetooth SPIKE HomeRF HIPERLAN2 IrDA 14
Felles for de fire første teknologiene (WLAN, Bluetooth, SPIKE og HomeRF) er at de alle oprererer eller har mulighet for å operere i frekvensområdet 2,4 GHZ til 2,4835 GHz. Dette området kalles Industrial Scientific Medical (ISM) band, og er ulisensiert i de fleste land. Det vil si at frekvensområdet kan brukes fritt, noe som medfører en del interferens fra andre trådløse kortdistanse-teknologier. 4.2.1 WLAN Wireless Local Area Network Wireless LAN [8] tilbyr fleksibel datakommunikasjon. Nettverket er trådløst og et alternativ til kablet lokalnett, derav navnet Wireless Local Area Network. Forbindelsen i et slikt nettverk er tilgjengelig i et begrenset område, for eksempel en bygning eller et universitetsområde. Data mottas og sendes i luften ved hjelp av elektromagnetiske bølger (radiofrekvens eller infrarødt). WLAN kombinerer derfor dataforbindelse og mobilitet. En viktig fordel med WLAN er at det kan brukes uavhengig av kablede nettverk. Det kan brukes hvor som helst som et frittstående nettverk for å koble flere PC-er sammen uten å måtte bygge eller utvide et kablet nettverk. Når nettverket er på plass, koster det per i dag ingenting å bruke det for sluttbrukerne. Kommunikasjonen skjer i frekvensområdet fra 2,4 GHz til 2,48735 GHz (ISM-båndet). Ulike WLAN standarder er tilgjengelige i dag. Applikasjonsstandarden for de fleste WLAN er IEEE 802.11. Den eneste kommersielle versjonen som er tilgjengelig i dag er 802.11b standarden fra IEEE, som leverer 11 Mbps [8]. Rekkevidden til WLAN er avhengig av bruken og miljøet. Det kan variere fra ca 30 meter inne i en bygning til flere hundre meter utendørs ved direkte siktelinje [15], [14]. Arkitektur I IEEE 802.11 standarden kan det benyttes to forskjellige topologier: en hvor en gruppe av stasjoner kommuniserer direkte med hverandre i et ad-hoc nettverk, og en topologi med infrastruktur. Når infrastruktur benyttes angir et aksesspunkt et dekningsområde. Aksesspunktet (AP) koordinerer all kommunikasjon og er bro til andre nett; trådløse eller faste. Den fungerer som viderebringer. Det vil si at to terminaler som kommuniserer må begge kunne nå aksesspunktet, men trenger ikke nødvendigvis se hverandre for å sende informasjon seg i mellom. WLAN er derfor skalerbart, og kan konfigureres i forskjellige topologier. Infrastrukturen med aksesspunkt og trådløse enheter kalles Basic Servcie Set (BSS). Flere BSS er koblet sammen via et distribuert system, og refereres til som Extended Service Set (ESS) som vist i figur 6. Dette systemet kobler sammen flere BSS og LAN ved å bruke et distribuert system-medium (DS) for at aksesspunktene skal kunne kommunisere sammen. MDS kan være hvilket som helst nettverk, men er ofte et vanlig lokalnett. 15
Figur 6 WLAN infrasturktur topologi [14] Ved bruk av ad-hoc topologi kommuniserer enhetene direkte med hverandre uten å bruke et aksesseringspunkt (se figur 7). To eller flere enheter kan danne et trådløst nettverk, og dette kan fungere bra for enkle løsninger, for eksempel en eller to bærbare PCer i et konferanserom. Dette kan være nyttig for overføring av datafiler mellom maskinene, men mer avanserte egenskaper som man ellers har kan mangle. I tillegg kan ikke ad-hoc nettverk løse hiddenstation -problemer. Hidden-station oppstår når flere enheter prøver å sende samtidig og derfor gir uønsket interferens for en tredje stasjon. Et aksesspunkt kan minimere dette problemet. Ad-hoc nettverk Figur 7 WLAN ad-hoc topologi [20] Det kan diskuteres om WLAN er en teknologi som kan kalles et ad-hoc nettverk. Som nevnt er det mulig for enhetene å kommunisere direkte med hverandre. På en annen side går kommunikasjonen vanligvis via et aksesspunkt. I denne oppgaven sees likevel WLAN på som et ad-hoc nettverk, selv om infrastruktur benyttes. Fordeler Lisensfritt Ingen kabler 16
Billig å bruke Kan fungere som ad-hoc nettverk Ulemper GSM, GPRS eller UMTS mobilstasjon trenger Wireless Network Interface Card Direkte kommunikasjon uten aksesspunkt gir begrensede egenskaper 4.2.2 Bluetooth Brukere i dag må håndtere en rekke ulike oppkoblinger mellom enheter som PC, mus, tastatur, skjerm, printer, scanner, digitalt kamera osv. Dette gjør systemet komplekst og vanskelig å flytte med seg rundt. Trådløs kommunikasjon mellom disse enhetene gir derfor brukeren mange fordeler og muliggjør en videre bruk av mobile enheter. Bluetooth [23] er en teknologi som spesifiserer hvordan data kan overføres trådløst mellom maskinvareenheter. Bluetooth-teknologien ble utarbeidet av Ericsson Mobile Communications i 1994. Navnet Bluetooth kommer fra den danske vikingekongen Harald Blåtand, som førte Norge og Danmark sammen på 900-tallet, og symboliserer at teknologien forventes å føre sammen telekommunikasjons- og dataindustrien. Formålet med teknologien var å fungere som et grensesnitt mellom mobiltelefoner og dens tilbehør, men har utviklet seg til å bli en generell trådløs teknologi. Den første versjonen av Bluetooth-spesifikasjonen ble sluppet i 1999. Bluetooth-teknologien har i utgangspunktet en rekkevidde på 10 meter, men med en kraftigere sender kan rekkevidden utvides opp mot 100 meter. Bluetooth er en radiofrekvensteknologi og opererer i frekvensområdet 2.4 til 2.4835 GHz, som er det samme som WLAN benytter. Siden bruken av ISM-båndet er ulisensiert 3 i de fleste land i dag, finnes det mye annet utstyr som bruker de samme frekvenser. Dette oppleves som støy eller interferens og kan gi til dels betydelig reduksjon i kapasiteten. Den kanskje største støykilden er mikrobølgeovner som opererer nettopp på disse frekvensene. Selv om de som oftest er godt skjermet, kan en uheldig plassert mikrobølgeovn fullstendig lamme kommunikasjonen. Annet ustyr som bruker disse frekvensene er f.eks. enkelte alarmer og trådløse telefoner, enheter for trådløs overføring av videosignal og HomeRF. Fordeler Hovedstyrken til Bluetooth er muligheten for håndtering av både data- og tale-strømmer samtidig. Denne evnen sammen med ad-hoc tilkobling av enheter og automatisk oppdaging av tjenester gjør Bluetooth til en bra løsning for mobile enheter og internett-applikasjoner. [24] Andre fordeler er: Billig Trådløst Bruker lite strøm. 3 Åpent for alle som vil bruke det. 17
Kan brukes hvor som helst, forutsatt at enhetene støtter teknologien og at rekkevidden mellom enheten ikke er over 10 meter (eventuelt 100 meter). Det er ikke nødvendig at enhetene peker mot hverandre. Enkelt å bruke. Bluetooth-enheter kommuniserer automatisk med hverandre, når forbindelsen er satt opp èn gang. Ulemper Kort rekkevidde (spesielt "10 meters-utstyr"). Førstegangs-konfigurasjon kan være litt komplisert. Begrenset båndbredde (dataoverføringshastighet); 1 Mbps er ikke nok til for eksempel video-overføring (2 Mbps i neste versjon). Krever enheter som støtter teknologien. Interferens med andre teknologier i samme frekvensområde. Lite standardisert. 4.2.3 SPIKE SPIKE [25] er en relativt ny teknologi som ligner mye på Bluetooth-teknologien. SPIKE opererer i frekvensområdet 900 MHz, men er spesifisert for også å operere i 2,4 GHzfrekvensområdet, det samme som Bluetooth. SPIKE ble i utgangspunktet utviklet for bruk i videospill, som en erstatning for kabler mellom spillkonsollet og kontroll-boksen. Teknologien kan imidlertid også brukes utover dette, enten som en LAN-gateway, en MP3-server eller i peer-to-peer 4 kommunikasjon. SPIKE er utviklet av ett selskap, Eleven Engineering. Teknologien er derfor ikke åpen, og man trenger lisens på systemet for å studere spesifikasjonen. Fordeler Kan benyttes i peer-to-peer kommunikasjon. Ulemper Teknologien er kun utviklet av ett selskap, og spesifikasjonen er dermed ikke åpen. 4.2.4 HomeRF HomeRF [26] står for home radio frequency og ble utviklet som et alternativ til trådløst hjemme-nettverk. HomeRF benytter frekvens-hopping og kan levere opp til 1,6 Mbps. Dette er en for lav datarate for bruk i forretningsapplikasjoner, men passer bra til hjemmebruk. HomeRF Working Group ble dannet i 1998. De har offentliggjort protokollen Shared Wireless Access Protocol (SWAP) som støtter data- og taletrafikk. Protokollen kombinerer IEEE 802.11b og Digital Enhanced Cordless Telecommunications til et system. SWAP opererer i frekvensområdet 2,4 GHz, det ulisensierte ISM-båndet. Dette er det samme båndet som Bluetooth, IEEE 802.11, 802.11b og mikrobølgeovner bruker, og vil derfor kunne føre til 4 Peer-to-peer er en kommunikasjonsmodell der hver enhet har de samme egenskaper og de samme mulighetene for å starte en sesjon. 18
interferens mellom alle disse teknologiene. Enheter som bruker HomeRF kan operere både mot et aksesspunkt og som peer-to-peer. Det er tilsynelatende ikke helt den samme åpenhet om HomeRF protokollen som det er om f.eks Bluetooth, hvor standarden kan lastes ned direkte. Det er derfor vanskelig å sammenligne teknologien direkte med andre kort-distanse trådløse teknologier. Fordeler Støtter både data- og taletrafikk. Ulemper For lav datarate for bruk i forretningsapplikasjoner (1,6 Mbps). Opererer i det ulisensierte ISM-båndet, noe som kan føre til interferens fra andre teknologier i samme frekvensområde. 4.2.5 HIPERLAN2 HIPERLAN2 [27] står for High Performance Radio LAN 2 og er utviklet av ETSI og BRAN og publisert i mai 2000. HIPERLAN2 er en standard for trådløst LAN og opererer i frekvensområdet 5 GHz. [23] HIPERLAN2 støtter hastigheter opp mot 54 Mbps og har en innendørs rekkevidde på 30 meter og utendørs rekkevidde på 150 meter. Bruksområder er ad-hoc nettverk og mobile nettverk. HIPERLAN2 har en del fordeler i forhold til IEEE 802.11 slik at denne teknologien kan benyttes nær Bluetooth. En fordel er at HIPERLAN2 opererer i 5 GHz-båndet, som er forskjellig fra Bluetooth, og kan derfor fungere sømløst sammen med den. En annen fordel er høyere overføringshastighet i HIPERLAN/2 i forhold til IEEE 802.11. HIPERLAN/2 er videre standardisert med tanke på tilkobling mot ulike nettinfrastrukturer som TCP/IP-nett, ATM/Bluetooth-ISDN og UMTS. Det finnes ingen form for garantert tjenestekvalitet, kun en best effort tjeneste. Dersom mange noder sender såkalte høyprioritetspakker, vil man få de samme problemene som i et hvilket som helst annet delt medium. [20] Fordeler Opererer i 5 GHz-båndet, og kan derfor fungere sømløst sammen med Bluetooth og WLAN. Høy overføringshastighet (opp mot 54 Mbps). Standardisert. Ulemper Ingen tjenestekvalitet er garantert. 19
4.2.6 Infrarød teknologi Infrarød teknologi (IR) [23] tilbyr trådløs dataoverføring. IR er en short-range-teknolgoi, der det er nødvendig med en klar siktelinje mellom overfører og mottaker. I tillegg kan lysforhold påvirke signaleringskvaliteten. Tap av kommunikasjon kan skje hvis det er mye sollys eller bakgrunnslys. Fluoroescerende lys kan også inneholde mye infrarødt lys. Dette er et problem som kan løses ved at man bruker sterk signalering og et optimalt båndbreddefilter, som reduserer infrarødsignalene som kommer fra utenforstående kilder. Utendørs kan snø, is og tåke virke inn på effektiviteten til systemet. Infrared Data Association (IrDA) [29] er en gruppe av produsenter som har utviklet et sett standarder for infrarød dataoverføring. Standardene inkluderer utvidelser for høy-hastighets overføringer for 1.152 Mbps, 4.0 Mbps og 16 Mbps [28]. Dette gjør at overføringshastigheten til IrDA er raskere enn for Bluetooth. Men den maksimale rekkevidden er kortere (1,2 m). Sikkerhet I motsetning til andre trådløse teknologier går ikke infrarøde stråler gjennom vegger og andre materialer. Dette gjør IR til en sikrere teknologi i forhold til Bluetooth og HomeRF, som trenger sterkere kryptering for å hindre at personer utenfor bygningen kan overvåke overføringen. For å tyvlytte på overføringer som foregår ved hjelp av infrarød teknologi, må man oppholde seg i samme rom som overføringen skjer i. Fordeler: Ingen statlig regulering kontrollerer bruken (lisensfritt). Ingen interferens med elektromagnetisk (EM) stråling og RF. Ulemper: Fri sikt mellom enheter er nødvendig. Signalet påvirkes av lys, snø, is og tåke. Kort rekkevidde. 20
5 BRUKERSCENARIO FOR DEMOTJENESTEN Prosjektoppgaven tar for seg et komplekst område, som gir muligheter for et stort spekter av nye tjenester. Disse tjenestene har kompleks arkitektur og interaksjon. Vi har valgt å kun lage et rammeverk for å demonstrere en enkel tjeneste. En fullverdig løsning ville blitt for omfattende og ta for lang tid å realisere i denne prosjektoppgaven. 5.1 Beskrivelse av brukerscenarioet På et universitet er det mye informasjon som skal ut til studentene. En forelesning kan bli flyttet til et annet auditorium eller avlyses, et møte kan bli utsatt, temadager skal annonseres osv. Denne informasjonen skal noen ganger ut til alle studentene, andre ganger til mindre grupper. Ved å bruke interaksjon mellom et ad-hoc nettverk og et globalt nettverk kan denne informasjonen distribueres på en rask og enkel måte, og spare studentene for mye tid i en stresset hverdag. Noen tjenester som er aktuelle i et universitetsmiljø: Studenten mottar den nyeste informasjonen på sin mobiltelefon/pda ved ankomst til skolen. Studenter kan jobbe i nettverk ved hjelp av sine bærbare PCer. En Buddy-liste på mobiltelefonen kan fortelle hvor klassekameratene befinner seg. Studenten kan koble seg opp mot nærmeste printer fra PDAen sin for å skrive ut dagens forelesningsnotater. Det første av disse punktene realiseres i denne oppgaven. 5.1.1. Scenario Brukerscenarioet beskriver en student ved navn Thomas. Han er 20 år og studerer i 1. klasse ved linjen for elektroteknikk. Interessene hans er fotball, data og mobiltelefoner. Historien som følger gir en illustrasjon på et scenario som er mulig ved hjelp av interaksjon mellom nettverk. Første delen av dette scenariet realiseres i oppgaven. Thomas har kretsteknikk mandag morgen kl 08.15, men forsov seg og ankommer skolen i siste liten. Han slår på PDAen sin rett før han går inn hoveddøren til Elektrobygget. Innenfor hører han et meldingsvarsel fra mobiltelefonen sin. Han tar fram telefonen og leser meldingen. Der står det at forelesningen i kretsteknikk er flyttet til auditorium S3 i Sentralbygget. Thomas bestemmer seg for å la være å gå i forelesningen og i stedet gjøre denne ukens øving. Via mobiltelefonen kobler han seg opp mot Internett og går inn på fagets hjemmeside, ved hjelp av URLen som ble sendt med i meldingen. Der finner han øvingen og printer den ut på nærmeste printer. 5.1.2. Beskrivelse av rammeverk Det som skal implementeres er et enkelt rammeverk for hvordan en interaksjon mellom tjenester i et ad-hoc nettverk og et golbalt nettverk kan realiseres. Rammeverket er et proof of the concept og har ikke til hensikt å beskrive en fullstendig tjeneste. 21
Det skal implementeres en meldingsapplikasjon som har ansvar for å sende melding med relevant informasjon til studentene som ankommer et visst område. En student har en PDA utstyrt med WLAN kort som gjør at den kan benyttes i WLAN. PDAen må kjøre et klientprogram for posisjonering før den kan bli oppdaget. En lokasjonsserver har funksjonalitet som gjør at den kan varsle meldingsserveren om at en student har ankommet området. Funksjonaliteten til lokasjonsserveren er beskrevet under i delkapittel 6.4. Identifisering av student gjøres på grunnlag av mac-adressen til PDAen. Alle nettverkskort har en unik fysisk adresse som kalles mac-adresse (Media Access Control address). Dette er en 6-bytes adresse, vanligvis skrevet i hexadesimal form, for eksempel 08:00:20:0A:8C:6D. De tre første byte er leverandørspesifikke og de tre siste er unike for kortet [30]. I WLANnettverket er datalinklaget fra OSI-modellen delt opp i to lag; Logical Link Control layer og Media Access Control (MAC) layer. Mac-laget er grensesnitt mot nettverksmediet [31]. Mac-adressen er lagret i en database sammen med andre relevante opplysninger om studenten, som navn, adresse, studentnummer, telefonnummer og hvilke fag studenten tar. Når studenten ankommer WLAN-området, blir riktig melding hentet ut fra databasen og sendt som SMS til mobilen. Hvis studenten nok en gang kommer inn i WLAN-området, blir ikke meldingen sendt på ny. Dette er viktig, både fordi studenten ikke er interessert i gamle meldinger og fordi de som betaler for sending av meldingene ikke er interessert i å betale for unødvendige meldinger. 5.1.3. Begrensninger i rammeverket En student er assosiert med sin PDA, og som nevnt har en PDA en fast mac-adresse. Dette kan brukes for å personalisere tjenesten ved at informasjon om når studenten er i området og hva personen gjør blir lagret. Da systemet i denne oppgaven kun skal demonstrere interaksjonen mellom et globalt nett og et ad-hoc nettverk, er personalisering av tjenesten ikke tatt i betraktning. Når meldingsserveren har fått beskjed om at en student med en gitt mac-adresse har ankommet området, vil opplysninger angående fagene til studenten hentes ut av databasen og sendes i en SMS til studentens mobiltelefon. I realiseringen av tjenesten i dette brukerscenarioet skrives meldingen direkte inn i databasen. Alternativt kunne meldingene for eksempel blitt generert ved hjelp av et web-grensesnitt. Meldinger i demotjenesten sendes til alle studentene som ankommer området. I en fullstendig tjeneste hadde det vært mer interessant å ha muligheten for å sende meldinger til en begrenset gruppe, for eksempel en klasse. Det er mulig å ha funksjonaliteten til en PDA og en mobiltelefon i samme enhet. I tjenesten som er realisert i denne oppgaven benyttes to enheter, siden PDA med GSM-funksjonalitet ikke har vært tilgjengelig. 5.2 Krav til det globale nettet Tjenesten som realiseres i denne oppgaven inkluderer sending av SMS i det globale nettet. Meldingene skal være korte og kun bestå av tekst. Det er nødvendig at nettet er pålitelig, og at 22