An Internet Service Connectivity Protocol for Mobile Devices in Unknown IP Network Environments

Abstract

Commonly, a mobile device has some kind of knowledge about the possible Internet access points it is able to use in its current location. This knowledge can be obtained by different means, usually by performing some kind of a scan, as in the case of WLAN. What this knowledge does not contain is the information about the Internet services that can be reached through the access point.

In this master's thesis we define and implement a protocol to gain this additional knowledge. The main idea was that the protocol must be usable without any modifications to the existing network infrastructure. The result was a client-server protocol, in which the accessibility of Internet services is deducted by performing connectivity tests between the client and the server. These tests are started by the client sending HTTP POST request to the server. The POST includes the TCP and UDP ports the client wants to test. The server replies by sending an XML formatted HTTP body back to the client. After the negotiation the client initiates connectivity tests which are basically socket connections to the server.

The prototype implementation was done with Python programming language. Python was chosen, because it can be easily ported to different platforms. Al1 though Python, as an interpreted language, has some performance drawbacks, it was a good choice for rapid prototyping allowing us to test our implementation a real mobile device. Our testing of the implementation concentrated on the validity of the protocol design, the test results showing that the protocol works in the intended manner. Although we could not thoroughly test the scalability of our protocol, the conclusion of this study is that the Internet Service Connectivy Protocol is a promising option for advanced access point selection in mobile Internet.

Mobiililaitteella on yleensä jonkinlainen kuva sitä ympäröivistä tukiasemista. Tämä tieto voidaan kerätä eri tavoin, mutta tavallisesti käytetään ympäröivien verkkojen passiivista skannausta. Tämä skannaustulos ei kuitenkaan sisällä tietoa siitä, pääseekö verkon kautta käyttämään internetpalveluja.

Tässä diplomityössä suunnitellaan ja implementoidaan protokolla, jonka avulla mobiililaite voi kerätä nämä tiedot. Yhtenä päävaatimuksena protokollalle oli, että se ei saa vaatia muutoksia verkon infrastruktuuriin. Tuloksena oli asiakas-palvelintyyppinen protokolla, jolla internetpalvelujen saatavuus päätellään tekemällä yhteystestejä asiakkaan ja palvelimen välillä. Asiakas aloittaa testit lähettämällä HTTP POST-pyynnön palvelimelle. Tämä POST-pyyntö sisältää ne TCP- ja UDP-portit, jotka asiakas haluaa testata. Palvelin vastaa pyyntöön lähettämällä asiakkaalle XML-muotoisen HTTP-vastauksen. Tämän neuvotteluvaiheen jälkeen asiakas aloittaa yhteystestit. Yhteystestit toteutettiin käyttämällä tavallisia socket-yhteyksiä.

Protokollan toteutus tehtiin Python-ohjelmointikielellä, joka valittiin Python-ohjelmien helpon siirrettävyyden vuoksi. Vaikka Python-kielessä on joitain tunnettuja suorituskykyongelmia, se oli sopiva valinta, koska Pythonin avulla pystyimme tekemään prototyypin nopeasti ja testaamaan sitä oikealla mobiililaitteella. Testauksessa keskityimme vahvistamaan protokollamäärittelymme oikeellisuuden ja testitulokset osoittavat että protokolla toimii odotetulla tavalla. Emme kuitenkaan pystyneet testaamaan protokollamme skaalautuvuutta miljoonien käyttäjien tapauksessa, mutta johtopäätös diplomityöstä on, että Internet Service Connectivity Protocol on lupaava vaihtoehto älykkääksi tukiaseman valintatavaksi mobiili-internetissä.