Macro Micro Movilidad

Slide 1: Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación Protocolos IP para la gestión de la macro y micro-movilidad David García Juan Héctor Sala Gisbert

Slide 2: Índice - Introducción - Macromovilidad - Micromovilidad - Conclusiones

Slide 3: Introducción - Necesidad de movilidad - Nuevos dispositivos • Teléfonos móviles • PDA • Teléfonos VoIP - Gestionar cambios entre redes y subdominio

Slide 4: Introducción - Dos conceptos: • Macromovilidad • Micromovilidad - Problemas: • Localización del terminal • Traspaso de la comunicación

Slide 5: Introducción -Protocolos a analizar: • Mobile IP  Macromovilidad • Cellular IP y Hawaii  Micromovilidad

Slide 6: Macromovilidad -¿Qué es? • Cambio entre dos dominios de redes completamente diferentes • Mobile IP es el protocolo empleado • Proporcionar transparencia a nivel IP

Slide 7: Macromovilidad - Componentes funcionales: • MN  Terminal. Peculiarmente dispone de dos direcciones. • CN  Recibe los paquetes del MN cuando está en una red diferente a la original.

Slide 8: Macromovilidad - Componentes funcionales: • HA Router de la red original del MN. Es el encargado de encaminar los paquetes que tienen por destino el MN. Mantiene información sobre su posición • FA Router de otra red diferente. Coopera con el HA para proporcionar movilidad

Slide 9: Macromovilidad - Componentes funcionales:

Slide 10: Macromovilidad - Funcionamiento: • El MN tiene 2 direcciones , una permanente (home) y una dirección de cuidado (care-of address), asociada con la red que está visitando • El HA almacena información sobre el MN cuya dirección permanente es la de la red del agente.

Slide 11: Macromovilidad - Funcionamiento: • EL FA almacena información sobre cada nodo móvil visitado en su red. Los agentes externos también cuidan la dirección que está siendo usada por el móvil IP

Slide 12: Macromovilidad - Funcionamiento: • Un nodo esperando comunicarse con el MN usa su dirección inicial para enviar paquetes. • Son interceptados por el HA, usa encapsulación IP con encaminado automático para asegurar que los datagramas se encaminan a la verdadera dirección IP que se esté usando en ese momento.

Slide 13: Macromovilidad - Funcionamiento: • Los paquetes a MN llevan la dirección con un nuevo encabezado IP, preservando el IP del encabezado original. • Los paquetes son desencapsulados en el final del túnel para remover el encabezado IP añadido y entregado por el MN.

Slide 14: Macromovilidad - Funcionamiento: • Cuando actúa como emisor, el MN envía paquetes directo al nodo comunicador a través del FA. • El FA podría emplear reverse tunneling por el túnel de los paquetes del nodo hasta el HA el cuál alternadamente los remite al nodo que se comunica.

Slide 15: Macromovilidad - Triangular routing: • Cualquier paquete enviado a la home address del MN será recibido por su HA. • Este reenviará los paquetes, formando un túnel, a la care-of address del MN. Este túnel es bidireccional.

Slide 16: Macromovilidad - Triangular routing: • Cuando el MN envía un paquete, primero lo manda, utilizando el túnel, al HA quien lo desencapsula, obteniendo el mensaje original, y lo reenvía hacia su destino final.

Slide 17: Macromovilidad - Triangular routing:

Slide 18: Macromovilidad - Triangular routing: • Ineficiente • Todo el tráfico entre el MN y el CN debe pasar por el HA. Si el HA falla, todas las conexiones se pierden. • Si el MN y el CN se encuentren en la misma red el tráfico seguiría pasando por el HA

Slide 19: Macromovilidad -Mobile IP define lo siguiente: • Un procedimiento de registro, el MN informa al HA de su dirección care-of. • ICMP Router Discovery, el cual permite que los nodos móviles descubran HA y FA. • Las reglas para enrutar paquetes hacia y desde nodos móviles

Slide 20: Macromovilidad -IPv4 vs IPv6 • En la fase del diseño del protocolo IPv6 se tuvo en cuenta la movilidad y está integrada en el protocolo, en el caso de IPv4 es un parche posterior

Slide 21: Macromovilidad -IPv4 vs IPv6 • En Mobile IPv4 se requiere un rango de direcciones por cada FA, en Mobile IPv6 no son necesarios los FA, para ello se usa la auto configuración de direcciones y el descubrimiento de "vecinos", características de IPv6.

Slide 22: Macromovilidad -IPv4 vs IPv6 • El triangle routing es ineficiente, Mobile IPv6 lo evita. • Los paquetes en Mobile IPv4 desde el Home Agent hasta el Mobile Node deben ir encapsulados, y en IPv6 ya no es necesario.

Slide 23: Macromovilidad -IPv4 vs IPv6 • Problemas con los Firewalls en Mobile IPv4. • Para IPv4 se genera una excesiva señalización. • El tiempo de handoff degrada la comunicación, siendo este mayor para Mobile IPv4 que para IPv6

Slide 24: Micromovilidad -¿Qué es? • Movimiento de los nodos móviles dentro de un mismo dominio. • Para Macromovilidad Mobile IP. • Las características de Mobile IP hacen que no sea del todo eficiente.

Slide 25: Micromovilidad -Limitaciones Mobile IP • Proceso de registro puede ser demasiado lento. • Requiere una gran cantidad de direcciones IP. • Dificultad para mantener Qos (Quality Services).

Slide 26: Micromovilidad - Objetivo: Superar limitaciones de Mobile IP. • Limitar interrupciones en el flujo de datos durante el Handover. • Aumentar eficiencia en el uso de la red. • Mejora de la escalabilidad. • Soporte para QoS.

Slide 27: Micromovilidad - Soluciones • Movilidad a dentro del dominio transparente al HA. • Uso de direcciones privadas dentro del dominio. • Reserva de recursos sólo en cambio de dominio, menor retraso.

Slide 28: Micromovilidad Cellular IP - Introducción • Desarrollado en la Universidad de Columbia. • Soporte de movilidad para áreas geográficas limitadas. • Incorpora principios de los sistemas celulares.

Slide 29: Micromovilidad Cellular IP -Elementos funcionales • MA → Agente de Movilidad: Pasarela a la red IP y Foreign Agent de Mobile IP para macromovilidad. • BS → Estación Base: Actúan como punto de acceso inalámbrico, encaminan los paquetes IP e integran las funciones de contro de celda. • A partir de MA, igual que Mobile IP.

Slide 30: Micromovilidad

Slide 31: Micromovilidad Cellular IP -Funcionamiento • El HA envía los paquetes a través de tunnelling hacia el MA. • El MA desencapsula los paquetes originales y los dirige a las estaciones base. • Los paquetes se identifican mediante su Home Address, por lo que se encaminan sin conversión de dirección o encapsulamiento.

Slide 32: Micromovilidad Cellular IP -Funcionamiento • La gestión de la localización del MN y el soporte del Handover integrados junto al encaminamiento. • Periódicamente el MA envía por difusión un mensaje que inunda únicamente el dominio. • Las BS registran el interfaz por el que les llega dicho mensaje para encaminar los paquetes que el MN envía hacia el MA.

Slide 33: Micromovilidad Cellular IP -Funcionamiento • Los paquetes de datos del MN son utilizados para su localización. • En su ruta hacia el MA, las BS registran el camino para encaminar los paquetes que viajen hacia el MN. • Si no hay refresco, el BS elimina la ruta. • Si el MN quiere mantener la ruta pero no tiene paquetes de datos, envía un mensaje vacío.

Slide 34: Micromovilidad Cellular IP -Handover • Sistema utilizado en comunicaciones móviles celulares con el objetivo de transferir el servicio de una BS a otra cuando la calidad del enlace es insuficiente. • Tres tipos en Cellular IP: Hard Handover, Soft Handover e Indirect Handover.

Slide 35: Micromovilidad Cellular IP -Hard Handover • No se garantiza la entrega de todos los paquetes. • El MN escucha las señales de aviso (beacons) de las BS y en función de su potencia, decide cuándo hacer el handover. • Cúando lo hace, envía un paquete de actualización de ruta a través de la nueva BS, creando una nueva ruta.

Slide 36: Micromovilidad

Slide 37: Micromovilidad Cellular IP -SemiSoft Handover • Supone que los MN se pueden comunicar con las dos BS. • El MN le comunica a la BS su intención de cambiarse, éste mensaje asciende hasta el nodo de cruce creando la nueva ruta. • El nodo de cruce continúa enviando paquetes a la antigua BS. • Tras un tiempo, el MN inicia Handover duro. • Durante un intervalo de tiempo ambas BS reciben los paquetes, minimizando las pérdidas.

Slide 38: Micromovilidad Cellular IP -Indirect Handover • No todas las tecnologías permiten comunicación simultánea con dos BS. • El MN comunica a la oBS su deseo de cambiarse mediante un paquete con la IP de la nBS, que ésta reenvía. • La nBS envía un paquete de actualización de ruta hacia la red con la dirección del MN.

Slide 39: Micromovilidad HAWAII -Introducción • Handover-Aware Wireless Access Internet Infraestructure. • Propuesto por Lucent Bell en 1999. • Protocolo para micromovilidad. • Se apoya en Mobile IP para macromovilidad.

Slide 40: Micromovilidad HAWAII -Introducción • Principios similares. a Cellular IP. • Esquemas de establecimiento de rutas que actualizan las tablas de encaminamiento de los routers del dominio. • Cellular IP se basa en una pasarela que actúa como FA desencapsula los paquetes.

Slide 41: Micromovilidad HAWAII -Introducción • En HAWAII el MN obtiene una Co-located Address que mantiene durante su estancia en el dominio y los paquetes son enrutados directamente.

Slide 42: Micromovilidad HAWAII -Funcionamiento • Arquitectura de red formada por dominios. • BS con esquema jerárquico y capacidad de encaminamiento. • DRR → Domain Root Router: Se encuentra en la parte superior de la jerarquía y actúa cómo pasarela a Internet.

Slide 43: Micromovilidad HAWAII -Funcionamiento • Mientras el MN se encuentra en su dominio los paquetes se encaminan hacia el DRR con el identificativo de subred del dominio. • Cuando el MN cambia de dominio, obtiene una Colocated Care- of Address. • El HA utilizará esta dirección para enviar los paquetes mediante tunnelling. • El MN no necesita cambiar la dirección mientras siga en el mismo dominio.

Slide 44: Micromovilidad HAWAII -Funcionamiento • Gestión de los MN similar a Cellular IP, mecanismo hop-by-hop. • Cada estación tiene una tabla que indica dónde encaminar los paquetes de cada MN. • Para establecer y mantener las rutas 3 tipos de mensajes: Establecimiento (Power-up), Actualización (Update) y Refresco (Refresh).

Slide 45: Micromovilidad HAWAII -Funcionamiento • Cuando un MN cambia de dominio, manda un mensaje de establecimiento. • Las BS en el camino hacia el DRR crean una nueva entrada en sus tablas. • El resto de BS no conocen la existencia del nuevo MN en el dominio. • Para mantener la conectividad, el MN manda mensajes de Actualización, que actualiza las tablas de las BS.

Slide 46: Micromovilidad HAWAII - Handover • Por Redireccionamiento: Envío por múltiples flujos (MSF) y Envío por un único flujo (SSF). • Sin Redireccionamiento: Transmisión Unicast Sin Redireccionamiento (UNF) y Transmisión Multicast Con Redireccionamiento (MNF).

Slide 47: Micromovilidad HAWAII - Envío por múltiples flujos • oBS se comunica con la nBs y le transmite paquetes que tenga almacenados. • Es posible que lleguen paquetes desordenados.

Slide 48: Micromovilidad HAWAII - Envío por un único flujo • Intenta que los paquetes lleguen de forma ordenada. • La oBS informa al nodo de cruce cuando ha finalizado. • Posteriormente el nodo de cruce envía los paquetes. • Los routers han de incorporar un campo adicional que indica el interfaz que por el que se recibe el paquete.

Slide 49: Micromovilidad HAWAII - Transmisión Unicast Sin Redireccionamiento • No hay flujo de datos entre las BS. Minimiza las pérdidas durante el Handover. • El MN es capaz de comunicarse simultáneamente con ambas BS. - Transmisión Multicast Sin Redireccionaniento • El Nodo de Cruce transmite durante un período de tiempo los paquetes a ambas BS.

Slide 50: Conclusiones • Mobile IP estándar para macromovilidad. • Puntos débiles para micromovilidad. • Protocolos específicos para micromovilidad superan estas debilidades. • Cellular IP y HAWAII más extendidos. • Ambos confían en Mobile IP para macromovilidad. • Escalabilidad: Soluciones para micro y macro comparten elementos funcionales.