capitolo 6: sommario

6: Wireless and Mobile Networks 6-1

Capitolo 6: sommario

Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali

Wireless, CDMA

IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)

Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM)

Mobilità Principi:

indirizzamento e routing per utenti mobili

Mobile IP Gestione mobilità in

reti cellulari Mobilità e protocolli di

alto livello


Cos’è la mobilità?

La prospettiva del livello di rete

no mobilità Alta mobilità

L’utente resta nella stessa rete wireless di accesso

L’utente si sposta in diverse reti di accesso senza chiudere le connessioni attive (come nei sistemi cellulari)

L’utente si sposta in diverse reti di accesso e chiude la connessione quando cambia rete


Mobilità: terminologiahome network(rete domestica): rete abituale dell’utente mobile(e.g., 128.119.40/24)

Permanent address: indirizzo permanente della home network, su cui l’utente mobile può essere sempre raggiuntoe.g., 128.119.40.186

home agent(agente domestico): etità che realizza le funzioni di mobilità per conto del terminale mobile, quando questo è connesso altrove

wide area network

Correspondent (corrispondente)

mobile: terminale mobile


Mobilità: terminologia

Care-of-address: indirzzo presso la visited network.(e.g., 79,129.13.2)

wide area network

visited network: rete alla quale è attualmente connesso il mobile (e.g., 79.129.13/24)

Permanent address: rimane invariato (e.g., 128.119.40.186)

foreign agent (agente ospite): entità nella visited network, che realizza le funzioni di mobilità per conto del mobile

correspondent: entitè che vuole comunicare con il mobile


Come contatti un utente mobile?

Cerchi nelle pagine gialle di tutto il mondo?

Chiami i suoi parenti?

Aspetti che si faccia vivo lui e ti faccia sapere dov’è?

Dove sarà Alice?

Considera un amico che cambia sovente indirizzo, come lo contatti?


Mobilità: approcci

Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo scambio delle usuali tabelle di routing. Le tabelle di routing indicano dove si trova

ciascun mobile. Nessun cambiamanto agli end-systems

Se ne occupano gli end-systems: Routing indiretto: le comunicazioni tra

correspondent e mobile passano sempre attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni verso il mobile).

Routing diretto: il correspondent ottiene il foreign address del mobile, e inoltra i messaggi direttamente al mobile.


Mobilità: approcci

Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo scambio delle usuali tabelle di routing. Le tabelle di routing indicano dove si trova

ciascun utente mobile. Nessun cambiamanto agli end-systems

Se ne occupano gli end-systems: Routing indiretto: le comunicazioni tra

correspondent e mobile passano sempre attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni verso il mobile).

Routing diretto: il correspondent ottiene il foreign address del mobile, e inoltra i messaggi direttamente al mobile.

Non scalabile a milioni di nodi


Mobilità: registrazione

Risultato: Il foreign agent è consapevole della presenza

del mobile Lo Home agent conosce la nuova locazione del

mobile

wide area network

home network

visited network

1

mobile contatta il foreign agent della visited network che si appresta a visitare

2

foreign agent contatta lo home agent: “questo mobile è attualmente residente presso la mia rete”


Mobilita via Routing indiretto

wide area network

homenetwork

visitednetwork

3

2

41

correspondent indirizza i pacchetti sulla base dello home address del mobile

home agent interccetta i pacchetti e li inoltra verso il foreign agent

foreign agent riceve i pacchetti, e li inoltra verso il mobile

mobile risponde direttamente al correspondent


Routing indiretto: commenti Mobile usa due indirizzi:

permanent address: usato dal correspondent (quindi la locazione del mobile è trasparente al correspondent)

care-of-address: usato dallo home agent per inoltrare datagrammi al mobile

Le funzionalità del foreign agent possono essere realizzate dal mobile stesso

Routing triangolare: correspondent-home-network-mobile Inefficenate quandocorrespondent e mobile sono nella medfesima rete


Routing indiretto: muoversi tra le reti Quindi quando un utente mobile si muove

verso un’altra rete Si registra presso un nuovo foreign agent Il nuovo foreign agent comunica la

registrazionw allo home agent del mobile Lo home agent aggiorna il care-of-address del

mobile I pacchetti continuano ad essere inoltrati

verso il mobile (ma con il nuovo care-of-address)

La mobilità cambia le foreign networks in modo trasparente: le connessioni attive sono mantenute attive!


Mobilità via Routing diretto

wide area network

homenetwork

visitednetwork

4

2

41Alle richieste del correspondent, viene risposto con il foreign address del mobile

Il correspondent può quindi inoltrare direttamente al foreign agent

Il foreign agent riceve i pacchetti, e li inoltra presso il mobile

Il mobile risponde direttamente al correspondent

3


Mobilità via Routing diretto: commenti

Risolve il problema del routing triangolare Non è trasparente per il correspondent: il

correspondent deve conoscere il care-of-address dallo home agent Cosa succede se il mobile cambia la rete

visitata?


wide area network

1

foreign net visited at session start

anchorforeignagent

2

4

new foreignagent

35

correspondentagent

correspondent

new foreignnetwork

Gestire la mobilità con il routing diretto

Anchor foreign agent: è il FA della prima rete visitata I dati sono sempre inoltrati per prima cosa allo anchor

FA Quando il mobile si muove: il nuovo FA fa in modo che i

dati gli vengano inoltrati dal vecchio FA (catena)




Wireless, CDMA



Mobilità Principi:




alto livello


Mobile IP

RFC 3220 Realizza molte delle funzionalità che

abbiamo visto home agents, foreign agents, foreign-agent

registration, care-of-addresses, incapsulamento (un pacchetto all’interno di un’altro pacchetto)

Tre componenti sono sandardizzate: Routing indiretto dei datagrammi Agent discovery Registrazione presso lo home agent


Mobile IP: routing indiretto

Permanent address: 128.119.40.186

Care-of address: 79.129.13.2

dest: 128.119.40.186

Pacchetto inviato dal correspondent

dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186

Pacchetto inviato dallo home agent al foreign agent: incapsulamento

dest: 128.119.40.186

Pacchetto dal foreign-agent-al-mobile


Mobile IP: agent discovery agent advertisement: gli agenti foreign/home

rendono noti i servizi attraverso il broadcasting di messggi ICMP (typefield = 9)

RBHFMGV bits reserved

type = 16

type = 9 code = 0 = 9

checksum = 9

router address

standard ICMP fields

mobility agent advertisement

extension

length sequence #

registration lifetime

0 or more care-of-addresses

0 8 16 24

R bit: registrazione richiesta

H,F bits: home e/o foreign agent

R: registration is required B: no more additional

registration H: is a home agent F: is a foreign agent M, G: types of tunneled

datagram it can handles


Mobile IP: esempio di registrazione

visited network: 79.129.13/ 24 home agent

HA: 128.119.40.7 f oreign agent

COA: 79.129.13.2 COA: 79.129.13.2

….

I CMP agent adv. Mobile agent MA: 128.119.40.186

registration req.

COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 ….

registration req.

COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format ….

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format ….

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 ….

time




Wireless, CDMA



Mobilità Principi:




alto livello


Componenti di un architettura cellulare

correspondent

MSC

MSC

MSC MSC

MSC

Rete telefonica cablata

Differenti reti cellulari gestite da diversi operatori

ricorda:


Gestire la mobilità nelle reti cellulari

home network: rete dell’operatore (e.g., TIM, Vodafone, WIND, TRE) home location register (HLR): database nella

home network che contiene il numero di telefono, informazioni di profilazione (servizi, preferenze, billing), informazioni sull’attuale posizione dell’utente (può essere presso un’altra rete)

visited network: la rete presso cui attualmente si trova il mobile visitor location register (VLR): database che

contiene gli utenti attualmente presenti nella rete


Public switched telephonenetwork

mobileuser

homeMobile

Switching Center

HLR home network

visitednetwork

correspondent

Mobile Switching

Center

VLR

GSM: routing indiretto verso il mobile

1 Chiamata instradata verso home network

2

Home MSC consulta HLR per ottenere il riferimento del mobile presso la rete visitata

3

home MSC imposta la seconda tratta della connessione verso lo MSC della rete visitata

4

Il MSC nella rete visitata completaIl circuito dalla BSS al mobile


Mobile Switching

Center

VLR

old BSSnew BSS

old routing

newrouting

GSM: handoff sullo stesso MSC

Scopo dello Handoff: instradare le chiamate attraverso una nuova base station (senza interruzioni)

Ragioni per l’handoff: Segnale + forte verso/da

nuove BSS (garantiscce connettività, minor consumo energetico)

load balance: libera canali della BSS attuale

GSM non indica esplicitamente le ragioni per cui effetuare handoff (politiche), solo come (meccanismo)


Mobile Switching

Center

VLR

old BSS

1

3

24

5 6

78

GSM: handoff sullo stesso MSC

new BSS

1. La vecchia BSS informa lo MSC di un imminente handoff, e fornisce la lista di 1+ nuove BSSs

2. MSC instaura l’instradamanto (alloca risorse) verso la nuova BSS

3. La nuova BSS alloca i canali radio per il mobile

4. La nuova BSS segnala allo MSC che è pronta e questo a sua volta lo comunica alla vecchia BSS

5. La vecchia BSS attiva il mobile per effettuare handoff (il mobile non consce il canale radio)

6. Il mobile e la nuova BSS si scambiano i messaggi per completare l’assegnazione del canale7. Il mobile comunica alla nuova BSS che a sua volta lo comunica allo MSC che l’handoff è completo. MSC ridireziona le chiamate8 MSC-vecchia-BSS rilascia le risorse


home network

Home MSC

PSTN

correspondent

MSC

anchor MSC

MSCMSC

(a) before handoff

GSM: handoff tra MSC distinti

MSC di appoggio (anchor): MSC visitato dal mobile quando vengono inizializzate le chiamate Non cambia durante la

chiamata Indipendentemente dal

numero di trasferimenti inter-MSC: Home MSC anchor MSC MSC visitato

IS-41 prevede un passo opzionale di ottimizzazione per accorciare le catene multi-MSC

Un mobile si sposta in una BS che è associata ad un differente MSC rispetto a quello della vecchia BS


home network

Home MSC

PSTN

correspondent

MSC

anchor MSC

MSCMSC

(b) after handoff

GSM: handoff tra MSC distinti

MSC di appoggio (anchor): MSC visitato dal mobile quando vengono inizializzate le chiamate Non cambia durante la

chiamata Indipendentemente dal

numero di trasferimenti inter-MSC: Home MSC anchor MSC MSC visitato

IS-41 prevede un passo opzionale di ottimizzazione per accorciare le catene multi-MSC


Mobilità: GSM rispetto al Mobile IPGSM element Comment on GSM element Mobile IP element

Home system Rete del numero di telefono permanente Home network

MSC home, HLR MSC home: fornisce indirizzi d’instradamento verso l’utente mobile. HLR: database che contiene I numeri di telefono permanenti, informazioni sul profilo utente e commerciali, localizzazione dell’utente mobile

Home agent

Visited System Rete di temporanea residenza Visited network

Visited Mobile services Switching Center.Visitor Location Record (VLR)

MSC visitato: imposta le chiamate da e per un nodo mobile nelle sue celle. VLR: database temporaneo (del sistema visitato) con varie informazioni sugli utenti in visita

Foreign agent

Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number”

Indirizzo utilizzabile per una chiamata telefonica tra MSC domestico e MSC visitato (invisibile all’agente mobile e al corrispondente)

Care-of-address


Mobilità wireless: impatto sui protocolli dei livelli superiori Logicamente, l’impatto dovrebbe essere minimale…

Il modello di servizio best-effort rimane inalterato TCP and UDP devono poter funzionare sul wireless

mobile … ma per quel che riguarda le prestazioni:

packet loss/delay a causa dei bit-errors (pacchetti scartati, ritardi per le ritrasmissioni), e handoff

TCP interpreta la perdita come congestione, diminuisce la finestra di congestioni anche se non necessario

Difficoltà per il traffico real-time a causa del ritardo di link

Banda limitata del link wireless

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