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Gerenciamento de Mobilidade Transparente em Redes IEEE 802.16e utilizando o MPLS Móvel José Jailton Junior 1 , Allan Borges Pontes 1 , Otávio Rodrigues Jr 1 , Diego dos Passos Silva 1 , Kelvin Lopes Dias 1, 2 1 Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação – UFPA Caixa Postal 66.075 – 110 – Belém – PA – Brasil 2 Faculdade de Engenharia da Computação Universidade Federal do Pará (UFPa) – Belém, PA – Brasil {jjj, orj, kld }@ufpa.br, [email protected], [email protected] Abstract. This paper proposes a new architecture that integrates WiMaX (WorldWide Interoperability for Microwave Access) with Mobile IP and MPLS protocols and it proposes also a new algorithm to provide seamless handover in this architecture, the objective of the algorithm is to avoid losses and delay of packets, guaranteeing the provisioning of requisite of Quality of Service (QoS) for applications of real time based on Constant Bit Rate (CBR) traffic, when the MN passes to be served by a new Base Station (BS). The algorithm anticipates the handover based on information received by Global Position System (GPS) about speed´s NM and in the strength signal in relation to the current BS. The simulations demonstrate the efficacy of algorithm using in WiMAX/MIP/Mobile MPLS architecture. Resumo. Este artigo propõe uma nova arquitetura que integra a tecnologia de acesso WiMaX (WorldWide Interoperability for Microwave Access) com o protocolos IP Móvel e MPLS (Multi-Protocol Label Switching) e um novo algoritmo para prover handover transparente (seamless). O objetivo é evitar perdas e atraso de pacotes, garantindo o aprovisionamento dos requisitos de qualidade de serviço (QoS) de aplicações de tempo real baseada em tráfego CBR (Constant Bit Rate), ao instante que o Nó Móvel (NM) passar a ser atendido por uma nova BS (Base Station). O algoritmo antecipa o handover baseando-se em informações recebidas pelo GPS (Global Position System) sobre a velocidade do NM e na intensidade do sinal em relação à atual BS. Os resultados de simulações demonstraram a eficácia do algoritmo utilizado na arquitetura WiMAX/MIP/MPLS Móvel . 1. Introdução 13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 69

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Gerenciamento de Mobilidade Transparente em Redes IEEE 802.16e utilizando o MPLS Móvel

José Jailton Junior1, Allan Borges Pontes 1 , Otávio Rodrigues Jr1, Diego dos Passos Silva1, Kelvin Lopes Dias1, 2

1Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação – UFPA

Caixa Postal 66.075 – 110 – Belém – PA – Brasil

2Faculdade de Engenharia da Computação

Universidade Federal do Pará (UFPa) – Belém, PA – Brasil

{jjj, orj, kld }@ufpa.br, [email protected],

[email protected]

Abstract. This paper proposes a new architecture that integrates WiMaX

(WorldWide Interoperability for Microwave Access) with Mobile IP and MPLS

protocols and it proposes also a new algorithm to provide seamless handover in

this architecture, the objective of the algorithm is to avoid losses and delay of

packets, guaranteeing the provisioning of requisite of Quality of Service (QoS) for

applications of real time based on Constant Bit Rate (CBR) traffic, when the MN

passes to be served by a new Base Station (BS). The algorithm anticipates the

handover based on information received by Global Position System (GPS) about

speed´s NM and in the strength signal in relation to the current BS. The

simulations demonstrate the efficacy of algorithm using in WiMAX/MIP/Mobile

MPLS architecture.

Resumo. Este artigo propõe uma nova arquitetura que integra a tecnologia de

acesso WiMaX (WorldWide Interoperability for Microwave Access) com o

protocolos IP Móvel e MPLS (Multi-Protocol Label Switching) e um novo

algoritmo para prover handover transparente (seamless). O objetivo é evitar

perdas e atraso de pacotes, garantindo o aprovisionamento dos requisitos de

qualidade de serviço (QoS) de aplicações de tempo real baseada em tráfego CBR

(Constant Bit Rate), ao instante que o Nó Móvel (NM) passar a ser atendido por

uma nova BS (Base Station). O algoritmo antecipa o handover baseando-se em

informações recebidas pelo GPS (Global Position System) sobre a velocidade do

NM e na intensidade do sinal em relação à atual BS. Os resultados de simulações

demonstraram a eficácia do algoritmo utilizado na arquitetura

WiMAX/MIP/MPLS Móvel .

1. Introdução

13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 69

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O processo de handover, isto é, a mudança entre pontos de acesso (AP – Access

Points) ou estações base (BS – Base Station) é alvo de pesquisas há vários anos.

Atualmente, existe uma gama de trabalhos envolvendo a avaliação e propostas de novos

mecanismos e algoritmos que visem a garantir os requisitos de QoS durante o handover nas

várias camadas da pilha de protocolos. Na nova geração de redes móveis baseadas no

protocolo IP (Internet Protocol) denominada por alguns de totalmente IP (All-IP) e por

outros de 4G (Quarta Geração), a integração dos protocolos específicos de tecnologia

(camada 2) com o restante da pilha, requer mecanismos e algoritmos que viabilizem às

aplicações, protocolos e principalmente ao usuário final, a transparência durante as

mudanças de células. A este tipo de handover denomina-se transparente (seamless).

O gerenciamento de mobilidade em redes totalmente IP vem sendo

tradicionalmente tratado e consagrado através do protocolo IP Móvel (MIP – Mobile IP) e

suas variações para micromobilidade. O MIP permite o roteamento transparente dos

datagramas IP da Internet para o NM. Cada NM está associado a um Home Agent (HA)

pertencente a sua rede sede. Porém, quando o nó está fora dos domínios do seu HA, recebe

um novo endereço IP denominado Care – of –Address (CoA). Ao adquirir o CoA em uma

nova subrede IP, o mesmo é registrado junto ao HA do NM. Assim, após o registro, o HA

estabelece um “túnel” até o CoA, assim os pacotes são roteados para o NM [Grand and

Langar 2005].

Tradicionalmente em um backbone cabeado, os pacotes IP são analisados por cada

roteador da rede, assim cada roteador de forma independente decide como encaminhar o

pacote para o próximo salto. Nos roteadores há uma função chamada de Forwarding

Equivalence Class (FEC), essa função armazena todas as possibilidades de

encaminhamento do pacote para o próximo salto, desta forma cada roteador executa a

função FEC para determinar o melhor caminho até ao próximo salto, cada vez que o

roteador recebe um pacote, o mesmo executa a FEC [MPLS 2001].

O MPLS provê QoS e engenharia de tráfego, otimizando o

roteamento/encaminhamento dos pacotes em um backbone, pois em um domínio MPLS, a

associação do destino a FEC é feito apenas uma vez, essa associação é feita através de um

identificador denominado de rótulo, os pacotes são rotulados antes do encaminhamento,

desta forma não há necessidade de que cada roteador analise o cabeçalho do pacote para

conhecer o próximo salto. Desta forma o MPLS auxilia o handover de um NM, pois

otimiza o roteamento dos pacotes destinados ao NM, diminuindo o atraso dos pacotes no

backbone recebidos pelo NM [MPLS 2001].

O padrão IEEE 802.16 foi desenvolvido para redes WMAN (Wireless Metropolitan

Area Network), também conhecido como WiMAX, vem ganhando um grande destaque no

mercado. O WiMAX surge como uma alternativa móvel ao serviço tradicionalmente

oferecido pelo DSL (Digital Subscriber Line), oferecendo altas taxas de transmissão

(75Mbps) e cobertura de até 50km. O padrão original (IEEE 802.16) deu origem a novas

extensões, os principais são: o IEEE 802.16a voltado para as comunicações sem visada,

porém não suporta mobilidade, ou seja, não suporta handover, o IEEE 802.16d é o

substituto do padrão 802.16a, tendo como grande diferencial o suporte a rádio MIMO

(Multiple Input Multiple Output), o IEEE 802.16e é compatível com os demais sub-padrões

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e possui como grande característica o suporte à mobilidade do cliente, ou seja, suporte ao

handover [Intel 2004].

Neste artigo propomos um esquema de seamless handover para uma arquitetura

integrada com MPLS, MIP e WiMAX (IEEE 802.16e). A integração do MPLS com MIP,

gera um protocolo denominado de Micro Mobile MPLS. Este artigo apresenta a seguinte

estrutura: A seção 2 discute as tecnologias usadas na arquitetura proposta, a seção 3

apresenta a proposta e arquitetura, seção 4 demonstração dos resultados obtidos através de

simulação usando o ns-2 e a seção 5 possui a conclusão e os trabalhos futuros.

2. Trabalhos Relacionados

Nesta seção, abordaremos sobre os trabalhos relacionadas quanto ao uso de MPLS,

WiMAX, MIP e predição de handover.

O trabalho [Ren and Than 2001], aborda a integração do MIP com o MPLS.

Diferentemente de nossa proposta, não há antecipação de handover. Além disso, a rede de

acesso utilizada baseia-se no padrão , IEEE 802.11 para redes locais sem fio.

Em [Li and Pan 2006], foi proposta uma arquitetura integrando MPLS com a

tecnologia IEEE 802.11. Neste trabalho, os LSP (Label Switch Path) são estabelecidos de

maneira mais rápida para diminuir a latência do handover, porém o uso do IEEE 802.11

limita o alcance da área de cobertura das BS´s. Não foi implementada nenhuma política de

antecipação de handover .

A proposta apresentada em [Langar and Grand 2005] elabora um procedimento

integrado de handover transparente da camada MACda tecnologia IEEE 802.16e e da

camada de rede usando o MIP , mas a arquitetura não integra as funcionalidades do MPLS

para oferecer melhor QoS na estrutura cabeada.

3. Mobilidade em Redes IP

O protocolo MIP (Mobile IP) foi desenvolvido para dar suporte à mobilidade dos

usuários finais, permitindo que o NM se locomova de uma subrede IP para outra sem que o

NM perca sua conexão com a Internet, mesmo após a mudança de Ponto de Acesso, devido

à mobilidade do NM, o mesmo pode se locomover para outra subrede IP diferente do seu

HA, ou seja, para uma subrede IP estrangeira. Dessa forma, NM tem que se associar a um

Foreign Agent (FA), um FA é o roteador que fornecerá um endereço temporário (CoA) ao

NM que é repassado para o HA do NM, viabilizando um novo túnel entre o HA e o FA,

para que os pacotes sejam entregues ao FA, que os entrega para o NM. O Nó que se

comunica com o NM é denominado de Correspondent Node (CN), para o CN a mudança de

ponto de acesso pelo NM é transparente, pois o CN envia pacotes IP diretamente para o HA

do NM [MIP 2002].

4. MPLS Móvel

O MPLS foi desenvolvido com o objetivo de prover QoS e engenharia de tráfego no

backbone da Internet, otimizando o roteamento/encaminhamento, já que o pacotes ao

13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 71

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ingressarem em um domínio MPLS recebem um rótulo, identificador de tamanho fixo que

identificam uma FEC (Fowarding Equivalence Class). A FEC corresponde a um conjunto

de pacotes IP que são encaminhados da mesma maneira (mesma rota). Assim não há

necessidade de que o cabeçalho do pacote IP seja analisado por cada roteador do domínio,

os roteadores de um domínio MPLS são denominado de LSR (Label Switching Router), os

roteadores situados no ingresso ou egresso do domínio são os roteadores de borda, Label

Edge Router (LER) . [Sethom and Afifi 2004].

Na comunicação entre dois roteadores de um domínio, um roteador recebe a

denominação de LSR downstream e o outro roteador recebe a denominação de LSR

upstream, pois os dois roteadores estabelecem o mesmo rótulo para a mesma FEC na

comunicação realizada entre ambos, o LSR downstream realiza o processo de rotulamento

e comunica o LSR upstream o rótulo da comunicação, os roteadores trocam informações

sobre a vinculação rótulo/FEC através do Protocolo de Resource Reservation Protocol -

Traffic Engineering (RSVP –TE).

A integração do MIP com o MPLS recebe a denominação de MPLS Móvel. A

interação do MIP com o MPLS começa a partir do momento que o NM detecta a presença

de um novo ponto de acesso (o FA). Assim o NM envia uma mensagem do tipo

Registration Request para o FA, o FA atualiza a sua tabela de roteamento (incluindo o

endereço do NM na tabela) e através do roteamento IP repassa a mensagem para o HA, a

partir dessa mensagem o HA conhece o CoA do NM, assim o HA realiza o processo de

rotulamento para a rota e envia o rótulo para o FA através da mensagem Path Message do

protocolo RSVP-TE, o FA responde com mensagem Resv message, quando o HA recebe o

Resv message, o LSP é estabelecido para a rota, após isso o HA envia para o FA uma

mensagem do tipo Registration Reply (o HA pode autorizar ou não a vinculação do NM ao

FA), ao receber a mensagem o FA processa a mensagem recebida e a encaminha para o

NM.. A figura 1 demonstra a vinculação do NM ao FA [Ren and Than 2001]. A Figura 1

demonstra a vinculação do NM ao FA.

Figura 1. Vinculação do NM ao FA

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O CN envia os pacotes diretamente para o HA, ao receber os pacotes o HA consulta

a tabela de rótulos e envia os pacotes pela porta de acordo com a consulta na tabela de

rótulos, assim os pacotes são entregues para o FA, através do LSP que foi estabelecido

anteriormente entre o HA e o FA. O FA consulta a tabela de rótulos para saber o destino

final do pacote, após a consulta, o pacote é repassado para a camada IP e baseado na tabela

de roteamento, o FA entrega os pacotes para o NM. A figura 2 descreve o processo de

entrega de pacotes do CN para o NM.

Figura 2. Processo de entrega de pacotes do CN para o NM

5. Handover no IEEE 802.16e

O motivo mais freqüente para que o NM faça handover é a degradação do sinal com

a atual BS, a degradação do sinal faz com que o NM procure uma alternativa melhor para

continuar a usufruir dos seus serviços. O IEEE 802.16e tem como grande característica

favorável ao processo de handover, as trocas de mensagens do tipo Neighbor Advertisement

(MOB_NBR-ADV) entre as BS´s da topologia, assim uma BS passa a ter conhecimento

sobre toda a topologia, o MOB_NBR-ADV possui em seu conteúdo informações sobre a

freqüência e os parâmetros de downlink e uplink das BS´s .

O processo de sincronização do NM com a BS começa com a obtenção dos

parâmetros de downlink, nessa etapa a BS envia para o NM (quando o mesmo se encontra

dentro da célula da BS) duas mensagens, a DL-MAP (Downlink MAP) e a DCD (Downlink

Channel Description), a DL-MAP contêm três informações, a especificação física que está

sendo utilizada, o valor de configuração do DCD e o id da BS. A mensagem DCD informa

ao NM as características físicas do canal de dowlink.

A etapa seguinte é a obtenção dos parâmetros de uplink, obtidos através das

mensagens UCD (Uplink Channel Description) e UL-MAP (Uplink MAP), o UCD informa

o NM das características físicas do canal de uplink, a UL-MAP corresponde a especificação

física que está sendo utilizado e também o tempo de alocação do recurso. Após a obtenção

de ambos parâmetros, o NM envia para BS uma mensagem do tipo Ranging Request

13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 73

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(RNG-REQ) para saber a qualidade do link (intensidade do sinal, modulação), a BS

responde com a mensagem do tipo Ranging Responde (RNG-RSP).

A última etapa é o registro do NM a BS para adquirir um endereço IP, o NM envia

uma mensagem do tipo Registration Request (REG-REQ) e a BS responde com a

Registration Responde (REG-RSP). A Figura 3 demonstra o processo de sincronização da

NM com a BS [IEEE 802.16e 2005].

Figura 3. Processo de sincronização da NM com a BS

Quando qualidade do sinal deteriora, ou seja, o NM está saindo (ou perto da borda)

da célula da BS atual, o NM inicia o processo de handover (na camada 2) enviando para a

atual BS a mensagem Scanning Interval Allocation Request (MOB_SCN-REQ) para saber

quais são as BS´s disponíveis na vizinhança, a atual BS responde a solicitação através da

mensagem Scanning Interval Allocation Response (MOB_SCN-RSP), que indica o

intervalo de scanning para o NM. Ao detectar a presença de uma nova BS, o NM obtêm os

parâmetros de downlink e uplink dessa nova BS e comunica a atual BS que obteve esses

parâmetros através da mensagem Scanning Result Report (MOB_SCN-REP) e quando de

fato o NM deseja realizar o handover envia para a BS a mensagem Handover Request

(MOB_MSHO-REQ), a atual BS responde com a mensagem BS HO Response

(MOB_BSHO-RSP) com todas as informações necessárias (topologia, canal, ...) e por fim o

NM confirma ou não o handover através da mensagem HO Indication (MOB_HO-IND) e

em seguida o NM finaliza com o processo de sincronização com a nova BS [IEEE 802.16e

2005]. A Figura 4 demonstra o processo de handover.

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Figura 4. Processo de handover

6. Arquitetura e Algoritmos Propostos

Com base nos desafios do handover para tecnologias sem fio, a idéia é elaborar uma

arquitetura que possa prover o máximo de QoS para os usuários, tratando de aspectos desde

da parte cabeada (o backbone da rede), quanto ao que diz respeito a parte sem fio da rede.

Para agilizar o roteamento no backbone e dar suporte à mobilidade dos NMs, o protocolo

MPLS Móvel foi implementando em todos os roteadores da topologia e nas pontas a

tecnologia IEEE 802.16e, devido as vantagens já explicadas em seções anteriores que os

mesmos oferecem, para que os pacotes sejam entregues do CN ao NM da melhor maneira

possível. Devido aos recursos do WiMaX Móvel, as BS´s conhecem a topologia e também

recebem informações sobre a velocidade e posição do NM, já que no mesmo foi instalado

um GPS, assim foi desenvolvido um algoritmo que utiliza as informações recebidas pelo

GPS e na intensidade do sinal entre a BS e o NM para disparar o processo de handover. A

figura 5 resume a arquitetura.

A integração de um GPS aos dispositivos móveis tem sido alvo de estudos que

comprovam os benefícios dessa abordagem para auxiliar na gerência de recurso de rádio.

Um aspecto importante, além do suporte à localização de chamadas de emergência, é que a

indústria possui grande interesse nos serviços de localização e por isso a tendência é

integração dos dispositivos móveis ao GPS, que cada vez mais utilizam métodos precisos

de monitoramento, por exemplo, o A-GPS (Assisted – GPS), os sistemas de satélite

(americano e europeu) possuem precisão de 1m [Dias, 2008]. Na arquitetura descrita na

figura 5, o uso de GPS auxilia o processo de handover, pois de acordo com as informações

recebidas pelo mesmo, é possível determinar qual o melhor momento para dar início ao

processo de handover, a fim de que o processo seja o mais transparente para o usuário final.

13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 75

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Figura 5. Arquitetura Integrada

6.1 Algoritmos/Mecanismo para a realização de handover transparente

A política de antecipação de handover realiza as decisões de disparo da sinalização

baseado em duas métricas: a probabilidade da conexão/enlace cair e a velocidade do NM. A

probabilidade de queda do enlace é obtida através de informações da camada física sobre a

intensidade do sinal. A probabilidade de queda do enlace é o parâmetro que indica quando

o NM está próximo de sair do raio de cobertura da BS. Há um GPS instalado no NM, que

repassa informações sobre a velocidade do NM para a BS atual. Assim, com as informações

recebidas pelo GPS, a BS determina qual o índice de mobilidade do cliente final (alta,

média ou baixa mobilidade). Para cada índice de mobilidade há um momento especifico do

disparo do handover. Aliando-se a informação da mobilidade com a probabilidade do link

cair, a política dispara a sinalização de acordo com os seguintes critérios:

1) Cliente com alta mobilidade (a partir de 10 m/s): Quando o cliente é de alta mobilidade,

o processo é disparado quando a probabilidade da conexão falhar for superior a 50%.

2) Cliente com média mobilidade (a partir de 5 m/s e inferior a 10 m/s): Quando o cliente é

de média mobilidade, o processo é disparado quando a probabilidade da conexão falhar for

superior a 70%.

3) Cliente com baixa mobilidade (inferior a 5 m/s): Quando o cliente é de baixa mobilidade,

o processo é disparado quando a probabilidade da conexão falhar for superior a 90%.

Quando a política é acionada, a topologia toma conhecimento sobre o início do

handover e, portanto, a nova BS deve enviar assim que detectar a presença do NM na sua

célula, as mensagens de parâmetros downlink e uplink (DL-MAP,DCD,UL-MAP,UCD).

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Ao receber essas mensagens da nova BS, o NM descobre que as “condições físicas” da

nova BS são melhores que as da atual BS e por isso, finaliza a sincronização com a nova

BS. Esse processo ocorre quando o NM está na intersecção da cobertura das duas BSs,

Assim, o NM continua a receber dados provenientes da atual BS enquanto realiza o

processo de sincronização com a nova BS, caracterizando o seamless handover, já que o

NM não perde a atual conexão para buscar uma nova.

7. Avaliação da Proposta

As simulações foram realizadas na arquitetura sem a implementação da política de

antecipação e com a política de antecipação de handover implementada.

Para as simulações foram definidas 3 taxas diferentes de tráfego CBR (Constant Bit

Rate), pois o tráfego CBR garante uma taxa de transmissão constate durante toda a conexão

e por se tratar de um tráfego implementado nas aplicações de tempo real, para os nos de

baixa mobilidade a taxa de transmissão é 800kbps, para os de média mobilidade a taxa é de

600kbps, para o de alta mobilidade a taxa de transmissão definida foi de 400kbps. As

simulações tem durações de 60 segundos e ao longo de todo esse período o tráfego CBR é

enviado para os NM´s de forma ininterrupta e a partir de um determinado instante de tempo

os usuários passam a se ter um determinado tipo de mobilidade se locomovendo de uma

célula de cobertura para outra.

Para comprovar a eficácia da política de antecipação de handover, os dados

coletados durante as simulações são: vazão e número de seqüência. Assim poderemos saber

a relação da quantidade de dados recebidos pelos NM´s ao longo do tempo mesmo após o

processo de handover e também coletamos o número de seqüência, cada pacote recebe uma

numeração, assim o receptor (o NM) tem como saber se recebeu todos os pacotes

corretamente verificando os números a cada pacote recebido, apesar de se tratar de uma

aplicação sobre o protocolo UDP e tal protocolo não possuir em seu pacote um campo

denominado de número de seqüência, para fazer a coleta do dado, no ns-2 o campo número

de seqüência foi incluído no protocolo UDP, para que fosse utilizado como dado estatístico.

7.2. Topologia

A topologia é composta por 13 roteadores (Figura 5) e todos compõem o domínio

do MPLS Móvel. Um roteador do domínio faz o papel do CN, outro roteador faz o papel de

HA. Os roteadores que compõem o núcleo do domínio recebem a denominação de LSR (7

roteadores). Na topologia os quatros roteadores da ponta recebem a denominação de

LER/FA, pois fazem o papel de “roteadores de borda”, responsáveis pelo roteamento via

rótulo, quando o pacote ingressar no domínio e roteamento via IP quando o pacote sair do

domínio e também realizam a função de agente estrangeiro para os usuários finais, esses

roteadores possuem na sua implementação a interface WiMaX Móvel e na topologia há 3

NM´s, cada NM pertence a uma das três classes de mobilidade (alta, média e baixa).

7.3. Resultados da simulação

13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 77

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Os NM´s se movimentam da esquerda para a direita, devido à alta mobilidade, o

NM permanecerá pouco tempo dentro da célula e por isso fará 3 handovers (o primeiro

handover ocorre da BS 9 para a BS 10, o segundo da BS 10 para BS 11 e o terceiro da BS

11 para a BS 12), o NM de média mobilidade fará 2 handovers (da BS 9 para a BS 10 e

depois da BS 10 para a BS 11) e o de baixa mobilidade fará apenas 1 handover (da BS 9

para a BS 10).

Primeiramente, as simulações foram feitas sem o uso da política de antecipação,

nessas simulações os dados coletados foram: a vazão e o número de seqüência dos pacotes

recebidos por cada NM. As simulações sem o uso da política demonstram que os NM´s

ficam sem conexão durante o intervalo de tempo do processo de execução do handover, ou

seja, o NM não recebe pacotes. A figura 6 demonstra os dados coletados da vazão e que há

quebra de conexão para cada situação, o NM de baixa mobilidade possui uma quebra de

conexão, o de média mobilidade duas quebras e o de alta mobilidade três quebras de

conexão. Esses dados são confirmados pela coleta do número de seqüência (Figura 7) que

comprovam que os NM´s não recebem pacotes durante o handover (que duram em média

de 3 a 4 segundos) .

Vazão

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1,5

5,5

9,5

13,5

17,5

21,5

25,5

29,5

33,5

37,5

41,5

45,5

49,5

53,5

57,5

Tempo

Kb

ps

Baixa Mobilidade

Média Mobilidade

Alta Mobilidade

Figura 6. Gráfico da Vazão sem a política

Número de Sequência

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1,5

5,5

9,5

13,5

17,5

21,5

25,5

29,5

33,5

37,5

41,5

45,5

49,5

53,5

57,5

Tempo

mero

de S

eq

uên

cia

Baixa Mobilidade

Média Mobilidade

Alta Mobilidade

Figura 7. Gráfico do Número de Seqüência sem a política

78 13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços

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Após as simulações sem o uso da política, realizamos as mesmas simulações (com

um NM de alta mobilidade, um de média mobilidade e um de baixa mobilidade) com o uso

da política de antecipação e também coletamos a vazão e o número de seqüência de cada

NM. As simulações com o uso da política demonstram que os NM´s não ficam sem

conexão durante o handover, ou seja, as trocas de pontos de acesso são transparentes para

os NM´s, a figura 8 demonstra os dados coletados da vazão e que não há quebra de

conexão, os NM´s realizam seamless handover (handover transparente). Esses dados são

confirmados pela coleta do número de seqüência (Figura 9) que comprovam que os NM´s

receberam pacotes mesmo durante o processo de handover.

Vazão

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1,5

5,5

9,5

13,5

17,5

21,5

25,5

29,5

33,5

37,5

41,5

45,5

49,5

53,5

57,5

Tempo

Kb

ps

Baixa Mobilidade

Média Mobilidade

Alta Mobilidade

Figura 8. Gráfico da Vazão com a política

Número de Sequência

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1,5

5,5

9,5

13,5

17,5

21,5

25,5

29,5

33,5

37,5

41,5

45,5

49,5

53,5

57,5

Tempo

mero

de S

eq

uên

cia

Baixa Mobilidade

Média Mobilidade

Alta Mobilidade

Figura 9. Gráfico do Número de Seqüência com a política

8. Conclusão

Neste artigo, apresentamos uma nova arquitetura que integra o MPLS Móvel e o

IEEE 802.16e, ou popularmente conhecido como WiMAX móvel. Essa arquitetura usufrui

das características de ambas tecnologias que assistem o processo de handover. Explicamos

13º Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços 79

Page 12: Gerenciamento de Mobilidade Transparente em Redes … · Gerenciamento de Mobilidade Transparente em Redes IEEE 802.16e utilizando o MPLS Móvel José Jailton Junior1, Allan Borges

de que maneira ocorre o handover no WiMAX móvel e também no MPLS Móvel, através

da discussão da sinalização, importância e a função de cada uma durante o processo.

Apresentamos também um algoritmo de antecipação de handover, para que não haja

perdas durante a troca de BS´s. O algoritmo, além de considerar a qualidade de enlace entre

um usuário móvel e a BS, também leva em consideração as informações sobre o NM

recebidas através do uso de GPS para determinar o instante no qual a sinalização deve ser

disparada em função da classe de mobilidade do usuário. Para trabalho futuros propomos

incluir novas métricas no algoritmo, realizar balanceamento de carga e propor extensões à

arquitetura que integrem outras tecnologias de acesso sem fio, deixando a arquitetura

heterogênea em termos de oportunidades de conectividade (e.g, integração do WiMAX

com UMTS e/ou IEEE 802.11).

9. Referências

Grand, G., Langar, R., Thome, S. (2005) “MicroMobile MPLS: A New Scheme for Micro-

MobilityManagement in 3G All-IP Networks”. IEEE Symposium on Computers and

Communications.

IEEE 802.16e (2005), Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless

Access Systems Amendment 2:Physical and Medium AccessControl Layers for Combined

Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands.

Intel (2004), “IEEE 802.16 Medium Access Control and Service Provisioning”, Intel

Technology Journal, Vol. 08, Issue 03.

Langar, R., Grand, G., Thome, S. (2005) “Fast Handoff process in Micro Mobile MPLS

protocol for Micro-Mobility Management in Next Generation Networks”. Wireless On-

demand Network Systems and Services.

MIP (2002), “IP Mobility Support for IPv4”, Internet IETF RFC 3344.

MPLS (2001), “MultiProtocol Label Switching”, Internet IETF RFC 3031.

ns-2 . Network Simulator . http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/Main_Page

Ren, Z., Than, C., Foo, C., Ko, C.. (2001) “Integration of Mobile IP and Multi-Protocol

Label Switching”. IEEE International Conference on Communications.

Sethom, K., Afifi, H., Pujolle, G. (2004) “Wireless MPLS: A New Layer 2.5 Micro-

mobility Scheme”. International Conference on Mobile Computing and Networking.

Li, P., Pan Y., Yi X. (2006), “A Seamless Handover Mechanism for IEEE 802.16e

Systems”.

Dias, Kelvin L. et. al.(2008),” Approaches to Resource Reservation for Migrating Real-

Time Sessions in Future Mobile Wireless Networks”. Accepted for Publication in Springer

Wireless Networks (WINET) Journal. ISSN: 1022-0038.

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