protocolos de micro-mobilidade ip vera nagamuta nagamuta@ime.usp.br

Protocolos de Micro-Mobilidade IP

Vera Nagamutanagamuta@ime.usp.br

Tópicos Gerenciamento de mobilidade Mobile IP: solução para macro-mobilidade Problemas do Mobile IP Protocolos de micro-mobilidade

Hierarchical Mobile IP Cellular IP HAWAII Multicast-based

Avanço das comunicações móveis tem permitido o acesso a serviços e aplicações em qualquer instante, em qualquer lugar, com liberdade de movimentação

Necessidade de infraestrutura de HW e SW Endereço IP = identificação da máquina +

localização (ponto de acesso na rede) ProblemaProblema: mudança do ponto de acesso

=> mudança do endereço IP

Gerenciamento de mobilidade

Conexões TCP são identificadas pelo par: <no. da porta, endereço IP> Quando uma UM migra e muda seu ponto

de acesso, conexões TCP são perdidas, além disso, pacotes são encaminhados incorretamente (antigo endereço IP)

DesafioDesafio: prover migração transparente Gerenciamento de mobilidadeGerenciamento de mobilidade: trata o

problema de como oferecer acesso transparente a serviços durante migrações, mantendo conexões ativas

Gerenciamento de mobilidade

Gerenciamento de mobilidade

Gerenciamento de localização

Gerenciamento de handover

Mantém atualizada a localização de uma UM

Mantém a conexãocom a UM enquantoesta se move e muda o ponto de acesso

Gerenciamento de mobilidade

Tarefas: Endereçamento de unidades móveis

(UM) Manter atualizada a localização das

UMs Localização (Paging)

Desafio: executar as tarefas com mínima carga de sinais na rede

Gerenciamento de localização

Gerenciamento de handover

Detecção e início

Nova conexão

Fluxo de dados

UM

Alocação/liberaçãode recursos

Atualização de rotas

Buffer /Forwarding

Multicast

Rede

Gerenciamento de handover

Desafio: Desafio: baixa latência e com mínima perda de dados (Handover SuaveHandover Suave)

Mobile IP: Uma solução para macro-mobilidade

Mobile IPMobile IP [1] é uma extensão do protocolo IP para dar suporte à mobilidade, preservando conexões existentes

UM é identificada/localizada através de seu endereço IP que se mantém fixo (home address)

Também é associada a um endereço IP provisório (Care-of-AddressCare-of-Address – CoACoA) relativo à rede /ponto de acesso para onde a UM migrar

Localização e handover são tratadas por dois elementos: HAHA (Home AgentHome Agent) e FAFA (Foreign Foreign AgentAgent)

Home Agent

Internet

Foreign Agent

Foreign Network

Home NetworkCN

UM

AgentAgent Advertisement Advertisement

AgentAgent Advertisement Advertisement

Nó correspondente

Registro

Mobile IP

Home Agent Internet

Foreign Agent

Foreign Network

Home NetworkCN

UM

(1)UM

(2) CoA

Agent Advertisement

(3) CoA

Binding Update

(4)

Tunneling

Mobile IP

Internet

Foreign Agent

Foreign Network

Home NetworkCN

UM

Home Agent

SoluçãoSolução: Otimização de rota [2]CNCNs mantém caches e recebem msgs de atualização de CoACoA, enviando pacotes diretamente ao CoACoA

Mobile IP: Roteamento Triangular

Durante o handover, até que a msg de atualização chegue no HAHA ou CNCN, pacotes destinados à UMUM são perdidos

SoluçãoSolução: Smooth Handoff [2]Smooth Handoff [2] O atual FAFA notifica o antigo FAFA o novo

CoACoA da UMUM, fazendo com que este envie os pacotes diretamente para a UMUM

Mobile IP: Smooth handoff

Alta taxa de perda de pacotes devido ao longo processo de registro de localização

Latência Alta carga de mensagens, qdo há muitas

migrações (atualização a cada handover) Problemas no suporte a QoS (mudança

constante do CoACoA)

Mobile IP: Problemas

Gateway Internet

CN HA

Domínio 1 Domínio 2

Micro-mobilidade

Macro-mobilidade

Gateway

Protocolos de micro-mobilidademicro-mobilidade: tratam mobilidade regionalmente, dentro de um domínio

Endereço do GW é usado como CoA para toda UM no domínio e esse endereço é registrado no HA

Dentro do domínio UMs usam seu endereço IP (home address)

Pacotes para UM no domínio são tunelados ao GW pelo HA e enviados à UM através de um protocolo de roteamento específico ou tunelamento

Toda migração e mudança de ponto de acesso dentro do domínio não é notificado ao HA

Macro-mobilidade (inter-domínio) geralmente é tratada pelo Mobile IP sem modificações

Protocolos de micro-mobilidade IP

- Ericsson e Nokia [3, 4]- hierarquia de FAs para

tratar migrações locais - raiz: Gateway FA (GFA)- Agent Advertisement inclui

um vetor de CoA (de todos FAs no caminho até GFA)

- registro: UM envia uma msg e cada FA armazena um registro da forma: <UM_IPAddr, next_FA>

InternetHA

CN

FA1

FA2

FA3 FA4

FA5

FA7

GFA

UM

FA6

Hierarchical Mobile IP (HMIP)

Registro

<UM, FA3>

<UM, FA2>

Agent Advertisement

[FA3, FA2, FA1]

- UM recebe AA de um novo FA e compara os vetores de CoA

- UM identifica o Ancestral Comum mais Próximo (ACP)

- atualização de localização é feita somente até o ACP,

no pior caso, ACP é o GFA(-) podem haver perdas e

latência(-) requer tunelamento

InternetHA CN

FA1

FA2

FA3 FA4

FA5

FA7

GFA

UM

FA6

Hierarchical Mobile IP: handover

ACP

UMAgent Adv. [FA4, FA2, FA1]

<UM, FA4>

<UM, FA2>

Columbia University e Ericsson [5] Incorpora alguns princípios de redes

celulares como conectividade passiva e Paging (active / idle user)

Implementado sobre o IP Gerenciamento de localização e handover

estão incorporados no protocolo de roteamento

UMs são identificadas pelo seu endereço IP dentro do domínio

Cellular IP (CIP)

- nós na rede CIP: Base Stations (mantém caches de roteamento soft-state)

- BSs enviam beacons periodicamente

- duas formas de atualização dos caches: - Data Packets da UM- Route Update Packets

- msgs da UM para a rede são aproveitadas para atualizar os caches

Gateway

CNHA

R

BS

BS BS

Internet

UM

BS

Cellular IP

BS

BS

GW

..

.

(3)

(4)

Crossover Router (CR)

- handover simples e rápido- reduz msg de atualização mas pode haver perdas de pacotes - buffer nas EBs pode reduzir perdas- não requer a passagem de vetor de endereços

(1) (2) RouteUpdate

Cellular IP: Hard handover

GW

..

.(4)

CR

(5)

- caminho até a nova EB é configurado antes de a UM conectar-se na nova EB- pacotes são replicados para as duas estações base- UM inicia handover após um certo intervalo de tempo(+) reduz latência e perdas(-) UM deve ter capacidade para acessar mais de uma EB ao mesmo tempo(-) qual é o intervalo ideal

(3)

(1)(2)

Cellular IP: Semi-soft handover

- Lucent Technologies [6]- hierarquia de domínios- gateway de domínio: Domain

Root Router (DRR)- roteadores IP com caches

soft-state- registro da UM: msg PowerUp- ao passar de um domínio

para outro, a UM obtém um novo endereço CCoA (Co-located CoA) e pacotes para UM são tunelados pelo HA

CN Internet

EB

RDRR

R R R R

EB EB EB

HomeDomain

ForeignDomainDRR

UMCCoA

HA

HAWAII: Handoff-Aware Wireless Internet Infrastructure

PowerUp

- Forwarding Path Scheme- pacotes na antiga EB são

direcionados para a nova EB

- CR começa a desviar pacotes para nova EB depois de (5)

(+) reduz as perdas(-) pacotes fora de ordem

DRR

..

.

(1) (2) Path setup

(3) Path setup

(5)

(4) (6)

HAWAII: Handover

Crossover router

- Non-Forwarding path scheme

- pacotes são replicados para as duas EBs durante um intervalo de tempo

(+) reduz latência e perdas(-) UM deve ter capacidade para acessar mais de uma

EB ao mesmo tempo

DRR

..

.

(1) (2) Path setup

(5)

(6)

HAWAII: Handover

(3)

(4)

(7)(8)

Crossover router

R

- idéiadéia: antecipar o handover, replicando os pacotes de uma UM para todas as células vizinhas da atual célula da UM

- roteadores específicos, com funcionalidade multicast

- UM é associada a um endereço multicast

- envio de pacotes independente da localização

- handover se baseia em operações Join e Leave no grupo multicast

Multicast-based Mobility (M&M) [7]

Gateway

CNHA

R R

EB EB

Internet

UM

EB EB

EB_resp

EB

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

HandoverMensagens:

LeaveJoin

- reduz latência e perdas- duplicação de pacotes- sobrecarga na rede

Multicast-based handover

EB_resp

EB

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

- reduz latência e perdas- duplicação de pacotes- sobrecarga na rede

Multicast-based handover

Comparação entre os protocolos

HMIP Cellular IP

HAWAII M&M

Tipo de nó

FA nó espec. Cellular IP

Roteado-res IP

Roteadormulticast

UM ID home addr

home addr

CoA Mcast addr

Forma de atualiz.

Msgs de controle

Data packtMsg contr.

Msgs de controle

Join-Leave

Tunelam. sim não não nãoQoS sup. não não não não

Mobile IP oferece uma solução global para macro-mobilidade

Possui problemas de latência, perda de pacotes, carga de msgs qdo há muita migração

Protocolos de micro-mobilidade complementam o Mobile IP, tratando localmente os handovers

Podem reduzir a latência e perda de pacotes para alguns casos

Diversos fatores influenciam o desempenho: topologia da rede, características do usuário, requerimentos da aplicação

Conclusão

Framework para composição, teste e simulação de protocolos de handover suave

Permitir a seleção e composição de técnicas a partir dos requisitos de QoS da aplicação, o perfil de mobilidade do usuário e características da rede para gerar protocolos de handover suave

Simulações e resultados no próximo seminário!

Conclusão

Referências[1] RFC 3220: IP Mobility Support for IPv4, IETF, Jan. 2002.[2] C. Perkins et al., “Route Optmization in Mobile IP” Internet

Draft, 2000.[3] E. Gustafsson et al., “Mobile IP Regional Registration”,

Internet Draft, 2001. [4] H. Soliman et al., “Hierarchical Mobile IPv6 Mobility

Management”, Internet Draft, 2002.[5] A. Campbell et al., "Design, implementation, and

evaluation of Cellular IP", IEEE Personal Commun. Mag., 2000.

[6] R. Ramjee et al, "HAWAII: A Domain-based Approach for Supporting Mobility in Wide-area Wireless Networks",Proc. International Conf. Network Protocols.

[7] A. Helmy et al., "Efficient Micro-Mobility using Intra-domain Multicast-based Mechanism (M&M)", ACM SIGCOMM Computer Communications Review, 2002.