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1

Synoptique de la mobilité :Technologies & Services

Fabrice ValoisINSA Lyon, Dpt TC, Laboratoire CITI

Janvier [email protected]

http://telecom.insa-lyon.fr/ ~ fvalois

mailto:[email protected]

2

Objectifs

❑ Comprendre les enjeux de la mobilité

❑ Identifier les technologies clefs liées à la technologie mobile

❑ Quels services ? Quels applicatifs ?

3

Menu du jour

❑ Mobilité : motivation, scénario, définition❑ Impacts de la mobilité❑ Technologies mobiles :

❑ Nomadisme❑ Réseaux de mobiles (cellular world vs IP mobility management)❑ Réseaux mobiles❑ Réseaux ad hoc❑ Découverte de services❑ Réseaux satellitaires...

❑ Services et mobilité ?

4

0 - Motivation$ pour plu$ d€ mobilit€ !

1996 1998 2000 2002 20040

200

400

600

800

1,000

Fixed access

Mobile access Fixed andmobile Internet

Mobile Internet

Mill

ion

subs

crib

ers

1996 1998 2000 2002 20040

200

400

600

800

1,000

Fixed access

Mobile access Fixed andmobile Internet

Mobile Internet

Mill

ion

subs

crib

ers

© Source Nokia Research Center, Olivier Guyot

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0 - Mobilité : scénario

© source BRAIN European project

IP-based micro-mobility

IntServ

IP backboneDiffServIP - macro mobility management

GSM/GPRS

Global Internet

HIPERLAN 2

DHCP WAP

BRAIN-20Mbit/s

BillingSIP

Proxy ServerVHEAAA

UTRANRelease 00

ADSL

PSTN

MSC

GMSC

SGSN

VerticalHandover

GGSN

Media/Signalling gateway

IP-based micro-mobility

IntServ

IP backboneDiffServIP - macro mobility management

GSM/GPRS

Global Internet

HIPERLAN 2

DHCP WAP

BRAIN-20Mbit/s

BillingSIP

Proxy ServerVHEAAA

UTRANRelease 00

ADSL

PSTN

MSC

GMSC

SGSN

VerticalHandover

GGSN

Media/Signalling gateway

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0 - Mobilités ???

❑ Mobilité de l'utilisateur ?

❑ Mobilité du terminal ?

❑ Mobilité des données ?

❑ Mobilité des applications ?

Mobilité localevs

Mobilité globale

7

0 - Mobilités vs Technologies

8

0 - Mobilités vs Distance

© Philippe Jacquet, INRIA Hipercom

9

I – Nomadisme (1)

❑ Applications : itinérance, auto-configuration, configuration transparente de la machine pour l'utilisateur, accès aux ressources réseaux comme (presque) tout utilisateur, ...

❑ Technologie courante, largement déployée sur les réseaux locaux

❑ Technologie : DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol

10

I - Nomadisme (2)DHCP : protocole

❑ Rfc 2131, rfc 2132 (rfc1534)❑ Basé sur BOOTP (alternative de haut niveau à RARP)

❑ Détermination d'adresses IP❑ Détermination du masque de réseau❑ Serveurs DNS❑ ...

11

I - Nomadisme (3)DHCP : fonctionnalités

❑ Attention ! Ce n'est pas un simple outil de configuration dynamique d'adresses IP mais :

❑ Permet d'effectuer une allocation automatique d'adresses IP❑ Fournit tous les éléments définis dans la RFC Requirements for Internet

hosts (rfc 1121-1122)

❑ ⇒ fournit un ensemble complet de données de configuration TCP/IP (mailserver, dns server, ...)

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I - Nomadisme (4)DHCP : architecture

❑ Quels paramètres de configuration ?❑ Adresse IP, nom de machine, masque de réseau❑ Passerelle par défaut, serveur DNS,❑ Etc.

ServeurDHCP

ClientDHCP

Config IP ?

Fichiersde configpile IP...

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I - Nomadisme (5)DHCP : allocation d'adresses

❑ Manuelle❑ Responsabilité de l'administrateur dans l'allocation des adresses de manière

spécifique

❑ Automatique❑ Affectation permanente d'une adresse particulière parmi un pool d'adresses

❑ Dynamique❑ Affectation d'une adresse par le serveur DHCP pour une durée particulière

(bail)

14

I - Nomadisme (6)DHCP : contrôle / sécurité

❑ Par défaut : accès à tous...❑ Mais :

❑ Possibilité de contrôler les accès en utilisant les adresses MAC❑ Access list❑ ...

15

II - Réseaux de Mobiles

❑ Applications : téléphonie mobile, internet mobile, etc.

❑ Technologie mature, largement déployée, modèle économique viable pour la voix mais le marché futur serait l'internet mobile ?...

❑ Technologies ?❑ Vision Telco : mobilité issue du GSM❑ Vision IP : Mobile IP et quelques optimisations (Cellular IP, Hawaii,

HMIPv6, etc.)

⇒ Conséquences sur la mobilité des réseaux de 3G

16

II - Réseaux de MobilesVision Telco / GSM (1)

❑ 2 définitions de la mobilité :❑ Mobilité locale (aka mobilité radio) : permettre à un abonné de changer de

cellule tout en maintenant sa communication avec le réseau❑ Mobilité globale (aka mobilité réseau, itinérance) : permettre à un abonné de

bénéficier des services auxquels il a souscrit sur toute une zone de couverture

17


Résau Mobile 1

zone 1

zone 2

Résau Mobile 2

Mobilité macroscopique

Mobilité microscopique

18


❑ Mécanismes en jeu ?❑ Handover ou transfert inter/intra-cellulaire❑ mécanisme de sélection/resélection de cellules et mécanisme de gestion de

la localisation

❑ ⇒ impact sur la QoS :❑ proba(rejet d’appel)❑ proba(interruption d’appel)❑ durée «d’interruption»❑ ...

19

II - Réseaux de MobilesVision Telco / GSM : micro-mobilité (4)

❑ Handover = assure les transferts de communications en cours entre les cellules (mobile allumé uniquement)

❑ Objectif : maintenir une qualité de communication suffisante entre le mobile et le réseau à travers un changement de canal ou de cellule

❑ Fonctions du handover :❑ permettre aux usagers de se déplacer en cours d’appel❑ éviter la rupture du lien (rescue handover)❑ minimiser les interférences (global et par rapport à un lien)❑ optimiser l’utilisation des ressources radio❑ équilibrer la charge de trafic entre les cellules❑ baisser la consommation d’énergie des mobiles

20


❑ Principes de base du handover :❑ Pendant la communication : mesure et évaluation périodique du lien radio❑ Situation anormale

⇒ alarme BSC vers le MSC

❑ MSC identifie une cellule cible et/ou un nouveau canal:❑ si ok : handover déclenché❑ sinon : communication continue sur le même canal et des handovers sont

périodiquement tentés❑ Après handover, l’ancien canal est libéré

21


❑ 3 phases pour le déroulement du handover :

(1) Prise de mesures et supervision du lien

(2) Choix de la cellule cible et déclenchement du handover

(3) Exécution du handover (i.e. transfert effectif des liens)

temps

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II - Réseaux de MobilesVision Telco / GSM : macro-mobilité (7)

(1) Processus de sélection/resélection de cellules❑ réception par le mobile d’infos venant du réseau et choix d ’une cellule

d’accès

(2) Gestion de la localisation (itinérance)❑ connaître plus ou moins précisément la position des mobiles

23


(1) Processus de sélection/resélection de cellules = choix d'une cellule :

❑ enregistrer les infos diffusées par le réseau aux mobiles❑ signaler ses mouvements au réseau❑ être prêt à se connecter au réseau en cas de communication❑ infos diffusées + mesures des signaux reçus ⇒ choix d’une BTS privilégiée

nécessité d’être en état de veille

❑ Remarques :❑ Sélection = à la mise sous tension du mobile❑ Resélection = lors du déplacement❑ Mais la même procédure de choix de cellule

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(1') Etapes du processus de sélection/resélection de cellules :❑ Recherche des porteuses du système❑ Sélection d’un certain nombre parmi les plus puissantes❑ Recueil des infos diffusées : état des cellules, paramètres d’accès, de handovers,

info de synchronisation, localisation, etc.❑ Enregistrement éventuel dans la zone de localisation❑ Choix d’une cellule

❑ En mouvement (resélection) : si la cellule n’est plus perçue alors resélection d’une meilleure cellule, ...

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(2) Gestion de la localisation / itinérance :❑ la localisation permettant au système de connaître la position d’un mobile à

chaque instant❑ la recherche d’abonné qui permet au système de retrouver un mobile

Mais: Mécanismes antagonistes du point de vue consommation des ressources !❑ Quelques solutions techniques :

❑ Niveau 0 : sans localisation, recherche dans tout le réseau (RadioCom2000)❑ Localisation manuelle à l'initiative de l'abonné (CT2 / FT Bebop)❑ Zones de localisation (GSM...)

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(2') Zone de localisation (GSM) :

❑ But : automatiser la gestion de la localisation❑ Recherche d’un abonné uniquement dans sa zone de localisation ⇒ coût du

paging moins important❑ MAJ périodique et sur changement de zone❑ Stockage de l’information dans une base de données centralisée (HLR,

VLR)

Zone de localisation

Cellule

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II - Réseaux de MobilesVision IP : MobileIP (1)

❑ Objectif : l'ordinateur mobile dans le monde IP❑ Topologie de réseaux ?

❑ Réseaux LAN❑ Réseaux Wifi❑ ... Internet

MobileMobile

Correspondant

DonnéesDonnées

Base

Base

Acquisition d’une adresseRéseau :Adresse principale

Acquisition d’une adresseRéseau :Adresse principale

© Thomas Noel, LSIIT, Strasbourg

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II - Réseaux de MobilesVision IP : MobileIP (1')

❑ Objectif : l'ordinateur mobile dans le monde IP❑ Topologie de réseaux ?

❑ Réseaux LAN❑ Réseaux Wifi❑ ... Internet

Réseau mèredu mobile

Correspondant

MobileMobile

Obtention d’une nlle adresse Réseau : Adresse temporaire

Obtention d’une nlle adresse Réseau : Adresse temporaire


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❑ Les besoins remplis par le protocole mobile IP :❑ Un mobile doit être capable de communiquer avec d’autres machines après

avoir changer son point d’attachement sur l’Internet❑ Un mobile doit être capable de communiquer en utilisant uniquement son

adresse IP principale, indépendamment de sa localisation sur l’Internet❑ Un mobile doit pouvoir communiquer avec une autre machine, sans que

celle-ci implémente le protocole Mobile IP❑ Un mobile ne doit pas être plus exposé qu’une autre machine sur l’Internet

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❑ RFC 2002❑ Mobile Node : Nœud IPv4 qui peut changer de points

d’attachement sur l’Internet tout en maintenant les communications en cours (et en utilisant uniquement son adresse principale)

❑ Home Agent : Routeur IPv4 avec une interface sur le même lien que que le mobile (dans le réseau mère)

❑ Foreign Agent : Routeur IPv4 situé dans le réseau visité par le mobile

31


Home Agent

Mobile - « Chez lui »

Lien réseau 2

Foreign Agent

Foreign Agent

Mobile - Dans le réseau visité

InternetInternet


32


❑ Trois fonctions séparées :❑ Agent Discovery : Home Agents & Foreign Agents annoncent leur

disponibilité sur le lien. Un mobile peut également déclencher une recherche❑ Registration : Lorsqu’un mobile est hors de son réseau mère il enregistre

son adresse temporaire avec son agent mère.❑ Tunneling : Les paquets destinés au mobile sont interceptés par l’agent mère

et tunnelés vers le mobile

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Protocole simplifié en 7 étapes :(1) Home Agent & Foreign Agent annoncent leur présence sur les

liens sur lesquels ils sont attachés. Broadcast ou Multicast de messages « Agent Advertisements »

(2) Les nœuds mobiles sont à l’écoute des messages « Agent Advertisements ». Ils examinent leurs contenus pour déterminer s’ils sont dans leur réseau principal ou sur un réseau visité

(3) Un mobile connecté sur un réseau visité acquiert une adresse temporaire (care-of address) - DHCP, ...

34

II - Réseaux de MobilesVision IP : MobileIP (6')

(4) Le mobile enregistre son adresse temporaire auprès de son agent mère

(5) L’agent mère propage sur le réseau principal une requête ARP afin de faire correspondre l’adresse IP du mobile avec son adresse MAC. Interception des paquets destinés au mobile et propagation vers la position courante du mobile

(6) Les paquets arrivent à l’adresse temporaire du mobile et sont décapsulés pour en extraire le paquet initial

(7) Les paquets émis par le mobile sont envoyés directement aux correspondants

35


Agent advertisements

Mobile

Home Agent

Host Host

Réseau mèredu mobile


36


Home AgentForeign Agent

Mobile

InternetInternet

1.1.2.2.

3.3.

Registration Request.

Registration Reply.

4.4.


37


Home AgentForeign Agent

Mobile

Hote

InternetInternet

DonnéesDonnées

DonnéesEntête

IPsrc = HoteIPDst = Mobile

DonnéesEntête DonnéesEntête

IPsrc = HoteIPDst = Mobile

DonnéesEntêteEntêtede tunnel

IPsrc = Home AgentIPDst = Foreign Agent

DonnéesEntête DonnéesEntêteEntêtede tunnel

IPsrc = Home AgentIPDst = Foreign Agent

DonnéesDonnées


38

III - Réseaux Mobiles

❑ Applications : réseaux “embarqués” dans les avions/bateaux/voitures tout en étant connecté au monde IP (attention à ne pas confondre avec les bus CAN...)

❑ Technologie émergeante (mais promise à un bel avenir)

❑ Poussé par l'IETF : working group NEMO (Network Mobility)❑ Document de référence initial :

draft-ietf-nemo-basic-support-00.txt

39

III - Réseaux MobilesMotivations et applications (1)

❑ Demain : tous les équipements seront conformes à IP❑ Les LANs & PANs seront des réseaux potentiellement mobiles !

❑ En se déplaçant dans des véhicules (autos, trains, avions, bateaux, etc.)❑ En étant associé au déplacement de personnes

❑ Connectivité permanente à Internet

InternetInternet

© Thierry Ernst, WIDE @ Keio University

40

III - Réseaux MobilesArchitecture (2)

❑ MNN - Mobile Network Nodes : ≠ noeuds d'une topologie NEMO :

❑ MR – Mobile Router : routeur du réseau mobile (passerelle d'accès)❑ LFN – Locad Fixed Nodes : noeuds localisé en permance dans le réseau ❑ LMN – Local Mobile Nodes : noeuds mobiles à l'intérieur du réseau❑ VMN – Visiting Mobile Nodes : noeud visiteur n'appartenant pas au réseau❑ CN – Communicating nodes : tous les noeuds dialoguant avec MR, LFN,

LMN et VMN

CN

foreign linkAR home link

AR HA

CN

foreign linkAR

foreign linkAR home link

AR HAhome link

AR HA

Router

LFNLFN

MR LFN

Router

LFNLFN

Router

LFNLFN

Router

LFNLFN

MR LFNMR LFN

VMNVMN

MNMN

HA MN’s home linkMN’s home linkHA MN’s home linkMN’s home link

Router

LFNLFN

MR LFN

Router

LFNLFN

Router

LFNLFN

Router

LFNLFN

MR LFNMR LFN

© Thierry Ernst, WIDE @ Keio University

41

III - Réseaux MobilesProposition (3)

❑ Maintenir une connectivité permanete de tous les MNN's❑ Etablir un routage optimal entre les CN's et tous les MNN's

❑ Une solution (non-optimale, basée sur MIP) :❑ MR obtiens une CoA (ou plus) et s'enregistre auprès d'un HA❑ Le HA maintiens un routage vers le sous réseau de MR❑ Construction d'un tunnel bidirectionnel entre le HA et le MR❑ Bilan :

❑ Solution viable avec un minimum de travail❑ Coût du routage❑ Connectivité permanente des MNN's❑ Mobilité transparente pour les MNN's

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III - Réseaux MobilesDiscussion (4)

❑ Réseaux de Mobiles vs Réseaux Mobiles :❑ Réseaux de Mobiles

❑ Un seul noeud mobile pris en compte❑ On s'intéresse au changement de point d'accès du noeud mobile❑ Mobilité largement supporté par Mobile IP

❑ Réseaux Mobiles❑ Tout le réseau mobile est rattaché au MR qui offre la connectivité Internet

❑ Possibilité de découper le réseau mobile en sous-réseaux❑ Possibilité d'avoir plusieurs MR

❑ Prise en compte de la mobilité du MR mais les noeuds du réseau mobile sont toujours rattachés au même MR (même s'il existe une mobilité locale)

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IV - Réseaux ad hocs

❑ Applications : réseaux spontanés liés au manque d'infrastructure (sécurité civile), application naturelle dans le contexte militaire, extension spontanée de zones de couverture radio, systèmes d'informations spontanés, etc.

❑ Technologie émergeante (mais promise à un bel avenir), disponibilité des implémentations OLSR, AODV, etc. et de plate-formes expérimentales

❑ Poussé par l'IETF : working group MANET (Mobile Ad hoc Network)

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IV - Réseaux ad hocs (2)Définition

❑ Définition : ❑ Topologie de réseaux formés par des noeuds tous mobiles (wireless-router,

user-node, ...)❑ Pas nécessairement d'infrastructure -fixe- pré-existante❑ Acheminer une information depuis une source vers un destinataire passe par

un chemin multi-sauts (donc par des noeuds intermédiaires ⇒ collaboration des noeuds du réseau)

❑ Atouts :❑ Facilité de déploiement❑ Rapidité de déploiement❑ Indépendance d'infrastructure

© Eric Fleury, CITI, INSA Lyon

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IV - Réseaux ad hocs (2)Définition

❑ Définition : ❑ Topologie de réseaux formés par des noeuds tous mobiles (wireless-router,

user-node, ...)❑ Pas nécessairement d'infrastructure -fixe- pré-existante❑ Acheminer une information depuis une source vers un destinataire passe par

un chemin multi-sauts (donc par des noeuds intermédiaires ⇒ collaboration des noeuds du réseau)

❑ Atouts :❑ Facilité de déploiement❑ Rapidité de déploiement❑ Indépendance d'infrastructure

© Eric Fleury, CITI, INSA Lyon

46

IV - Réseaux ad hocs (3)

❑ Problématique :❑ La mobilité des noeuds casse des routes, en crée des nouvelles !!!

❑ Objectifs (entre autre...) : proposer des algorithmes de routage avec de bonnes propriétés !!! © Nitin Vaidya, University of Illinois

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IV - Réseaux ad hocs (4)Protocoles de routage

❑ Proactif (olsr, tbrpf):❑ Maintenance des routes même s'il n'y a pas de trafic❑ Essentiellement des protocoles à état de liens et vecteur-distance

❑ Réactif (aodv, dsr) :❑ Construction des routes à la demande uniquement

❑ Hybride❑ Route proactif localement, réactif pour noeuds distants

❑ Géographique❑ Prise en compte d'une information de localisation (GPS, par ex.)

⇒ de toute façon, aucun n'est réellement efficace dans toutes les situation !

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IV - Réseaux ad hocs (5)Protocoles de routage : réactif vs proactif

❑ Latence de découverte de routes :❑ Plus faible pour les protocoles proactifs (routes toujours maintenues)❑ Importante pour les protocoles réactifs puisque une route de A vers B est

connu à l'issue d'un mécanisme de construction de routes

❑ Surcoût pour découverte/maintenance de routes❑ Plus faible pour les protocoles réactifs puique les routes sont déterminées

uniquement en cas de besoin❑ Important pour les protocoles proactifs dû à la mise-à-jour continue des

routes

❑ De plus, résultats fonctions des trafics et des modèles de mobilité !

49

IV - Réseaux ad hocs (6)Un exemple : Découverte de route DSR

❑ Emission d'une demande de découverte de route de S vers D

B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

Y

M

N

L

© Nitin Vaidya, University of Illinois

50


❑ Transmission de RREQ (Route REQuest) aux voisins de S

B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

YBroadcast transmission

M

N

L

[S]


51


❑ Diffusion de RREQ avec enregistrement des routes...❑ Attention : probabilité de collisions (en H...)

B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

Y

M

N

L

[S,E]

[S,C]


52


B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

Y

M

N

L

[S,C,G]

[S,E,F]


53


❑ D ne ré-emet pas le paquet RREQ vers N car c'est le destinataire...

B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

Y

M

N

L

[S,C,G,K]

[S,E,F,J]


54


B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

Y

M

N

L

[S,E,F,J,M]


55

IV - Réseaux ad hocs (11)Exemple : Découverte de route DSR

❑ Dès que D reçoit RREQ, il envoie un Route REPly (RREP) sur le chemin inverse par lequel est venu le RREQ reçu.

❑ Le paquet RREP contient la route allant de S vers D

B

A

S EF

H

J

D

C

G

IK

Z

Y

M

N

L

RREP [S,E,F,J,D]


56

V - Découverte de services

❑ Pas vraiment une technologie mobile mais... comment connaître les services disponibles après un déplacement ?....

❑ ==> Protocoles de découverte/localisation de services pour découvrir les services disponibles sur un réseau

❑ Quelle(s) imprimante(s) ? quelle(s) option(s) ? ...❑ Quel(s) service(s) pour de la sécurité ? ...❑ Etc.

❑ Simplifier l'administration et supprimer l'organisation hiérarchique des ressources réseau

57

V - Découverte de services (2)

❑ Essentiellement basé sur les notions d'annonces, d'agents, de répertoires (et sous-répertoires pour partitionnement des services)

❑ Solutions ? Suivant le contexte, la technologie, etc. ❑ Bluetooth : Service Discover Protocol (SDP)❑ IETF : Service Location Protocol (SLP)❑ Java : Jini❑ ...

58

VI – Autres technologies mobilesLes réseaux satellitaires

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Quels services cibles pour la mobilité ?

❑ Accès à l'information anywhere, anytime, anyway [Goodman96]

❑ Virtual Home/Virtual Office

❑ Systèmes d'informations spontanées

❑ Ambiant Computing / Ambiant Internet

60

Références Biblio

❑ TCP/IP Illustré – Volume 1, Stevens, Editions Vuibert

❑ Réseaux Mobiles, S. Tabbane, Edition Hermès

❑ Network Mobility Support in Ipv6, T. Ernst, Phd. Dissertation

❑ Ad hoc networks, C. Perkins, Editions Addison-Wesley

Documents

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