Mobilidade rápida heterogénea em arquitecturas de redes de próxima geração

Abstract

Com o crescente aumento do impacto das redes móveis nas vidas dos cidadãos contemporâneos e a explícita necessidade de contacto com a Internet em qualquer lugar, torna-se fundamental encontrar alternativas e mecanismos viáveis que permitam dar resposta a estas necessidades. Assim, julga-se que a resposta passará naturalmente pela introdução do protocolo IP na estrutura lógica das redes de operador de forma a permitir que os terminais móveis possam aceder livremente a qualquer conteúdo e serviços em qualquer lugar e em qualquer momento. Contudo, o facto de integrar uma tecnologia protocolar IP numa rede móvel traz naturalmente sérios problemas visto que este nunca foi concebido para suportar mobilidade de endereçamento entre diferentes redes. Uma das actuais soluções mais proclamadas, e que é neste momento o “standard” para mobilidade IP, é o protocolo Mobile IP. Este protocolo, tanto na sua versão para IPv6 como para IPv4, suporta integralmente o conceito de mobilidade IP e permite que terminais móveis de próxima geração se possam movimentar livremente entre diferentes redes sem perderem as ligações existentes nesse momento. Contudo, o Mobile IP é um protocolo de compromisso, e como tal tem sérios impactos em alguns factores importantes tais como o tempo de handover, a perda de pacotes associada e o Jitter sofrido durante a transmissão dos mesmos. Assim, torna-se importante para os operadores de próxima geração encontrarem novas soluções que permitam suportar a mobilidade rápida de terminais móveis e também obter o menor impacto possível na sua estrutura de rede poupando recursos preciosos. O trabalho realizado nesta dissertação consiste no estudo detalhado dos protocolos de mobilidade existentes actualmente, e como resultado desse estudo foi desenvolvido um novo conceito arquitectural e protocolar para ambientes de mobilidade rápida em redes móveis de próxima geração. O Local-centric Mobility System (LMS) surgiu como resposta a estes problemas e foi desenhado com base em conceitos de mobilidade rápida preditiva, micromobilidade, utilização de multicast para optimização do encaminhamento de pacotes, aplicação de segurança através de mecanismos criptográficos, serviços de controlo AAAC e por fim conceitos existentes nas redes celulares tais como o paging. Como forma de comprovar cientificamente a exequibilidade deste novo conceito foi desenvolvido um protótipo completamente funcional onde se pôde testar o LMS em redes reais sobre condições diversas em ambiente de laboratório. Os resultados dos testes apresentados nesta dissertação comprovam a sua exequibilidade numa rede real mostrando que o LMS poderá ser um ponto inicial para novas descobertas no âmbito da integração da mobilidade IP. Por fim este estudo permitiu ainda a publicação de um artigo científico numa conferência internacional onde foi apresentado à comunidade.

ABSTRACT: With the increasing impact of the mobile networks in the contemporaneous citizens and the current “Internet every where” phenomenon, it is fundamental to reach feasible mechanisms and solutions to handle this type of requirements. Thus, the research projects points the integration of Internet Protocol (IP) in the network operator structures as the possible solution for all of these needs. The integration of IP in the network operator structures will provide support of “Internet every where” and also other several services that, at now a days, does not exists. However, the integration of IP technology in the mobile operator networks will raise several problems since the Internet Protocol (IP) was not designed to support address mobility. The current standard solution for IP mobility is the Mobile IP protocol. This protocol allows the mobile terminals to move among the networks without breaking the network connections and established sessions. Nevertheless, the Mobile IP protocol implies blackout experiences and also some service disruption during the handoffs. These problems makes difficult to integrate the Mobile IP protocol in the next generation operator networks. Thus, new solutions for IP mobility in next generation networks are required in order to have seamless and fast handovers during the mobile terminal movements. This master thesis consists in a deep study of current mobility protocols and, as result of this evaluation, a new mobility protocol and a next generation network architecture was architected, developed and evaluated. The developed mobility protocol, Local-centric Mobility System (LMS), was created in order solve the main mobility problems and also to have seamless integration with network operator agents such as AAAC (Access, Accounting, Authorization and Charging) servers. The LMS protocol supports Quality of Service (QoS), security based on cryptographic mechanism and also fast and seamless mobility. The LMS also supports paging and micro-mobility/local-mobility based on the cellular networks concepts. In order to scientifically prove the feasibility of this novel approach, it was developed a complete functional prototype of Local-centric Mobility System (LMS) and it was tested in real conditions in real testbeds. The results of these tests prove that LMS could be able to support several mobile terminals under high mobility scenarios and also have seamless integration with network operator’s requirements. Finally this thesis also results in a scientific publication in an international conference where the LMS was presented to the scientific community.