Um ambiente para apoio à integração de redes sem fio heterogêneas

Abstract

A integração de redes sem fio heterogêneas vem sendo objeto de estudo a algum tempo. Questões voltadas à manutenção da qualidade de serviço fornecida ao móvel durante sua migração entre redes com diferentes tecnologias de acesso, tem sido abordadas levando em consideração formas de alocar e gerenciar recursos de rede, técnicas de controle de admissão de conexões, combinação de tecnologias para selecionar a rede que oferece melhores condições e alternativas para a gerência de mobilidade na camada 3 de redes baseadas no protocolo IP (Internet Protocol). No entanto, propor uma solução integrada que possa resolver todas essas questões é uma tarefa difícil e, sendo assim, pesquisadores freqüentemente optam por estudar alguma destas questões e, então, formulam suas propostas baseadas em cenários específicos. Esses cenários são um ponto importante a ser considerado no caminho de uma solução para a integração de redes sem fio heterogêneas, visto que uma solução, normalmente, não é eficiente em todas as situações e ambientes. Portanto, limitar cenários e variáveis consideradas, antes de caracterizar uma redução do universo do problema, reflete a necessidade de ”dividir pra conquistar”, comumente conduzindo as propostas de solução a resultados mais eficientes e precisos que, muitas vezes, podem ser utilizados por outros trabalhos, visando a continuação e extensão de seu funcionamento a outros tipos de ambiente. Sendo assim, esta tese, direciona esforços para encontrar soluções para questões relacionadas ao desafio de integrar redes sem fio heterogêneas, focando toda a pesquisa no sentido de garantir a melhor experiência possível do usuário durante o momento mais crítico da integração: a migração entre redes (o handover). Para isso, foi realizado um estudo sobre padrões, arquiteturas, protocolos, qualidade de serviço (QoS) e qualidade de experiência (QoE), analisando em especial os casos de integração entre rede WLAN e 3G, visando verificar o que tem sido usado para vencer tal desafio, atendendo aos padrões de QoS necessários para permitir a mobilidade de sessão e de terminal durante o processo de handover vertical (VHO) do móvel, buscando assegurar bons níveis de QoE para o usuário do serviço. Foram considerados nesta pesquisa os problemas relacionados ao handover na camada 3 de redes All-IP, visto que, a intenção da pesquisa foi encontrar soluções viáveis de implementação possível, sem a necessidade de realizar alterações no núcleo das redes envolvidas. Portanto, as soluções aqui apresentadas procuraram centrar suas ações e procedimentos nos problemas de gerência de mobilidade IP e de seleção de redes, além de seus funcionamentos estarem confinados ao dispositivo móvel, facilitando assim, sua implantação e operação em ambientes heterogêneos e reais. Assim, neste trabalho são apresentadas duas arquiteturas: O SMIP (Specialized Mobile IP) e o QoV-NS (Quality of Vídeo - Network Selection). O primeiro é apresentado como uma solução alternativa ao protocolo MIP, para gerência de mobilidade, enquanto que a segunda como uma solução para seleção de redes, baseada na NQM (Network Quality Metric), uma métrica também proposta nessa trabalho, que mede a qualidade de uma rede, visando verificar a sua aptidão para a transmissão de um determinado tipo de tráfego (no caso desta tese, tráfego de vídeo). O trabalho valida experimentalmente as duas soluções de forma estática, comparando-as com algumas das soluções apresentadas na literatura, concluindo com a validação das propostas em um ambiente dinâmico, com deslocamento real do móvel, usando a integração das duas propostas em um ambiente chamado de AMAM (Ambiente de Mobilidade Assistido pelo Móvel). _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The integration of heterogeneous wireless networks has been the subject of study for some time. Questions focused on maintaining quality of service provided to the mobile during their handover between networks with different access technologies has been addressed considering ways to allocate and manage network resources, techniques for admission control of connections, combination of technologies to select the network offering the best conditions and alternatives for management of mobility in the layer 3 in networks based on IP protocol (Internet Protocol). However, it is difficult to propose an integrated solution that can solve all these issues and, therefore, researchers often choose to study some of these issues and they, then, formulate their proposals based on specific scenarios. These scenarios are a relevant point to be considered in order to find a solution to the integration of heterogeneous wireless networks, since a solution is usually not effective in all situations and environments. So, limiting scenarios and considered variables before characterizing a reduction in the universe of the problem reflects the need ”to divide to conquer”, commonly leading the proposed solution to more efficient and accurate results that can be often used by other work, aiming at the continuation and extension of its operation to other types of environment. Thus, this thesis directs efforts to find solutions to issues related to the challenge of integrating heterogeneous wireless networks, focusing on all the research to ensure the best user’s experience as much as possible during the most critical moment of integration: the handover between networks (handover). For this, a study was conducted on standards, architectures, protocols, quality of service (QoS) and quality of experience (QoE), in particular examining the cases of integration between WLAN and 3G, aiming to identify what has been used to overcome such a challenge, given the QoS standards required to allow both the session and the terminal mobility during the textit handover vertical (VHO) process of the mobile, seeking to ensure good levels of QoE for the service user. In this study, the problems related to handover in the layer 3 in ALL-IP networks were considered, since the intent of the research was to find viable solutions to possible implementation, without the need to make changes to the core of the involved networks. Therefore, the solutions presented here sought to focus their actions and procedures on the problems of IP mobility management and selection of networks, besides their workings are confined to the mobile device, thereby facilitating their implementation and operation in heterogeneous and real environments. Thus, this paper presents two architectures: The S-MIP (Specialized Mobile IP) and QoV-NS (Quality of Video - Network Selection). The first is presented as an alternative solution to the MIP protocol for mobility management, while the second features as a solution to network selection based on NQM (Network Quality Metric), a metric also proposed in this work, which measures the quality of a network, in order to verify their suitability for the transmission of a certain type of traffic (in the case of this thesis, video traffic). The paper experimentally validates the two solutions in a static way, comparing them with some of the solutions presented in the literature, concluding with the validation of applications in a dynamic environment with real displacement of the mobile, using the integration of both S-MIP and QoV-NS in a MEAM (Mobility Environment Assisted by Mobile) environment.