Quality of service and mobility support in WiMAX networks

Abstract

O crescimento exponencial da Internet tem imposto um constante incremento da largura de banda no acesso à Internet e serviços conduzindo em grande medida à adopção massiva da banda larga. O IEEE 802.16 é uma recente tecnologia de banda larga sem-fios com o objectivo de fornecer altas taxas de transferência de dados e ampla cobertura que pode atingir as dezenas de quilómetros, numa variedade de formas, desde ponto-a-ponto até acessos do tipo celular com suporte total de mobilidade. Embora o IEEE 802.16 se apresente como um dos principais candidatos à próxima geração de redes, é igualmente evidente que, num futuro próximo, a combinação de várias tecnologias será necessária. Com base neste princípio, é vital avaliar e descrever o papel que o IEEE 802.16 pode desempenhar nos ambientes de rede heterogéneos da próxima geração. Esta tese apresenta um extenso estudo da tecnologia de Banda Larga IEEE 802.16, desenvolvido no âmbito de dois projectos europeus, denominados, WEIRD e DAIDALOS, este último já na sua segunda fase. Os trabalhos desenvolvidos no âmbito do WEIRD estão mais orientados para as redes WiMAX em si, sendo que as suas inerentes capacidades de QoS e o papel assumido pelo 802.16 é, nesta situação, de maior relevo. Uma solução inovadora para controlar dinamicamente os recursos do segmento WiMAX é proposta no presente caso. A solução apresentada está de acordo com as tendências NGN, bem como com as orientações e arquitectura do WiMAX Forum. A interacção com os sistemas WiMAX é efectuada por meio do protocolo SNMP, com base no standard IEEE 802.16f. Além disso, é definida uma camada de abstracção horizontal, escondendo as funcionalidades específicas dos distintos equipamentos WiMAX, proporcionando, assim, robustez e independência de vendedores. No que diz respeito ao DAIDALOS, foi proposta uma arquitectura distinta de QoS, capaz de fornecer controlo dinâmico de QoS em redes IEEE 802.16, integrá-las com tecnologias heterogéneas e inerentemente integrar a arquitectura com mobilidade. Esta arquitectura usa o IEEE 802.21 com integração de mobilidade e QoS em cenários heterogéneos. O trabalho desenvolvido consistiu essencialmente no desenho, implementação e avaliação de uma aplicação para Controlo de Recursos em Redes WiMAX, e da sua integração com o IEEE 802.21. Os resultados, obtidos através da experimentação real aplicada a ambas arquitecturas, mostram que é possível fornecer QoS sob cenários dinâmicos, com rapidez de sinalização de mobilidade e QoS integradas.

ABSTRACT: The stunning growth of the Internet is imposing higher speed Internet access services and leading in great extent to the broadband adoption. IEEE 802.16 is a recent wireless broadband technology aiming at providing high data rates over long distances in a variety of ways, from point-to-point to full mobile cellular type access. Although IEEE 802.16 has emerged as one of the major candidates for next generation networks, it is also clear that in the near future, the combination of several technologies will be required. Based on this, it is vital to evaluate and depict the role that IEEE 802.16 can perform in next generation heterogeneous environments. This thesis presents an extensive study of Broadband Technology IEEE 802.16, developed under the scope of two European projects, WEIRD and DAIDALOS. The work developed under WEIRD umbrella is itself more geared to WiMAX networks, exploiting its inherent QoS capabilities, and thus highlighting the IEEE 802.16. A novel solution to dynamically control the resources of a WiMAX system is proposed in this case. The presented solution is aligned with the NGN trends, as well as with the WiMAX Forum guidelines and architecture. The interaction with the WiMAX systems is performed through SNMP, supporting the standardized IEEE 802.16f MIB and was one of the main focus of this thesis. Furthermore, was defined an horizontal abstraction layer, hiding the WiMAX equipments specific functionalities from the network control plane, thus providing robustness and vendor independency. In which concerns to DAIDALOS a distinct QoS architecture is proposed, able to provide dynamic QoS in IEEE 802.16 networks, integrate them in heterogeneous technologies and inherently integrate the architecture with mobility. This architecture uses IEEE 802.21 for the tight integration of mobility and QoS in heterogeneous scenarios. Generically it was designed, implemented and evaluated a WiMAX Resource Control Application, that was tightly integrated with IEEE 802.21. The results, obtained through real experimentation of both implemented architectures, show that it is able to provide QoS under dynamic scenarios, with fast integrated QoS and mobility signalling.