Protocolos de Micro-Mobilidade IP Vera Nagamuta

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) Problema Problema: mudança do ponto de acesso => mudança do endereço IP Gerenciamento de mobilidade

Conexões TCP são identificadas pelo par: Quando uma UM migra e muda seu ponto de acesso, conexões TCP são perdidas, além disso, pacotes são encaminhados incorretamente (antigo endereço IP) Desafio Desafio: prover migração transparente Gerenciamento de mobilidade Gerenciamento 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 mobilidade Gerenciamento de localização Gerenciamento de localização Gerenciamento de handover Gerenciamento de handover Mantém atualizada a localização de uma UM Mantém atualizada a localização de uma UM Mantém a conexão com a UM enquanto esta se move e muda o ponto de acesso Mantém a conexão com a UM enquanto esta 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 Gerenciamento de handover Detecção e início Nova conexão Fluxo de dados UM Alocação/liberação de recursos Alocação/liberação de recursos Atualização de rotas Buffer /Forwarding Multicast Rede Gerenciamento de handover Desafio: Desafio: baixa latência e com mínima perda de dados Handover Suave (Handover Suave)

Mobile IP: Uma solução para macro- mobilidade Mobile IP 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) Care-of-AddressCoA Também é associada a um endereço IP provisório (Care-of-Address – CoA) relativo à rede /ponto de acesso para onde a UM migrar HAHome AgentFAForeign Agent Localização e handover são tratadas por dois elementos: HA (Home Agent) e FA (Foreign Agent)

Home Agent Internet Internet Foreign Agent Foreign Network Home Network CN UM Agent Advertisement Nó correspondente Registro Mobile IP

Home Agent Internet Internet Foreign Agent Foreign Network Home Network CN UM (1) UM (2) CoA Agent Advertisement (3) CoA Binding Update (4) Tunneling Mobile IP

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

HACN UM Durante o handover, até que a msg de atualização chegue no HA ou CN, pacotes destinados à UM são perdidos SoluçãoSmooth Handoff [2] Solução: Smooth Handoff [2] FAFACoA UM UM O atual FA notifica o antigo FA o novo CoA da UM, fazendo com que este envie os pacotes diretamente para a UM 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) CoA Problemas no suporte a QoS (mudança constante do CoA) Mobile IP: Problemas

Gateway Internet CNHA Domínio 1 Domínio 2 Micro-mobilidade Macro-mobilidade Gateway

micro-mobilidade 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 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: Internet HA CN FA 1 FA 2 FA 3 FA 4 FA 5 FA 7 GFA UM FA 6 Hierarchical Mobile IP (HMIP) Registro 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 Internet HA CN FA 1 FA 2 FA 3 FA 4 FA 5 FA 7 GFA UM FA 6 Hierarchical Mobile IP: handover ACP UM Agent Adv. [FA4, FA2, FA1]

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 CN HA R R BS Internet UM BS Cellular IP 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 R R DRR R R R R R R R R EB Home Domain Foreign Domain DRR UM CCoA 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)(5) (4) (6)(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)(5) (6)(6) HAWAII: Handover (3)(3) (4)(4) (7)(7) (8)(8) Crossover router

R R déia - 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 Multicast-based Mobility (M&M) [7] Gateway CN HA R R R R EB Internet UM EB

EB_resp EB Handover Mensagens: Leave Join - reduz latência e perdas - duplicação de pacotes - sobrecarga na rede Multicast-based handover

EB_resp EB 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 FAnó espec. Cellular IP Roteado- res IP Roteador multicast UM IDhome addr CoAMcast addr Forma de atualiz. Msgs de controle Data packt Msg contr. Msgs de controle Join-Leave Tunelam. sim não QoS sup. 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 [2] C. Perkins et al., “ Route Optmization in Mobile IP ” Internet Draft, [3] E. Gustafsson et al., “ Mobile IP Regional Registration ”, Internet Draft, [4] H. Soliman et al., “ Hierarchical Mobile IPv6 Mobility Management ”, Internet Draft, [5] A. Campbell et al., "Design, implementation, and evaluation of Cellular IP", IEEE Personal Commun. Mag., [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.