Simulando%20Protocolos%20de%20Handover%20Suave

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Simulando Protocolos de Handover Suave

• Vera Nagamuta
• nagamuta_at_ime.usp.br

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Tópicos

• O problema do handover em redes sem fio
• Handover no Mobile IP problemas e melhorias
  propostas
• HOPF HandOver Protocol Framework
• Arquitetura
• Módulos canônicos
• Composição de protocolos
• Simulação de protocolos de handover
• Protocolo básico, Cellular IP, Muticast-based

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O problema do handover

• Handover ou handoff é o procedimento empregado em
  redes sem fio para tratar a transição de uma
  unidade móvel (UM) de uma célula para outra
• Objetivo manter a conexão com uma UM permitindo
  a continuidade dos serviços e aplicações em
  execução
• Desafios rápido e sem perdas de dados handover
  suave (seamless) migração transparente

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Handover em rede celular
Rede fixa
BD de localizações
Estação Base (EB)
Célula
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Etapas do handover

• Detecção do handover quando e como a necessidade
  de handover é detectada
• Decisão /Início escolha da nova estação base
  (EB), geração da nova conexão autenticação
  /autorização, alocação de canais
• Atualização de contexto notificação da nova
  localização, reconfiguração do caminho de
  roteamento de pacotes

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Problemas do handover

• Detecção e início do handover devem ser feitos
  antes da perda da conexão
• Como selecionar a melhor EB
• Handover pode não se completar pela falta de
  recursos na nova EB
• Tempo requerido pelo handover pode causar atrasos
  na entrega de pacotes e afetar o desempenho do
  TCP e aplicações de tempo real

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Handover no Mobile IP

• Mobile IP 1 trata mobilidade na camada de rede,
  é independente do meio físico gt Solução global
  para mobilidade
• Mantém conexões ativas durante migrações
• Objetivo primordial encaminhar pacotes a nós
  móveis

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Handover no Mobile IP
Home Network
CN
UM
Internet
Home Agent
Foreign Network
Foreign Agent
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Problemas do handover no Mobile IP

• Solução na camada de rede detecção do handover
  e identificação da nova EB através de Agent
  Advertisements
• Migrações freqüentes em pequenas áreas gt atrasos
  na entrega de pacotes e perdas (HA distante) gt
  handover não-suave
• Roteamento triangular
• Otimizações propostas para reduzir latência e
  perdas (Routing Optimization 2, Smooth
  Handoff 3)

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Melhorias propostas ao Mobile IP
Estratégia Solução
Redirecionar pacotes Mecanismo de buffer
Hierarquias de FAs Mobile IP Hierárquico 4
Soft-handover Cellular IP 5
Multicasting Multicast-based 7
Reconfiguração de caminhos HAWAII 6
Antecipação do handover Fast Handover 8
Link layer handover POLIMAND 9
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Internet
CN
HA
Gateway
Gateway
Domínio 1
Domínio 2
Micro-mobilidade
Macro-mobilidade
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HOPF HandOver Protocol Framework

• Arcabouço para composição, teste e simulação de
  protocolos de handover
• Aplicações possuem diferentes requisitos de QoS
• Um conjunto de técnicas pode ser empregado em uma
  tarefa de handover para melhor satisfazer os
  requisitos da aplicação
• Padrão de mobilidade e características da rede
  também influenciam na escolha das técnicas
• Módulos canônicos elementos estruturais básicos
  para a composição de protocolos

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HOPF
Simulação /Testes
Parametrização /Composição
Requisitos de QoS
Module Selector
Comp
Comp
Comp
SH Protocol
Perfil de Mobilidade
Event Handler
Canonical Modules
Características da rede
MobiCS
Controle de execução
Componente de Configuração
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Módulos Canônicos

• Gerenc. de handover módulos para detecção de
  handover, estabelecimento da nova conexão,
  atualização de contexto, otimizações
• Gerenc. de localização como a localização da UM
  é mantida e como é atualizada
• Roteamento de pacotes como os pacotes são
  encaminhados para Ums (Unicast, Multicast)
• Suporte à mobilidade elementos de rede,
  estruturas de dados específicos (caches
  específicos, BD de localizações)

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(No Transcript)
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Framework de Controle de Execução
HOCtrlComp EventHandler
LocMangComp EventHandler
RoutMangComp EventHandler
QoSMangComp EventHandler
Eventos internos
Controller EventHandler
Eventos externos
Protocol Simulation Tool (MobiCS)
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Componentes de protocolo

• HOCtrlComp possui 4 sub-componentes
  (HODetectSComp, HOInitSComp, CxtUpdSComp,
  DataFlowSComp), tratam as tarefas do handover
• LocManagComp mantém a localização da UM
  atualizada
• RoutingComp trata o encaminhamento de pacotes em
  alguma forma de transmissão
• QoSComp tarefas de reserva de recursos e
  monitoramento

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Fluxo de execução

• A seqüência de operações para cada tipo de evento
  depende do conjunto de módulos canônicos
  selecionados para cada componente de protocolo
• Podemos ter mais de um módulo para tratar uma
  mesma tarefa, queremos evitar modificações no
  Controller e componentes qdo trocamos de módulos
• Solução Padrão Chain of Responsability

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Padrão Chain of Responsability

• Permite invocação uniforme de objetos na
  ocorrência de um evento
• Idéia básica desacoplar o remetente de uma
  requisição de seu receptor, permitindo que mais
  de um objeto possa tratá-la
• Uma requisição é passada por uma corrente de
  objetos
• Vantagens permite que um evento seja tratado por
  um ou mais módulos e evita modificações no
  Controller e componentes na troca de módulos

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(No Transcript)
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Composição de protocolos

• Suporte à mobilidade elementos de rede, caches
  específicos (LocMangComp)
• Forma de transmissão de pacotes (RoutComp)
• Detecção do handover (HODetectionComp)
• Tipo de handover hard, soft, semi-soft
  (HOCtrlComp)
• Atualização de localização, caminho de roteamento
  (LocMangComp)
• Otimizações buffer, atecipação do handover,
  replicação de pacotes (DataFlowComp, HOTecComp)

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Protocolos simulados

• Protocolo básico
• Gerenciamento centralizado de localização no GW
• Roteamento de pacotes por tunelamento
• Cellular IP (hard handoff)
• Gerenciamento distribuído de localização
  (roteadores específicos com caches soft-state)
• Multicast-based Micromobility (MM)
• Gerenciamento distribuído de localização (grupo
  Multicast)
• Replicação de pacotes a todas Ebs vizinhas

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Protocolo básico

• - msg Update é enviada para GW e ao recebê-la
  este atualiza a localização da UM
• msg Dereg notifica a antiga BS sobre a saída da
  UM e os recursos são liberados
• pacotes para UM são enviadas para antiga EB até
  que GW receba Update gt
  
• são perdidos

LocationDB
GW
...
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Cellular IP Hard Handover

• - handover simples e rápido
• reduz perda de pacotes pois msg RouteUpdate
  precisa chegar somente até CrossoverRouter
  (roteador na intersecção dos dois caminhos)
• não requer msg Dereg

GW
Crossover Router (CR)
...
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Multicast-based handover
8
2
9
3
7
10
1
4
6
Mensagens
5
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Otimizações

• Foram implementadas duas otimizações para tratar
  o fluxo de pacotes durante o handover
• Modo Semi-reliable implementa um mecanismo de
  buffer nas EBs (BufferModule) para permitir o
  redirecionamento de msgs
• Modo Reliable além do buffer, faz o controle de
  msgs recebidas (AckModule) e permite que a UM
  requisite os pacotes não recebidos
  (RetransmissionModule)

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Simulações

• Simulações usando MobiCS (estocástico)
• Objetivos comparar o desempenho dos protocolos
  de handover com respeito ao número de mensagens
  perdidas e duplicadas variando-se o número de
  handovers e a taxa de envio de mensagens
• Prob. de migração Pmig0.3, 0.5, 0.7
• Prob. de envio de msg Psend0.3, 0.5, 0.7
• Taxa de geração de eventos 1 /70 UTS (Unidade de
  Tempo Simulado)

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Simulações Topologia da rede
GW
Source
R3
R1
R2
R4
BS1
BS2
BS3
BS4
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Resultados (msg perdidas) Psend 0.5 Modo
Unreliable
30
Resultados (msg perdidas) Psend 0.5 Modo
Semi-reliable
31
Comparação
Modo Unreliable
Modo Semi-reliable
32
Resultados (msg perdidas)Psend0.7
Modo Unreliable
Modo Semi-reliable
33
Resultados (msg duplicadas) Psend0.5 Modo
Semi-reliable
34
Resultados (msg duplicadas) Psend0.5 Modo
Reliable
35
Comparação
Modo Reliable
Modo Semi-reliable
36
Resultados (msg duplicadas) Psend0.7
Modo Semi-Reliable
Modo Reliable
37
Carga de mensagens Modo Reliable
38
Carga de mensagens
Psend0.1
Psend0.7
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Conclusão

• Protocolos de micro-mobilidade oferecem soluções
  específicas, não oferecem suporte a QoS
• O desempenho do procedimento de handover depende
  de vários fatores, p.ex., gerenciam. de
  localização, roteamento de pacotes,
  características da rede, etc.
• HOPF permite composição de handover a partir de
  módulos canônicos para melhor se adaptar aos
  requisistos das aplicações e condições da rede

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Conclusão

• Próximas tarefas
• Implementar e testar composição com outros
  módulos canônicos
• Identificar relações de dependência entre módulos
  canônicos
• Definir regras para seleção de módulos a partir
  de resultados de simulações

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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. 8 G. Dommety et
al., Fast Handovers for IPv6, Internet Draft,
IETF, 2002. 9 S. Aust et al., Policy-based
Mobile IPv6 Handover Decision (POLIMAND),
Internet Draft, IETF, 2005.