Protocolos de Micro-Mobilidade IP

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Protocolos de Micro-Mobilidade IP

• Vera Nagamuta
• nagamuta_at_ime.usp.br

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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

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Gerenciamento de mobilidade

• 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)
• Problema mudança do ponto de acesso gt mudança
  do endereço IP

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Gerenciamento de mobilidade

• Conexões TCP são identificadas pelo par
• ltno. da porta, endereço IPgt
• Quando uma UM migra e muda seu ponto de acesso,
  conexões TCP são perdidas, além disso, pacotes
  são encaminhados incorretamente (antigo endereço
  IP)
• Desafio prover migração transparente
• Gerenciamento de mobilidade trata o problema de
  como oferecer acesso transparente a serviços
  durante migrações, mantendo conexões ativas

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Gerenciamento de mobilidade
Mantém atualizada a localização de uma UM
Gerenciamento de localização
Gerenciamento de mobilidade
Mantém a conexão com a UM enquanto esta se move e
muda o ponto de acesso
Gerenciamento de handover
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Gerenciamento de localização

• 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

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Gerenciamento de handover
UM
Detecção e início
Rede
Alocação/liberação de recursos
Gerenciamento de handover
Nova conexão
Atualização de rotas
Fluxo de dados
Buffer /Forwarding
Multicast
Desafio baixa latência e com mínima perda de
dados (Handover Suave)
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Mobile IP Uma solução para macro- mobilidade

• Mobile 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-Address CoA) relativo à rede /ponto de
  acesso para onde a UM migrar
• Localização e handover são tratadas por dois
  elementos HA (Home Agent) e FA (Foreign Agent)

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Mobile IP
Nó correspondente
Home Network
CN
Home Agent
Internet
Foreign Network
Foreign Agent
UM
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Mobile IP
Home Network
CN
UM
Internet
Home Agent
Foreign Network
Foreign Agent
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Mobile IP Roteamento Triangular
Home Network
CN
Internet
Home Agent
Foreign Network
Foreign Agent
Solução Otimização de rota 2 CNs mantém caches
e recebem msgs de atualização de CoA, enviando
pacotes diretamente ao CoA
UM
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Mobile IP Smooth handoff

• Durante o handover, até que a msg de atualização
  chegue no HA ou CN, pacotes destinados à UM são
  perdidos
• Solução Smooth Handoff 2
• O atual FA notifica o antigo FA o novo CoA da
  UM, fazendo com que este envie os pacotes
  diretamente para a UM

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Mobile IP Problemas

• 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
  CoA)

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Internet
CN
HA
Gateway
Gateway
Domínio 1
Domínio 2
Micro-mobilidade
Macro-mobilidade
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Protocolos de micro-mobilidade IP

• Protocolos de micro-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

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Hierarchical Mobile IP (HMIP)
CN
Internet

• - 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 ltUM_IPAddr, next_FAgt

HA
FA1
GFA
FA2
FA5
FA3
FA4
FA7
FA6
UM
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Hierarchical Mobile IP handover

• - 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

Internet
HA
CN
FA1
GFA
FA2
FA5
FA3
FA4
FA7
FA6
UM
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Cellular IP (CIP)

• 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

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Cellular IP

• - 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

CN
Internet
HA
R
BS
Gateway
BS
BS
BS
BS
BS
UM
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Cellular IP Hard handover
- 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
GW
Crossover Router (CR)
...
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Cellular IP Semi-soft handover
- 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
GW
CR
...
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HAWAII Handoff-Aware Wireless Internet
Infrastructure

• - 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

Internet
CN
R
Foreign Domain
Home Domain
DRR
DRR
HA
R
R
R
R
EB
EB
EB
EB
UM
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HAWAII Handover

• - 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
Crossover router
...
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HAWAII Handover

• - 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
Crossover router
...
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Multicast-based Mobility (MM) 7

• - idéia 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

CN
Internet
HA
R
Gateway
R
R
EB
EB
EB
EB
UM
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Multicast-based handover
8
2
9
3
7
10
1
4
6
Mensagens
5
27
Multicast-based handover
8

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

2
9
3
7
10
1
4
6
5
EB_resp
EB
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Comparação entre os protocolos
HMIP Cellular IP HAWAII MM
Tipo de nó FA nó espec. Cellular IP Roteado-res IP Roteador multicast
UM ID home addr home addr CoA Mcast addr
Forma de atualiz. Msgs de controle Data packt Msg contr. Msgs de controle Join-Leave
Tunelam. sim não não não
QoS sup. não não não não
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Conclusão

• 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

30
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!

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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
  (MM)", ACM SIGCOMM Computer Communications
  Review, 2002.