Cooperative Internet Access in Resource Constrained Environments

Abstract

Der Zugang zum Internet ist heute an vielen Orten in Industrieländern und auch Entwicklungsländern entweder per Festnetz oder Mobilnetz möglich. Dies wiederum erlaubt es den Internetbenutzern quasi überall und zu jeder Zeit Emails abzurufen, Webseiten zu lesen, oder Videos abzurufen, wobei aber eine Störung oder ein zu langsamer Internetzugang die Benutzer eher verärgert. Der Zugang zum Internet ist in der Regel nur in Städten schnell und auch stabil genug für die heutigen Internetseiten. In vielen ländlichen Gebieten und auch auf Reisen außerhalb von Ansiedlungen, ist die Netzkapazität nicht ausreichend um die von den Benutzern gewohnten Netzinhalte in der erwarteten Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu übertragen. Der offensichtliche Schritt im Falle einer zu langsamen Internetanbindung für eine Anwendung ist aufgeben. Ein anderer Schritt wäre auf eine Verbesserung der Anbindung seitens des Netzanbieters zu warten, was aber eine sehr lange Wartezeit zur Folge haben könnte. Solch eine Situation in der die Internetanbindung zu langsam ist, nennen wir im Rahmen dieser Arbeit resource constrained environment.Wir präsentieren Meßergebnisse zum Datendurchsatz in zwei UMTS-Mobilfunknetzen in Deutschland um die Grenzen dieser aufzuzeigen. Typischer Weise ist aber nicht nur ein Internetbenutzer in einem Bereich mit einem eingeschränkten Internetzugang, sondern mehrere Benutzer. Wir gehen in dieser Arbeit davon aus, das es mehrere Benutzer in einem Bereich gibt, die dann kooperativ Daten aus dem Internet laden. Das hier eingeführte Schema erlaubt einer Gruppe von Benutzern die sich in räumlicher Nähe befinden, gemeinschaftlich auf eine Ressource im Internet zuzugreifen, mit dem Ziel den eingeschränkten Internetzugang jedes einzelnen Hosts zu beseitigen. Die grundsätzliche Idee ist: Benutze zeitgleich mehrere Internetzugangslinks (Festnetz oder Funknetz) und verteile den Datenaustausch zwischen ihnen ( Application-Layer Channel Bonding ). Das setzt ein 2. lokales Netz mit einem hohen Datendurchsatz, z.B. WLAN im Ad-Hoc Modus, vorraus, welches eine kostenlose Umverteilung der Daten zwischen den Benutzer erlaubt. Das hier vorgestellte Rahmenwerk nennen wir Kooperativer Internet-Zugang (engl. Cooperative Internet Access), welches in dieser Arbeit konzeptionell erarbeitet wird und an Hand von 2 Beispielanwendungen weiter ausgearbeitet wird. Wir zeigen wie der Kooperativer Internet-Zugang benutzt wird, um Peer-to-Peer Video-Streaming in einem resource constrained environment zu ermöglichen, wo es ohne diesen Ansatz unmöglich ist Streaming-Videos anzusehen. Wir stellen das Systemdesign für Peer-to-Peer Video- Streaming in solch einer Umgebung vor und evaluieren das System mit einer Simulationstudie, welche auf den Messungen der UMTS-Mobilfunknetz beruht.Als zweite Anwendung nehmen wir Webbrowsing, da diese Anwendungsart ebenfalls durch eine resource constrained environment beeinträchtigt wird. Eine zu langsame Übertragung von Webseiten erschwert den Zugang für Benutzer zu diesen Webinhalten. Das Systemdesign für den Kooperativen Web-Zugang (engl. cooperative web access) verwendet ebenfalls das Rahmenwerk des Kooperativer Internet-Zugang, um den Zugang zu Webseiten zu verbessern.