Avalição de desempenho de protocolos de autenticação para redes sem fio heterogêneas

Abstract

Com a crescente evolução das tecnologias de redes sem fio, passou a ser considerada, em anos recentes, a integração e a convergência de diferentes tecnologias de redes, com capacidades e funcionalidades específicas, e favorecida pela existência de terminais com múltiplas interfaces, que podem ser servidos por redes heterogêneas. Essa integração possibilita a oferta de alternativas de conectividade aos usuários e o aumento da área de cobertura, ao mesmo tempo em que uma variada gama de problemas passa a requerer solução, tais como a seleção de redes, o gerenciamento integrado de recursos, o controle de congestão, a autenticação e o gerenciamento de mobilidade. As redes heterogêneas (HetNets) constituem um dos pilares sobre os quais se baseiam as 4ª e 5ª gerações de redes sem fio (4G e 5G, respectivamente), em que redes baseadas em múltiplas tecnologias de acesso rádio (RAT) devem ser integradas harmoniosamente, o que requer o adequado tratamento de handovers, visando a desejada continuidade de serviços durante e após a transição entre diferentes RATs. Esse tratamento é fortemente dependente da adequada solução de alguns dos problemas citados, dos quais se destacam, neste trabalho, os de autenticação e de gerenciamento de mobilidade. Por outro lado, para o atendimento à demanda de diversas aplicações que apresentam requisitos estritos de QoS (Quality of Service), como as que envolvem comunicações multimídias em tempo real, os dispositivos móveis devem trocar o menor número de mensagens durante o handover, o que poderá proporcionar economia de banda e favorecer o atendimento aos requisitos de QoS citados. Este trabalho avaliou o impacto de recentes métodos de autenticação em handovers envolvendo redes LTE e WLAN, interligadas por um núcleo EPC (Evolved Packet Core), com relação a latência e sinalização de handover, juntamente com aspectos de segurança, tais como gerenciamento de chaves e proteção contra ameaças. Em conjunto com os métodos de autenticação, foi utilizado o protocolo PMIPv6 (Proxy Mobile IPv6), um dos padrões pelo 3GPP para prover gerenciamento de mobilidade relativo à interconexão de redes heterogêneas. A avaliação de desempenho se deu por meio de modelagem analítica em três estudos de casos. No primeiro, foi avaliada a latência de handover, em um cenário de handover vertical no sentido LTE  WLAN; tal cenário é particularmente importante ao se considerar à possibilidade de data offloading para controle de congestão nas redes celulares. No segundo estudo de caso foram avaliadas a latência e a sinalização de handover em um cenário de handover horizontal entre redes WLANs em que a rede LTE é a rede caseira do móvel; tal cenário também possui relação direta com a possibilidade de data offloading. No terceiro estudo de caso utilizou-se o mesmo cenário do segundo estudo de caso, mas considerando outros aspectos relativos à modelagem analítica. O estudo e a avaliação dos diversos métodos de autenticação serviram como base para a apresentação de proposta preliminar de um novo protocolo de autenticação, dotado de diversas propriedades de segurança, além de assegurar baixa latência de handover em uma arquitetura de integração LTE-WLAN.