cirp: cellular ip reservation protocol

© LIP6 Apr 21, 2023

Laboratoire d’Informatique de Paris 6

CIRP:Cellular IP Reservation

ProtocolNicolas Rouhana

Nicolas.Rouhana@usj.edu.lbUniversité Saint-Joseph - Liban

Eric HorlaitEric.Horlait@lip6.fr

Université Pierre et Marie Curie -France

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Plan

• Introduction

• Cellular IP

• CLEP: Control-Load Ethernet Protocol

• Notre proposition: Cellular IP Reservation Protocol (CIRP)

• Conclusions et perspectives

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Motivation

• Augmentation de la demande d’accès d’utilisateurs mobiles

• Croissance fulgurante des services sans fil (wireless)

• Exigence d’une même qualité d’accès sur les systèmes sans fil que celle avec fil, vers le bout en bout

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Nouveaux défis

• Problème de la localisation – identification– Macro-mobilité: Mobile IP (IETF)– Micro-mobilité: Cellular IP, HAWAII, HMIP, etc

• Problème des environnements sans fils– Atténuations, interférences, fiabilité, débit,

handoffs réguliers

• Problème de la gestion de ressources de bout-en-bout– Probabilité de blocage, qualité de service

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Gestion des ressources

• En macro-mobilité– Diverses propositions comme MRSVP,

MIR, etc. pour Mobile IP

• En micro-mobilité– Pas encore de travaux concrets– Notre proposition: Cellular IP Reservation

Protocol, pour but d’améliorer la QoS en terme de débit et de probabilité de blocage d’une connexion mobile

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Plan

• Introduction

• Cellular IP

• CLEP: Control-Load Ethernet Protocol

• Notre proposition: Cellular IP Reservation Protocol (CIRP)

• Conclusions et perspectives

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Quelques informations sur Cellular IP

• Page web, infos de base: http://www.comet.columbia.edu/cellularip/

• Spécification, logiciels• Version ipv6:

http://cipv6.intranet.gr• Article de référence:

– András G. Valkó, “Cellular IP: a new approach to Internet host mobility”, ACM SIGCOMM Computer Communication Review, Volume 29 , Issue 1 (January 1999)

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Cellular IP

• Protocole de « micro mobilité » qui fournit le support d’une mobilité transparente

• Incorpore un grand nombre de principes importants des systèmes cellulaires– connectivité passive, paging et contrôle de handoff

rapide

• Basé sur un acheminement IP, une signalisation minimale, et gestion « soft state » d’emplacement

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Construction des Routing Cache

X: from C

R

GW

X

E

F

D

B

C

A

G

X: from D

Paquetsde données

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Handoff

• Hard Handoff– Quand un mobile s’approche d’une nouvelle base, il redirige ses

paquets vers la nouvelle base– Le premier paquet redirigé configurera automatiquement un nouveau

chemin dans les Routing Cache– Pendant un certain temps les paquets destinés au mobile seront

adressés à l’ancienne et la nouvelle base– Minimise la signalisation au prix d’un certain taux de perte

• Semi-soft Handoff– Un hôte mobile envoie un paquet route-update à la nouvelle station

de base et se remet immédiatement à l’écoute de son ancienne station de base

– Après un délai dit semisoft delay, l’hôte mobile effectue le handoff• Ce délai permet d’établir les nouvelles correspondances dans les stations

de base – Offre une certaine garantie si le medium supporte l’écoute sur deux

canaux simultanément• Minimise la perte de paquets

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Les types de caches, les messages

• Deux types de caches:– Routing caches

• Mise en place des routages à partir des paquets de données, donc pour les MH actifs, états « courts »

– Paging caches• Information sur les MH passifs, états « longs »

• Les messages– ICMP

• Beacon, pour l’annonce des BS• Route update• Paging update

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Conclusions

• Cellular IP optimisé pour– Mobilité rapide

• Isolation des handoffs du reste du Net

– Réseaux d’accès sans fil

• Objectifs– Simplicité– Facteur d’échelle

• Possibilité de support de QoS !?

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Plan

• Introduction

• Cellular IP

• CLEP: Control-Load Ethernet Protocol

• Notre proposition: Cellular IP Reservation Protocol (CIRP)

• Conclusions et perspectives

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Le principe

• Contrôle d’accès « à la DIFFSERV »

• Algorithme décentralisé de « bandwidth broker »

AppliAppli

AppliAppli

Cla

ssifi

catio

n

… RéseauRéseau

Paramètres(Token bucket, WFQ)

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CLEP

• Partage de la ressource « débit disponible »• Garantie d ’un minimum pour le « best effort » qui est vital pour

certaines applications d ’un réseau local (DNS, …)• Le contrôle d ’admission doit être local pour améliorer le temps

de réponse• Les différents contrôles se doivent d ’être décentralisés.

Best effort Libre Réservé Max

Local

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Architecture

ApplicationApplication

Protocole de communicationProtocole de

communication

Driver de carte d’accès au réseauDriver de carte

d’accès au réseau

Sys

tèm

e d

’exp

loit

atio

nU

tili

sate

ur

BW-ControlBW-Control

ContrôleContrôle

Configurationmanuelle

Configurationmanuelle

RSVPRSVP ApplicationApplication

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Tests de simulation

Sans CLEP Avec CLEP

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Conclusions

• CLEP fonctionne bien en environnement Ethernet …… et en environnement 802.11

• Code développé et industrialisé• Algorithme breveté• Simulateur NS• Re-utilisé pour fournir de la QoS dans le

cas de Mobile IP– MIR

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Plan

• Introduction

• Cellular IP

• CLEP: Control-Load Ethernet Protocol

• Notre proposition: Cellular IP Reservation Protocol (CIRP)

• Conclusions et perspectives

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Buts

• Faible probabilité de blocage• Garanties de débit• Plusieurs classes de trafics

– Best effort, privilégié– Handoff

• Dynamicité en fonction de la mobilité requise par le réseau

• Pas de connaissance a priori de la mobilité des utilisateurs

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CIRP: caractéristiques

• Centralisation des algorithmes de CLEP– Seule la station de base appliquera les algorithmes de CLEP

pour la gestion des ressources, et transmettra l’agrégation des paramètres aux mobiles dans la cellule

• Moins de ressources et de consommation (CPU) au niveau des mobiles

• Le Mobile appliquera uniquement le contrôle d’admission

• Envoi des paramètres QoS de CLEP en piggybacking dans les messages de Cellular IP– Pas de protocole supplémentaire sur l’interface radio

• Lorsqu’un mobile s’accorde à une nouvelle cellule, il saura presque instantanément, au moyen de sa station de base, les ressources disponibles dans la cellule

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CIRP: les messages

Mobile XMobile Y

BEACON (Rfree, som(Rbe+Rpriv), Rmin ,Rmax)

route-update(Rbe,Rmin,Rpriv,Rmax)

BS

route-update(Rbe,Rmin,Rpriv,Rmax)

MH Base : route-update + paramètres CLEP du MHBase MH : Beacon + agrégation des paramètres CLEP

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Scénario d'utilisation d'une cellule: allocation de bande

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Semi-soft Handoff

BS1 BS2

1. Négociation deparamètres de QoS dans la cellule dans laquelle le mobile est susceptible d’allerdans paquet semi-soft

Réservationpassive

2. Le mobile exécute lehandoff et utilise les paramètres de QoS dans lanouvelle cellule

Avec CIRP Avec CIRP

Réservationactive

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Semi-soft Handoff :Gestion bande passante

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Evaluation/choix des paramètres

• Modèle déjà étudié dans le cadre de MIR (Mobile IP Reservation Protocol G. Legrand, J Ben Othman, E. Horlait,

CFIP 2000 Toulouse

• Intégration en cours de mécanismes prédictifs dans les déplacement des mobiles (brevet déposé)

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Plan

• Introduction

• Cellular IP

• CLEP: Control-Load Ethernet Protocol

• Notre proposition: Cellular IP Reservation Protocol (CIRP)

• Conclusions et perspectives

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Conclusion et perspectives (1)

• Intégration d’une gestion de QoS dans une signalisation de micro-mobilité

• En cours– La validation de nos mécanismes en

utilisant le simulateur de réseau NS

• Perspectives– Extrapoler les mécanismes de CIRP à

d’autres systèmes de gestion de micro-mobilité comme par exemple HAWAII

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Conclusion et perspectives (2)

• Perspectives– Intégration et mapping des paramètres de

QoS du niveau MRSVP au niveau CIRP

ApplicationApplication

CIRPCIRP

RSVPMRSVP

CIRPCIRP

RSVPMRSVP

Mobile Station de base

Réseauxfixes/filaires

ApplicationApplication

RSVPMRSVP

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