MODELO DE ARQUITECTURA DE TERMINAL MÓVIL PARA ENTORNO DE REDES MÓVILES HETEROGÉNEAS 23/02/2006 Iván Pablo Armuelles Voinov, Ph.D <[email protected]> 1 MODELO DE ARQUITECTURA DE TERMINAL MÓVIL PARA ENTORNO DE REDES MÓVILES HETEROGÉNEAS Iván Pablo Armuelles Voinov ([email protected]) Departamento de Electrónica y Comunicación Facultad de Informática, Electrónica y Comunicación Universidad de Panamá Doctorado en Ingeniería Informática y de Telecomunicación Escuela Politécnica Superior, Universidad Autónoma de Madrid Seminario de Doctorado 2005-2006 MODELO DE ARQUITECTURA DE TERMINAL MÓVIL PARA ENTORNO DE REDES MÓVILES HETEROGÉNEAS 1 Contenido Objetivos de la Presentación Motivaciones de la Integración de Redes de Comunicaciones Estado del Arte (Repaso de Proyectos Europeos) Definición de Arquitectura General del Terminal Propuesta de una Arquitectura Particular Conclusiones y vías de investigación
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MODELO DE ARQUITECTURA DE 23/02/2006 …arantxa.ii.uam.es/~jms/seminarios_doctorado/abstracts...MODELO DE ARQUITECTURA DE TERMINAL MÓVIL PARA ENTORNO DE REDES MÓVILES HETEROGÉNEAS
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Estado del arte: Movilidad e Integración
Núcleo de Red IP
Proveedores de Servicios
Red deDifusión
Satélite
GPRS
Red móvilbasado en IP
WLANsUMTS
Red IP Ad Hoc
Red IP en movimiento
Redes de Comunicación Móvil:•Cobertura regional.•Movilidad particular.•Vel de TX < 2Mbps.•Habilitadora de Internet Móvil.•Distintos tipos de QoS
Redes basadas en IP:•Cobertura metro/local.•Macro y Micro movilidad IP.•Vel de TX < 55 Mbps.•Internet Móvil.•QoS Estricta y Holgada
Red IP en movimiento•Cobertura local•WLAN móvil•Movilidad IP sólo en route•Mayor movilidad
Redes de difusión:•Satelital y terrena.•Amplia cobertura.•No soporta movilidad.•Vel. de TX variable
Red IP en movimiento•Cobertura local/regional•No requiere infrastructura•Distintos protocolos IP•Topología muy dinámica
Equipo terminal:•Distintas caracteristicas Físicas•Distintos grados de portabilidad•Distintas aplicaciones•Distintas interfaces de usuario•Distintas interfaces de red
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Estado del arte: Movilidad e Integración
Núcleo de Red IP
Proveedores de Servicios
Red deDifusión
Satélite
GPRS
Red móvilbasado en IP
WLANsUMTS
Red IP Ad Hoc
Red IP en movimiento
Redes de Comunicación Móvil:•Cobertura regional.•Movilidad particular.•Vel de TX < 2Mbps.•Habilitadora de Internet Móvil.•Distintos tipos de QoS
Redes basadas en IP:•Cobertura metro/local.•Macro y Micro movilidad IP.•Vel de TX < 55 Mbps.•Internet Móvil.•QoS Estricta y Holgada
Red IP en movimiento•Cobertura local•WLAN móvil•Movilidad IP sólo en route•Mayor movilidad
Redes de difusión:•Satelital y terrena.•Amplia cobertura.•No soporta movilidad.•Vel. de TX variable
Red IP en movimiento•Cobertura local/regional•No requiere infrastructura•Distintos protocolos IP•Topología muy dinámica
Equipo terminal:•Distintas caracteristicas Físicas•Distintos grados de portabilidad•Distintas aplicaciones•Distintas interfaces de usuario•Distintas interfaces de red
Movilidad restringida por la Red de Acceso
Estar siempre conectado y bien servido
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Estado del arte: Servicios, Aplicaciones y Usuario
Servicios:• conjunto de funciones y facilidades ofertados a un consumidor por un
proveedor mediante un acuerdo.Aplicaciones:• funciones que requiere de uno o más flujos de información entre dos o
más participantes geográficamente separados; caracterizados por el servicio, la infraestructura y los parámetros del tráfico.
La prestación eficiente de los servicios en entornos heterogéneos depende de la caracterización de los usuarios. Se deben conocer detalles del usuario como las preferencias, localización, actividades, recursos, etc que describen su contexto.Contexto: cualquiera información que puede ser usada para caracterizar la situación de una entidad. Perfiles: permite expresar y almacenar el contexto del usuario.Aspectos importantes del contexto:• Roles: determinan la relación del usuario con su entorno (actividades,
comportamientos, comunidades, tiempo y espacio, etc.)• Recursos: equipamiento, software, infraestructuras, etc.
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Estado del arte: Perfiles de usuario
Perfil CC/PP (W3C)
Componente de Perfil
Lista de propiedades (atributos)
valorvalor
Perfil Genérico de Usuario (3GPP)
Grupo de Componentes de Perfil
Componente de Perfil
Grupo de Elementos
AtributoAtributo
Elemento
OWL/OWL-S: nuevo lenguaje para especificación de ontologías no explorada para el desarrollo de perfiles.Ontología: definición formal de un conjunto de conceptos que describen un dominio
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Estado del arte: Arquitectura de Terminal Modular
802.11MAC
802.11LLC
BluetoothMAC
BluetoothLLC
Hiperlan2MAC
Hiperlan2LLC
Link Layer Modules
Wireless Adaptation Layer
IPv4 / IPv6
TCP UDP RTP
Applications
Application Data
IP Datagram
WirelessMIB
a) Arquitectura de WINE
Application Application Application
TP Multiplexer
Device Multiplexer
UDP TCP
IP
Other Protocol
Hierarchy(e.g. WDP)
MIB
Monitor 802.11 IrDA GSM Blue-tooh
Application Layer
Link/PhysicalLayer
TransportLayer
NetworkingLayer
b) Arquitectura de Berchler y Ritter
Application Application Application
TP Multiplexer
Device Multiplexer
UDP TCP
IP
Other Protocol
Hierarchy(e.g. WDP)
MIB
Monitor 802.11 IrDA GSM Blue-tooh
Application Layer
Link/PhysicalLayer
TransportLayer
NetworkingLayer
b) Arquitectura de Berchler y Ritter
EnhancedService
Layer
BRAIN Service Interface
QoS Mapper Entity Primitive MapperEntity
TCP UDP Further transport of QoS or Service Provider
Mobility support
Subnetwork technolog ies ( i.e., Hiperlan/2, UMTS, Bluetooth )
IP(v4/v6)
Legacy Applications QoS- Aware Applications
Serv
ice
Prov
ider
Use
rPro
vide
r
Enhanced Socket Interface
Loca
l Man
agem
entF
unct
iona
lity
LMI
QoSBroker
IP to Wireless Interface
c) Arquitectura de BRAIN
Soluciones parciales a la movilidad en entornos heterogeneos
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Estado del arte: implicaciones
La introducción del soporte de movilidad en las redes IP afecta la percepción de los usuarios sobre el servicio ofrecido (esto es, la QoS).
La caracterización de los usuarios resulta compleja y se requiere de la exploración de nuevas formas de expresión de la información de su contexto.
Las actuales y reducidas propuestas sobre arquitecturas de terminal basadas en TCP/IP solo muestran soluciones parciales para abordar los problemas de movilidad y QoS en entornos heterogéneos.
La eficiente integración de las redes IP depende de la satisfacción de diversos requisitos que se pueden aliviar en parte otorgándole más inteligencia al terminal.
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Arquitectura de Terminal: Requisitos de IntegraciónRetos generales:• Gestión Unificado de la Movilidad: para garantizar la
continuidad del servicio de transporte.• Negociación y Soporte de QoS extremo a extremo: que puedan
garantizar el nivel de servicio ofrecido al usuario en todomomento.
• Funcionalidades AAA: que permitan la autorización del terminal y usuario itenerantes.
Requisitos de Terminal:• Soporte de múltiples modos de Conexión: a distintos tipos de
redes de acceso desde un terminal único.• Adaptabilidad y Reconfigurabilidad: para reaccionar a las
violaciones de QoS por los eventos de movilidad.• Descubrimiento y Asociación a redes de acceso: para detectar,
registrarse y seleccionar distintas redes de acceso.• Gestión de contexto: manejo de la información de los
elementos interrelacionados en los sistemas integrados paraestar siempre mejor conectado.
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Arquitectura de Terminal: Requisitos de IntegraciónRequisitos de Red:• Gestión de Movilidad: enfocado en el soporte de traspaso vertical.• Encaminamiento común: una solución común de encaminamiento
para todas las redes de acceso es difícil de lograr, pero necesaria.
Requisitos de Usuario:• Gestión de perfiles: los perfiles deben ser confrontados con las
redes de acceso disponibles para ofrecer la asociación más conveniente.
• Identificación única: independiente de la red de acceso, el terminal, etc…
• Simplificación de modelos de negocios: que facilite el consumo de servicios independientemente de la suscripción a la red actual.
Requisitos de servicios y aplicaciones:• Creación rápida y flexible: mediante interfaces de programación
estándares. • Despliegue y aprovisionamiento: mediante la reconfiguración de
terminales y elementos de red, plug & play, etc.• Anuncio, Descubrimiento y suscripción: la especificación de
canales de anuncios.• Adaptabilidad de los servicios: para sobreponerse a las
limitaciones de la red y el terminal
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Servicio Gestor: implementación centralizada
PSTCMCG
Aplicaciones Java
Mar
co d
e Ja
va
MySQL
ANS
Ker
nel d
e Li
nux
JNI JNI
Interfaces de Red Tabla de enrutamiento Gestión de Movilidad
JNI
Extensión para WirelessLibrería Netlink API de Movilidad IP
PSTCPSTCDistintosProveedores
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Arquitectura Específica: Resumen de Plano de ControlDefinición de nuevos conceptos y modelo de interacción:• Un modelo de inter-relación de las entidades participantes en las redes
de comunicaciones. • La definición del Cliente Móvil.• La definición del Servicio de Transporte Persistente.
El diseño del Servicio Gestor Contexto de Movilidad y sus componentes:• El Generador de Contexto de Movilidad.• El Selector de Red de Acceso.• El Configurador de Servicios de Transporte Persistente. • Alternativas de diseño para el Servicio Gestor de Contexto de
Movilidad
La Definición de Modelo de Información del Servicio Gestor de Contexto de Movilidad:• El Perfil de Red de Acceso. • El Perfil de Contexto de Movilidad.• El Perfil del Cliente Móvil.• El Perfil de Servicio de Transporte Persistente.
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Arquitectura Específica: Plano de UsuarioDefinición de funcionalidades y mecanismos del plano de datos de usuario en la arquitectura de terminal enfocados en la:
• La definición de la Interfaz de QoS Común (CQoSI), una extensión para la interfaz de transporte de datos que permite brindar soporte de QoS a los flujos de las aplicaciones.
• La especificación del Procesador de QoS (QoSP) que se encarga del soporte y de la monitorización de la QoS ofrecida a las flujos de las aplicaciones.
• Compuesto de:El Traductor de QoS para la correspondencia entre las primitivas de servicio y parámetros de la CQoSI y los proveedores de QoS subyacentesEl Sniffer (monitor) de QoS para controlar el desempeño de las sesiones establecidas y detectar comportamientos inadecuados en los flujos de datos.
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Arquitectura Específica: Plano de Usuario
Traductor de parámetros
de QoS
Traductor de primitivas
de QoS
TCP UDP Proveedores de ServicioQoS
Soporte de Movilidad
Tecnologías de Enlace ( e.j, 802.11, UMTS, Bluetooth )
IP (v4/v6)
Aplicaciones con Soporte de QoS
Interfaz Común de QoS
Aplicaciones Heredadas, Adaptables, etc..
Enrutamiento Ad Hoc …
Monitor dede QoS
Procesador de QoS
Proveedor de Servicio de Transporte
Plan
o de
Con
trol
Serviciode Gestión
de Contextode Movilidad
Traductor de QoS
LMI
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Arquitectura Específica: Plano de Usuario
Traductor de parámetros
de QoS
Traductor de primitivas
de QoS
TCP UDP Proveedores de ServicioQoS
Soporte de Movilidad
Tecnologías de Enlace ( e.j, 802.11, UMTS, Bluetooth )
IP (v4/v6)
Aplicaciones con Soporte de QoS
Interfaz Común de QoS
Aplicaciones Heredadas, Adaptables, etc..
Enrutamiento Ad Hoc …
Monitor dede QoS
Procesador de QoS
Proveedor de Servicio de Transporte
Plan
o de
Con
trol
Serviciode Gestión
de Contextode Movilidad
Traductor de QoS
LMI
Interfaz de QoS Común:• Extensión de la interfaz de servicio de transporte•Soporte de QoS de extremo a extremo•Común para todas la aplicaciones y proveedores de QoS
Requisitos de diseño:•Genérica, adecuada para cualquer servicio de transporte, S.O., etc.•Capaz de ser extendido con nuevos servicios.•Facilitar la abstracción sobre los detalles de las redes adyacentes•Reutilizable, no introduce ninguna nueva arquitectura.
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Arquitectura Específica: Plano de Usuario
Traductor de parámetros
de QoS
Traductor de primitivas
de QoS
TCP UDP Proveedores de ServicioQoS
Soporte de Movilidad
Tecnologías de Enlace ( e.j, 802.11, UMTS, Bluetooth )
IP (v4/v6)
Aplicaciones con Soporte de QoS
Interfaz Común de QoS
Aplicaciones Heredadas, Adaptables, etc..
Enrutamiento Ad Hoc …
Monitor dede QoS
Procesador de QoS
Proveedor de Servicio de Transporte
Plan
o de
Con
trol
Serviciode Gestión
de Contextode Movilidad
Traductor de QoS
LMI
Procesador de QoS:•Middleware en el plano de datos de usuario.•Funcionalidad complementaria de CQoSI.•Realiza la correspondencia entre las primitivas y parámetros de serviciode la CQoSI y los QoSSP subyacentes.•Monitoriza señalización de control (SIP, RTCP) para deducir la calidadde las sesiones activas y los objetivos de QoS de las nuevas sesiones.•Se compone del Traductor de QoS y el Sniffer de QoS
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Arquitectura Específica: Implementación - Plano de Usuario
Aplicaciones Java
API CQoSI basado en Java
Traductor Javade QoS para Linux
Traductor Javade QoS para Windows
RAPI de IETF
tcde LINUX
RSVP ServiceProvider (.dll)
WinSock 2.0Traffic ControlAPI (.dll)
GQoS
Proc
esad
orQ
oS
CQ
oSI
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Algunas vías de investigación futuras
Implementación de los componentes funcionales:• Versión distribuida.• Versión centralizada en el terminal.
La definición de instancias de los perfiles definidos según el modelo de información propuesto.
La extensión de la arquitectura propuesta centrada en el terminal, para que pueda ofrecer soporte de movilidad del usuario y equipos de usuario requeridas en los futuros escenarios de redes integradas.
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Publicaciones: Componentes funcionalesServicio Gestor de Contexto de Movilidad:
Profile System for Management of Mobility Context Information for Access NetworkSelection and Transport Service Provision in 4G Networks. I. Armuelles, J. López, T. Robles y D. Fernández. 3rd Int’l Conf. on Wired/Wireless Internet Communications (WWIC 2005). Proceedings in Lecture Notes of Computer Sciences, Springer. Xanthi, Greece. May, 2005. pp:22-31. ISBN: 3-540-25899-X.
Profiling for Mobility Context Management and Transport Service Provision in 4G Networks. I. Armuelles, J. Lopez, T. Robles y D. Fernandez. 11th European Wireless 2005 (EW05). Published in Proceedins. Nicosia, Cyprus. April, 2005.
Interfaz de QoS Común y Procesador de QoS:
Componentes Funcionales de Middleware para un Terminal Movil de Redes de Comunicaciones Móviles de 4G. I. Armuelles, T. Robles, D. Fernández. XIX SimposiumNacional de la Unión Científica Internacional de Radio. Barcelona. España. ISBN: 84-688-7736-0.
An enhanced socket interface for next generation systems”. I. Armuelles Voinov y T. Robles. ANWIRE 1st Int’l Workshop on Wireless, Mobile & Always Best Connected. University of Strathclyde, Glasgow, United Kingdom. April, 2003.ISBN: 0 9545660 0 9
Enabling Mobile Heterogeneous Networking Environments With End-to-End UserPerceived QoS - The BRAIN vision and the MIND approach. A. Kassler, T. Guenkova-Luy, D. Mandato, I. Armuelles, P. Schoo, T. Robles, P. Ruiz y A. Bascuñana. European Wireless 2002. Florencia, Italia. February, 2002.
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Publicaciones: Integración y Arquitectura de TerminalAcoplamiento Vertical de la Arquitectura TCP/IP para la Gestión de Calidad de Servicio en Redes Móviles Ad Hoc. I. Armuelles, D. Fernández y T. Robles. XVII Simposium Nacional de la Unión Científica Internacional de Radio. Alcalá de Henares. España. Sept., 2002. ISBN:84-8138-517-4
Requirements for an Integrated System and Service 4G Architecture. I. Armuelles, I. Ganchev, M. O'Droma, H. Chaouchi, M. Seibert, N. Houssos. Interworking between WLAN and 3G, IEEE Semiannual Vehicular Technology Conference. Milan, Italy. May, 2004. ISBN: 0-7803-8256-0
System and Service Integration in Heterogeneous Networks by a Policy Based Network Architecture. I. Armuelles, M. Seibert, H. Chaouchi, et al. European Wireless2004 (Fifth European Wireless Conference on Mobile and Wireless System beyond 3G). Polytechnic University of Catalonia, Barcelona, Spain. pp 202-209 February, 2004.
On Signalling Analysis in integrated 4G Networks. H. Chaouchi, I. Armuelles, I. Ganchev, M. O’Droma, N. Kubinidze. MAN'2005. IFIP Open Conference on Metropolitan Area Networks: Architecture, protocols, control, and management. Ho Chi Min, Viet Nam. April, 2005.
On Ad Hoc Networks in the 4G Integration Process. I. Armuelles, T. Robles, I. Ganchev, M. O’Droma, H. Chaouchi, M. Siebert. The Third Annual Mediterranean Ad Hoc Networking Workshop (Med-Hoc-Net 2004). pp.45-56. Bodrum, Turkey. June, 2004. ISBN: 975-98840-0-3.
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Publicaciones: Integración y Arquitectura de Terminal
Policy Based Networking in the Integration Effort of 4G Networks and Services. H. Chaouchi, G. Pujolle, I. Armuelles, M. Seibert, I. Ganchev. Interworking between WLAN and 3G, IEEE Semiannual Vehicular Technology Conference. Milan, Italy. May, 2004. ISBN: 0-7803-8256-0.
Integración Sistemas: hacia una arquitectura de comunicaciones móvilesde 4G. I. Armuelles, C. Bader y T. Robles. XIII Jornadas de Telecom I+D 2003. Madrid, España I.S.B.N.: 84-89315-28-0. November, 2003
The role of Reconfigurability in the Deployment of Systems Beyond 3G. I. Armuelles, T. Robles y N. Houssos. Anwire Workshop on Reconfigurability. Mykonos, Greece. September 26, 2003.
Working towards an ANWIRE System Integration Architecture. M. Siebert, I. Armuelles et Al. ANWIRE 1st International Workshop on Wireless, Mobile & Always Best Connected. University of Strathclyde, Glasgow, United Kingdom. April, 2003. ISBN: 0 9545660 0 9
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Scenarios beyond 3G, flexible service creation and business models for an IP-based broadband wireless solution. Deliverable 1.1. Applications and Services Working Group. IST-2000-28584 MIND. March, 2002.Top-level architecture for providing seamless QoS, security, accounting and mobility to applications and services. Deliverable 1.2. Applications and Services Working Group. IST-2000-28584 MIND. November, 2002.Integrated System and Service Architecture. Deliverable 1.5.1. System Integration Working Group. IST-2002-38835. ANWIRE. June, 2003. Application architectures for the support of Reconfigurability and Adaptability. Deliverable 1.3.1. Application architectures for the support of Reconfigurability and Adaptability Working Group. IST-2002-38835 ANWIRE. September, 2003. Report on the co-ordination of integrated thematic efforts related to System Concepts. Deliverable 1.1.3. Generic Requirements Analysis & System Concepts Working Group. IST-2002-38835 ANWIRE. September, 2003. System and Service Integration: Functional Entities and Reference Model. Deliverable 1.5.2. System Integration Working Group. IST-2002-38835 ANWIRE. November, 2003.System and Service Integration: Migration Map. Deliverable 1.5.3. System Integration Working Group. IST-2002-38835 ANWIRE. February, 2004.
Informes técnicos de proyectos
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