Design and Performance Optimization of Authentication, Authorization, and Accounting (AAA) Systems in Mobile Telecommunications Networks
Authentication, Authorization, and Accounting (AAA) systems have been and will continue to be pivotal elements for the success of mobile telecommunications networks. In their basic operation, AAA systems grant users the required access and facilitate the collection of accounting records which reflect the subscribers' usage of network resources. The design of AAA systems is therefore instrumental to the operators' revenue growth as it largely depends on ensuring transparent verification of users' identities, quickly authorizing the requested QoS levels by the services, and implementing smart charging and accounting strategies for the supported services. In light of these developments, in this thesis, we lay the foundations for the first formal framework for AAA system planning, design novel optimization mechanisms for accounting and authentication, and introduce AAA protocols to two promising areas including cellular backhaul applications over wireless mesh networks and inter-operator layer 2 optical communications. The thesis results illustrate the applicability of the planning models to a wide range of design scenarios, and the scalability and robustness of the proposed AAA optimization mechanisms and applications. As such the obtained results demonstrate potential for the proposed mechanisms and solutions towards standardization and commercial products.
Systeme zur Authentifizierung, Autorisierung und Abrechnung (AAA) waren und werden auch in Zukunft entscheidende Faktoren für den Erfolg mobiler Telekommunikationsnetze sein. In ihrer grundlegenden Funktionsweise erlauben AAA-Systeme den Teilnehmern den notwendigen Zugriff auf die Netz-Infrastruktur und ermöglichen die Generierung von Abrechnungs- beziehungsweise Gebühren-Datensätzen, welche die Nutzung der Netzwerk-Ressourcen durch den Benutzer widerspiegeln. Diese Funktionalität begründet ihre Relevanz in der Migration von einfachen Daten-Verbindungsmodellen auf differenzierte Multimediadienste mit hohem Funktionsumfang sowie mobilen Breitband-Anwendungen. Das Design von AAA-Systemen ist somit unverzichtbar für die Gewinn-Maximierung des Betreibers, die stark abhängig ist von der Bereitstellung transparenter Verfahren zur Überpruefung der Nutzeridentität, schneller Autorisierung der durch die Dienste angeforderten QoS-Parameter, und der Bereitstellung intelligenter Abrechnungs-Strategien für diese Dienste. Die vorliegende Arbeit schafft die Grundlagen eines ersten formalen Rahmenwerkes zur Planung von AAA-Systemen, entwickelt Optimierungsmechanismen für die Abrechnung und Authentifizierung und stellt zwei vielversprechende Bereiche vor: die Anbindung von Basisstationen über vermaschte drahtlose Netze, auch Backhaul-Anwendung genannt, sowie Inter-Provider-Kopplungen mittels optischer Verbindungen auf Layer-2. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass dieses Modell für einen großen Bereich von Anwendungsszenarien geeignet ist und demonstriert die Skalierbarkeit und Robustheit des vorgestellten AAA-Optimierungsmechanismus. Die gewonnenen Ergebnisse offenbaren sowohl ein erhebliches Potential für eine zukünftige Forschung auf diesem Gebiet, als auch potentielle Mechanismen und Lösungen hinsichtlich einer möglichen Standardisierung und Markteinführung.
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