Tese de doutoramento InformáticaHoje em dia, as pessoas pretendem ter simultaneamente mobilidade, qualidade de serviço e
estar sempre connectados à Internet. No intuito, de satisfazer estes clientes muito exigentes,
os mercados das telecomunicações estão a impor novos e dificeis desafios às redes móveis,
através da demanda, de heterogeneidade em termos de tecnologias de acesso rádio, novos
serviços, niveis de qualidade de serviço adequados aos requisitos das aplicações de tempo
real, elevada taxa de utilização do recursos disponiveis e melhor capacidade de desempenho.
A Internet foi concebida para fornecer serviços sem qualquer tipo de garantias de qualidade
às aplicações, apenas se comprometendo em oferecer o melhor serviço possível. No
entanto, nos útlimos anos diversos esforços foram levados a cabo no sentido de dotar a
Internet com o suporte à qualidade de serviço. Dos esforços desenvolvidos resultaram
dois paradigmas para o suporte da qualidade de serviço: o modelo de Serviços Integrados
(Integrated Services - IntServ) e o modelo de Serviços Diferenciados (Differentiated Services
- DiffServ). Todavia, estes modelos de qualidade de serviço (QoS) foram concebido antes
da existência da Internet móvel, portanto o desenvolvimento destes modelos não teve em
consideração a questão da mobilidade.
Por outro lado, o protocolo padrão actual para a Internet móvel, o MIPv6, revela algumas
limitações nos cenários onde os utilizadores estão constantemente a moverem-se para
outros pontos de acesso. Neste tipo de cenários, o MIPv6 introduz tempos de latência que
não são sustentáveis para aplicações com requisitos de QoS mais restritos. Os factos revelados,
demonstram que existe uma emergente necessidade de adaptar o actual protocolo de
mobilidade, e também de adaptar os modelos de QoS, ou então criar modelos alternativos
de QoS, para satisfazer às exigências do utilizador de hoje de redes móveis.
Para alcançar este objectivo o presente trabalho propõe melhorias no sistema de gestão
da mobilidade do protocolo MIPv6 e na gestão de recursos do modelo DiffServ. O MIPv6 foi
melhorado para os cenários de micro-mobilidade com a abordagem para micro-mobilidade do F-HMIPv6. Enquanto que, o modelo DiffServ foi melhorado para os ambientes móveis
com funcionalidades dinâmicas e adaptativas através da utilização de sinalização de QoS e
da gestão distribuida dos recursos.
A gestão da mobilidade e dos recursos foi também acoplada na solução proposta com o
propósito de optimizar a utilização dos recursos num meio onde os recursos são tipicamente
escassos.
O modelo proposto é simples, é de fácil implementação, tem em consideração os requisitos
da Internet móvel, e provou ser eficiente e capaz de fornecer serviços com QoS de
elevada fiabilidade às aplicações.Over the last few years, several network communication challenges have arisen as a
result of the growing number of users demanding Quality of Service (QoS) and mobility
simultaneously.
In order to satisfy these very demanding customers, the markets are imposing new
challenges to wireless networks by demanding heterogeneity in terms of wireless access
technologies, new services, suited QoS levels to real-time applications, high usability and
improved performance.
However, the Internet has been designed for providing application services without quality
guarantees. That explains why, in the last years several efforts have been made to
endow Internet with QoS support. From the developed efforts have resulted two QoS
paradigms: Integrated Services (IntServ) which offers the guaranteed service model and
the Differentiated Services (DiffServ) which offers the predictive service model.
Although these QoS models have been designed before the existence of mobile Internet,
so they do not consider the mobility issue. For instance, the guaranteed service model
requires that whenever a Mobile Node (MN) wants to move to a new location, the allocated
resources in the old path must be released and a new resource reservation in a new path must
be made, resulting in extra signaling overhead, heavy processing and state load. Therefore,
if handovers are frequent, large mobility and QoS signaling messages will be created in
the access networks. Consequently, significant scalability problems may arise with this type of
service model.
The predicted service model, on the other hand, requires an additional features such
as dynamic and adaptive resource management in order to be efficient in a very dynamic
network such as a mobile network.
A QoS solution for mobile environments must provide the capacity to adapt its resource
utilization to a changeable nature of wireless networks because they have a more dynamic behavior due to incoming or outgoing handovers. For this reason, a QoS signalization for
dynamic resource provisioning is necessary in order to supply adequate QoS levels to mobile
users.
On the other hand, the current standard protocol for mobile Internet, Mobile IPv6
(MIPv6), reveals limitations in scenarios where users are constantly moving to another
point of attachment. In these situations, MIPv6 introduces latency times that are not
sustainable for applications with strict QoS requirements.
All things considered, reveal the emerging need to adapt the current standard mobility
protocol and QoS models to satisfy today’s mobile user’s requirements.
To accomplish this goal, the present work proposes enhancements in terms of the MIPv6
protocol mobility management scheme as well as in DiffServ QoS model resource management.
The former was enhanced for micro-mobility scenarios with a specific combination of
FMIPv6 (Fast Mobile IPv6) and HMIPv6 (Hierarchical Mobile IPv6) protocols. Whereas,
the latter was enhanced for mobile environments with dynamic and adaptive features by
using QoS signalization as well as distributed resource management.
The mobility and resource management has also been coupled in the proposed solution
with the objective of optimizing the resource utilization in a environment where resources
are typically scarce.
In order to assess model performance as well as its parametrization, a simulation model
has been designed and implemented in the Network Simulator version two (NS-2).
The model´s performance evaluation has been conducted based on the respective data
acquired from statistical analysis in order to validate and consolidate the conclusions. Simulation
results indicate that the solution avoids network congestion and starvation of less
priority DiffServ classes.
Moreover, the results also indicate that bandwidth utilization for priority classes increases
and the QoS offered to MN’s applications, in each DiffServ class, remains unchangeable
with MN mobility.
The proposed model is simple and easy to implement. It considers mobile Internet
requirements and has proven to be effective and capable of providing services with highly
reliable QoS to mobile applications.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Bolsa SFRH/BD/35245/200