ノード状態情報に基づいた Fast Handoff 制御機構の設計と実装

ノード状態情報に基づいたFast Handoff制御機構の設計と実装 i-car B4 小柴　晋 koshi@sfc.wide.ad.jp 　　親：湧川　隆次サブ親：三屋　光史朗

本研究のメインターゲット 研究背景 • 無線通信機器の普及、小型計算機の普及 • 移動中の接続性への需要 • 移動透過性への需要 • 移動体通信計算機上アプリケーションの可能性 • P2P • Grid Computing • Realtime Streaming • etc.

移動体通信に対する要望 • Realtime Streamingにおいて:電話等 • Handoff Latencyの短縮 • 時間が経過したパケットは必要無い • その他のStreaming(buffer有り)：音楽配信等 • Handoff Latencyの短縮 • Buffer用に多少時間が経過しても確実に配送 • 共通点 • 無駄なパケット配送の削減

Handoff最適化機構への需要 -Handoff Latencyを短縮するための機構 -確実にパケットをMNへ配送するための機構 MIPv6における問題点 • 高速なHandoffは全く約束されていない • L3情報を移動検知に利用：RAの間隔に依存 • 移動後通信再開までの処理に時間が必要 • 移動時にパケットロスが生じる

通信再開 BA BA RA BU 通信パケットフロー DAD 移動 MN MIPv6：移動時の処理・あらかじめCNと通信を行いながら移動した場合： HA CN internet router router

既存の解決手法 • 2種類のHandoffに対する最適化機構の提案 • Horizontal Handoff:同種ネットワークAP間の移動 • Vertical Handoff：異種ネットワークAP間の移動 • Fast Horizontal Handoff(FHHO) • draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-05.txt • L2情報を用いた最適化も考慮 • Fast Vertical Handoff(FVHO) • ドラフト無し、実装及び論文有り • 複数IFを用いたHandoffの最適化

電波が弱い！！ L2 addr + H@ + oCoA MN Link Up MN Link Down Ack DAD Fwd packets dst to oCoA Packets dst to CN BU Fwd packets dst to oCoA FHHO：移動時の処理概要 internet Access Router(AR) AR MN

Fast Handoffにおける問題点 • Handoff処理開始の基準が不明確 • L2情報とHandoff処理の関連付けが不明確 • AR主導 or MN主導 • AR<-->MN間のmessagingが不確定(timing、内容等) • 適切なHandoff処理は計算機依存 • 利用可能IF • 利用可能ARs • 利用可能サービス(GPS等) • 利用者の要望(携帯は極力使いたくない等)

ノードの利用形態及び状況に最適なHandoff処理を実現ノードの利用形態及び状況に最適なHandoff処理を実現 -利用環境において最短なHandoff Latency -利用環境において最も確実なpacket配信問題点に対するアプローチ • より柔軟なHandoff機構の提供 • 利用可能IF、状態によるHandoff処理制御 • 利用可能状態情報の模索 • Handoff処理と状態情報の関連付けの汎用化 • 独自のHandoff処理の定義及び拡張可能性提供

本研究における解決手法 • 基本プロトコルとして以下の研究を利用 • Fast Handoff:draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-05 • Context Transfer:draft-koodli-seamoby-ctv6-03 • Mobile IPv6:SFC-MIPv6 • 基本プロトコルを以下の項目について拡張 • ノード上のあらゆる状態情報を取得(not only L2) • リモートのノード状態情報取得 • 上記ノード状態情報に基づいたHandoff処理制御 • ノード管理者によるHandoff処理設定用フロントエンド

実装内容 • ノード状態情報取得機構 • ノード状態情報とHandoff対応管理機構 • コンフリクトの処理 • 対応設定用Front End • ノード状態情報通知機構 • draft-koodli-seamoby-ctv6-03.txt • Fast Handoff実装 • draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-05.txt • Vertical Handoff support拡張

期待される成果 • 利用状況における最適なHandoff処理を提供 • アプリケーション：how reliable should Handoff be? • 位置情報：which AR? What kind of Handoff? • 利用可能IF：which IF? What kind of Handoff? • L2情報：timing, What kind of Handoff? • 拡張Handoffが全てFailした場合 • Draftで述べられている最低限のFast Handoff処理 • 通常のMIPv6の処理 • 最低限移動透過性の保証

5.このMAC知らない？ 6.見えるよ 3.電波弱いんだけど && GPS無いです例：Handoff効率化について・L2 infoを用いたHHの場合：802.11bの場合 Internet oAR nAR 7.HO処理検索　　条件：移動先AR発見　　　　　　　　↓ HI-draft05を開始メリット：　・GPSが無くても移動先ARを特定　・より確実なHandoff 2.HO処理検索→ARに通知 MN 1.電波が弱くなってきた！ 4.HO処理検索　　条件：GPS無し&&電波弱い　　　　　　　　　↓ 　　近隣ARにMNのMAC検索

設計(全体図) 1計算機内での処理の流れ set_policy(); Front End show_status(); L7 L6 context trans fnc1(values); L5 L4 FHHO fnc2(values); node info. L3 L2 FVHO fnc3(values); L1 Policy DB

Fwd packets dst to MN(nCoA) fwd_stop (H@) 接続開始 (get nCoA) handoff_prep (H@, nCoA) BA Packets from AR BU Ack 設計(FHHOによるFVHOサポート) 携帯基地局 internet AR MN Link Down! =802.11b =cell phone 電波弱い！ MN

実装に関して • NetBSD-1.5.3(or 1.6?) + KAME snap • 使用言語：C • Mobile IPv6の実装としてSFC-MIP6を利用 • Draft-18実装 • FHHO • draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-05.txtを実装 • Context Transfer • draft-koodli-seamoby-ctv6-03.txtを実装

評価項目 • 定量評価 • SFC-MIP6とHandoff Latency, Packet loss率を比較 • 基本Fast Handoffと上記の項目について比較 • 計算処理オーバーヘッド • 定性評価 • Policy DBの内容通りにHandoff処理を制御できたか • 他のFast HandoffとのInteroperability(可能なら)

質疑応答、コメント下さい 以上

研究概要 • 利用環境に基づいたFast Handoff制御機構

解決へのアプローチ • HO処理のトリガーとなるL2情報を

問題意識 • 利用環境、通信状況に基づいたFHO制御 • Available Network Interfaces • Link State Information(L2-info) • Available Access Routers & their Location • MN’s Current Location

Handoff機構について • ネットワーク間移動時のパケット制御機構 • Horizontal Handoff • 同種類のネットワーク間の移動 • 単一IFでの移動を対象 • L2情報を用いた最適化を考慮 • Vertical Handoff • 異種のネットワーク間の移動 • 複数IFでの移動を対象

Fast Handoffの現状 • Handoffの最適化機構 • Fast Horizontal Handoff(HH) • draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-05.txt • 試験的な実装有り（2,3個?） • Interoperabilityが無い(why?) • Fast Vertical Handoff(VH) • ドラフト無し • 実装及び論文有り • Interoperabilityに関しては特に考慮されていない

問題意識 • 利用環境に基づいたHandoff処理制御の欠如 • 利用可能IF • L2、L3状態情報 • 利用可能AR • 位置情報 • 利用者の希望現状は全て実装依存ノード状態情報とHO処理の対応管理機構への需要

研究概要 • ノード状態情報取得機構 • Info. listed in previous slide • ノード状態情報と最適なHandoff処理の対応 • MNとARどちらにも利用可能な設計 • 基本となる対応の定義 • 利用者の意思を反映可能にするFront End設計 • 対応に基づいたHO処理の制御

設計(ノード状態情報取得機構) L7 L6 L5 ・Location Info ・Route Info ・Link State Info L4 L3 L2 L1 socket

設計(HO処理制御機構) Cont.3 ・全体的な処理の流れ(イメージ) get_data.c read_data.c ctl_behav.c behav1.c behav4.c behav2.c behav3.c

設計(HO処理制御機構) Cont. ・前スライドの例における内部処理イメージ@MN 情報収集機構からの情報:電波弱い If(電波弱い) { 30秒GPS情報を待つ; If(GPS情報有り) sendmsg(電波弱い, GPS情報); else { GPS情報 = GPS情報無い; sendmsg(電波弱い, GPS情報); } }

設計(HO処理制御機構) Cont.2 ・前々スライドの例における内部処理イメージ@AR 情報収集機構からの情報:電波弱い、GPS無い If(電波弱い && GPS無い) { sendmsg_neighborARs(MN’s MAC); 3秒Ackを待つ; If(見えた) start_HI_draft05(MAC, H@, oCoA, Lifetime); else sendmsg_MN(Fast Handoffできないかも); }

評価項目 • 定量評価 • SFC-MIP6とHandoff Latency、パケットロス率を比較 • 計算処理オーバーヘッド • ノード状態情報とHO処理の対応の最適化 • Realtime streamingを用いたパケットロス率比較 • ノード状態情報通知機構のperformance • 最適なHO処理選択 • 通信再開までの時間短縮 • 移動時のパケットロス削減 • 異なったHandoff処理の制御 • Horizontal Handoff:同種のネットワーク間移動 • Vertical Handoff：異なったネットワーク間の移動 • HO処理とタイミングの同期管理機構

ノード状態情報に基づいた Fast Handoff 制御機構の設計と実装