6: Wireless and Mobile Networks 6-1
Capitolo 6: sommario
Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali
Wireless, CDMA
IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)
Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM)
Mobilità Principi:
indirizzamento e routing per utenti mobili
Mobile IP Gestione mobilità in
reti cellulari Mobilità e protocolli di
alto livello
6: Wireless and Mobile Networks 6-2
Cos’è la mobilità?
La prospettiva del livello di rete
no mobilità Alta mobilità
L’utente resta nella stessa rete wireless di accesso
L’utente si sposta in diverse reti di accesso senza chiudere le connessioni attive (come nei sistemi cellulari)
L’utente si sposta in diverse reti di accesso e chiude la connessione quando cambia rete
6: Wireless and Mobile Networks 6-3
Mobilità: terminologiahome network(rete domestica): rete abituale dell’utente mobile(e.g., 128.119.40/24)
Permanent address: indirizzo permanente della home network, su cui l’utente mobile può essere sempre raggiuntoe.g., 128.119.40.186
home agent(agente domestico): etità che realizza le funzioni di mobilità per conto del terminale mobile, quando questo è connesso altrove
wide area network
Correspondent (corrispondente)
mobile: terminale mobile
6: Wireless and Mobile Networks 6-4
Mobilità: terminologia
Care-of-address: indirzzo presso la visited network.(e.g., 79,129.13.2)
wide area network
visited network: rete alla quale è attualmente connesso il mobile (e.g., 79.129.13/24)
Permanent address: rimane invariato (e.g., 128.119.40.186)
foreign agent (agente ospite): entità nella visited network, che realizza le funzioni di mobilità per conto del mobile
correspondent: entitè che vuole comunicare con il mobile
6: Wireless and Mobile Networks 6-5
Come contatti un utente mobile?
Cerchi nelle pagine gialle di tutto il mondo?
Chiami i suoi parenti?
Aspetti che si faccia vivo lui e ti faccia sapere dov’è?
Dove sarà Alice?
Considera un amico che cambia sovente indirizzo, come lo contatti?
6: Wireless and Mobile Networks 6-6
Mobilità: approcci
Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo scambio delle usuali tabelle di routing. Le tabelle di routing indicano dove si trova
ciascun mobile. Nessun cambiamanto agli end-systems
Se ne occupano gli end-systems: Routing indiretto: le comunicazioni tra
correspondent e mobile passano sempre attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni verso il mobile).
Routing diretto: il correspondent ottiene il foreign address del mobile, e inoltra i messaggi direttamente al mobile.
6: Wireless and Mobile Networks 6-7
Mobilità: approcci
Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo scambio delle usuali tabelle di routing. Le tabelle di routing indicano dove si trova
ciascun utente mobile. Nessun cambiamanto agli end-systems
Se ne occupano gli end-systems: Routing indiretto: le comunicazioni tra
correspondent e mobile passano sempre attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni verso il mobile).
Routing diretto: il correspondent ottiene il foreign address del mobile, e inoltra i messaggi direttamente al mobile.
Non scalabile a milioni di nodi
6: Wireless and Mobile Networks 6-8
Mobilità: registrazione
Risultato: Il foreign agent è consapevole della presenza
del mobile Lo Home agent conosce la nuova locazione del
mobile
wide area network
home network
visited network
1
mobile contatta il foreign agent della visited network che si appresta a visitare
2
foreign agent contatta lo home agent: “questo mobile è attualmente residente presso la mia rete”
6: Wireless and Mobile Networks 6-9
Mobilita via Routing indiretto
wide area network
homenetwork
visitednetwork
3
2
41
correspondent indirizza i pacchetti sulla base dello home address del mobile
home agent interccetta i pacchetti e li inoltra verso il foreign agent
foreign agent riceve i pacchetti, e li inoltra verso il mobile
mobile risponde direttamente al correspondent
6: Wireless and Mobile Networks 6-10
Routing indiretto: commenti Mobile usa due indirizzi:
permanent address: usato dal correspondent (quindi la locazione del mobile è trasparente al correspondent)
care-of-address: usato dallo home agent per inoltrare datagrammi al mobile
Le funzionalità del foreign agent possono essere realizzate dal mobile stesso
Routing triangolare: correspondent-home-network-mobile Inefficenate quandocorrespondent e mobile sono nella medfesima rete
6: Wireless and Mobile Networks 6-11
Routing indiretto: muoversi tra le reti Quindi quando un utente mobile si muove
verso un’altra rete Si registra presso un nuovo foreign agent Il nuovo foreign agent comunica la
registrazionw allo home agent del mobile Lo home agent aggiorna il care-of-address del
mobile I pacchetti continuano ad essere inoltrati
verso il mobile (ma con il nuovo care-of-address)
La mobilità cambia le foreign networks in modo trasparente: le connessioni attive sono mantenute attive!
6: Wireless and Mobile Networks 6-12
Mobilità via Routing diretto
wide area network
homenetwork
visitednetwork
4
2
41Alle richieste del correspondent, viene risposto con il foreign address del mobile
Il correspondent può quindi inoltrare direttamente al foreign agent
Il foreign agent riceve i pacchetti, e li inoltra presso il mobile
Il mobile risponde direttamente al correspondent
3
6: Wireless and Mobile Networks 6-13
Mobilità via Routing diretto: commenti
Risolve il problema del routing triangolare Non è trasparente per il correspondent: il
correspondent deve conoscere il care-of-address dallo home agent Cosa succede se il mobile cambia la rete
visitata?
6: Wireless and Mobile Networks 6-14
wide area network
1
foreign net visited at session start
anchorforeignagent
2
4
new foreignagent
35
correspondentagent
correspondent
new foreignnetwork
Gestire la mobilità con il routing diretto
Anchor foreign agent: è il FA della prima rete visitata I dati sono sempre inoltrati per prima cosa allo anchor
FA Quando il mobile si muove: il nuovo FA fa in modo che i
dati gli vengano inoltrati dal vecchio FA (catena)
6: Wireless and Mobile Networks 6-15
Capitolo 6: sommario
Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali
Wireless, CDMA
IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)
Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM)
Mobilità Principi:
indirizzamento e routing per utenti mobili
Mobile IP Gestione mobilità in
reti cellulari Mobilità e protocolli di
alto livello
6: Wireless and Mobile Networks 6-16
Mobile IP
RFC 3220 Realizza molte delle funzionalità che
abbiamo visto home agents, foreign agents, foreign-agent
registration, care-of-addresses, incapsulamento (un pacchetto all’interno di un’altro pacchetto)
Tre componenti sono sandardizzate: Routing indiretto dei datagrammi Agent discovery Registrazione presso lo home agent
6: Wireless and Mobile Networks 6-17
Mobile IP: routing indiretto
Permanent address: 128.119.40.186
Care-of address: 79.129.13.2
dest: 128.119.40.186
Pacchetto inviato dal correspondent
dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186
Pacchetto inviato dallo home agent al foreign agent: incapsulamento
dest: 128.119.40.186
Pacchetto dal foreign-agent-al-mobile
6: Wireless and Mobile Networks 6-18
Mobile IP: agent discovery agent advertisement: gli agenti foreign/home
rendono noti i servizi attraverso il broadcasting di messggi ICMP (typefield = 9)
RBHFMGV bits reserved
type = 16
type = 9 code = 0 = 9
checksum = 9
router address
standard ICMP fields
mobility agent advertisement
extension
length sequence #
registration lifetime
0 or more care-of-addresses
0 8 16 24
R bit: registrazione richiesta
H,F bits: home e/o foreign agent
R: registration is required B: no more additional
registration H: is a home agent F: is a foreign agent M, G: types of tunneled
datagram it can handles
6: Wireless and Mobile Networks 6-19
Mobile IP: esempio di registrazione
visited network: 79.129.13/ 24 home agent
HA: 128.119.40.7 f oreign agent
COA: 79.129.13.2 COA: 79.129.13.2
….
I CMP agent adv. Mobile agent MA: 128.119.40.186
registration req.
COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 ….
registration req.
COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format ….
registration reply
HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format ….
registration reply
HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 ….
time
6: Wireless and Mobile Networks 6-20
Capitolo 6: sommario
Comunicazioni Wireless Caratteristiche canali
Wireless, CDMA
IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)
Cellular Internet Access architettura standard (es. GSM)
Mobilità Principi:
indirizzamento e routing per utenti mobili
Mobile IP Gestione mobilità in
reti cellulari Mobilità e protocolli di
alto livello
6: Wireless and Mobile Networks 6-21
Componenti di un architettura cellulare
correspondent
MSC
MSC
MSC MSC
MSC
Rete telefonica cablata
Differenti reti cellulari gestite da diversi operatori
ricorda:
6: Wireless and Mobile Networks 6-22
Gestire la mobilità nelle reti cellulari
home network: rete dell’operatore (e.g., TIM, Vodafone, WIND, TRE) home location register (HLR): database nella
home network che contiene il numero di telefono, informazioni di profilazione (servizi, preferenze, billing), informazioni sull’attuale posizione dell’utente (può essere presso un’altra rete)
visited network: la rete presso cui attualmente si trova il mobile visitor location register (VLR): database che
contiene gli utenti attualmente presenti nella rete
6: Wireless and Mobile Networks 6-23
Public switched telephonenetwork
mobileuser
homeMobile
Switching Center
HLR home network
visitednetwork
correspondent
Mobile Switching
Center
VLR
GSM: routing indiretto verso il mobile
1 Chiamata instradata verso home network
2
Home MSC consulta HLR per ottenere il riferimento del mobile presso la rete visitata
3
home MSC imposta la seconda tratta della connessione verso lo MSC della rete visitata
4
Il MSC nella rete visitata completaIl circuito dalla BSS al mobile
6: Wireless and Mobile Networks 6-24
Mobile Switching
Center
VLR
old BSSnew BSS
old routing
newrouting
GSM: handoff sullo stesso MSC
Scopo dello Handoff: instradare le chiamate attraverso una nuova base station (senza interruzioni)
Ragioni per l’handoff: Segnale + forte verso/da
nuove BSS (garantiscce connettività, minor consumo energetico)
load balance: libera canali della BSS attuale
GSM non indica esplicitamente le ragioni per cui effetuare handoff (politiche), solo come (meccanismo)
6: Wireless and Mobile Networks 6-25
Mobile Switching
Center
VLR
old BSS
1
3
24
5 6
78
GSM: handoff sullo stesso MSC
new BSS
1. La vecchia BSS informa lo MSC di un imminente handoff, e fornisce la lista di 1+ nuove BSSs
2. MSC instaura l’instradamanto (alloca risorse) verso la nuova BSS
3. La nuova BSS alloca i canali radio per il mobile
4. La nuova BSS segnala allo MSC che è pronta e questo a sua volta lo comunica alla vecchia BSS
5. La vecchia BSS attiva il mobile per effettuare handoff (il mobile non consce il canale radio)
6. Il mobile e la nuova BSS si scambiano i messaggi per completare l’assegnazione del canale7. Il mobile comunica alla nuova BSS che a sua volta lo comunica allo MSC che l’handoff è completo. MSC ridireziona le chiamate8 MSC-vecchia-BSS rilascia le risorse
6: Wireless and Mobile Networks 6-26
home network
Home MSC
PSTN
correspondent
MSC
anchor MSC
MSCMSC
(a) before handoff
GSM: handoff tra MSC distinti
MSC di appoggio (anchor): MSC visitato dal mobile quando vengono inizializzate le chiamate Non cambia durante la
chiamata Indipendentemente dal
numero di trasferimenti inter-MSC: Home MSC anchor MSC MSC visitato
IS-41 prevede un passo opzionale di ottimizzazione per accorciare le catene multi-MSC
Un mobile si sposta in una BS che è associata ad un differente MSC rispetto a quello della vecchia BS
6: Wireless and Mobile Networks 6-27
home network
Home MSC
PSTN
correspondent
MSC
anchor MSC
MSCMSC
(b) after handoff
GSM: handoff tra MSC distinti
MSC di appoggio (anchor): MSC visitato dal mobile quando vengono inizializzate le chiamate Non cambia durante la
chiamata Indipendentemente dal
numero di trasferimenti inter-MSC: Home MSC anchor MSC MSC visitato
IS-41 prevede un passo opzionale di ottimizzazione per accorciare le catene multi-MSC
6: Wireless and Mobile Networks 6-28
Mobilità: GSM rispetto al Mobile IPGSM element Comment on GSM element Mobile IP element
Home system Rete del numero di telefono permanente Home network
MSC home, HLR MSC home: fornisce indirizzi d’instradamento verso l’utente mobile. HLR: database che contiene I numeri di telefono permanenti, informazioni sul profilo utente e commerciali, localizzazione dell’utente mobile
Home agent
Visited System Rete di temporanea residenza Visited network
Visited Mobile services Switching Center.Visitor Location Record (VLR)
MSC visitato: imposta le chiamate da e per un nodo mobile nelle sue celle. VLR: database temporaneo (del sistema visitato) con varie informazioni sugli utenti in visita
Foreign agent
Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number”
Indirizzo utilizzabile per una chiamata telefonica tra MSC domestico e MSC visitato (invisibile all’agente mobile e al corrispondente)
Care-of-address
6: Wireless and Mobile Networks 6-29
Mobilità wireless: impatto sui protocolli dei livelli superiori Logicamente, l’impatto dovrebbe essere minimale…
Il modello di servizio best-effort rimane inalterato TCP and UDP devono poter funzionare sul wireless
mobile … ma per quel che riguarda le prestazioni:
packet loss/delay a causa dei bit-errors (pacchetti scartati, ritardi per le ritrasmissioni), e handoff
TCP interpreta la perdita come congestione, diminuisce la finestra di congestioni anche se non necessario
Difficoltà per il traffico real-time a causa del ritardo di link
Banda limitata del link wireless
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