FK FK SP LTE Ökonomie vs. Redundanzen – von der Verletzlichkeit der vernetzten Zukunft FK SP FK FK FK FK FK FK FK Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller Computer Systems & Telematics Freie Universität Berlin, Germany schiller@computer.org SP SP FK FK WLAN Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Überblick Historie der Kommunikationsnetze Was passiert wenn… Vom klassischen Telefon über intelligente Netze hin zum Internet Kostendruck und Fortschritt lassen Redundanzen verschwinden Was passiert wenn… …der Strom ausfällt? …die Software einen Fehler hat? …das Netz angegriffen wird? Neue Strukturen als Ausweg? Spontane Netze, vermaschte Netze, Selbstorganisation… Beispiele aus der Forschung Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Historie der Kommunikationsnetze 1 Klassisches Telefonnetz Hoheitlich betrieben, meist Monopol Nur Sprache, zunächst analog, dann digital (ISDN) Strikte Trennung von Steuerung des Netzes und Übertragung der Nutzdaten Energieversorgung über Telefonleitung („Amtsbatterie“) Vermittlung Vermittlung Steuerung Daten Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Historie der Kommunikationsnetze 2 Intelligentes Telefonnetz Grundlage für 0800/0130-Nummern, Televoting über 0137 Viele neue Dienste wie Konferenzschaltung, Callcenter, Anrufweiterleitung, Voicebox, Bezahldienste, … Grundphilosophie: Endgeräte (Telefon, Handy, Fax) sind eher „dumm“, das Netz ist „intelligent“ (und unter Kontrolle des Netzbetreibers) Intelligentes Netz Dumme Endgeräte Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Historie der Kommunikationsnetze 3 Mobilfunknetz Weiterentwicklung von digitalem Telefonnetz, Intelligentem Netz plus Funk („ISDN + Funk + Datenbanken“) Hochkomplexe Netzsteuerung, am Anfang „dumme“ Handys DAS erfolgreichste Kommunikationssystem mit 4,8 Milliarden Teilnehmern (Stichwort GSM, UMTS…) Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Historie der Kommunikationsnetze 4 Internet Grundphilosophie: Endgeräte (Computer, Server) sind „intelligent“, das Netz ist eher „dumm“ (transportiert einfach Daten, egal welchen Inhalts: Steuerung und Nutzdaten!)) Keine Monopole, Zusammenschluss von verschiedenen Netzen auf „einfacher, robuster Basis“ (Internet Protokolle) Anfänglich nur für „unkritische“ Aufgaben (Email, WWW…) Dummes Netz Intelligente Endgeräte Intelligente Endgeräte Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Kostendruck und Fortschritt Internet kann auch Sprache übertragen (Voice over IP) Technisch gesehen ist Sprache auch nur Bitfolge = Daten Allerdings klassisch keine Dienstgüte verfügbar Klassische Kommunikationsnetze sind hochkomplex Verhindern neue Geschäftsmodelle am Rande des Netzes Bieten aber qualitativ hochwertige Dienste Deregulierung der Telekommunikationsmärkte Viele neue Akteure, Dienstanbieter, Betreiber etc. Verschmelzung der Netzarten in Richtung Internet Eine Infrastruktur hoher Leistungsfähigkeit Massive Kosteneinsparungen Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Kommunikationsnetze heute Praktisch keine analogen Netze mehr, alles digital Dominiert von Mobilfunk (riesige Infrastruktur) Immer mehr Telefonie über das Internet Direkt über Computer Indirekt über DSL- Anschluss Unbemerkt netzintern Komplett von direkter Strom- versorgung abhängig „Alles hängt mit allem zusammen“ Internet-basiertes Kernnetz Klassische Steuerung Internet GSM UMTS öffentliches WLAN Server Klassisches Telefonnetz Satellit privates WPAN Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Was passiert, wenn…? Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Was passiert, wenn der Strom ausfällt? Klassisch: Notruf per Telefon, da Fernspeisung Internet-Zugang benötigt Strom! Kein Internet, kein Telefon, kein WLAN Mobilfunk benötigt Strom! Handy ok, aber nicht Basisstation, Infrastruktur Fernseher geht auch nicht, wer hat noch Batterieradio? Zwar existieren Notstromaggregate und Batterien, aber längst nicht für die Vielzahl an Infrastrukturkomponenten Fazit: So gut wie nichts geht mehr Plus: Keine EC- Karte, kein Einkauf, keine Heimpflege, keine Wasserver- sorgung, … Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Was passiert, wenn die Software einen Fehler hat? Systeme sind hochkomplex Nicht einfach Leitungen plus Schalter/Stecker/Relais/… Softwarefehler passieren Auch bei sorgfältigster Entwicklung Oft aufgrund nicht überschaubarer Wechselwirkungen, vieler neuer Möglichkeiten, kurzer Innovationszyklen Häufig nur ein bzw. wenige Hersteller Fehler wirken sich schnell auf alle Systeme aus Fazit: Sehr schnell sind Millionen Nutzer betroffen Systemaktualisierung bei Telekom legt 40 Mio. Nutzer lahm Fehler in Internet-Komponenten lassen komplette Netze wegbrechen Klassische Hochverfügbarkeit? Notrufe? Redundanz? Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Was passiert, wenn das Netz angegriffen wird? Vernetzungsgrad steigt Alles mit allem vernetzt Immer mehr Bereiche vernetzt Abhängigkeit wächst Keine Produktion ohne Kommunikation Kein Geldtransfer ohne Kommunikation Rettungsdienste, Kraftwerke … Fast alles „irgendwie“ Internet-basiert Einfacherer Zugang, bekannte Schwachstellen Viele Motive für einen Angriff Politisch, finanziell, aus Spaß Sehr hohes Erpressungspotenzial Fazit: Deutlich erhöhtes Bedrohungspotenzial Z.B. Industriespionage, Blockieren des Notrufs… Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Neue Strukturen als Ausweg? Der Weg hin zu Internet-basierten Techniken ist unumkehrbar Zu viele wirtschaftliche Vorteile, viel technisches Wissen, viel mehr Gestaltungsmöglichkeiten Klassische Telekommunikationsarchitekturen zu starr, zu komplex Kommunikationstechniken für Notfälle werden gebraucht Spontane Kommunikation, unabhängig von Infrastruktur Autarke Systeme mit Möglichkeit zur Ankopplung an klassische Strukturen Hohe Zuverlässigkeit auch unter widrigen Umständen Z.B. TETRA Klassisches Netz Kommandant Direkte Sprechverbindung Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Eine Lösung: Spontane Funknetze Kommunikationsnetze ohne Infrastruktur Nutzen der Komponenten der Teilnehmer zur Vernetzung Beispiele Single-hop: Alle Partner sind in Funkreichweite Nur für eng begrenzte Gebiete Z.B. Bluetooth, Veranstaltung… Multi-hop: Weiterleiten von Daten über andere Teilnehmer hinweg Abdeckung einer größeren Fläche, Umgehen von Hindernissen Z.B. TETRA Digitaler Polizeifunk, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Netze… Unterstützung von bottom-up-Organisation Hierarchische, top-down-Strukturen ungeeignet bei eingeschränkter Kommunikation Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Eigenschaften spontaner Funknetze Funkknoten (FK) überwachen die Umwelt, unterstützen Sprache FK sind Kleinstcomputer mit Fähigkeit zur Kommunikation Kommunikation miteinander, übereinander oder mit leistungsfähigeren Sammelpunkten (SP) mit ggf. Anbindung an Infrastruktur Das Netz ist komplett selbstorganisierend und selbstheilend SP GSM, UMTS, TETRA, … FK FK FK FK FK FK SP ALARM! FK FK FK ALARM! ALARM! FK SP FK SP xyz FK Telefon WLAN ALARM! Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Spontane Funknetze zur Lebensrettung Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Überwachung von Vitalparametern Berliner Feuerwehr Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Lokalisierung an der Unglücksstelle Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Übertragung in die Einsatzzentrale Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Forschungsprojekt FeuerWhere TETRA Mobiles, selbstorganisierendes Funknetz TETRA digitaler Bündelfunk Datenübertragung und Lokalisierung Berliner Feuerwehr 4450 Feuerwehrmänner 300000 Einsätze/Jahr (8000 Feuer) Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Zusammenfassung Verschmelzung der Techniken Was passiert wenn…? Internet als Grundlage, eine Netz- technik für viele Dienste Kostendruck und Fortschritt lassen Redundanzen verschwinden Was passiert wenn…? Ohne Strom geht so gut wie nichts mehr Wahrscheinlichkeit von Ausfällen durch Fehler steigt Deutlich erhöhtes Bedrohungspotenzial durch einheitliche Technologie und hohe Wertschöpfung Spontane, selbstorganisierende Funknetze für Notfälle Unterstützung der bottom-up-Organisation Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

ErgänzungsFolien Ökonomie vs. Redundanzen Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Beispiel: Felsüberwachung in den Schweizer Alpen Funkknoten überwachen Fels- und Lufttemperatur, Feuchtigkeit, Regenmenge Selbstorganisierendes Funknetzwerk Von Laien installiert Autonomer Betrieb Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Beispiel: Felsüberwachung in den Schweizer Alpen Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller cst.mi.fu-berlin.de 2010-09-07

Beispiel: Lebensraumüberwachung - Skomer Island UK Universität Karlsruhe Institut für Telematik Beispiel: Lebensraumüberwachung - Skomer Island UK Mobilkommunikation SS 1998 Schwarz- schnabel Sturm- taucher Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller www.jochenschiller.de MC - 2008 Prof. Dr. Dr. h.c. G. Krüger E. Dorner / Dr. J. Schiller

Beispiel: Lebensraumüberwachung - Skomer Island UK Universität Karlsruhe Institut für Telematik Beispiel: Lebensraumüberwachung - Skomer Island UK Mobilkommunikation SS 1998 Herausforderung: Robustheit, Zuverlässigkeit, einfacher Einsatz Prof. Dr.-Ing. Jochen H. Schiller www.jochenschiller.de MC - 2008 Prof. Dr. Dr. h.c. G. Krüger E. Dorner / Dr. J. Schiller