Reliable data communication for mobile IP based systems

In der Vergangenheit wurden Endgeräte im wesentlichen mittels drahtgebundener Übertragungstechniken an das Internet angebunden. Derzeit sich im Aufbau befindende bzw. zukünftige drahtlose Mobilkommunikationssysteme bieten auch für mobile Endgeräte einen Internetzugang mit akzeptablen Datenraten. Als Konsequenz wird auch im Bereich der Mobilkommunikation die zuverlässige Datenübertragung im Vergleich zur bereits etablierten - für den Telefondienst eingesetzten - unzuverlässigen Datenübertragung zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die zuverlässige Datenübertragung über fehleranfällige, drahtlose Kanäle mittels des im Internet etablierten Transportprotokolls TCP ist Gegenstand der Betrachtungen in dieser Arbeit. Es werden die negativen Auswirkungen der höheren Fehlerwahrscheinlichkeiten auf die einzelnen Protokollmechanismen im Detail diskutiert. Es folgt eine umfassende Analyse in der Literatur vorgeschlagener Verfahren hinsichtlich ihrer Praktikabilität und ihrer Eignung, die Performance Probleme von TCP im drahtlosen Umfeld zu lösen. Der sogenannte 'Indirekte Transportansatz', ein proxybasierter Ansatz, kristallisiert sich bei dieser Analyse als der Ansatz der Wahl heraus. Auf Grund der bei diesem Ansatz in Routern zusätzlich zu verwaltenden verbindungsspezifischen Statusinformation der Transportprotokolle sind - beispielsweise durch die Mobilität der Endgeräte bedingte - Routenänderungen problematisch. Für die hierzu erforderliche sogenannte 'Mobilitätstunterstützung für indirekte Transportansätze' existieren bisher lediglich Verfahren, die aufgrund der sich ergebenden signifikanten Unterbrechungen der Ende-zu-Ende Kommunikation nur schlecht geeignet sind. Die in dieser Arbeit entwickelte, simulativ bewertete und prototypisch implementierte 'Optimierte Mobilitätsunterstützung für indirekte Transportansätze' (OMIT), kann diese Unterbrechungen mittels der Verfahren 'Fast-Forwarding' und 'nebenläufige Migration' vermeiden.In the past, end systems have primarily been connected to the Internet using wired transmission technologies. Presently installed and future wireless mobile communication systems will also provide Internet access and acceptable data rates for mobile end systems. As a consequence, comparing the reliable data service with the available - mainly for the audio service used - unreliable service, the importance of the reliable service will increase within mobile communication systems. The focus of this work is on reliable services and the realization over error prone wireless channels using the transport protocol TCP, that is used within the Internet to implement a reliable end-to-end service. The negative influence of higher error probabilities on TCP's protocol mechanisms is discussed in detail. Furthermore, an extensive analysis of in the literature described proposals to address TCP's performance deficits is included within this work. Practicability and the ability to address TCP's performance deficits are the main criteria of this analysis. The so called 'Indirect Transport Approach', a proxy based approach, turns out to be an appropriate approach. However, the indirect transport approach requires within routers additional - per transport connection - state information. This state information is problematic in the context of routing changes, e.g. caused by the mobility of a mobile end system. Existing proposals for the required so called 'Mobility Support of Indirect Transport Approaches' significantly interrupt the end-to-end communication. Thus, they are unsuitable. These interruptions can be avoided by the so called 'Optimized Mobility Support of Indirect Transport Approaches' (OMIT). Within this work this approach has been developed, investigated via simulations and implemented. The two key mechanisms are: 'Fast-Forwarding' and the 'Concurrent Migration'