On the use of SHIM6 for Mobility Support in IMS Networks

The future of network communications is moving towards deployment of an all-IP core network. This has given rise to many devices hitting the market equipped with multiple network interfaces. However, in order to really benefit from such a heterogeneous network environment, applications must experience minimum disruption as they roam from one network to another, which requires seamless mobility support. Although, some mobility proposals have emerged (Mobile IPv6, and its extensions), none of them give satisfactory performance in terms of handover between different networks. In addition, they require infrastructural changes to the network and give poor performance in case of a failure. In this paper, we propose a mechanism to support mobility through a multi homing SHIM6 layer. The results show that our proposed mechanism outperforms Route Optimized Mobile IPv6

A Survey on Handover Management in Mobility Architectures

This work presents a comprehensive and structured taxonomy of available techniques for managing the handover process in mobility architectures. Representative works from the existing literature have been divided into appropriate categories, based on their ability to support horizontal handovers, vertical handovers and multihoming. We describe approaches designed to work on the current Internet (i.e. IPv4-based networks), as well as those that have been devised for the "future" Internet (e.g. IPv6-based networks and extensions). Quantitative measures and qualitative indicators are also presented and used to evaluate and compare the examined approaches. This critical review provides some valuable guidelines and suggestions for designing and developing mobility architectures, including some practical expedients (e.g. those required in the current Internet environment), aimed to cope with the presence of NAT/firewalls and to provide support to legacy systems and several communication protocols working at the application layer

A solution for transparent mobility with route optimization in the IP multimedia subsystem

This paper presents TRIM+, an architecture for transparent mobility management with route optimization in IMS based networks. The design of our architecture is based on a previous work referred to as TRIM. TRIM was originally devised to provide transparent mobility support in the IMS, although transparency came at the cost of using a suboptimal data path between communicating end points. TRIM+ maintains transparency as a design criterium, and thus end-user applications, running at the mobile node and its correspondent communication peers, are unaware of mobility management procedures. Additionally, the proposed design defines a set of route optimization procedures, allowing compliant devices to use the optimal data path for media communications. Furthermore, TRIM+ addresses packet loss management in scenarios where the media path cannot be maintained during the handover of the MN. To this end, our architecture enables the MN to request buffering capacity in its home network to temporarily store incoming media traffic during the handover, which would otherwise be dropped. This mechanism, as well as route optimization procedures, are executed transparently to the end-user applications running at the communicating end points. As a proof-of-concept, we have implemented a software prototype of the TRIM+ architecture, deploying it over a real IMS testbed. By means of a set of experiments, we have validated the mechanisms proposed in this paper, considering both UDP and TCP user traffic.This article has been partially granted by the Madrid Commu nity through the MEDIANET project (S 2009/TIC 1468), and by the European Community through the CROWD project (FP7 ICT 318115). The work of Ignacio Soto has been partially sup ported through the I MOVING project (TEC2010 18907).Publicad

Design of multi-homing architecture for mobile hosts

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.This thesis proposes a new multi-homing mobile architecture for future heterogeneous network environment. First, a new multi-homed mobile architecture called Multi Network Switching enabled Mobile IPv6 (MNS-MIP6) is proposed which enables a Mobile Node (MN) having multiple communication paths between itself and its Correspondent Node (CN) to take full advantage of being multi-homed. Multiple communication paths exist because MN, CN, or both are simultaneously attached to multiple access networks. A new sub layer is introduced within IP layer of the host’s protocol stack. A context is established between the MN and the CN. Through this context, additional IP addresses are exchanged between the two. Our MNS-MIP6 architecture allows one communication to smoothly switch from one interface/communication path to another. This switch remains transparent to other layers above IP. Second, to make communication more reliable in multi-homed mobile environments, a new failure detection and recovery mechanism called Mobile Reach ability Protocol (M-REAP) is designed within the proposed MNS-MIP6 architecture. The analysis shows that our new mechanism makes communication more reliable than the existing failure detection and recovery procedures in multi-homed mobile environments. Third, a new network selection mechanism is introduced in the proposed architecture which enables a multi-homed MN to choose the network best suited for particular application traffic. A Policy Engine is defined which takes parameters from iv the available networks, compares them according to application profiles and user preferences, and chooses the best network. The results show that in multi-homed mobile environment, load can be shared among different networks/interfaces through our proposed load sharing mechanism. Fourth, a seamless handover procedure is introduced in the system which enables multi-homed MN to seamlessly roam in a heterogeneous network environment. Layer 2 triggers are defined which assist in handover process. When Signal to Noise Ratio (SNR) on a currently used active interface becomes low, a switch is made to a different active interface. We show through mathematical and simulation analysis that our proposed scheme outperforms the existing popular handover management enhancement scheme in MIPv6 networks namely Fast Handover for MIPv6 (FMIPv6). Finally, a mechanism is introduced to allow legacy hosts to communicate with MNS-MIP6 MNs and gain the benefits of reliability, load sharing and seamless handover. The mechanism involves introducing middle boxes in CN’s network. These boxes are called Proxy-MNS boxes. Context is established between the middle boxes and a multi-homed MN

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Design of multi-homing architecture for mobile hosts

This thesis proposes a new multi-homing mobile architecture for future heterogeneous network environment. First, a new multi-homed mobile architecture called Multi Network Switching enabled Mobile IPv6 (MNS-MIP6) is proposed which enables a Mobile Node (MN) having multiple communication paths between itself and its Correspondent Node (CN) to take full advantage of being multi-homed. Multiple communication paths exist because MN, CN, or both are simultaneously attached to multiple access networks. A new sub layer is introduced within IP layer of the host’s protocol stack. A context is established between the MN and the CN. Through this context, additional IP addresses are exchanged between the two. Our MNS-MIP6 architecture allows one communication to smoothly switch from one interface/communication path to another. This switch remains transparent to other layers above IP. Second, to make communication more reliable in multi-homed mobile environments, a new failure detection and recovery mechanism called Mobile Reach ability Protocol (M-REAP) is designed within the proposed MNS-MIP6 architecture. The analysis shows that our new mechanism makes communication more reliable than the existing failure detection and recovery procedures in multi-homed mobile environments. Third, a new network selection mechanism is introduced in the proposed architecture which enables a multi-homed MN to choose the network best suited for particular application traffic. A Policy Engine is defined which takes parameters from iv the available networks, compares them according to application profiles and user preferences, and chooses the best network. The results show that in multi-homed mobile environment, load can be shared among different networks/interfaces through our proposed load sharing mechanism. Fourth, a seamless handover procedure is introduced in the system which enables multi-homed MN to seamlessly roam in a heterogeneous network environment. Layer 2 triggers are defined which assist in handover process. When Signal to Noise Ratio (SNR) on a currently used active interface becomes low, a switch is made to a different active interface. We show through mathematical and simulation analysis that our proposed scheme outperforms the existing popular handover management enhancement scheme in MIPv6 networks namely Fast Handover for MIPv6 (FMIPv6). Finally, a mechanism is introduced to allow legacy hosts to communicate with MNS-MIP6 MNs and gain the benefits of reliability, load sharing and seamless handover. The mechanism involves introducing middle boxes in CN’s network. These boxes are called Proxy-MNS boxes. Context is established between the middle boxes and a multi-homed MN.EThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Transparent network-assisted flow mobility for multimedia applications in IMS environments

Cellular network operators are striving to solve the problem caused by the increasing volume of traffic over their networks. Given the proliferation of multi-interface devices, offloading part of the traffic to available access networks (e. g., WiFi or 3G access networks, even from other operators) seems to be a promising alternative. Here, we propose an IMS-compatible solution for flow mobility between access networks that exhibits two key features: flow mobility is transparent to both local applications at mobile nodes and their communication peers (e. g., multimedia content servers), and mobility operations are assisted by the network, so the home network supports the terminal in the process of access network discovery, and provides the terminal with policies that meet visited and home operators' roaming agreements while optimizing the use of their networks. The proposed solution has been validated using a real IMS testbed with Ethernet and WiFi access networks, where the mobility of UDP and TCP flows has been tested.The work in this article has been partially granted by the Madrid Community through the MEDIANET project (S-2009/TIC-1468) and by the Celtic UP-TO-US project (TSI-020400-2010-114)Publicad

Design and development of a software architecture for seamless vertical handover in mobile communications

In this work I firstly present an overview on current wireless technology and network mobility focusing on challenges and issues which arise when mobile nodes migrate among different access networks, while employing real-time communications and services. In literature many solutions propose different methods and architectures to enhance vertical handover, the process of transferring a network communication between two technologically different points of attachment. After an extensive review of such solutions this document describes my personal implementation of a fast vertical handover mechanism for Android smartphones. I also performed a reliability and performance comparison between the current Android system and my enhanced architecture which have both been tested in a scenario where vertical handover was taking place between WiFi and cellular network while the mobile node was using video streaming services. Results show the approach of my implementation to be promising, encouraging future works, some of which are suggested at the end of this dissertation together with concluding remarks

ANALYSIS OF PROXY MOBILE IPv6 BASED ON MULTIHOMING TECHNOLOGY

This document specifies the problems of multihoming in Proxy Mobile IPv6(PMIPv6) and analysis the solutions of multihoming problem with various multihoming protocols in PMIPv6.In this paper provides the analysis between are PMIPV6,FPMIPv6(Fast Handovers for PMIPv6) PMIPv6 with TRANSIENT BINDING.  Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) is a protocol for building a common and access technology independent of mobile core networks, accommodating various access technologies such as WiMAX, 3GPP, 3GPP2 and WLAN based access architectures. Fast Handover for Proxy MIPv6 (F-PMIPv6), introduced in RFC 5949, performs an efficient handover by reducing the delay and minimizing packet loss without involving the MN in signaling to comply with the main goal of PMIPv6 [2], [22]. This protocol is based on establishing a bidirectional tunnel between the Previous MAG (PMAG) that the MN is handing over from and the NMAG that the MN is handing over to and performing context transfer between them.  Transient Binding is a mechanism applicable to the mobile node's inter-MAG handover while using a single interface or different interfaces. The extension of Proxy Mobile IPv6 with transient binding will support multi-homing and optimizes the handover. Here the handover problem in multihoming is reduced by transient binding by using modified Local Mobility Anchor (m-LMA) with its updated Binding Cache Entry (u-BCE). Also this mechanism efficiently supports the uplink and downlink packets between mobile nodes, so it avoids superfluous packet forwarding delay and packet loss