Design and Experimental Evaluation of a Route Optimisation Solution for NEMO

An important requirement for Internet protocol (IP) networks to achieve the aim of ubiquitous connectivity is network mobility (NEMO). With NEMO support we can provide Internet access from mobile platforms, such as public transportation vehicles, to normal nodes that do not need to implement any special mobility protocol. The NEMO basic support protocol has been proposed in the IETF as a first solution to this problem, but this solution has severe performance limitations. This paper presents MIRON: Mobile IPv6 route optimization for NEMO, an approach to the problem of NEMO support that overcomes the limitations of the basic solution by combining two different modes of operation: a Proxy-MR and an address delegation with built-in routing mechanisms. This paper describes the design and rationale of the solution, with an experimental validation and performance evaluation based on an implementation.Publicad

Algorithmes d'adressage et routage pour des réseaux fortement mobiles à grande échelle

After successfully connecting machines and people later (world wide web), the new era of In-ternet is about connecting things. Due to increasing demands in terms of addresses, mobility, scalability, security and other new unattended challenges, the evolution of current Internet archi-tecture is subject to major debate worldwide. The Internet Architecture Board (IAB) workshop on Routing and Addressing report described the serious scalability problems faced by large backbone operators in terms of routing and addressing, illustrated by the unsustainable growth of the Default Free Zone (DFZ) routing tables. Some proposals tackled the scalability and IP semantics overload issues with two different approaches: evolutionary approach (backward com-patibility) or a revolutionary approach. Several design objectives (technical or high-level) guided researchers in their proposals. Mobility is definitely one of the main challenges.Inter-Vehicle Communication (IVC) attracts considerable attention from the research com-munity and the industry for its potential in providing Intelligent Transportation Systems (ITS) and passengers services. Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs) are emerging as a class of wire-less network, formed between moving vehicles equipped with wireless interfaces (cellular and WiFi) employing heterogeneous communication systems. A VANET is a form of mobile ad-hoc network that provides IVC among nearby vehicles and may involve the use of a nearby fixed equipment on the roadside. The impact of Internet-based vehicular services (infotainment) are quickly developing. Some of these applications, driver assistance services or traffic reports, have been there for a while. But market-enabling applications may also be an argument in favor of a more convenient journey. Such use cases are viewed as a motivation to further adoption of the ITS standards developed within IEEE, ETSI, and ISO.This thesis focuses on applying Future Internet paradigm to vehicle-to-Internet communica-tions in an attempt to define the solution space of Future Vehicular Internet. We first introduce two possible vehicle-to-Internet use cases and great enablers for IP based services : eHealth and Fully-electric Vehicles. We show how to integrate those use cases into IPv6 enabled networks. We further focus on the mobility architectures and determine the fundamental components of a mobility architecture. We then classify those approaches into centralized and distributed to show the current trends in terms of network mobility extension, an essential component to vehicular networking. We eventually analyze the performance of these proposals. In order to define an identifier namespace for vehicular communications, we introduce the Vehicle Identification Numbers are possible candidates. We then propose a conversion algorithm that preserves the VIN characteristics while mapping it onto usable IPv6 networking objects (ad-dresses, prefixes, and Mobile Node Identifiers). We make use of this result to extend LISP-MN protocol with the support of our VIN6 addressing architecture. We also apply those results to group IP-based communications, when the cluster head is in charge of a group of followers.Cette thèse a pour objectif de faire avancer l'état de l'art des communications basée sur Internet Protocol version 6 (IPv6) dans le domaine des réseaux véhiculaires, et ce dans le cadre des évolutions récentes de IP, notamment l'avènement du Future Internet. Le Future Internet (F.I.) définit un ensemble d'approches pour faire évoluer l'Internet actuel , en particulier l'émergence d'un Internet mobile exigeant en ressources. Les acteurs de ce domaine définissent les contraintes inhérentes aux approches utilisées historiquement dans l'évolution de l'architecture d'Internet et tentent d'y remédier soit de manière évolutive soit par une rupture technologique (révolutionnaire). Un des problèmes au centre de cette nouvelle évolution d'Internet est la question du nommage et de l'adressage dans le réseau. Nous avons entrepris dans cette thèse l'étude de ce problème, dans le cadre restreint des communications véhiculaires Internet.Dans ce contexte, l'état de l'art du Future Internet a mis en avant les distinctions des approches révolutionnaires comparées aux propositions évolutives basées sur IPv6. Les réseaux véhiculaires étant d'ores-et-déjà dotés de piles protocolaires comprenant une extension IPv6, nous avons entamé une approche évolutive visant à intégrer les réseaux véhiculaires au Future Internet. Une première proposition a été de convertir un identifiant présent dans le monde automobile (VIN, Numéro d'Identification de Véhicule) en un lot d'adresses réseau propres à chaque véhicule (qui est donc propriétaire de son adressage issu de son identifiant). Cette proposition étant centrée sur le véhicule, nous avons ensuite intégré ces communications basés dans une architecture globale Future Internet basée sur IPv6 (protocole LISP). En particulier, et avec l'adressage VIN, nous avons défini un espace d'adressage indépendant des fournisseurs d'accès à Internet où le constructeur automobile devient acteur économique fournissant des services IPv6 à sa flotte de véhicules conjointement avec les opérateurs réseau dont il dépend pour transporter son trafic IP. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'entourage proche du véhicule afin de définir un nouveau mode de communication inter-véhiculaire à Internet: le V2V2I (Angl. Vehicle-to-Vehicle-to-Infrastructure). Jusqu'à présent, les modes de transmission de données à Internet dans le monde du véhicule consistaient en des topologies V2I, à savoir véhicule à Internet, où le véhicule accède à l'infrastructure directement sans intermédiaire. Dans le cadre des communications véhiculaires à Internet, nous proposons une taxonomie des méthodes existantes dans l'état de l'art. Les techniques du Future Internet étant récentes, nous avons étendu notre taxonomie par une nouvelle approche basée sur la séparation de l'adressage topologique dans le cluster de celui de l'infrastructure. Le leader du cluster s'occupe d'affecter les adresses (de son VIN) et de gérer le routage à l'intérieur de son cluster. La dernière contribution consiste en la comparaison des performances des protocoles de gestion de mobilité, notamment pour les réseaux de véhicules et des communications de type vehicule-à-Internet. Dans ce cadre, nous avons proposé une classification des protocoles de gestion de mobilité selon leur déploiement: centralisé (basé réseau ou host) et distribué. Nous avons ensuite évalué les performances en modélisant les durées de configurations et de reconfigurations des différents protocoles concernés

A network mobility management architecture for a heteregeneous network environment

Network mobility management enables mobility of personal area networks and vehicular networks across heterogeneous access networks using a Mobile Router. This dissertation presents a network mobility management architecture for minimizing the impact of handoffs on the communications of nodes in the mobile network. The architecture addresses mobility in legacy networks without infrastructure support, but can also exploit infrastructure support for improved handoff performance. Further, the proposed architecture increases the efficiency of communications of nodes in the mobile network with counter parts in the fixed network through the use of caching and route optimization. The performance and costs of the proposed architecture are evaluated through empirical and numerical analysis. The analysis shows the feasibility of the architecture in the networks of today and in those of the near future.Verkkojen liikkuuvudenhallinta mahdollistaa henkilökohtaisten ja ajoneuvoihin asennettujen verkkojen liikkuvuuden heterogeenisessä verkkoympäristössä käyttäen liikkuvaa reititintä. Tämä väitöskirja esittää uuden arkkitehtuurin verkkojen liikkuvuudenhallintaan, joka minimoi verkonvaihdon vaikutuksen päätelaitteiden yhteyksiin. Vanhoissa verkoissa, joiden infrastruktuuri ei tue verkkojen liikkuvuutta, verkonvaihdos täytyy hallita liikkuvassa reitittimessa. Standardoitu verkkojen liikkuvuudenhallintaprotokolla NEMO mahdollistaa tämän käyttäen ankkurisolmua kiinteässä verkossa pakettien toimittamiseen päätelaitteiden kommunikaatiokumppaneilta liikkuvalle reitittimelle. NEMO:ssa verkonvaihdos aiheuttaa käynnissä olevien yhteyksien keskeytymisen yli sekunnin mittaiseksi ajaksi, aiheuttaen merkittävää häiriötä viestintäsovelluksille. Esitetyssä arkkitehtuurissa verkonvaihdon vaikutus minimoidaan varustamalla liikkuva reititin kahdella radiolla. Käyttäen kahta radiota liikkuva reititin pystyy suorittamaan verkonvaihdon keskeyttämättä päätelaitteiden yhteyksiä, mikäli verkonvaihtoon on riittävästi aikaa. Käytettävissa oleva aika riippuu liikkuvan reitittimen nopeudesta ja radioverkon rakenteesta. Arkkitehtuuri osaa myös hyödyntää infrastruktuurin tukea saumattomaan verkonvaihtoon. Verkkoinfrastruktuurin tuki nopeuttaa verkonvaihdosprosessia, kasvattaenmaksimaalista verkonvaihdos tahtia. Tällöin liikkuva reitin voi käyttää lyhyen kantaman radioverkkoja, joiden solun säde on yli 80m, ajonopeuksilla 90m/s asti ilman, että verkonvaihdos keskeyttää päätelaitteiden yhteyksiä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri tehostaa kommunikaatiota käyttäen cache-palvelimia liikkuvassa ja kiinteässä verkossa ja optimoitua reititystä liikkuvien päätelaitteiden ja kiinteässä verkossa olevien kommunikaatiosolmujen välillä. Cache-palvelinarkkitehtuuri hyödyntää vapaita radioresursseja liikkuvan verkon cache-palvelimen välimuistin päivittämiseen. Heterogeenisessä verkkoympäristossä cache-palvelimen päivitys suoritetaan lyhyen kantaman laajakaistaisia radioverkkoja käyttäen. Liikkuvan reitittimen siirtyessä laajakaistaisen radioverkon peitealueen ulkopuolelle päätelaitteille palvellaan sisältöä, kuten www sivuja tai videota cache-palvelimelta, säästäen laajemman kantaman radioverkon rajoitetumpia resursseja. Arkkitehtuurissa käytetään optimoitua reititystä päätelaitteiden ja niiden kommunikaatiokumppaneiden välillä. Optimoitu reititysmekanismi vähentää liikkuvuudenhallintaan käytettyjen protokollien langattoman verkon resurssien kulutusta. Lisäksi optimoitu reititysmekanismi tehostaa pakettien reititystä käyttäen suorinta reittiä kommunikaatiosolmujen välillä. Esitetyn arkkitehtuurin suorituskyky arvioidaan empiirisen ja numeerisen analyysin avulla. Analyysi arvioi arkkitehtuurin suorituskykyä ja vertaa sitä aikaisemmin ehdotettuihin ratkaisuihin ja osoittaa arkkitehtuurin soveltuvan nykyisiin ja lähitulevaisuuden langattomiin verkkoihin.reviewe

A network mobility management architecture for a heterogeneous network environment

Network mobility management enables mobility of personal area networks and vehicular networks across heterogeneous access networks using a Mobile Router. This dissertation presents a network mobility management architecture for minimizing the impact of handoffs on the communications of nodes in the mobile network. The architecture addresses mobility in legacy networks without infrastructure support, but can also exploit infrastructure support for improved handoff performance. Further, the proposed architecture increases the efficiency of communications of nodes in the mobile network with counter parts in the fixed network through the use of caching and route optimization. The performance and costs of the proposed architecture are evaluated through empirical and numerical analysis. The analysis shows the feasibility of the architecture in the networks of today and in those of the near future.Verkkojen liikkuuvudenhallinta mahdollistaa henkilökohtaisten ja ajoneuvoihin asennettujen verkkojen liikkuvuuden heterogeenisessä verkkoympäristössä käyttäen liikkuvaa reititintä. Tämä väitöskirja esittää uuden arkkitehtuurin verkkojen liikkuvuudenhallintaan, joka minimoi verkonvaihdon vaikutuksen päätelaitteiden yhteyksiin. Vanhoissa verkoissa, joiden infrastruktuuri ei tue verkkojen liikkuvuutta, verkonvaihdos täytyy hallita liikkuvassa reitittimessa. Standardoitu verkkojen liikkuvuudenhallintaprotokolla NEMO mahdollistaa tämän käyttäen ankkurisolmua kiinteässä verkossa pakettien toimittamiseen päätelaitteiden kommunikaatiokumppaneilta liikkuvalle reitittimelle. NEMO:ssa verkonvaihdos aiheuttaa käynnissä olevien yhteyksien keskeytymisen yli sekunnin mittaiseksi ajaksi, aiheuttaen merkittävää häiriötä viestintäsovelluksille. Esitetyssä arkkitehtuurissa verkonvaihdon vaikutus minimoidaan varustamalla liikkuva reititin kahdella radiolla. Käyttäen kahta radiota liikkuva reititin pystyy suorittamaan verkonvaihdon keskeyttämättä päätelaitteiden yhteyksiä, mikäli verkonvaihtoon on riittävästi aikaa. Käytettävissa oleva aika riippuu liikkuvan reitittimen nopeudesta ja radioverkon rakenteesta. Arkkitehtuuri osaa myös hyödyntää infrastruktuurin tukea saumattomaan verkonvaihtoon. Verkkoinfrastruktuurin tuki nopeuttaa verkonvaihdosprosessia, kasvattaenmaksimaalista verkonvaihdos tahtia. Tällöin liikkuva reitin voi käyttää lyhyen kantaman radioverkkoja, joiden solun säde on yli 80m, ajonopeuksilla 90m/s asti ilman, että verkonvaihdos keskeyttää päätelaitteiden yhteyksiä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri tehostaa kommunikaatiota käyttäen cache-palvelimia liikkuvassa ja kiinteässä verkossa ja optimoitua reititystä liikkuvien päätelaitteiden ja kiinteässä verkossa olevien kommunikaatiosolmujen välillä. Cache-palvelinarkkitehtuuri hyödyntää vapaita radioresursseja liikkuvan verkon cache-palvelimen välimuistin päivittämiseen. Heterogeenisessä verkkoympäristossä cache-palvelimen päivitys suoritetaan lyhyen kantaman laajakaistaisia radioverkkoja käyttäen. Liikkuvan reitittimen siirtyessä laajakaistaisen radioverkon peitealueen ulkopuolelle päätelaitteille palvellaan sisältöä, kuten www sivuja tai videota cache-palvelimelta, säästäen laajemman kantaman radioverkon rajoitetumpia resursseja. Arkkitehtuurissa käytetään optimoitua reititystä päätelaitteiden ja niiden kommunikaatiokumppaneiden välillä. Optimoitu reititysmekanismi vähentää liikkuvuudenhallintaan käytettyjen protokollien langattoman verkon resurssien kulutusta. Lisäksi optimoitu reititysmekanismi tehostaa pakettien reititystä käyttäen suorinta reittiä kommunikaatiosolmujen välillä. Esitetyn arkkitehtuurin suorituskyky arvioidaan empiirisen ja numeerisen analyysin avulla. Analyysi arvioi arkkitehtuurin suorituskykyä ja vertaa sitä aikaisemmin ehdotettuihin ratkaisuihin ja osoittaa arkkitehtuurin soveltuvan nykyisiin ja lähitulevaisuuden langattomiin verkkoihin.reviewe

Evaluation of Network Mobility Schemes for Terrestrial and Satellite Networks

NEtwork MObility (NEMO) supports the mobility of multiple Internet-connected devices. However, NEMO Basic Support Protocol suffers from unoptimized route leading to large latency in communication and header overhead. To optimize route, a plethora of schemes have been proposed. These schemes differ in terms of several performance parameters, such as signaling, end-to-end delay andhandoff latency. However, no performance or cost evaluation exists in the literature to compare the schemes. In addition, mobility management is required to support the mobility of Internet-connected devices in satellite networks. Existing mobility management solutions for satellite networks are unable toprovide connectivity to the Internet when satellites are not directly connected to the ground.In this dissertation, a comprehensive evaluation of the schemes and a mobility management solution for satellite networks using NEMO are provided. The schemes are classified and compared to choose the optimal class. Using analytical and simulation-based models, the schemes in the chosen class are compared based on the performance parameters. The effect of the parameters on transmission Control Protocol, the dominant transport protocol in the Internet, is also evaluated. A cost evaluation is performed to determine the network resource consumption of the schemes. Finally, an architecture and extensions of the basic protocol are presented to apply NEMO in satellite networks. This dissertation fosters the application of NEMO to terrestrial and satellitenetworks by selecting and extending optimal route optimization schemes, and presenting new architecture and protocol

D3.6.1: Cookbook for IPv6 Renumbering in SOHO and Backbone Networks

In this text we present the results of a set of experiments that are designed to be a first step in the process of analysing how effective network renumbering procedures may be in the context of IPv6. An IPv6 site will need to get provider assigned (PA) address space from its upstream ISP. Because provider independent (PI) address space is not available for IPv6, a site wishing to change provider will need to renumber from its old network prefix to the new one. We look at the scenarios, issues and enablers for such renumbering, and present results and initial conclusions and recommendations in the context of SOHO and backbone networking. A subsequent deliverable (D3.6.2) will refine these findings, adding additional results and context from enterprise and ISP renumbering scenarios

Ad Hoc Networking in the Internet: A Deeper Problem Than It Seems

Self-organized networks, also known as ad hoc networks or MANETs, are expected to soon become important components in the Internet architecture. Numerous efforts currently focus on the accomplishment of scalable and efficient mobile ad hoc routing, an essential piece in order to fully integrate ad hoc networks in the Internet. However, an orthogonal and yet as important issue lies with ad hoc IP autoconfiguration. Indeed, prior to participation in IP communication and routing, a node must acquire IP addresse(s) to configure its interface(s). These IP addresses may be required to be unique within a certain scope and/or topologically "correct". Since nodes may be mobile and neither the set of nodes in the MANET nor their connections to each other is pre-determined, the proper configuration must be detected and acquired automatically. This paper reviews the applicability, in the particular context of MANETs, of standard automatic address configuration and prefix allocation protocols, and identifies the different categories of issues that are not solved by these protocols. The paper then elaborates further on why these issues are more profound than they seem, as they pertain to graph theory and are in fact real scalability and architectural issues for the Internet of tomorrow

Cost and Efficiency Analysis of NEMO Protocol Entities

To support IP-mobility of networks in motion, IETF proposed Network Mobility (NEMO) protocol that uses various signaling messages to ensure connectivity of the mobile nodes with the Internet and to maintain security of ongoing sessions by protecting the binding updates. As the next-generation wireless and mobile network is supposed to be a unified network based on all-IP technology, compounded by the fact that the number of mobile nodes requiring mobility support has increased significantly, the cost analysis of mobility protocols and the underlying mobility management entities have become essential to avoid their performance degradation. However, there has been no comprehensive cost analysis of NEMO protocol entities that considers all possible costs. In this paper, we have developed analytical models to estimate total costs of key mobility management entities of NEMO. We have defined a metric to compute the efficiency of mobility protocol as well as the mobility entities to find out the percentage of resources used for data (payload) delivery. We have presented numerical results to demonstrate the impact of network size, mobility rate, traffic rate and data volume on the total costs and the efficiency of the NEMO protocol and its key entities. Our results show that a significant amount of resources (bandwidth, processing power, transmission power) are required by the mobility entities for transmission, processing of various signaling messages, as well as searching location database. Our cost analysis will thus help network engineers in estimating actual resource requirements for the key entities of the network in future design while analyzing the data transmission efficiencies of these entities.YesPeer-reviewed journal article

A novel network architecture for train-to-wayside communication with quality of service over heterogeneous wireless networks

In the railway industry, there are nowadays different actors who would like to send or receive data from the wayside to an onboard device or vice versa. These actors are e.g., the Train Operation Company, the Train Constructing Company, a Content Provider, etc. This requires a communication module on each train and at the wayside. These modules interact with each other over heterogeneous wireless links. This system is referred to as the Train-to-Wayside Communication System (TWCS). While there are already a lot of deployments using a TWCS, the implementation of quality of service, performance enhancing proxies (PEP) and the network mobility functions have not yet been fully integrated in TWCS systems. Therefore, we propose a novel and modular IPv6-enabled TWCS architecture in this article. It jointly tackles these functions and considers their mutual dependencies and relationships. DiffServ is used to differentiate between service classes and priorities. Virtual local area networks are used to differentiate between different service level agreements. In the PEP, we propose to use a distributed TCP accelerator to optimize bandwidth usage. Concerning network mobility, we propose to use the SCTP protocol (with Dynamic Address Reconfiguration and PR-SCTP extensions) to create a tunnel per wireless link, in order to support the reliable transmission of data between the accelerators. We have analyzed different design choices, pinpointed the main implementation challenges and identified candidate solutions for the different modules in the TWCS system. As such, we present an elaborated framework that can be used for prototyping a fully featured TWCS