Proposta e Estudo de Soluções para Otimização de Rotas em Ambientes de Mobilidade de Redes

Abstract

No mundo de hoje, no qual se acentua a tendência para que todo o tipo de comunicações recorra à arquitetura TCP/IP e crescem, em número e tipo, os dispositivos que utilizam ligações sem fios, a mobilidade em ambiente IP assume um papel de extrema importância. Por esse facto, tem sido grande a atenção da comunidade científica à proposta e desenvolvimento de soluções de mobilidade IP de nós individuais e de redes. O NEMO Basic Support Protocol, IETF RFC 3963, foi desenvolvido com o objetivo de fornecer mobilidade de redes de forma imediata e transparente para a Internet atual. Contudo, a sua simplicidade está na génese das suas maiores limitações, que resultam em claros problemas de desempenho. Por outro lado, nenhuma das alternativas propostas com o intuito de resolver estas limitações conseguiu reunir consenso. Nesta tese é apresentada uma mudança de paradigma, que consiste em envolver os dispositivos finais nos processos de mobilidade de redes. A proposta Optimised Mobility for Enhanced Networking, OMEN, faculta os mecanismos necessários para que os dispositivos finais tomem consciência da sua condição de mobilidade e possam recorrer aos mecanismos de otimização de rotas já previstos no MIPv6, de forma a não estarem sujeitos às limitações do RFC 3963. Com esta medida consegue-se resolver o problema da decisão da altura ideal para otimizar a rota de um determinado fluxo e, ao mesmo tempo, permitir que os elementos da infraestrutura de rede móvel fiquem dedicados às suas funções de encaminhamento de pacotes, resultando num incremento acentuado do desempenho da rede e num decréscimo do consumo de energia. As simulações realizadas mostram que a proposta OMEN apresenta valores de desempenho de comunicação e de perda de pacotes substancialmente melhores que as restantes soluções existentes, corroborando as vantagens da mudança de paradigma. Para a realização dos diversos estudos de comparação das soluções foi necessário desenvolver um emulador que permitisse resolver as limitações de falta de implementação das soluções de mobilidade de redes e, ao mesmo tempo, permitir simulações de larga escala e de carga na rede. O emulador desenvolvido, denominado mobSim, foi executado num cluster de grandes dimensões, dado o tamanho e complexidade dos cenários de simulação.

In the current world, in which there is a growing trend to use the TCP/IP protocol suite in all types of communication networks, and the number and type of devices using wireless connections is growing, IP mobility of both nodes and networks is of extreme importance. This is the main reason why the scientific community has paid and is paying special attention to the proposal and development of IP mobility solutions. The NEMO Basic Support Protocol, IETF RFC 3963, was developed with the objective of readily allowing transparent network mobility in the current Internet. Nevertheless, the simplicity of this solution is at the basis of its limitations, which severely affect its performance. On the other hand, none of the proposed alternatives is gathering enough consensus of the community. In this thesis, a paradigm shift is proposed, consisting of involving end nodes in the network mobility process. The proposal, named Optimised Mobility for Enhanced Networking, OMEN, establishes the necessary means for informing end nodes of their mobility condition, which can then use existing MIPv6 route optimisation mechanisms in order for them not to be subject to the limitations of RFC 3963. In this way, the problem of deciding which and when to optimise flows is left to the end nodes, which are in the best position to decide. At the same time, mobile routers are freed from all tasks concerning the mobility management of a potentially large number of flows, making them lighter and with lower power requirements. The performed simulations show that the OMEN proposal leads to better performance then existing network mobility solutions, confirming the advantages of the paradigm shift. The performed studies were carried out using a specially built network mobility emulator, in order to overcome the lack of support for this type of mobility and the scalability limitations of existing simulators. The developed emulator, named mobSim, ran in a large cluster, due to the size and complexity of the simulated scenarios.