Plugin-basierte Komponentenarchitektur zum ticketbasierten, drahtlosen Zugriff auf ein geschütztes Netzwerk

Diplomarbeit von Benjamin Winkler, Andreas Westendörpf

Problemstellung:

In der heutigen Gesellschaft besteht ein stetig wachsendes Bedürfnis nach Mobilität.

Durch die hohe Abhängigkeit der Informationsgesellschaft von Computern besteht dieses Bedürfnis vor allem in der Technik. Tragbare Computer, wie Laptops oder PDAs, erfreuen sich immer größer werdender Beliebtheit. Daher geht die Entwicklung der mobilen Computertechnologie in enorm hohem Tempo voran. Ebenso bildet das Internet für immer mehr Personen und Unternehmen einen Grundpfeiler der privaten und geschäftlichen Kommunikation.

Viele innerbetriebliche Abläufe von Unternehmen, aber auch private Transaktionen, werden heutzutage über das Internet abgewickelt oder maßgeblich durch Internetanwendungen unterstützt. Neue Kommunikationsmedien und -technologien werden immer mehr in die Geschäftsprozesse und -modelle von großen wie kleinen Unternehmen eingebunden.

Kein Unternehmen kann sich dieser Entwicklung entziehen, sodass die neuen Medien immer mehr zum Bestandteil des alltäglichen Geschäftsbetriebs werden.

Unternehmensangehörige ebenso wie Privatpersonen erwarten heutzutage die Möglichkeit, den eigenen mobilen Computer überall und jederzeit mit dem Internet verbinden zu können.

Um einen ergonomischen, unkomplizierten, benutzerfreundlichen, aber dennoch sicheren Zugang zum Internet zu bieten, wird eine flächendeckende Infrastruktur benötigt, die eine einfache Abrechnung durch den Betreiber ermöglicht.

Die Wireless Local Area Network-Technologie (fortan: Wireless-LAN) bietet eine ideale Grundlage für diesen Zugang, da sie keine Verkabelung benötigt und auf einem beschränkten Areal flächendeckenden Zugang zu einem Netz bieten kann. Außerdem bietet diese drahtlose Übertragungstechnik dem Nutzer maximale Mobilität und Flexibilität.

Das Anbieten eines drahtlosen Zugangs für Gäste und Kunden bietet einem Unternehmen nicht nur die Möglichkeit, seinen Kunden einen zusätzlichen Dienst zu bieten und weiteren Umsatz zu generieren, das Unternehmen präsentiert sich außerdem als innovativ, fortschrittlich und zukunftsorientiert.

Zielsetzung:

Drahtlose Netze sind eine relativ neue Möglichkeit, den Zugriff auf geschützte Netze zu realisieren. Sie bieten dem Benutzer Bewegungsfreiheit, flexiblen Zugang und einen, gerade für technisch nicht versierte Benutzer, einfachen Zugriff auf ein Netzwerk. Das im Rahmen dieser Diplomarbeit zu entwickelnde System ist speziell für den Einsatz an Orten mit hoher Besucherfrequenz ausgerichtet, z. B. öffentliche Gebäude wie Flughäfen, Bahnhöfe oder Messen, aber auch Orte mit einer langen Verweildauer der Gäste wie Hotels, Gaststätten oder Cafées.

Um das System möglichst flexibel zu gestalten, soll die Architektur des Systems auf Standard-PC-Hardware basieren und freie Softwareprodukte einsetzen. Gerade mit Blick auf zukünftige Technologien soll das System einfach, kostengünstig und schnell umzurüsten sein und somit die Investition in die Hardware sichern. So wird verhindert, dass der Einsatz neuer Technologien den Austausch des gesamten Systems erfordert. Es werden dann lediglich einzelne Hardware- und/oder Softwarekomponenten ersetzt oder Schnittstellen zu neuen Technologien dem Basis-System hinzugefügt.

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Konzeption und Entwicklung eines Systems zum zeitbeschränkten, drahtlosen (Wireless-LAN) Zugriff zu einem Intra- oder Internet auf Open-Source-Basis.

Gang der Untersuchung:

Inhaltlich ist diese Arbeit in folgende sieben Kapitel unterteilt:

Kapitel 1 erklärt die Problemstellung, definiert die Ziele der vorliegenden Abschlussarbeit und beschreibt ihren inhaltlichen Aufbau.

Kapitel 2 bietet eine grundlegende Erklärung der relevanten Begriffe sowie eine Einführung in die technischen Hintergründe von Wireless-LAN-Hotspots und der zu Grunde liegenden Technik. Prinzipien der strukturierten Softwareentwicklung und theoretische Grundlagen werden ebenfalls ausführlich erläutert.

In Kapitel 3 wird der aktuelle technische Stand (State of the Art ) auf dem Markt verfügbarer Lösungen ermittelt. Hier findet eine Unterteilung in zwei Produktgruppen statt. Zum einen werden Hardwarelösungen betrachtet, zum anderen Dienstleistungslösungen.

Darauf folgend findet eine kritische Auswertung der zuvor erfolgten Bestandaufnahme statt.

Im Anschluss an die Auswertung in Kapitel 3 werden in Kapitel 4 die funktionalen und technischen Spezifikationen für das zu entwickelnde System erarbeitet. Hierbei werden die Anforderungen festgelegt und anschließend die einzusetzenden Systemkomponenten identifiziert. Es folgt eine Beschreibung der Systemfunktionen aus Sicht der unterschiedlichen Benutzer. Nach einer Identifikation sowohl der internen als auch der externen Schnittstellen wird auf mögliche Einschränkungen des Systems eingegangen. Zum Abschluss werden Systemreaktionen auf unvorhersehbare Ereignisse festgelegt.

All dies wird in Form eines Anforderungskatalogs festgehalten.

Zu Anfang des Kapitel 5 wird die bei der Implementierung eingesetzte Entwicklungsumgebung sowie Werkzeuge vorgestellt und kritisch beurteilt. Darauf folgend wird die Motivation einer Open-Source-Lizensierung begründet und maßgebliche Entwurfsrichtlinien für eine ergonomische Bedienbarkeit des Systems definiert.

Mit Bezug auf die in Kapitel 2 dargelegten Grundlagen wird die Entwicklungsstrategie detailliert veranschaulicht. Hier werden unter anderem das Vorgehensmodell, die Systemarchitektur, das Verteilungskonzept sowie die Implementierungsmethoden und -standards erläutert.

Im Anschluss werden die Systeminterna unter funktionalen Gesichtspunkten betrachtet und ein abschließendes Fazit zur Entwicklung gezogen.

In Kapitel 6 wird das im Rahmen dieser Abschlussarbeit konzipierte und implementierte System und seine Funktionsweise ausführlich erklärt. Es wird auf die technischen Voraussetzungen für das System von Betreiber- wie von Benutzerseite aus eingegangen.

Anschließend wird es mit den im Kapitel 3 untersuchten Hardware- und Dienstleistungslösungen verglichen und ein Fazit erarbeitet.

Das Kapitel 7 enthält ein Zusammenfassung des Verlaufs der Diplomarbeit und einen Ausblick auf die zukünftige Weiterentwicklung des Systems.

Im Anschluss an das Schlusswort folgt das Literaturverzeichnis mit der Auflistung der verwendeten Quellen. Zusätzlich zum gedruckten Teil des Anhangs dieser Diplomarbeit wird ein digitaler Teil auf einer CD-ROM beigelegt. Diese enthält alle Quelltexte, eine ausführliche funktionale Dokumentation, einen Datenbank-Export, sämtliche Konfigurationsdateien der System-Dienste, die erstellten Unittests, sowie jegliche im Rahmen dieser Abschlussarbeit angefertigte Diagramme, Screenshots und alle weiteren Dokumente.

Inhaltsverzeichnis:

	Inhaltsverzeichnis	i
	Abbildungsverzeichnis	vi
	Glossar	vii
1.	Einleitung	1
1.1	Problemstellung	1
1.2	Ziel	2
1.3	Aufbau der Arbeit	2
2.	Grundlagen und Hintergründe	4
2.1	Wireless Local Area Network (Wireless-LAN)	4
2.1.1	Hotspot	5
2.2	Webtechnologie	5
2.2.1	HTTP	5
2.2.2	MySQL - My Sequential Query Language	7
2.2.3	Skriptsprachen	8
2.2.4	PHP - PHP Hypertext Preprocessor	9
2.2.5	VPN - Virtual Private Network	10
2.3	Nutzwertanalyse	10
2.4	Software-Lizensierung	12
2.4.1	Proprietäre Lizenzen	13
2.4.2	Freie Lizenzen	13
2.5	Software-Ergonomie	15
2.6	Strukturierte Softwareentwicklung	16
2.6.1	Motivation und Ziele	16
2.6.2	Vorgehensmodelle in der Softwareentwicklung	17
2.6.3	Software-Architekturen	24
2.6.4	Verteilung	26
2.6.5	Wiederverwendung mittels Software-Entwurfsmustern	27
2.6.6	Testgetriebene Software-Entwicklung	29
2.6.7	Implementierungsmethoden	31
2.7	Die Unified Modeling Language (UML)	33
3.	State-of-the-Art	35
3.1	Hotspot-Accesspoint-Hardwarelösungen	35
3.1.1	ZyAIR B-4000 Wireless-LAN Hot Spot-Gateway	36
3.1.2	Link - DSA-3100 Public/Private Hot Spot Gateway	36
3.1.3	Handlink - WSG-5000 Wireless PnP Subscriber Gateway	37
3.1.4	Vergleich der Hardwarelösungen	37
3.1.5	Nutzwertanalyse der Hardwarelösungen	38
3.2	Hotspot/Wireless-LAN Netze	39
3.2.1	Anmeldung, Ticketing & Billing	40
3.2.2	Angebotene Dienste	41
3.2.3	Nutzwertanalyse - Hotspot-Netze	41
3.3	Fazit zu Produkten und Netzen	43
4.	Anforderungskatalog zum PHP-Hotspot-System	44
4.1	Ziel des zu entwickelnden Systems	44
4.2	Anforderungen	44
4.3	Identifikation der Systemkomponenten	45
4.3.1	Hardwarekomponenten	45
4.3.2	Softwarekomponenten	45
4.4	Der Käufer des Hotspot-Systems	46
4.5	Beschreibung der Benutzersichten	47
4.5.1	Benutzer	48
4.5.2	Operator	49
4.5.3	Administrator	51
4.6	Darstellung der Schnittstellen	52
4.6.1	Externe Schnittstellen	52
4.6.2	Interne Schnittstellen	53
4.7	Beschreibung der Einschränkungen	54
4.8	Reaktion auf unerwünschte Ereignisse	54
4.9	Abrechnung	54
4.9.1	Post-Paid-Abrechnung	55
4.9.2	Pre-Paid-Abrechnung	55
4.10	Zustellung der Tickets	55
5.	Entwicklung des PHotspot-Systems	56
5.1	Entwicklungsplattform	56
5.2	Entwicklungsumgebung und Werkzeuge	56
5.2.1	Eclipse	57
5.2.2	phpEclipse	57
5.2.3	phpDocumentor	57
5.2.4	PHP	57
5.2.5	Smart Development Environment	59
5.2.6	SSH2 Plugin für Eclipse	59
5.2.7	Simpletest	59
5.2.8	Concurrent Versions System (CVS)	59
5.3	Softwarelizenz	59
5.4	Ergonomie der Anwendungsoberfläche	60
5.5	Entwicklungsstrategie	61
5.5.1	Vorgehensmodell	62
5.5.2	Systemarchitektur	62
5.5.3	Verteilung	73
5.5.4	Implementierungsmethode	74
5.5.5	Standards und Konventionen	74
5.5.6	Dokumentation	76
5.5.7	Datenhaltung und -struktur	77
5.6	Funktionsweise	79
5.6.1	Die Webapplikation	79
5.6.2	Basismodultechnologie der Webapplikation	80
5.6.3	Erweiterungsmodultechnologie der Webapplikation	81
5.6.4	PHP-Kommandozeileninterpreter-Programme	83
5.6.5	Betriebssystemdienste	84
5.6.6	Gesamtfunktion des Systems	85
5.7	Fazit zur Entwicklung	86
6.	Produkt PHotspot	88
6.1	PHotspot aus Sicht des Käufers	88
6.1.1	Systemvoraussetzungen für den Betrieb	88
6.1.2	Konfiguration des Betriebssystems, der Dienste und Module	89
6.1.3	Einrichtung des PHotspot-Systems	91
6.2	PHotspot aus Sicht der Benutzer	91
6.2.1	Systemvoraussetzungen für den Benutzer	91
6.2.2	PHotspot Benutzersicht: Alle Benutzer	92
6.2.3	PHotspot-Benutzersicht: Der registrierte Benutzer	94
6.2.4	PHotspot-Benutzersicht: Der Operator	95
6.2.5	PHotspot-Benutzersicht: Der Administrator	97
6.3	Performanz	104
6.4	Fazit zum Photspot-System	105
6.4.1	PHotspot im Vergleich zu Hardwarelösungen	105
6.4.2	PHotspot im Vergleich zu Hotspot-Netzen	107
7.	Zusammenfassung und Ausblick	109
7.1	Zusammenfassung	109
7.2	Ausblick	109
	Literaturverzeichnis	111
A.	Anhang	116
A.1	Abbildungen	116