1 / 48

Mobil Internet Mobilitás kezelés a következő generációs mobil hálózatokban 4.előadás

Mobil Internet Mobilitás kezelés a következő generációs mobil hálózatokban 4.előadás. Simon Vilmos svilmos@hit.bme.hu Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 II. félév. Kivonat. Mobilitás fogalma Mobilitás kezelés Mikro-, Makromobilitás Location Area tervezés

Download Presentation

Mobil Internet Mobilitás kezelés a következő generációs mobil hálózatokban 4.előadás

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Mobil InternetMobilitás kezelés a következő generációs mobil hálózatokban4.előadás Simon Vilmos svilmos@hit.bme.hu Híradástechnikai Tanszék 2008/2009 II. félév

  2. Kivonat • Mobilitás fogalma • Mobilitás kezelés • Mikro-, Makromobilitás • Location Area tervezés • Mobilitás kezelés különböző rétegekben • Vertikális és horizontális hálózatváltás Mobil Internet előadás BME-HIT

  3. Kihívások • A jövő kommunikációs hálózatainak legfontosabb elemei • Átjárhatóság a különböző hálózatok között • Mobilitás !! • Szélessávú multimédia szolgáltatások Mobil Internet előadás BME-HIT

  4. Átjárhatóság • Cél: világméretű infokommunikációs hálózat kialakítása, amely biztosítja a különböző hálózatok közti barangolás képességét • Anélkül, hogy a felhasználó ennek a hatásait bármilyen módon érzékelné • A felhasználó szemszögéből a kommunikáció transzparens Mobil Internet előadás BME-HIT

  5. Mobilitás kezelés • Mozgó terminálok száma az utóbbi években ugrásszerűen megnőtt: mozgékonyság hatékony kezelése (mobility management) • 1990-ben 10 millió analóg FM cellás mobil felhasználó volt a világon • Ma a mobil felhasználók száma meghaladja a két milliárdot Mobil Internet előadás BME-HIT

  6. Legnagyobb kihívás • Ubiquitos (mindenütt jelenlevőség): új típusú mobil eszközök milliárdjai (szenzorok)+szélessávú multimédia • Megoldás: hatékony mobilitáskezelés, skálázható rendszerek Mobil Internet előadás BME-HIT

  7. Konvergencia: All IP • A konvergencia kulcsa az IP protokoll • Összekapcsolja a különböző célokra, különböző technológiákkal és protokollokkal megvalósított hálózatokat • Az IP cím a fizikai objektumtól független, logikailag mégis kötődik hozzá, egy másik hálózatban már nem érvényes • Így az IP cím egyszerre azonosító és helymeghatározó (lokátor)is • Ennek történeti okai vannak: az IP-t időben és térben állandó struktúrához tervezték, és a végpont – vagy akár egész hálózati részek dinamizmusából adódó követelményeknek már nehezen tud megfelelni. Mobil Internet előadás BME-HIT

  8. Mobilitás fogalma • Mobilitás fogalma: az a képesség hogy bárhol bármikor tudjunk kommunikálni • A küldő és a fogadó készülékek, az alkalmazások és a felhasználók is függetlenítik magukat a lokációjuktól Mobil Internet előadás BME-HIT

  9. Mobilitás • Mobilitás alatt azonban nem csupán mobil állomásokat, hanem egész mobil hálózatokat is érthetünk • Pl: a kábelezés csökkentése érdekében a járművek elektronikus mérő és szabályzórendszereinek összekötése LAN-al • Így egy kis mozgó hálózat lesz, ami kapcsolódhat egy külső forgalomirányító rendszerhez • Nagyban: egy óceánjáró hálózata mozoghatna például műholdak alatt, egy ilyen hálózat azonban már számos router-t is kell tartalmazzon, mozgó topológiájú hálózatot eredményezve. Mobil Internet előadás BME-HIT

  10. Kihívások • Hálózati topológia vs Földrajzi viszonyok • A hálózati cím azonosítja a mobil terminál topológiai kapcsolódását, de nem a földrajzi helyzetét is • Pl. Ha változik is a mobil földrajzi helye, a hálózati címe ettől még változatlan maradhat (csak a topológiai kapcsolódástól függ az utóbbi) • Mivel a mobilitás alapelve, hogy bárhol kommunikálhatunk, de a csomagok célbajuttatása a hálózati címen keresztül történik, ezért össze kell rendelni a kettőt • Ezt az összerendelést biztosíthatja a rendszer vagy a résztvevő entitásoknak maguknak kell megoldaniuk: ez a lényege a mobilitás kezelésnek! Mobil Internet előadás BME-HIT

  11. Kihívások • Másik kihívás: a mobil csak az idő egy részében kapcsolódik a hálózathoz • Mobil hálózatokban, ahol felhasználók milliói vannak komoly gond lehet, nem kérdezhetik le kapcsolódás után a szolgáltatás szerverereiket skálázhatósági okok miatt • Ilyen környezetben hatásos adattárolásra és továbbításra van szükség Mobil Internet előadás BME-HIT

  12. Kihívások • A harmadik kihívás: az adatot eljuttatni a mozgó címzetthez • Ha adott a földrajzi-topológiai cím összerendelés és a tárolás/továbbítás, ez mellett szükség van még hatékony routingra, vagyis a routing táblák gyakori frissítésére (gyakrabban mint ahogy a mobil cellát vált) Mobil Internet előadás BME-HIT

  13. Példa: routing és mobilitás • Routing IP hálózatban: egy több hálózati interfésszel rendelkező host eldönti, hogy a kapott IP csomagokat merre továbbítsa • A routing az Interneten helyfüggő: a globális Interneten az IP cím hálózati prefixe alapján történik, míg az Internet domainen belül az alhálózati prefix alapján Mobil Internet előadás BME-HIT

  14. Példa: routing és mobilitás Mobil Internet előadás BME-HIT

  15. Példa: routing és mobilitás • A hálózati cím terminálhoz való rendelése a hálózat topológiájától függ • A routing információ egy elosztott adatbázis, minden router tartalmazza a hálózati topológia információ egy szeletét • Ez alapján minden router-nak képesnek kell lennie kiválasztani a csomag következő állomását (next hop) a csomag hálózati célcíme alapján Mobil Internet előadás BME-HIT

  16. Példa: routing és mobilitás • Az elosztott routing adatbázisnak tartalmaznia kell a linkek változását: frissíteni kell a routing táblákat • A frissítés lehet manuális (statikus routing) illetve automatikus (router protokollok végzik pl OSPF) Mobil Internet előadás BME-HIT

  17. Példa: routing és mobilitás • Mobil környezetben komoly problémát jelent: a terminálok mozgása linkeket hoz létre és szüntet meg dinamikusan, gyakrabban mint pl. a meghibásodások okozta változások • A routing információt gyorsan kell megosztani, hogy a routing táblák és a tényleges fizikai hálózati topológia konzisztens legyen Mobil Internet előadás BME-HIT

  18. Kihívások • Fontos szempont még: • Biztonság • Minden alkalommal amikor új kapcsolodási pontot létesít a mobil, hitelesítenie kell magát • Titkosítás és biztonsági megoldások: többletterhelés és költségek • Skálázhatóság • Több routing információ gyakrabban • Több számítás a routerekben • Több jelzési üzenet Mobil Internet előadás BME-HIT

  19. Mobilitási problémák • A mobil technológia alkalmazása számos következménnyel jár: • korlátozott a rendelkezésre álló sávszélesség • a megszokott vonalakhoz képest igen nagy a bithiba arány • kapcsolat kimaradhat rövidebb időkre (például cellaváltáskor) • az összeköttetés minősége ugrásszerűen ingadozhat, az újraküldésekkel együtt a rendelkezésre álló effektív sávszélesség is széles skálán mozoghat Mobil Internet előadás BME-HIT

  20. Mobilitás támogatás • A mobilitás kezeléséhez szükség van: • Egy hely-független címre a mobil termináloknak • Kompatibilitás az IP routing-al • Hatékony mobilitás kezelési protokollokra Mobil Internet előadás BME-HIT

  21. Mobilitás kezelés • A mobilitás kezelése alapvetően két feladat: • hívásátadás-kezelés(Handover Management) • helyzet-nyilvántartás (Location Management) Mobil Internet előadás BME-HIT

  22. Helyzet-nyilvántartás(Location Management) • Két feladata van: • Helyzet-frissítés (Location Update): mobil terminálok követése • Paging: mobil terminálok megkeresése • Fontos tervezési feladat a kettő közötti kompromisszum megtalálása (későbbiekben lesz róla szó) Mobil Internet előadás BME-HIT

  23. Paging • A mobil terminál megtalálása egy broadcast (üzenetszórást ) üzenet kiküldésével lehetséges • Szinte alig, vagy egyáltalán nem terheli a hálózatot jelzés üzenetekkel amikor nincs adatforgalom, viszont nagyméretű - broadcast - keresést igényel az adatátvitel kezdetekor Mobil Internet előadás BME-HIT

  24. Hívásátadás (handover) • Két típusa: • cellán belüli handover: • felhasználó nem hagyja el egy adott cella lefedettségi területét • de megváltoztatja az eddig használt rádiós csatornát • csökkentve a csatornák közötti interferenciá • 2.rétegben kezelik • cellák közötti handover • mobil terminál cellák között vándorol • szükség van felsőbb réteg támogatására is Mobil Internet előadás BME-HIT

  25. Handover gondok • A 3G és 4G rendszerekben már az “anytime and anywhere” kommunikációt akarják megvalósítani • Ehhez egyrészt csomagkapcsolást és mikro, illetve pikocellás hálózatokat használnak • A mások fontos jelszó az “always on”, mely akkor is cellaváltást eredményez, ha a mobil hoszt idle (tétlen) állapotú • Minden handover jelzésátvitelt igényel a hoszt és az otthoni ügynöke között, ami időigényes • Ez az overhead arányos a felhasználók számával és mobilitásuk fokával, az igényelt sávszélesség ugyanakkor nem játszik szerepet Mobil Internet előadás BME-HIT

  26. Handover gondok • A nagy körülfordulási idő és a vezérlési overhead miatt néhány másodpercre megszakad a kapcsolat minden IP csatlakozási pont váltáskor • Ez komoly gondot jelent pl. a valós idejű alkalmazásoknál Mobil Internet előadás BME-HIT

  27. Cellák közötti handover • Megoldás: a hálózat domainekre történő felosztása • A cellákat adminisztratív egységekbe vonjuk össze (Location Area), ezen belüli cellaváltás nem halad fel a struktúra csúcsáig • Így a domainen belül történő cellaváltás nem minősül cellaváltásnak Mobil Internet előadás BME-HIT

  28. Domainek alkalmazása • Így két handover: • intra-domain (makromobilitási domainen belüli): mikromobilitási protokollok kezelik • inter-domain: két domain között mozog a mobil, makromobilitási protokollok felelősek érte Mobil Internet előadás BME-HIT

  29. Mikromobilitás • A mikro mobilitás protokollok szerepe előtérbe került az “ALL IP” megközelítés előretörésével a jövő mobil rendszereiben (adat, jelzés, vonalkapcsolt szolgáltatások, stb. mind IP csomagokban halad) • Jelenleg a GPRS rendszerben saját protokoll gondoskodik a mikro mobilitás kezeléséről, de a harmadik generációs rendszerekben a mobilitás kezelése már teljes egészében az IP feladata, ezért a mikro mobilitás kezelésére alkalmas protokollok nélkülözhetetlenek Mobil Internet előadás BME-HIT

  30. Mikromobilitási protokollok • A cellaváltásokat lokálisan kezelik • Így felhasználók domainen belüli mozgását elfedik a makromobilitási protokoll elől • A regisztrációs és a jelzési üzenetek legfeljebb a domain gyökér routeréig jutnak el • Hátrányuk: általában nem skálázható megoldások, így csak korlátozott számú felhasználó kezelésére képesek • Ezért a mobilitás kezelését olyan hierarchikus módszerekkel oldják meg, melyekben együtt alkalmazzák a makro-, és a mikromobilitás kezelő protokollokat Mobil Internet előadás BME-HIT

  31. Mikromobilitási protokollok felosztása • Proxy Agent Architectures (PAA): Hierarchikus szervezésű, ügynök alapú gyorsításpl. Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6), Regional Registration (RegRegv6) • Locally Enhanced Routing Schemes (LERS): a domainen belül egy módosított routing algoritmust használnak és tipikusan a hálózati rétegben, az IP protokollt kiegészítve működnek • Per Host Forwarding: speciális útvonal-nyilvántartási protokollt használnak, adott idő után elévülő (soft-state) bejegyzések az útvonalválasztók routing tábláiban pl. Cellular IP, HAWAII • Mobile Ad-hoc Network: ad-hoc routing protokollt használnak a mikromobilitás kezelésére • Multicast alapú Mobil Internet előadás BME-HIT

  32. További felosztások • Proaktív vagy reaktív: mindig ismeri a mobil terminál tartózkodási helyétvs. meg kell keresni (paging alkalmazása) mikor adatot szeretnénk hozzá eljuttatni (broadcast, multicast) • Gateway centrikus vagy hop-by-hop: a gateway router pontosan tudja hol helyezkedik el a mobil vs. mindig csak azt tudják a routerek, hogy a velük kapcsolatban lévő routerek közül melyiknek kell küldeni egy adott mobilnak címzett csomagot Mobil Internet előadás BME-HIT

  33. Mikro mobilitási protokollok csoportosítása Mobil Internet előadás BME-HIT

  34. Mikromobilitási domain tervezése • A lecsökkent méretű rádiós cellák(növelve a cellaváltások számát) jelentősen megnövelik majd a jelzésforgalmat • Location Area: cellák csoportosítása adminisztratív egységekbe • Így a LA egységen belül történő cellaváltás nem minősül cellaváltásnak Mobil Internet előadás BME-HIT

  35. A Location Area optimális mérete • Felmerül a kérdés: mekkora méretű legyen a LA? • Ha minél több cellát egyesítünk egy LA-ban, akkor lecsökken a regisztrációs üzenetek száma (kevesebb cellaváltás) • De viszont bejövő hívás esetén a mobil felhasználó megtalálása okoz majd gondot (több paging üzenet)!! • Kompromisszum a 2 szempont között Mobil Internet előadás BME-HIT

  36. Melyik rétegben kezeljük a mobilitást? • A mobilitás kezelése a TCP/IP stack különböző rétegeiben lehetséges • Alapvető feltétel egy, az adatkapcsolati rétegben működő megoldás, de ez nem segít sem a felsőbb rétegek kapcsolatainak fenntartásában, sem a helyzet-nyilvántartásban Mobil Internet előadás BME-HIT

  37. Mobilitás kezelés az OSI rétegekben • Adatkapcsolati réteg (802.11, GPRS) • Hálózati réteg (Mobile IP) • 3.5. réteg: Host Identity Protocol (HIP) • Transzport réteg: Stream Control Transmission Protocol (SCTP) • Alkalmazási réteg (SIP) Mobil Internet előadás BME-HIT

  38. Hálózatváltás típusai • Két típusa: vertikális és horizontális • Vertikális: hozzáférési hálózatok közötti váltás (pl. WLAN-GSM) • Horizontális: a mobil hálózat cellái között váltás Mobil Internet előadás BME-HIT

  39. Mozgás hálózati hozzáférések között? • A 3G szolgáltatások sokáig együtt fognak élni korábbi technikákkal (2G, WLAN), és újakkal (WiMAX), a 3G nem fogja azokat kiváltani • A felhasználó igényli/igényelni fogja a többféle hozzáférést (támogassa a készüléke és a hálózatok) • Amelyek között automatikusan vagy saját döntése alapján tudjon váltani Mobil Internet előadás BME-HIT

  40. Technológiák együttélése Mobil Internet előadás BME-HIT

  41. Mozgás hálózati hozzáférések között? Példa • Otthon: • ADSL, plusz WLAN • Útközben: • 2.5G (GPRS vagy EDGE) e-mail-ek letöltésére • 3G (UMTS) pl. videokonferenciára • A munkahelyre érkezést követően: • ADSL, WLAN • Igény a sima hálózatváltásra: • video nézése: váltás a lefedési területek határán, vagy a felhasználó választása szerint • képesség-egyeztetéssel, a video streaming paramétereinek adaptálásával, számlázás adaptálásával együtt • Vertical handover Mobil Internet előadás BME-HIT

  42. Vertikális handover Mobil Internet előadás BME-HIT

  43. Vertikális handover • Vertical handover – hozzáférési hálózatok közötti hívásátadás (és a kapcsolódó tevékenységek) • Nem pontos definíció, mert: • pl. a 802.11b-ről 802.11g-re történő átmenetet lehet azonos hálózaton belüli handover-nek tekinteni, de lehet különböző technológiák közöttinek is • Vertikális handover néhány esete: • ADSL – 3G között • WLAN – 3G között • EDGE és 3G között • A fő megoldandó feladat: a hálózatváltáskor megváltozik az IP-cím (statikusra vagy dinamikus címkiosztással), az alkalmazás azonban ezt nem tudja kezelni • Az IP-cím kettős funkciója Mobil Internet előadás BME-HIT

  44. Követelmények a vertikális váltással szemben • Átlátszó átvitel: • A hálózatok közötti váltás ne okozzon nagy adatvesztést • a váltás ne tartson sokáig • a hosszú távú kapcsolat orientált protokollokat használó programok zavartalanul futhassanak tovább. • Location management: • A végkészülék legyen mindvégig elérhető egy állandó azonosító segítségével függetlenül attól, hogy az éppen melyik hálózatban tartózkodik. • „Infrastruktúra-mentesség”: • Minél jobban a hálózat szélén van a mobilitás megvalósítva, annál kevesebb változtatásra van szükség a jelenlegi hálózatokban. Mobil Internet előadás BME-HIT

  45. Vertikális váltás a különböző rétegekben • a hálózati réteg alatt • csak regionális megoldás, hiszen csak adott alhálózaton belüli mozgást kezel • a hálózati rétegben • a hálózati és a transzport réteg határán • HIP – Host Identity Protocol • a transzport rétegben • mSCTP • a session rétegben • SLM – Session Layer Mobility management • az alkalmazási rétegben • SIP, ezzel is foglalkozunk részletesen később Mobil Internet előadás BME-HIT

  46. Horizontális váltás: handoverek összehasonlítása • Cellaváltások összehasonlítása: • Hálózat által kezdeményezett handover: mérések alapján a hálózat dönti el, 1G • Mobil által segített handover: a mobilok mérései alapján a hálózat dönti el: 2G • Mobil által kezdeményezett handover: teljes mértékben a mobil dönt, mobil méri a környező bázisállomások jeleit és az interferenciát, ha alacsonyabb a BÁ jele a másiknál egy küszöbértéknél, handover következik be: 2,5G-3G • Utóbbi nagyon rövid reakcióidővel rendelkezik Mobil Internet előadás BME-HIT

  47. Másik csoportosítás • Hard handover: megszűnik a kapcsolat a régi BÁ-al, mielőtt kiépülne az újjal: 1G, 2G • Előnye: egy hívás egy időben csak egy csatornát használ • Hátránya: ha nem sikerül a handover, megszakadhat a kapcsolat • Soft handover:még létezik a kapcsolat az előzővel, amikor kezd kialakulni az újjal: 3G • Előnye: sokkal kisebb a valószínűsége, hogy megszakad egy hívás • Hátránya: komplexebb HW, egy hívásnál több csatorna használata: kisebb kapacitás Mobil Internet előadás BME-HIT

  48. Kérdések? Mobil Internet előadás BME-HIT

More Related