IP - MIKRO MOBILITÁS
2011. május 19., Budapest
Miért nem elég a Mobil IP? A nagy körülfordulási idő és a vezérlési overhead miatt kb. 5s-re megszakad a kapcsolat minden IP csatlakozási pont váltáskor. • Ez komoly gondot jelent pl. a valós idejű alkalmazásoknál. • A mobil IP inkább nomád környezetben y használható semmint mobile computing környezetben.
Ezen probléma kiküszöbölésére az IETF több javaslatot is vitára bocsátott, melyek: •
egy jól definiált d fi iált tterületre ül t k korlátozott lát tt mobilitást bilitá t bi biztosítanak t ít k (pl. ( l hozzáférési hálózat egy épületen belül) és • együttműködnek a mobil IP-vel hierarchikus módon.
Ezek az ún. ún mikro mobilitás protokollok • nem skálázhatók olyan jól a felhasználó számmal, mint a mobil IP, • de sokkal jobb teljesítményt nyújtanak a cellaváltások tekintetében.
Makro és mikro mobilitás Ahogy az ábrán is látható két alapvető handover típust különböztetünk meg: tartományok közötti közötti, és domain domain-on on beüli cellaváltásokat:
Makro és mikro mobilitás az intra-domain handover, ami egy jól definiált területen (ún.: mikro mobilitás domain) belüli cellaváltásokra vonatkozik. tk ik Ezt E t kezelik k lik a mikro ik mobilitás bilitá protokolljai. t k llj i Makro mobilitásról pedig akkor beszélünk, ha két domain között mozog a mobil terminál, amit inter inter-domain domain handovernek nevezünk. Ezt már a mobil IP kezeli. A mikro mobilitás algoritmusainak egy fontos célja, hogy • minél gyorsabban próbálják lebonyolítani az intra-domain handovereket, • ezzel növelni az elérhető teljesítményt, a hálózat kihasználásának hatásfokát, és • minimalizálni a felhasználó adatfolyamának megszakítását.
Mobil IP és a mikro mobilitás •Mobile IP --> “makro” mobilitás kezelése •Gyakori üzenetek a home agent-nak: nagy control Overhead •Nagy késleltetés és kiesés cellaváltás esetén •QoS: HA és FA között új (QoS-alapú) útvonal lefoglalás
A mobil IP nem alkalmas a mikromobilitás kezelésére, javasolt erre a célra külön protokollt alkalmazni, ami képes együttműködni a globális mobilitást biztosító mobil IP-vel.
mikro mobilitás protokollok sebessége a mikromoblitás protokollok gyorsasága a cellaváltások lokális kezelésében rejlik: • a felhasználó domain-en belüli mozgását “elfedi ” a mobil IP elől, nincs szükség a mobil IP bevonására minden cellaváltásnál • a regisztrációs és a jelzés üzenetek - megvalósítástól függően - legfeljebb a tartomány gyökér routeréig kell hogy eljussanak, és a gyökér router az üzneteket gyorsan fel tudja dolgozni.
tehát a gyorsaság részben a • kis terület, • a limitált számú felhasználó, és • a mobil IP kihagyásának következménye
Mikro mobilitási p protokollok közös vonásai
Hierarchikus mobilitás kezelés a skálázhatóság miatt. Egyszerű és olcsón telepíthető hálózati eszközök a gazdaságos és könnyű telepíthetőség miatt. A helyzet információkat soft-state módon kell tárolni a skálázhatóság és megbízhatóság miatt miatt. A redundáns útvonalak és a veszteségmentes handover között változtatható “trade-off” (teljesítmény kontra hatékonyság). hatékonyság) Visszamenőleges kompatibilitás a szabványos IP protokollal, és együttműködés a mobil IP-vel. A mobil IP IP-vel vel azonos biztonsági megoldások használata a biztonság érdekében. QoS támogatás, együttműködés QoS támogatással rendelkező protokollokkal. protokollokkal
A CELLÁS IP MIKROMOBILITÁS PROTOKOLL
2011. május 19., Budapest
Cellás IP (Cellular IP) A cellás IP a LERS csoporton belül a per host forwarding alapú megoldásokhoz tartozik. tartozik A legfontosabb szempontok, amiket figyelembevettek a CIP tervezésénél: • oolcsó csó pass passzív kapcsolat; apcso at; • rugalmas handoff támogatás; • hatékony location management; • a node‐ok nem ismerik a hálózati topológiát; • nincs központi adatbázis, vagy más kritikus hibaforrás; i kö ti d tbá i á k itik hib f á • a hálózat elemei nem válnak bonyolultabbá, ahogy a lefedettségi terület (és így a felhasználók száma) nő.
Cellás IP hálózat elemei
Cellular IP Node •
Egy Cellular IP hálózat Cellular IP Node-okból áll. Ezeknek a szerepe kettős: Egyrészt részt vesznek a csomagirányításban, másrészt ők kommunikálnak (Cellular IP Base Station, bázisállomás) a mobil géppel vezeték nélküli környezetben.
Cellular IP Gateway, átjáró •
Egy olyan Cellular IP Node, hagyományos IP hálózathoz.
ami
csatlakozik
a
Uplink neighbour • A Cellular IP Node egy olyan szomszédja, ami következő állomás az átjáróhoz vezető legrövidebb úton. A szomszédokat vagy előre beállítják vagy egy speciális algoritmus térképezi fel ők t őket.
Downlink neighbour • Egy Cellular IP Node minden az Uplink neighbourtől különböző szomszédja. édj
Cellás IP hálózat elemei Paging Cache, paging-tároló • Egy olyan tároló tároló, ami olyan Node-okban Node okban létezik létezik, amelyek több Node-ot fognak össze úgynevezett paging-area egységbe. Ezek a Node-ok bizonyos esetekben nem a route-tároló, hanem a paging-tároló segítségével irányítják a csomagokat, k t amiket ik t a mobil bil gépnek é k címeztek. í t k
Paging Area • A Cellular IP Node-ok olyan egy csoportja amelyben egy N d Node-nak k sincs i P Paging i cache-e. h
Paging – timeout •
A paging-tároló egy bejegyzésének érvényességi időtartama.
Paging – update – packet •
Egy olyan csomag, amit a mobil gép azért küld, hogy frissítse a paging-tárolóban róla tárolt információkat.
Cellás IP hálózat elemei Route Cache, route-tároló • Egy olyan tároló, amit minden Node arra használ, hogy iá í irányítsa a csomagokat, k amiket ik a mobil bil gépnek é k címeztek. í k
Route – timeout •
A route-tároló egy bejegyzésének érvényességi időtartama időtartama.
Route – update – packet •
Egy olyan csomag, amit a mobil gép azért küld, hogy frissítse a route-tárolókban róla tárolt információkat.
CIP -MIP - IP protokoll stack
Új protokoll adat elemek Mobilityy Management g Protocol Data Units ((PDU): ) • BS Beacon (Net-ID, IP address of gateway) szabályos időközönként kisugározza a BS a rádiós interfészén. A BS azonosítóját vagy cella ID-t a mobilok a MAC rétegen keresztül veszik. veszik • Paging-update (IP csomag, a protokol típus: IPPROTO_CELLIPRU) upstream irányban a mobil küldi a gw felé, és regisztrációs payload-ot h d (payload hordoz ( l d a felsőbb f l őbb szint i t számára á á hordozott h d tt információ). i f á ió) • Route-update (IP csomag, a protokol típus: IPPROTO_CELLIPRU) upstream irányban a mobil küldi a gateway felé, és regisztrációs payload-ot hordoz (payload a felsőbb szint számára hordozott információ). A közönséges adatcsomagokat is felhasználja a mobilitás menedzsment réteg, így csökkentve a protokoll üzenetek gyakoriságát.
A CIP hálózat felépítése Hierarchikus szervezés • Uplink szomszéd (útvonalválasztó felé) • Downlink szomszéd (mobil felé) E C
Router
G Global Internet
F
A H Home/Foreign /F i A Agentt
B
G D
Bejelentkezés A mobil a regisztrálás során egy route update üzenetet küld a gateway routerhez. Ezt az üzenetet veszi a bázisállomás á á á é és hop-by-hop módszerrel ó elküldi ü az uplink szomszédokon keresztül gatewaynek. Minden közbülső állomás a routing cache-be bejegyzi, hogy az adott mobil milyen irányban érhető el (a mobil IP címét és az adott interfészt rendeli össze). Ha egy route update érkezett a gatewaybe, akkor az eldobja és a bejegyzést tesz a routing cache-ébe . Ezután már a mobilnak küldött csomagok számára adott a továbbítási útvonal útvonal. A routing cache bejegyzések csak időszakosak, adott idő után lejárnak (soft state), erre a mobil terminálok mozgása miatt van szükség. Ezért a mobiloknak periodikusan frissíteniük kell az útvonalakat, azaz a mobil periodikusan update csomagokat küld a helyzetének jelzésére, illetve az adatcsomagok is elvégzik a frissítést.
Paging Azok a mobilok, akik nem akarnak aktívan adni vagy venni, de elérhetők szeretnének maradni lehetőségük g van arra,, hogy gy a routing cache bejegyzéseik lejárjanak, ha fenntartják az ún. Paging cache bejegyzéseket. Érvényes paging cache bejegyzéssel rendelkező rendelkező, de routing cache bejegyzéssel nem bíró mobilt idle állapotúnak nevezzük. Érvényes routing cache bejegyzéssel bíró mobilt pedig activenak. nak A két tároló közötti alapvető különbség, hogy paging cache nincs minden cellás IP csomópontban és hosszabb lejárati idejűek a bejegyzéseik. Azon node-on, ahol mindkét cache megtalálható a routing pj irányítják y j a csomagokat g downlink irányban. y cache alapján
Paging g g Ha egy Node-hoz érkezik egy csomag, ami egy olyan mobil terminálnak szól amihez nincs route-tároló bejegyzése a Node-nak,, akkor a p paging-tároló g g alapján pj történik az útvonalválasztás. Amennyiben ebben a Node-ban nincs pagingtároló, akkor minden Downlink neighbour-nek elküldi a csomagot. Abban az esetben, ha van a Node-ban pagingtároló, és nincs a mobil gépre utaló bejegyzés, akkor a Node eldobja a csomagot. Ha a mobil aktív állapotban van, akkor a hálózatnak mindig pontosan kell tudnia, hogy a terminál hol van. Ezért a mobil terminálnak minden handoverről értesítenie kell a hálózatot. Az idle állapotú mobil terminálál ez nem olyan nagy jelentőségű, ezért ilyenkor egy mobilnak bil k csak k akkor kk kkell ll paging-update i d t csomagott küldenie, küld i ha h a paging-timeout lejárt, vagy ha új paging area-ba kerül, ezt pedig a paging-area azonosítóból – amit a bázis-állomások által kiadott „Beacon Beacon” jelek tartalmaznak – veszi észre észre.
paging Ha egy idle mobil kap egy csomagot, akkor aktív állapotú l lesz, é és rögtön ö tö f i ít i fogja frissíteni f j a route-tároló t tá ló bejegyzéseket. A hozzá érkező további csomagok már a routetároló bejegyzések alapján irányítódnak. Aktív állapotú mobil terminálnak tehát folyamatosan frissítenie kell a route –tároló tároló bejegyzéseket, ezért külön paging – update csomagokat már nem kell küldeni, hiszen minden felfelé menő csomag frissíti a paging-tároló paging tároló bejegyzéseket. Aktív állapotú mobilnak akkor is kell route – update csomagot küldeni, ha cellát változtat - a nyomonkövethetőség érdekében. A ppaging g g forgalom g csökkentése érdekében a mobilnak azonnal route update csomaggal kell válaszolnia, amint egy paging-gel küldött csomagot vett.
Paging és Routing cache összehasonlítása
Tulajdonság Frissíti
Paging cache Minden mobiltól kapott csomag
Hatáskör Cél Időskála
Idle/aktív mobilokra Paging csomagok továbbítása Mobilitás
Routing cache Paging-update kivételével minden mobiltól kapott csomag Csak az aktívakra Mobilnak címzett csomagok továbbítása Csomag
A két cache frissítési gyakorisága a tárolókhoz rendelt timerek különböző időtartama, valamint a paging terület és a bázisállomás által lefedett terület különböző mérete miatt eltérő
Handover A handovert a mobil kezdeményezi egy route update ü üzenet t küldé küldésével é l az új bá bázisállomáshoz. i áll á h E Ez az ü üzenett a már ismert hop-by-hop módon utazik a BS-től a gateway routerig és az útbaeső node-okon frissíti a route cache bejegyzéseket. bejegyzéseket A régi és az új BS-hez tartozó útvonalak átfedhetik egymást. A régi útvonalon az át nem fedett csomópontok route bejegyzéseit a time-out szünteti meg és nem egy explicit jel. A cellás IP hard és semi-soft handovert támogat. Mindkét megoldás olyan vezeték nélküli interfészek számára alkalmas, melyek egyszerre csak egy BS-sel tudnak kapcsolatban állni.
Routing A routerek működése a CIP-ben némileg eltér a hagyományos IP routingtól. routingtól Az uplink irányt a hálózatmenedzsmentből eredően minden router ismeri, esetleg egy legrövidebb utat kereső algoritmus segítségével is felderíthető. felderíthető Ha egy downlink irányból érkezik egy csomag, akkor ez alapján a router frissíti az adott mobilhoz tartozó routing és paging cache bejegyzést egyaránt. egyaránt Ez alól kivétel a paging_update üzenet, amely csak az utóbbit frissíti. Az egyszerű adatcsomagok csak a soft-state bejegyzések idejét frissítik,, de nem változtatják j azokat. Egy gy cache bejegyzés j gy (routing vagy paging) a következő mezőkből épül fel: IP cím, interface, MAC cím, elévülési idő, időbélyeg.
Routing Downlink irányba történő routing esetén elsőként a routing cache alapján kikeresett irányba továbbítódik a csomag, ha ez nincs, i akkor kk a paging i cache-ben h b található lálh ó megfelelő f l lő bejegyzés b j é dönt. Ha ebben sincs a rendeletetési címnek megfelelő bejegyzés, vagy az adott routerben nincs paging cache, akkor broadcast-olja az üzenetet az összes downlink szomszédjának.
Részletes működés - mobil terminál A mobil IDLE állapotban a következő eseményeket figyeli: • BS beacon jel, ha változást tapasztal, akkor paging-update csomagot küld. • Ha lejár a paging-update timer, akkor is paging-update csomagot küld. küld • Beérkező adat hatására átvált ACTIVE állapotba.
A mobil ACTIVE állapotban a következő eseményeket figyeli: • BS beacon jel, ha változást tapasztal, akkor route-update csomagot küld. • Ha lejár a route-update timer, akkor is küld route-update csomagot. • Adat fogadása nullázza az aktivitási timert (lejártakor IDLE módba vált). • Adat küldése nullázza a route update timert (lejártakor routeupdate csomagot küld) küld).
CIP - MIP együttműködés A mobil terminál regisztrálása után a GW a vezetékes hálózat felől beérkező IP csomagokat (decapsulate után) t ábbítj downlink továbbítja d li k irányban i á b a mobil bil tterminál i ál ffelé. lé A mobiltól a bázisállomásokon és az uplink útvonalon keresztül kapott csomagokat a vezetékes hálózaton át továbbítja a megfelelő célállomásnak.
