Das Netz in der Hosentasche

Die Wissenschaft liebt Handys. Forscher haben die allgegenwärtigen Geräte bereits als Lokalisierungsinstrument, Geldbörse oder als Sensor verwendet, entsprechende Produkte sind längst auf dem Markt. Nun wollen Informatiker Mobiltelefone dazu benutzen, Daten auch ohne die Verwendung regulärer Kommunikationsinfrastrukturen zu senden und zu empfangen – Informationen sollen sich so geradezu viral verbreiten.

Die Idee nennt sich "Pocket-Switched Network" (PSN): Die eigene Hosentasche wird zum Knoten in einem Ad-Hoc-Netzwerk. Mit einem solchen System wäre es beispielsweise möglich, bei Naturkatastrophen Nachrichten von Person zu Person weiterzugeben – und zwar auch dann, wenn das reguläre Handy-Netz längst zusammengebrochen ist. Schritt für Schritt erreichen Daten so ihr Ziel. In einem anderen Szenario könnten Besucher, wenn sie sich an einen bestimmten Ort begeben, zum Datenkurier werden – ein ständiger Online-Zugriff ist nicht mehr möglich.

"Wenn sich diese Technik durchsetzt, hoffen wir auf eine ganze Reihe neuer Anwendungen", sagt Jon Crowcroft, Professor für Computerwissenschaften an der University of Cambridge und Leiter des dortigen PSN-Forschungsteams.

Die Idee gehört in die Kategorie der verzögerungstoleranten Netzwerke – dazu gehört auch das Interplanetary Internet-Projekt des Netzpioniers Vint Cerf, mit dem er das Web auch ins All holen will, wo nicht ständig Empfang herrscht. Verzögerungstolerante Netzwerke sind Teil einer Infrastrukturklasse, die Knoten enthalten, die nur gelegentlich miteinander verbunden sind und sich deshalb problemlos vom Netz nehmen lassen. Nachrichten bleiben so lange zwischengespeichert, bis sie ausgeliefert werden können.

Crowcrofts Netz besteht aus einer weit verstreuten Ansammlung von Geräten, die zumeist nicht miteinander verbunden und gleichzeitig mobil sind. Die Kommunikation erfolgt über Bluetooth oder andere drahtlose Netzwerktechnologien. Was für ein Teil des Netzwerkes ein Gerät ist, ob es nur eigene Informationen sendet und empfängt oder auch als Knoten für andere dient, entscheidet der Besitzer.

"Es ist ein Ansatz, bei dem von einer nur rudimentär vorhandenen Infrastruktur ausgegangen wird", sagt Kevin Fall, leitender Ingenieur bei Intel Research in Berkeley und selbst Experte für verzögerungstolerante Netze. "Man benötigt keine Basisstationen und keine Mobilfunktürme mehr. Man muss ein Gerät, das sich automatisch mit anderen Geräten verbinden kann, einfach nur mit sich herumtragen."

Was der Technik allerdings noch fehlt, ist eine einfache Programmierbarkeit. Die Entwicklung von Anwendungen für das PSN ist noch kompliziert. Crowcroft und sein Team wollen das Problem mit einer eigenen Sprache lösen. die die komplexe Erstellung von PSN-Programmen deutlich erleichtert.

Ihr Name lautet "Data-Driven Declarative Networking" (D3N) und sie erlaubt es, die in den Netzen vorhandenen Fähigkeiten ohne viel Federlesen auszunutzen – darunter die asynchrone Kommunikation und die von Hand noch sehr mühsamen Datenabfragen.

Die Sprache ist deklarativ, so dass sich der Programmierer auf seine Anwendungslogik konzentrieren kann. Um die für PSNs benötigten Algorithmen muss er sich nicht kümmern. "Eines der Ziele dabei ist es, alles so einfach zu gestallten, dass sich sehr komplexe und sehr interessante Anwendungen ganz leicht herstellen lassen", sagt Crowcroft.

Die D3N-Sprache basiert auf der F#-Programmierumgebung von Microsoft – ergänzt um Funktionen, mit denen die Gleichzeitigkeit von Ad-Hoc-Netzen beim Datenaustausch kontrolliert werden kann, verteilt über eine Anzahl asynchroner Knoten. Befehle zur Mustererkennung machen es leicht, Daten im lokalen Peer-to-Peer-Netz aus den verschiedenen Knoten auszuwählen.

Crowcroft und sein Team sind nicht die einzigen Forscher, die versuchen, die Programmierung von PSNs zu erleichtern. So existiert bereits seit dem letzten Jahr ein Framework namens Haggle, das ähnliches leistet. Der Unterschied: Es ist eine Bibliothek, in der Code zur Manipulation von Daten in einem PSN bestehenden Betriebssystemen wie Windows, Windows Mobile, Mac OS X, iPhone OS, Google Android oder Linux einfach hinzugefügt wird.

Die Intelligenz sitzt hier allerdings im Betriebssystem, nicht in der Code-Bibliothek. Das macht die Erstellung von Anwendungen mit D3N leichter. Darin geschriebene Programme können beispielsweise Daten aus dem Netzwerk mit einem einzigen Kommando beziehen. Entwickler, die mit Haggle arbeiten, brauchen dazu mehrere Codezeilen.

D3N-Code lässt sich laut Crowcroft außerdem leichter testen – ein wichtiges Feature, wenn Serviceprovier überzeugt werden müssen, entsprechende Programme auf ihre Geräte zu lassen. "Die Netzbetreiber wollen sicher stellen, dass die Software, die auf den Handys läuft, sehr, sehr zuverlässig ist", sagt Crowcroft.

Intel-Mann Fall freut sich, dass es für die Programmierung von PSNs nun Alternativen gibt. "Wir haben es bisher mit Haggle probiert. Crowcroft führt dessen Ideen nun weiter und hat eine ganze Sprache zur Entwicklung geschaffen."

Noch befindet sich D3N in einem frühen Stadium. Aber auch die PSN-Technik an sich ist noch sehr jung. Bestimmte Probleme sind ungelöst, beispielsweise die Frage nach der Sicherheit. Denn: Die Weitergabe von Daten von einem Handy zum nächsten könnte auch bösartiger Software einen neuen Verbreitungsweg geben. Hinzu kommt, dass Angreifer solche Kommunikationskanäle mit Spam und anderen unerwünschten Inhalten digital zumüllen könnten. "Das ist in einem Peer-to-Peer-System wirklich schwer zu lösen", meint Crowcroft, "ich hoffe, dass das nicht das ganze Projekt gefährdet".

Zunächst muss der Menschheit aber erst einmal beigebracht werden, PSNs überhaupt zu nutzen. Dagegen spricht unter anderem der Stromverbrauch, wenn man den Zugriff auf drahtlose Netzwerke wie WLAN oder Bluetooth ständig angeschaltet lassen muss. Und wer will seine Batterie schon unnötig leeren, nur um die Nachrichten anderer weiterzugeben? Die Forscher arbeiten deshalb an einem Hybrid-Kommunikationsmodell, das energiesparende Bluetooth-Verbindungen zum Suchen nach interessanten Daten innerhalb vorhandener Netzknoten nutzt. Energieintensivere Technologien wie WLAN werden erst dann aktiviert, wenn wirklich größere Informationsmengen übertragen werden müssen. "Uns interessiert eigentlich nicht, welcher Funksender die Daten dann weitergibt. Die Batterielebensdauer ist viel wichtiger", sagt Crowcroft.

Wenn dieses Problem erst einmal gelöst ist, müssen noch die Handy-Hersteller und Netzbetreiber überzeugt werden. Dann könnten PSNs zu einer alternativen Möglichkeit werden, große Datenmengen auch ohne teure Infrastruktur schnell zu verbreiten – ganz ohne Internet, allein durch die vielen Geräte in unseren Hosentaschen. Davon gibt es inzwischen fast überall genug. (bsc)