Performance Analysis and Simulation of a Freifunk Mesh Network in Paderborn using B.A.T.M.A.N Advanced

Tobias Hardes, "Performance Analysis and Simulation of a Freifunk Mesh Network in Paderborn using B.A.T.M.A.N Advanced," Master's Thesis, Department of Computer Science, University of Paderborn, October 2015. (Advisors: Falko Dressler and Christoph Sommer) [BibTeX, Details...]

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Abstract

Free networks are established and maintained by more and more people on a voluntary basis to be independent from commercial providers. This also enables an uncensored communication and leads to a network owned by a community. Freifunk is such a project and it is based on wireless mesh networks. All participants provide an own wifi router (node) for transferring data between different devices. The routing protocol used in the Freifunk network of Paderborn is called Better Approach To Mobile Ad-hoc Networking advanced (B.A.T.M.A.N. IV or Batman-adv). It uses so called Originator Messages (OGM) to announce the existence of a node and to measure the quality of different links in the network. The Freifunk network in Paderborn consists of about 800 nodes that periodically broadcast OGMs. This leads to a substantial base load of ∼25 GByte per month and node. Instead of performing modifications in the real network, I create a simulation model of the current network structure and implement version IV of the B.A.T.M.A.N. routing protocol. The model is validated by using data from the real network. Based on this model I propose and evaluate five different opportunities to improve the base load without impairing other functionality of the network. The simulation results show that a combination of two improvements can lead to a reduction up to 90%.

 

BibTeX reference

@phdthesis{hardes2015performance,
author = {Hardes, Tobias},
advisor = {Dressler, Falko and Sommer, Christoph},
title = {{Performance Analysis and Simulation of a Freifunk Mesh Network in Paderborn using B.A.T.M.A.N Advanced}},
institution = {Department of Computer Science},
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school = {University of Paderborn},
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}
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Efficient Authentication of Outsourced File Systems

Eine Ausarbeitung im Masterstudiengang Informatik. Es geht um die Authentifizierung von ausgelargerten Dateisystemen. Die Arbeit basiert auf einem Paper aus dem Jahr 2008.

Die Ausarbeitung legt einen starken Fokus auf die allgemeinen Algorithmen und auf die Funktionsweise.

Die schriftliche Arbeit gibt es hier, die Präsentation hier.

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Die ersten Versuche mit einem Bonsai

Bonsai beschreibt eine Gartenkunst für Sträucher und Bäume. Das Wort "Bonsai", setzt sich zusammen aus Bon=Schale oder Tablett und Sai=Baum oder Pflanze. Es bedeutet also: Einen auf ein Tablett oder in eine Schale gepflanzten Baum.
Eigentlich sind die Bäume optisch ansprechend, allerdings braucht die Gestaltung und Pflege eines Bonsai ein wenig Geschick.

Nun gerade weil die Pflege eines Bonsai vergleichsweise aufwändig und schwer ist, sollte man sich das vielleicht im Vorfeld von erfahrenen Personen zeigen lassen.

In der Nähe von Bielefeld, in der Stadt Enger, gibt es eine Bonsaischule, die Neulingen die Grundlagen in einem mehrstündigen Lehrgang vermitteln möchte.
Ich finde diesen Kurs sehr gelungen und extrem günstig (damals 58 EUR) für den Inhalt, der geboten wird. Der Kurs dauert ca. 5 Stunden.
Der Teilnehmer bekommt zunächst eine theoretische Einführung, die knapp 30 Minuten dauert. Themen sind die Bewässerung, das Düngen, Umtopfen oder der optimale Standort für die Pflanze.
Die nächsten zwei Stunden bekommt man verschiedene Pflanzen, die geschnitten werden müssen. Gestartet wird mit dem Erhaltungs- und Formschnitt.
Dabei wird geübt, die für einen Bonsai typische Form zu erhalten, bzw. der Pflanze eine bestimmte Form vorzugeben.

Nach einem kleinen Mittagessen wird dann eine Jungpflanze zu einem Bonsai gestaltet, der dann mit nach Hause genommen werden kann.

Bonsai_startGestartet wird also mit dem Rohling.

Jetzt ist Kreativität gefragt. Die Pflanze soll selbstständig geschnitten und gedrahtet werden. Zumindest die Idee für die spätere Optik sollte selbst entwickelt werden. Hilfe gibt es natürlich auch. Das Schneiden wird dann selbst durchgeführt werden muss - nur das Drahten wird von der Kursleiterin aktiv betreut.

Für einen Anfänger ist das Schneiden nach wie vor sehr "stressig", da doch nicht besonders viel übrig bleibt und alles was erst einmal ab ist, geht auch nicht mehr dran ;-).
Aber letztendlich ist es selbst als Greenhorn durchaus machbar ein brauchbares Ergebnis mit nach Hause zu nehmen.

Bonsai_fertig

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Freifunk in Paderborn - Ein Update

Es ist immer toll, wenn eine Idee so gut aufgenommen wird, wie Freifunk in Paderborn und Umgebung!

Vor einiger Zeit habe ich das Projekt Freifunk schon ein Mal kurz vorgestellt. Seitdem ist viel passiert.
Aus einer Idee von zwei Nachbarn ist mittlerweile ein großes Netzwerk mit vielen Fans und Unterstützern geworden. Aktuell (24.02) haben wir bereits knapp 40 Freifunk-Router in Paderborn, die von Firmen, Parteien und natürlich Privatpersonen bereitgestellt werden.
Das Projekt war bereits zwei Mal Thema in einer Tageszeitung und fast täglich bekommen wir Anfragen oder E-Mails mit Informationen zu neuen Knoten, die aufgestellt wurden.

Schön ist auch, dass wir die "Freifunker" schon gar nicht mehr alle selbst persönlich kennen. Das zeigt, wie weit die Idee mittlerweile getragen wurde.2014-02-22 20.18.31

Auch der eine oder andere Blogeintrag zeigen, dass die Idee super aufgefasst und immer stärker wächst. Es ist auch kein Problem Router in großen Mengen zu bestellen - liegen bleiben werden sie nicht 😉

Der aktuelle Stand macht große Hoffnung, da wir aktuell eigentlich noch gar nicht richtig gestartet sind. Es fehlt noch Arbeit am dem Gateway und an der Firmware für unsere Router.
Ist dies geschafft, wächst das Paderborner Netz hoffentlich noch stark an und findet viele Bürger, Touristen, Studenten und alle möglichen Menschen, die sich an einem offenen, freien, nicht kommerziellen, unzensierten und anonymen Netzzugang bereichern können :-).

postkarte_vorne

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Passwortsicherheit und Hashes

Vortrag zum Thema Passwortsicherheit und Hashes

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Raspberry PI als zentraler TOR Server

Wie in Raspberry PI als TOR Relay Knoten konfiguriert wird, wurde hier schon gezeigt. Natürlich funktioniert das auch auf jedem anderen Linuxsystem, aber ein Raspberry PI schafft das auch und verbraucht nur 3 Watt.

Für Clients (Notebooks etc.) gibt es ebenfalls eine Anwendung, um das TOR-Netzwerk benutzten zu können. Nun diese Software muss auf jedem Gerät installiert werden. Einfächer wäre ein zentraler Server innerhalb eines Netzwerks, der diesen Dienst einfach bereitstellt.

Das Ganze funktioniert mit dem bereits konfigurierten TOR-Relay Knoten - wir müssen das Ganze nur etwas erweitern.... hier

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Freifunk in Paderborn

Seit einiger Zeit beschäftigen wir uns mit dem Thema Freifunk und dem Ziel eine Community in Paderborn zu gründen.

Freifunk ist eine nichtkommerzielle Initiative zum Aufbau freier (Funk‐)Netzwerke. Es geht darum eine stabile und unabhängige Infrastruktur für den freien Datenverkehr zu schaffen. Unser Ziel ist es an möglichst vielen Orten einen freien Internetzugang für alle bereit zu stellen und Netzwerke zu schaffen, die unabhängig von den Interessen von Unternehmen und Behörden betrieben werden, und so den Austausch von Informationen ermöglichen und begünstigen.(Quelle: http://freifunk-nrw.de/)

Warum ein selbstverwaltendes Netz, wenn es doch das Internet gibt?
Diese Frage ist durchaus berechtigt. Nun im Gegensatz zum "herkömmlichen" Internet, ist die Infrastruktur des Freifunk Netzwerks komplett von den Mitgliedern geschaffen worden. Die Nutzung ist für jeden kostenfrei und damit entsteht hier schon ein enormer Unterschied zum Internet, da hier eigentlich immer für einen entsprechenden Anschluss gezahlt werden muss.
Das Freifunknetzwerk bietet zudem unterschiedlichste Anwendungen, die von den Mitgliedern selbst erstellt werden und über das Freifunknetz verteilt werden. Ein schöner Nebeneffekt ist, dass hier auch neue Kontakte entstehen und somit eine soziale Gruppe, die ein gemeinsames Ziel verfolgt.
Auffällig ist auch, dass ein Freifunknetz meistens für eine Stadt entsteht. Das bedeutet nicht, dass das Freifunknetz von Paderborn etwas komplett anderes ist, als das von Bielefeld. Viel mehr konzentriert sich das Netz für einen Ort eben auf Informationen und Aktivitäten, die diesen Ort betreffen. Dies Betriff vorallem die Inhalte, die von den Freifunkern erstellt werden. Der Zugang zum Internet ist natürlich so wie überall sonst auch.

Letztendlich kommt auch der Gedanke zum Thema Netzneutralität auf (eine subjektive Definition gibt es hier). Freifunk organisiert sich selbst und sichert damit diesen Aspekt.
Beispielsweise wird ein großer ISP in diesem Punkt demnächst etwas unternehmen. Damit sind bestimmte Inhalte nicht mehr gleichberechtigt mit anderen, wenn diese z.B. ihren Service nicht durch finanzielle Mittel entsprechend gleichstellen. Mit Freifunk wird dieser Aspekt aufgeriffen und weiter verfolgt. Somit wäre es theoretisch möglich diese Drosselung mit Hilfe von Freifunk zu umgehen, indem der Zugang von anderen Freifunkern genutzt wird.

Nachmal zum Thema freies Internet:
Natürlich ist es angenehm, wenn ein Freifunker seinen lokalen Internetanschluss dem Rest "der Welt" zur Verfügung stellt. Besonders bei der Diskussion zum Thema Breitbandausbau ist Freifunk damit interessant. Aber auch für Menschen, die unter Umständen keinen Internetanschluss haben oder für Touristen, die nur zur Besuch sind, ist Freifunk ein tolles und spannedes Vorhaben. Und wer schon einmal das Datenvolumen des mobilen Internetanschluss aufgebraucht hat, weiß ein freies und unabhängiges WLAN zu schätzen :-).

Wie geht es jetzt weiter?
Wir arbeiten gerade daran in Paderborn ein Freifunknetzwerk zu etablieren. Dafür brauchen wir aber noch Mitstreiter, die sich dieser Sache annehmen.
Unter paderborn.freifunk.net gibt es ein kleines wiki, was Fragen beantwortet. Das wiki haben wir erst gestern ( 16 Oktober) erstellt, es ist also noch nicht besonders gut gefüllt, aber wenn zusätzlich Fragen aufkommen, können uns diese gerne per Twitter oder über die Mailinglist mitgeteilt werden.

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Raspberry PI als TOR Relay Knoten

Das TOR-Netzwerk (TOR kurz für The Onion Routing) ist ein Netzwerk für die Anonymisierung von Verbindungsdaten des Internetnutzers.

Damit das Netzwerk funktioniert, erfordert dies viele Teilnehmer, die eigenen Kapazitäten zur Verfügung stellen. Diese Teilnehmer betreiben einen so genannten Relay-Node,  also einen Knoten, der Daten aus dem TOR-Netzwerk entgegen nimmt und zufällig weiterleitet. Die Verbindung zwischen den Knoten erfolgt verschlüsselt und ein Knoten besitzt nur die Kenntnis über einen direkten Nachbarknoten und nicht über den gesamten Fluss des Netzwerks. (Quelle: https://www.privacyfoundation.ch)

Alles Weitere findet sich hier

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Raspberry PI als SDR Server

Auf der 58. UKW-Tagung (es wurde berichtet) gab es verschiedene Vorträge zu dem vielseitigen Raspberry PI - darunter auch einen Punkt, wo der Raspberry PI als SDR Server betrieben werden kann.

Die Idee fand ich ziemlich cool und einfach und so also direkt mal ausprobiert. Ich nutze dafür den R820T NooElec Stick, der knapp 20€ kostet und für die "normale Anwendung" reicht.

An sich reichen ein paar Zeilen Code, bis das Ganze läuft. Der Raspberry stellt dabei nur das Signal zur Verfügung, weshalb die CPU-Last auf den Client ausgelagert wird.

Nachfolgend kurz die Kommandos, die auf der Shell ausgeführt werden müssen:

Das erste Kommando lädt allgemein Pakete herunter, die für den weiteren Verlauf gebraucht werden:

 sudo apt-get install git cmake libusb-1.0-0.dev build-essentials 
  • git: Versionsverwaltungssystem - genutzt für Softwareprojekte
  • cmake: Tool für die Erstellung von Software. Es generiert zusätzliche Dateien, die von dem eigentlichen Compiler später genutzt werden.
  • libusb-1.0-0.dev: USB-Programmierbibliothek
  • build-essentials: Wird benötigt, um Pakete zu erzeugen

Das zweite Kommando lädt den Programmcode für benötigte Software, um den DVB-T Stick zu steuern. Der Befehl erstellt ein neues Verzeichnis, in diesem Fall "rtl-sdr" und lädt die Quelldateien unter der angegebenen URL in dieses Verzeichnis.

 git clone git://git.osmocom.org/rtl-sdr.git 

Wir wechseln in das neue Verzeichnis, erstellen den Ordner "build" und wechseln in diesen.

 cd rtl-sdr/ 
 mkdir build 
 cd build 

Wir führen "cmake" auf dem darunter liegenden Ordner aus. Das Resultat landet in dem Ordner "build", den wir eben angelegt haben.

 cmake ../ 

Compilieren des Codes und anschließendes Installieren der Software.

 make 
 sudo make install 

Der Befehl "ldconfig" steuert die Verwaltung der Bibliotheken, die im System verwendet werden und mit dem nachfolgenden Befehl werden die Verweise auf diese Bibliotheken aktuallisiert.

 sudo ldconfig 

Für die Kommunikation mit dem Stick muss noch eine Datei kopiert werden. "udev" ist dabei ein Gerätedienst, der die Geräte im Verzeichnis /dev dynamisch verwalten kann.

 sudo cp rtl.sdr.rules /etc/udev/rules.d 

Jetzt muss eigentlich nur noch das Programm gestartet werden. Da das Ganze über das LAN funktionieren soll, muss die IP mit angegeben werden:

sudo rtl_tcp -a 'ip' 

Also zum Beispiel:

sudo rtl_tcp -a 192.168.0.42 

Die Software startet und der Raspberry PI ist nun ein "SDR-Server".

Das Ganze lässt sich jetzt relativ simpel über das Programm SDR# steuern. Dazu muss in der Liste der Eintrag RTL-SDR / TCP gewählt - und unter "Configure" die IP und der passende Port gesetzt werden. Im Standard ist der Port "1234" und dieser wird auch auf dem Raspberry PI beim Starten des Programms angezeigt.
sdr_sharpUnd dann sollte eigentlich alles klappen. Wer das Tool zum ersten Mal nutzt, sollte etwas mit den Einstellungen spielen und darauf achten, dass die Werte "RF-Gain" oder "Filter bandwidth" passend zum erfassten Signal gesetzt sind.

Raspberry_SDR_Tisch

In vielen Quellen liest man, dass das Ganze nicht über WLAN und auch nur mit einem sehr schnellen LAN funktioniert. Ich habe meine Installation im Internet zur Verfügung gestellt und eigentlich funktioniert das so auch noch ganz gut. Auf jeden Fall ein schöne Möglichkeit für den Raspberry PI!

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58. Weinheimer UKW-Tagung

Am letzten Wochenende, vom 13. bis 15. September 2013, fand die 58. Weinheimer UKW-Tagung statt.

Das Ganze fing am Freitag den 13. September bei der Clubstation DL0WH an. Eigentlich nur ein Tag, wo die letzten Gäste angereist sind und den Abend an der Clubstation ausklingen lassen haben.

Viele waren jedoch bereits schon die ganze Woche auf dem Gelände des Clubs und der Andrang war doch größer, als ich gedacht hatte und fast jeder hatte entsprechendes Equipment für das gemeinsame Hobby dabei.

UKWTagung_2013_Platz1Der Abend wurde dann gemeinsam verbracht, bevor es am nächsten Tag zur eigentlichen Tagung ging.

UKW_Tagung_2013_Freitag

Der Samstag galt hauptsächlich diversen Vorträgen, dem Flohmarkt und anderen Ausstellungen. Ein starker Focus war dieses Jahr wohl der Raspberry PI, ein kleiner Computer, der in etwa so groß ist, wie eine Kreditkarte und vielfältige Einsatzmöglichkeiten gibt, die hier vorgestellt wurden.
Vorgestellt wurden zum Beispiels die Bereitstellung eines SDR übers das Heimnetzwerk, ein Echolinkgateway oder ein APRS-Rx-iGate.
Die Arbeitsgemeinsachaft Mikrocomputer Kurpfalz stellte ebenfalls ein Projekt mit dem Raspberry PI vor. Hier ging es um ein "Remote DigiHelper", der Betreiber einer automatisch arbeitenden Station bei der Wartung und Administration unterstützen soll.

UKWTagung_Weinheim_EME_VortragAndere interessante Themen waren zum Beispiel EME, Störbarkeit von digitalen Bussystemen oder auch Neuigkeiten aus dem Bereich Notfunk.

Sehr schön ist, dass die Vorträge wirklich sehr gut vorbereitet und die Themen von den Referenten fundiert präsentiert und vorgestellt wurde. In den Vorträgen, die ich gehört habe, steckte viel Arbeit in der Vorbereitung und noch mehr in dem Projekt, was das eigentliche Thema des Vortrags war.

Neben den ganzen Vorträgen gab es auch einen großen Flohmark, wo allerlei Zeugs zum Verkauf angeboten wurde.

UKW_Tagung_FlohmarktUnd natürlich ist auch so eine Veranstanstaltung eine gute Gelegenheit, um neue Menschen kennenzulernen.

UKW_Tagung_2013_Tag2_Abend

Am Sonntagmorgen gab es noch ein letztes Frühstück mit einem Workshop von der Arbeitsgemeinsachaft Mikrocomputer und letztendlich war das Ganze dann gegen Mittag vorbei und die Gäste sind abgereist, sofern sie denn ohne Schieben und Hilfe durch den Schlamm fahren konnten.UKW_Tagung_2013_SchlammTrotz des schlechten Wetters und dem vielen Regen war es ein spannendes, informatives und unterhaltsames Wochenende, was hoffentlich nächstes Jahr mindestens genau so gut wird 🙂

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