Redes Móveis e Sem Fio Redes de Computadores 2 Instituto de Informática – UFG Prof. Fábio M. Costa (slides baseados em [Kurose&Ross2003])

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1 Redes Móveis e Sem Fio Redes de Computadores 2 Instituto de Informática – UFG Prof. Fábio M. Costa (slides baseados em [Kurose&Ross2003])

2 6: Wireless and Mobile Networks6-2 Chapter 6 Wireless and Mobile Networks Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004. A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following:  If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)  If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2006 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

3 6: Wireless and Mobile Networks6-3 Capítulo 6: Redes Móveis e Sem Fio Pano de fundo:  O número de usuários de telefones sem fio (celulares) ultrapassou o número de assinantes de telefone fixo!  Redes de computadores: laptops, palmtops, PDAs, celulares com Internet prometem acesso à Internet em qualquer hora e lugar e sem fios  Dois desafios importantes (mas diferentes)  comunicação através de enlaces sem fio  lidar com usuários móveis que mudam seu ponto de ligação à rede

4 6: Wireless and Mobile Networks6-4 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet pelo celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo

5 6: Wireless and Mobile Networks6-5 Elementos de uma rede sem fio infra-estrutura de rede hosts sem fio  laptop, PDA, telefone IP  executam aplicações  podem ser estacionários ou móveis  “sem fio” não necessa-riamente significa móvel

6 6: Wireless and Mobile Networks6-6 Elementos de uma rede sem fio infra-estrutura de rede estação-base  tipicamente conecta-da a uma rede cabeada  relay – responsável por enviar pacotes entre a rede cabeada e hosts sem fio na sua “área”  ex.: torres de celular, pontos de acesso 802.11

7 6: Wireless and Mobile Networks6-7 Elementos de uma rede sem fio infra-estrutura de rede enlace sem fio  tipicamente usado para conectar hosts móveis à estação-base  também usado como elace de backbone  um protocolo de múltiplo acesso coordena o acesso ao enlace  várias taxas de dados e distâncias de transmissão

8 6: Wireless and Mobile Networks6-8 Características de alguns padrões de enlace sem fio 384 Kbps 56 Kbps 54 Mbps 5-11 Mbps 1 Mbps 2G 3G Indoor 10 – 30m Outdoor 50 – 200m Mid range outdoor 200m – 4Km Long range outdoor 5Km – 20Km

9 6: Wireless and Mobile Networks6-9 Elementos de uma rede sem fio infra-estrutura de rede modo infra-estruturado  uma estação-base conecta os hosts móveis à rede cabeada  handoff: quando o host móvel muda de estação base, sem perder a conexão com a rede

10 6: Wireless and Mobile Networks6-10 Elementos de uma rede sem fio Modo ad hoc  sem estações-base  os nós podem transmitir apenas para outros nós dentro de sua área de cobertura  os nós se organizam (espontaneamente) em uma rede: fazem roteamento entre si

11 6: Wireless and Mobile Networks6-11 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet pelo celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo

12 6: Wireless and Mobile Networks6-12 Características de enlaces sem fio Diferenças em relação a enlaces cabeados:  força de sinal descrescente: o sinal de rádio é atenuado (fading) à medida que se propaga através de matéria (path loss – perda no caminho)  interferência de outras fontes: freqüências padronizadas de rede sem fio (ex.: 2.4 GHz) são compartilhadas por outros dispositivos (ex.: te-lefone); motores também geram interferência  propagação multi-caminho: o sinal de rádio é refletido em objetos e chega ao destino em instantes sensivelmente diferentes … tudo isto torna a comunicação através de enlaces sem fio (mesmo aqueles ponto-a-ponto) muito mais difícil

13 6: Wireless and Mobile Networks6-13 Características de redes sem fio A existência de múltiplos transmissores e receptores sem fio criam problemas adicionais (além do múltiplo acesso): A B C Problema do terminal oculto  B e A escutam um ao outro  B e C escutam um ao outro  A e C não podem escutar um ao outro significa que A e C não estão cientes da interferência de ambos em B A B C A’s signal strength space C’s signal strength Enfraquecimento do sinal:  B e A escutam um ao outro  B e C escutam um ao outro  A e C não podem escutar sua interferência mútua em B

14 6: Wireless and Mobile Networks6-14 Code Division Multiple Access (CDMA)  usado em vários padrões de canal de broadcast sem fio (celular, satélite, etc)  um “código” único é atribuído a cada usuário (host); i.e., particionamento do espaço de códigos  todos os usuários compartilham a mesma freqüência, mas cada um tem sua própria seqüência de “chipping” (i.e., code), usada para codificar os dados  sinal codificado = (dados originais) X (seqüência de chipping)  decodificação: produto interno do sinal codificado e a seqüência de chipping  permite que múltiplos usuários “coexistam” e transmitam simultaneamente com interferência mínima (se os códigos forem “ortogonais”)

15 6: Wireless and Mobile Networks6-15 CDMA: Codificação/Decodificação slot 1 slot 0 d 1 = - 1 111 1 1 - 1 - 1 -1 - Z i,m = d i. c m d 0 = 1 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - slot 0 channel output slot 1 channel output channel output Z i,m transmissor cod e dat a bits slot 1 slot 0 d 1 = - 1 d 0 = 1 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - 111 1 1 - 1 - 1 -1 - slot 0 channel output slot 1 channel output receptor cod e receive d input D i =  Z i,m. c m m=1 M M

16 6: Wireless and Mobile Networks6-16 CDMA: interferência de dois transmissores

17 6: Wireless and Mobile Networks6-17 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet pelo celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo

18 6: Wireless and Mobile Networks6-18 IEEE 802.11 Wireless LAN  802.11b  faixa rádio de 2.4-5 GHz, não-licenciada  até 11 Mbps  direct sequence spread spectrum (DSSS) na camada física todos os hosts usam a mesma seqüência de chipping (código)  largamente utilizado, com o uso de estações-base  802.11a  faixa de 5-6 GHz  até 54 Mbps  802.11g  faixa de 2.4-5 GHz  até 54 Mbps  Todos usam CSMA/CA para múltiplo acesso  Todos têm versões com estação-base e para modo ad hoc

19 6: Wireless and Mobile Networks6-19 802.11 LAN: arquitetura  host sem fio se comunica com a estação-base  estação-base = ponto de acesso (AP)  Basic Service Set (BSS) (“célula”) no modo infra-estruturado contém:  hosts sem fio  ponto de acesso (AP): estação-base  em modo ad hoc: apenas hosts BSS 1 BSS 2 Internet hub, switch ou roteador AP

20 6: Wireless and Mobile Networks6-20 802.11: Canais e associação  802.11b: o espectro de 2.4GHz a 2.485GHz é dividido em 11 canais com freqüências diferentes  o administrador do AP escolhe o canal  interferência é possível: o canal escolhido pode ser o mesmo utilizado por um AP vizinho!  host: deve se associar com um AP  faz uma varredura dos canais, à escuta de quadros “farol” (beacon) contendo o nome (SSID) e o endereço MAC do AP  seleciona o AP com o qual se associará  pode realizar autenticação [Capítulo 8]  tipicamente utilizará DHCP para obter um endereço IP na sub-rede do AP

21 6: Wireless and Mobile Networks6-21 IEEE 802.11: múltiplo acesso  evitar colisões: 2+ nós transmitindo ao mesmo tempo  802.11: CSMA – escuta antes de transmitir  não colide com uma transmissão em curso feita por outro nó  802.11: sem detecção de colisão!  difícil de receber (ouvir colisões) enquanto transmite devido ao enfraquecimento do sinal recebido (fading)  nem sempre pode ouvir colisões: terminal oculto, fading  objetivo: evitar colisões: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C A B C A’s signal strength space C’s signal strength

22 6: Wireless and Mobile Networks6-22 IEEE 802.11: Protocolo MAC: CSMA/CA Transmissor 802.11 1 se escutar canal ocioso por DIFS seg então transmite todo o quadro (sem CD) 2 se escutar canal ocupado então inicia temporizador de backoff aleatório temporizador é decrementado mesmo se o canal se tornar ocioso transmite quando o temporizador expira se não receber ACK, aumenta o intervalo de backoff, repete o passo 2 Receptor 802.11 - se o quadro for recebido OK retorna ACK após SIFS seg (o ACK é ne-cessário devido ao problema do terminal oculto) sender receive r DIFS data SIFS ACK

23 6: Wireless and Mobile Networks6-23 Evitando colisões (CA) idéia: permitir que o transmissor “reserve” o canal ao invés de fazer o acesso aleatório para transmitir os quadros de dados: evitar a colisão de quadros de maior tamanho  o transmissor transmite primeiro pacotes pequenos de request-to-send (RTS) para o AP usando CSMA  RTSs podem colidir uns com os outros (mas eles são curtos)  AP faz o broadcast de um clear-to-send (CTS) em resposta ao RTS  o CTS é ouvido por todos os nós  o transmissor (do RTS atendido) envia o quadro de dados  outras estações deferem suas transmissões Evita completamente as colisões de quadros de dados usando pequenos pacotes de reserva.!

24 6: Wireless and Mobile Networks6-24 Collision Avoidance: troca de RTS-CTS AP A B time RTS(A) RTS(B) RTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) reservation collision defe r

25 6: Wireless and Mobile Networks6-25 frame control duratio n addres s 1 addres s 2 addres s 4 addres s 3 payloadCRC 226662 6 0 - 2312 4 seq control Quadros 802.11: endereçamento Address 2: enderço MAC do host sem fio ou AP que transmitiu este quadro Address 1: enderço MAC do host sem fio ou AP que receberá este quadro Address 3: endereço MAC da interface do roteador à qual o AP está ligado Address 4: usado apenas em modo ad hoc

26 6: Wireless and Mobile Networks6-26 Internet router AP H1 R1 AP MAC addr H1 MAC addr AP MAC addr address 1 address 2 address 3 802.11 frame R1 MAC addr H1 MAC addr dest. address source address 802.3 frame Quadros 802.11: endereçamento

27 6: Wireless and Mobile Networks6-27 frame control duratio n addres s 1 addres s 2 addres s 4 addres s 3 payloadCRC 226662 6 0 - 2312 4 seq control Type From AP Subtype To AP More frag WEP More data Pow er mgt RetryRsvd Protocol version 2 2411111111 Quadros 802.11: cont. duração do intervalo de trans- missão reservado (RTS/CTS) núm. de seqüência do quadro (para ARQ confiável) tipo do quadro (RTS, CTS, ACK, dados)

28 6: Wireless and Mobile Networks6-28 hub or switch AP 2 AP 1 H1 BSS 2 BSS 1 802.11: mobilidade dentro da mesma sub-rede router  H1 permanece na mesma sub-rede IP: o endereço IP pode continuar o mesmo  switch: qual AP está associado a H1?  auto-aprendizado (Cap.. 5): o switch observará os quadros de H1 e se “lembrará” de qual de suas portas pode ser usada para chegar a H1 Algum problema? Como resolver?

29 6: Wireless and Mobile Networks6-29 M radius of coverag e S S S P P P P M S Master device Slave device Parked device (inactive) P 802.15: redes de área pessoal  até 10m de diâmetro  substituição de cabos (mouse, teclado, fones de ouvido e microfone)  ad hoc: sem infra-estrutura  mestre/escravos:  escravos solicitam permissão para enviar (para o mestre)  o mestre concede permissões  802.15: evoluiu a partir da especificação Bluetooth  faixa de 2.4-2.5 GHz  até 721 kbps 802.15.4: ZigBee: WSNs

30 6: Wireless and Mobile Networks6-30 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet via celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo

31 6: Wireless and Mobile Networks6-31 Mobile Switching Center Rede pública de telefonia e Internet Mobile Switching Center Componentes da arquitetura de rede celular  conecta células à rede de longa distância  gerancia estabelecimento de chamadas  lida com mobilidade (handoffs) MSC  cobre uma região geográfica  estação-base (BS) análoga ao AP (802.11)  usuários móveis liga-dos à rede via BS  interface: protocolo de camada física e enlace entre estação móvel e BS célula rede cabeada

32 6: Wireless and Mobile Networks6-32 Redes de Celular: o primeiro salto Duas técnicas para comparti-lhar o espectro de rádio entre nós móveis e BS  FDMA/TDMA combinados: dividem o espectro em ca-nais de freqüência, e divide cada canal em slots de tempo  CDMA: acesso múltiplo por divisão de código frequenc y bands time slots

33 6: Wireless and Mobile Networks6-33 Padrões de Celular: visão geral Sistemas 2G: canais de voz  IS-136 TDMA: combina FDMA/TDMA (América do Norte, Brasil)  GSM (global system for mobile communications): combina FDMA/TDMA  o mais amplamente implantado  IS-95 CDMA: code division multiple access IS- 136 GS M IS- 95 GPR S EDG E CDMA- 2000 UMT S TDMA/FDM A Sopa de letrinhas!

34 6: Wireless and Mobile Networks6-34 Padrões de Celular: visão geral Sistemas 2.5 G: canais de voz e dados  não podia esperar pelo serviço 3G: extensões do 2G  General Packet Radio Service (GPRS)  evoluiu a partir de GSM  dados são enviados em múltiplos canais (se disponíveis)  Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)  também evoluiu a partir de GSM, usando modulação melhorada  taxas de dados de até 384K  CDMA-2000 (fase 1)  taxas de dados de até 144K  evoluiu a partir do IS-95

35 6: Wireless and Mobile Networks6-35 Padrões de Celular: visão geral Sistemas 3G: voz/dados  Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)  o próximo passo para GSM, mas usando CDMA  CDMA-2000

36 6: Wireless and Mobile Networks6-36 Padrões de Celular: visão geral Sistemas 4G: voz/dados; tendência  Integração transparente:  telefonia celular 3G  redes locais sem fio (ex.: 802.11)  Dispositivos utilizam uma ou outra forma de conexão conforme disponibilidade local e custo

37 6: Wireless and Mobile Networks6-37 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet via celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo

38 6: Wireless and Mobile Networks6-38 O que é mobilidade?  espectro de mobilidade, perspectiva da rede : nenhuma mobilidade alto grau de mobilidade usuário móvel sem fio, usando o mesmo ponto de acesso usuário móvel, passando por múltiplos pontos de acesso, enquanto mantém suas conexões em andamento (como com telefones celulares) usuário móvel, conectando-se/ disconectando-se da rede usando DHCP.

39 6: Wireless and Mobile Networks6-39 Mobilidade: Vocabulário home network: rede per-manente “home” (habitual) do dispositivo móvel (e.g., 128.119.40/24) Endereço permanente: endereço na home network, pode ser sempre usado para alcançar o dispositivo móvel e.g., 128.119.40.186 home agent: entidade que realizará funções de mobilidade em favor do disp. móvel quando ele estiver remoto wide area network correspondent

40 6: Wireless and Mobile Networks6-40 Mobilidade: Mais vocabulário Care-of-address: endere-ço na rede visitada. (e.g., 79,129.13.2) wide area network rede visitada: rede na qual o usuário móvel reside atualmente (e.g., 79.129.13/24) Endereço permanente: permanece constante ( e.g., 128.119.40.186) foreign agent: enti-dade na rede visitada que realiza as fun-ções de mobilidade em favor do disposi-tivo móvel correspondente: deseja se comunicar com o dispositivo móvel

41 6: Wireless and Mobile Networks6-41 Como se conectar com um amigo móvel:  pesquisar todas as listas telefônicas?  telefonar para os pais dele(a)?  esperar que ele(a) te diga o novo endereço? Para onde será que a Alice se mudou? Considere um(a) amigo(a) que troca de endereço com freqüência. Como encontrá-lo(a)?

42 6: Wireless and Mobile Networks6-42 Mobilidade: Abordagens para o gerenciamento  Deixar para o roteamento: roteadores anunciam o endereço permanente dos dispositivos móveis em residência através de trocas comuns de tabelas de rotas.  tabelas de rotas indicam a localiz. de cada disp. móvel  não requer mudanças nos sistemas finais  Deixar para os sistemas finais:  roteamento indireto: a comunicação entre o correspon-dente e o dispositivo móvel passa através do home agent, que encaminha para a localização remota  roteamento direto: o correspondente obtém o endereço estrangeiro do disp. móvel e envia msgs diretamente a ele

43 6: Wireless and Mobile Networks6-43 Mobilidade: abordagens  Deixar para o roteamento: roteadores anunciam o endereço permanente dos dispositivos móveis em residência através de trocas comuns de tabelas de rotas.  tabelas de rotas indicam a localiz. de cada disp. móvel  não requer mudanças nos sistemas finais  Deixar para os sistemas finais:  roteamento indireto: a comunicação entre o correspon-dente e o dispositivo móvel passa através do home agent, que encaminha para a localização remota  roteamento direto: o correspondente obtém o endereço estrangeiro do disp. móvel e envia msgs diretamente a ele não escala para milhões de dispositivos móveis

44 6: Wireless and Mobile Networks6-44 Mobilidade: registro Resultado final:  O agente estrangeiro toma conhecimento do dispositivo móvel  O home agent fica sabendo da nova localização wide area network home network visited network 1 o dispositivo móvel contacta o agente estrangeiro ao entrar na rede visitada 2 o agente estrangeiro contacta o home agent: “ este dispositivo móvel está residindo na minha rede”

45 6: Wireless and Mobile Networks6-45 Mobilidade através de roteamento indireto wide area network home network rede visitada 3 2 4 1 o correspon- dente endereça os pacotes usando o endereço habitual do dispositivo móvel home agent intercepta pacotes e os encaminha para o agente estrangeiro o agente estrangeiro recebe pacotes e os encaminha para o dis-positivo móvel o dispositivo móvel responde diretamento para o corres-pondente

46 6: Wireless and Mobile Networks6-46 Roteamento indireto: comentários  Dispositivos móveis usam dois endereços:  endereço permanente: usado pelo correspondente (a localiz. do disp. móvel é transparente para ele)  care-of-address: usado pelo home agent para encaminhar datagramas para o disp. móvel  as funções do agente estrangeiro podem ser desempe-nhadas pelo próprio dispositivo móvel  roteamento triangular: corresp.—home-network—disp. móvel  ineficiente se correspondente e dispositivo móvel estão na mesma rede

47 6: Wireless and Mobile Networks6-47 Roteamento indireto: movendo-se entre redes  suponha que o usuário móvel se move para uma outra rede  registra-se com o novo agente estrangeiro  o novo agente estrangeiro se registra com o home agent  o home agent atualiza o care-of-address do disp. móvel  pacotes continua a ser encaminhados ao disp. móvel (mas com o novo care-of-address)  a mobilidade e a mudança de rede estrangeira é transparente: conexões em andamento podem ser mantidas!

48 6: Wireless and Mobile Networks6-48 Mobilidade via roteamento direto wide area network home network rede visitada 4 2 4 1 correspondente solicita e recebe o endereço estrangeiro do disp. móvel correspondente encaminha para o agente estrangeiro agente estrangeiro recebe os pacotes e os encaminha para o disp. móvel disp. móvel responde diretamente ao correspondente 3

49 6: Wireless and Mobile Networks6-49 Mobilidade via roteamento direto: comentários  contorna o problema do roteamento triangular  não-transparente para o correspondente: o correspondente deve obter o care-of-address junto ao home agent  o que acontece se o disp. móvel muda para outra rede visitada?

50 6: Wireless and Mobile Networks6-50 wide area network 1 rede estrangeira visitada no início da sessão agente estrangeiro âncora 2 4 novo agente estrangeiro 3 5 agente correspondente nova rede estrangeira Acomodando a mobilidade com roteamento direto  ancorar o agente estrangeiro: FA da primeira rede visitada  dados sempre roteados primeiro para o FA âncora  quando o disp. móvel se move: o novo FA arranja para que os dados sejam encaminhados a partir do FA antigo (encadeamento)

51 6: Wireless and Mobile Networks6-51 Chapter 6 outline 6.1 Introduction Wireless  6.2 Wireless links, characteristics  CDMA  6.3 IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)  6.4 Cellular Internet Access  architecture  standards (e.g., GSM) Mobility  6.5 Principles: addressing and routing to mobile users  6.6 Mobile IP  6.7 Handling mobility in cellular networks  6.8 Mobility and higher-layer protocols 6.9 Summary

52 6: Wireless and Mobile Networks6-52 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet via celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo

53 6: Wireless and Mobile Networks6-53 Mobile IP  RFC 3220  possui muitas das características que já vimos:  home agents, foreign agents, foreign-agent registration, care-of-addresses  encapsulamento (um pacote dentro de outro)  três componentes do padrão:  roteamento indireto de datagramas  descoberta de agentes  registro com o home agent

54 6: Wireless and Mobile Networks6-54 Mobile IP: roteamento indireto Permanent address: 128.119.40.186 Care-of address: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186 packet sent by correspondent dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186 packet sent by home agent to foreign agent: a packet within a packet dest: 128.119.40.186 foreign-agent-to-mobile packet

55 6: Wireless and Mobile Networks6-55 Mobile IP: descoberta do agente  anúncio de agente: foreign/home agents anuncia seu serviço via broadcast de mensagens ICMP (typefield = 9) R bit: registration required H,F bits: home and/or foreign agent

56 6: Wireless and Mobile Networks6-56 Mobile IP: exemplo de registro

57 6: Wireless and Mobile Networks6-57 Componentes da arquitetura de redes de telefonia celular correspondent MSC wired public telephone network diferentes redes de celular operadas por diferentes provedores relembrando:

58 6: Wireless and Mobile Networks6-58 Lidando com a mobilidade em redes de celular  home network: rede do provedor de telefonia celular do qual você é cliente (ex: Vivo, BrT, TIM)  home location register (HLR): banco de dados na home network que contém o número de celular permanente, informação de perfil (seviços, preferências, tarifação), informação sobre a localização atual (pode ser em outra rede)  visited network: rede na qual o celular reside atualmente  visitor location register (VLR): banco de dados com uma entrada para cada usuário atualmente na rede  pode ser a home network

59 6: Wireless and Mobile Networks6-59 Public switched telephone network mobile user home Mobile Switching Center HL R home network visited network correspondent Mobile Switching Center VLR GSM: roteamento indireto para um celular 1 call routed to home network 2 home MSC consults HLR, gets roaming number of mobile in visited network 3 home MSC sets up 2 nd leg of call to MSC in visited network 4 MSC in visited network completes call through base station to mobile

60 6: Wireless and Mobile Networks6-60 Mobile Switching Center VLR old BSS new BSS old routing new routing GSM: handoff dentro de um mesmo MSC  Objetivo do handoff: rotear a chamada através da nova estação-base (sem interrupção)  razões para o handoff:  sinal mais forte de/para o novo BSS (continuação da conectividade, menos drenagem da bateria)  balanceamento de carga: liberar canais no BSS atual  GSM não prescreve os motivos de se fazer um handoff (política), mas apenas como ele é feito (mecanismo)  o handoff é iniciado pelo BSS antivo

61 6: Wireless and Mobile Networks6-61 Mobile Switching Center VLR old BSS 1 3 2 4 5 6 7 8 GSM: handoff dentro de um mesmo MSC new BSS 1. BSS antigo informa ao MSC handoff e provê uma lista de 1 ou mais BSSs novos 2. MSC estabelece um caminho (aloca recursos) para o novo BSS 3. o novo BSS aloca um canal de radio para uso pelo celular 4. o novo BSS sinaliza ao MSC e ao BSS antigo: pronto 5. BSS antigo ordena ao celular para realizar o handoff para o novo BSS 6. o celular e o novo BSS sinalizam para ativar o novo canal 7. sinais de celular passando via novo BSC para o MSC: handoff completado; MSC reroteia a chamada 8 MSC-old-BSS: recursos liberados

62 6: Wireless and Mobile Networks6-62 home network Home MSC PSTN correspondent MSC anchor MSC MSC (a) before handoff GSM: handoff entre MSCs  MSC âncora: primerio MSC visitado durante uma chamada  a chamada permanece roteada através do MSC âncora  novos MSCs adicionam -se ao final de uma cadeia de MSC à medida em que o celular se move para um novo MSC  IS-41 permite um passo opcional de minimização de caminho para encurtar a cadeia multi-MSC

63 6: Wireless and Mobile Networks6-63 home network Home MSC PSTN correspondent MSC anchor MSC MSC (b) after handoff GSM: handoff entre MSCs  MSC âncora: primeiro MSC visitado durante uma chamada  a chamada permanece roteada através do MSC âncora  novos MSCs se adicionam ao final da cadeia MSC à medida em que o celular se move para um novo MSC  IS-41 permite um passo adicional de minimização de caminho para encurtar cadeias multi-MSC

64 6: Wireless and Mobile Networks6-64 Mobility: GSM versus Mobile IP Care-of-addressRoutable address for telephone call segment between home MSC and visited MSC, visible to neither the mobile nor the correspondent.Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number” Foreign agentVisited MSC: responsible for setting up calls to/from mobile nodes in cells associated with MSC. VLR: temporary database entry in visited system, containing subscription information for each visiting mobile userVisited Mobile services Switching Center. Visitor Location Record (VLR) Visited networkNetwork other than home system where mobile user is currently residingVisited System Home agentHome MSC: point of contact to obtain routable address of mobile user. HLR: database in home system containing permanent phone number, profile information, current location of mobile user, subscription informationGateway Mobile Switching Center, or “home MSC”. Home Location Register (HLR) Home networkNetwork to which the mobile user’s permanent phone number belongsHome system Mobile IP elementComment on GSM elementGSM element

65 6: Wireless and Mobile Networks6-65 Wireless, mobility: impact on higher layer protocols  logicamente, o impacto deve ser mínimo …  o modelo de serviço best effort permanece inalterado  TCP e UDP podem (e devem) rodar sobre redes sem fio móveis  … mas com relação ao desempenho:  perda/atraso de pacotes devido a erros de bit (pacotes descartados, atrasos naas retransmissões ) e handoff  TCP interpreta perda como congestionamento e irá decrementar a janela de congestionamento sem necessidade  problemas de atraso para tráfego em tempo real  largura de banda limitada dos enlaces sem fio

66 6: Wireless and Mobile Networks6-66 Chapter 6 Summary Wireless  wireless links:  capacity, distance  channel impairments  CDMA  IEEE 802.11 (“wi-fi”)  CSMA/CA reflects wireless channel characteristics  cellular access  architecture  standards (e.g., GSM, CDMA-2000, UMTS) Mobility  principles: addressing, routing to mobile users  home, visited networks  direct, indirect routing  care-of-addresses  case studies  mobile IP  mobility in GSM  impact on higher-layer protocols

67 6: Wireless and Mobile Networks6-67 Capítulo 6: Sumário 6.1 Introdução Redes Sem Fio  6.2 Enlaces sem fio, características  CDMA  6.3 IEEE 802.11, LANs sem fio (“wi-fi”)  6.4 Acesso à Internet via celular  arquitetura  padrões (ex.: GSM) Mobilidade  6.5 Princípios: endereça-mento e roteamento para usuários móveis  6.6 IP Móvel  6.7 Lidando com a mobi-lidade em redes de celular  6.8 Mobilidade e protocolos das camadas superiores 6.9 Resumo