Capitolo 6: sommario
Comunicazioni Wireless
 Caratteristiche canali
Wireless,

CDMA
 IEEE 802.11 wireless
LANs (“wi-fi”)
 Cellular Internet
Access


architettura
standard (es. GSM)
Mobilità
 Principi: indirizzamento
e routing per utenti
mobili
 Mobile IP
 Gestione mobilità in reti
cellulari
 Mobilità e protocolli di
alto livello
6: Wireless and Mobile Networks
6-1
Cos’è la mobilità?
 La prospettiva del livello di rete
no mobilità
L’utente
resta nella
stessa rete
wireless di
accesso
Alta mobilità
L’utente si sposta
in diverse reti di
accesso e chiude la
connessione
quando cambia
rete
L’utente si sposta in
diverse reti di
accesso senza
chiudere le
connessioni attive
(come nei sistemi
cellulari)
6: Wireless and Mobile Networks
6-2
Mobilità: terminologia
home network(rete
domestica): rete abituale
dell’utente mobile
(e.g., 128.119.40/24)
Permanent address:
indirizzo permanente
della home network, su
cui l’utente mobile può
essere sempre
raggiunto
home agent(agente domestico): etità
che realizza le funzioni di mobilità per
conto del terminale mobile, quando
questo è connesso altrove
wide area
network
mobile: terminale mobile
Correspondent
(corrispondente)
e.g., 128.119.40.186
6: Wireless and Mobile Networks
6-3
Mobilità: terminologia
Permanent address: rimane
invariato (e.g., 128.119.40.186)
visited network: rete alla
quale è attualmente
connesso il mobile (e.g.,
79.129.13/24)
Care-of-address: indirzzo
presso la visited network.
(e.g., 79,129.13.2)
wide area
network
foreign agent (agente
ospite):
correspondent:
entitè che vuole
comunicare con il
mobile
entità nella visited
network, che realizza le
funzioni di mobilità per
conto del mobile
6: Wireless and Mobile Networks
6-4
Come contatti un utente mobile?
Considera un amico che cambia
sovente indirizzo, come lo contatti?
Dove sarà Alice?
 Cerchi nelle pagine
gialle di tutto il
mondo?
 Chiami i suoi parenti?
 Aspetti che si faccia
vivo lui e ti faccia
sapere dov’è?
6: Wireless and Mobile Networks
6-5
Mobilità: approcci
 Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli
indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo
scambio delle usuali tabelle di routing.
 Le tabelle di routing indicano dove si trova ciascun
mobile.
 Nessun cambiamanto agli end-systems
 Se ne occupano gli end-systems:
 Routing indiretto: le comunicazioni tra
correspondent e mobile passano sempre
attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni
verso il mobile).
 Routing diretto: il correspondent ottiene il
foreign address del mobile, e inoltra i messaggi
direttamente al mobile.
6: Wireless and Mobile Networks
6-6
Mobilità: approcci
 Se ne occupa il routing: i routers comunicano gli
indirizzi permanenti dei nodi mobili attraverso lo
scambio delle usuali
tabelle adi routing.
Non scalabile
 Le tabelle di routing
dove si trova ciascun
milioni diindicano
nodi
utente mobile.
 Nessun cambiamanto agli end-systems
 Se ne occupano gli end-systems:
 Routing indiretto: le comunicazioni tra
correspondent e mobile passano sempre
attraverso lo home agent (inoltra le comunicazioni
verso il mobile).
 Routing diretto: il correspondent ottiene il
foreign address del mobile, e inoltra i messaggi
direttamente al mobile.
6: Wireless and Mobile Networks
6-7
Mobilità: registrazione
visited network
home network
2
1
wide area
network
foreign agent contatta lo home
agent: “questo mobile è
attualmente residente presso la
mia rete”
mobile contatta
il foreign agent
della visited
network che si
appresta a
visitare
Risultato:
 Il foreign agent è consapevole della presenza del
mobile
 Lo Home agent conosce la nuova locazione del
mobile
6: Wireless and Mobile Networks
6-8
Mobilita via Routing indiretto
home agent interccetta
i pacchetti e li inoltra
verso il foreign agent
foreign agent riceve
i pacchetti, e li
inoltra verso il
mobile
home
network
visited
network
3
wide area
network
correspondent
indirizza i pacchetti
sulla base dello home
address del mobile
1
2
4
mobile risponde
direttamente al
correspondent
6: Wireless and Mobile Networks
6-9
Routing indiretto: commenti
 Mobile usa due indirizzi:
permanent address: usato dal correspondent (quindi la
locazione del mobile è trasparente al correspondent)
 care-of-address: usato dallo home agent per inoltrare
datagrammi al mobile
 Le funzionalità del foreign agent possono essere realizzate dal
mobile stesso
 Routing triangolare: correspondent-home-network-mobile
 Inefficenate quando
correspondent e mobile
sono nella medfesima rete

6: Wireless and Mobile Networks
6-10
Routing indiretto: muoversi tra le reti
 Quindi quando un utente mobile si muove
verso un’altra rete
Si registra presso un nuovo foreign agent
 Il nuovo foreign agent comunica la registrazionw
allo home agent del mobile
 Lo home agent aggiorna il care-of-address del
mobile
 I pacchetti continuano ad essere inoltrati verso il
mobile (ma con il nuovo care-of-address)

 La mobilità cambia le foreign networks in
modo trasparente: le connessioni attive sono
mantenute attive!
6: Wireless and Mobile Networks
6-11
Mobilità via Routing diretto
home
network
Il correspondent può
quindi inoltrare
direttamente al foreign
agent
visited
network
4
wide area
network
2
Alle richieste del
correspondent, viene
risposto con il foreign
address del mobile
Il foreign agent
riceve i pacchetti, e
li inoltra presso il
mobile
1
3
4
Il mobile
risponde
direttamente al
correspondent
6: Wireless and Mobile Networks
6-12
Mobilità via Routing diretto: commenti
 Risolve il problema del routing triangolare
 Non è trasparente per il correspondent: il
correspondent deve conoscere il care-ofaddress dallo home agent

Cosa succede se il mobile cambia la rete visitata?
6: Wireless and Mobile Networks
6-13
Gestire la mobilità con il routing
diretto
 Anchor foreign agent: è il FA della prima rete visitata
 I dati sono sempre inoltrati per prima cosa allo anchor FA
 Quando il mobile si muove: il nuovo FA fa in modo che i dati
gli vengano inoltrati dal vecchio FA (catena)
foreign net visited
at session start
wide area
network
anchor
foreign
agent
1
2
4
5
correspondent
agent
correspondent
3
new foreign
agent
new
foreign
network
6: Wireless and Mobile Networks
6-14
Capitolo 6: sommario
Comunicazioni Wireless
 Caratteristiche canali
Wireless,

CDMA
 IEEE 802.11 wireless
LANs (“wi-fi”)
 Cellular Internet
Access


architettura
standard (es. GSM)
Mobilità
 Principi: indirizzamento
e routing per utenti
mobili
 Mobile IP
 Gestione mobilità in reti
cellulari
 Mobilità e protocolli di
alto livello
6: Wireless and Mobile Networks
6-15
Mobile IP
 RFC 3220
 Realizza molte delle funzionalità che
abbiamo visto

home agents, foreign agents, foreign-agent
registration, care-of-addresses, incapsulamento
(un pacchetto all’interno di un’altro pacchetto)
 Tre componenti sono sandardizzate:
 Routing indiretto dei datagrammi
 Agent discovery
 Registrazione presso lo home agent
6: Wireless and Mobile Networks
6-16
Mobile IP: routing indiretto
Pacchetto inviato dallo home agent al
foreign agent: incapsulamento
dest: 79.129.13.2
Pacchetto dal foreign-agent-almobile
dest: 128.119.40.186
dest: 128.119.40.186
Permanent address:
128.119.40.186
dest: 128.119.40.186
Care-of address:
79.129.13.2
Pacchetto
inviato dal
correspondent
6: Wireless and Mobile Networks
6-17
Mobile IP: agent discovery
 agent advertisement: gli agenti foreign/home
rendono noti i servizi attraverso il broadcasting di
messggi ICMP (typefield = 9)
0
type = 9





R: registration is required
B: no more additional
registration
H: is a home agent
F: is a foreign agent
M, G: types of tunneled
datagram it can handles
24
checksum
=9
code = 0
=9
H,F bits: home e/o
foreign agent
R bit: registrazione
richiesta
16
8
standard
ICMP fields
router address
type = 16
length
registration lifetime
sequence #
RBHFMGV
bits
reserved
0 or more care-ofaddresses
mobility agent
advertisement
extension
6: Wireless and Mobile Networks
6-18
Mobile IP: esempio di registrazione
home agent
HA: 128.119.40.7
foreign agent
COA: 79.129.13.2
visited network: 79.129.13/24
ICMP agent adv.
COA: 79.129.13.2
….
registration req.
COA: 79.129.13.2
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 9999
identification: 714
encapsulation format
….
Mobile agent
MA: 128.119.40.186
registration req.
COA: 79.129.13.2
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 9999
identification:714
….
registration reply
time
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 4999
Identification: 714
encapsulation format
….
registration reply
HA: 128.119.40.7
MA: 128.119.40.186
Lifetime: 4999
Identification: 714
….
6: Wireless and Mobile Networks
6-19
Capitolo 6: sommario
Comunicazioni Wireless
 Caratteristiche canali
Wireless,

CDMA
 IEEE 802.11 wireless
LANs (“wi-fi”)
 Cellular Internet
Access


architettura
standard (es. GSM)
Mobilità
 Principi: indirizzamento
e routing per utenti
mobili
 Mobile IP
 Gestione mobilità in reti
cellulari
 Mobilità e protocolli di
alto livello
6: Wireless and Mobile Networks
6-20
Componenti di un architettura cellulare
ricorda:
correspondent
Rete
telefonica
cablata
MSC
MSC
MSC
MSC
MSC
Differenti reti cellulari gestite da diversi operatori
6: Wireless and Mobile Networks
6-21
Gestire la mobilità nelle reti cellulari
 home network: rete dell’operatore (e.g., TIM,
Vodafone, WIND, TRE)
 home location register (HLR): database nella
home network che contiene il numero di
telefono, informazioni di profilazione (servizi,
preferenze, billing), informazioni sull’attuale
posizione dell’utente (può essere presso un’altra
rete)
 visited network: la rete presso cui attualmente si
trova il mobile
 visitor location register (VLR): database che
contiene gli utenti attualmente presenti nella
rete
6: Wireless and Mobile Networks
6-22
GSM: routing indiretto verso il mobile
home
network
HLR
correspondent
2
home
Mobile
Switching
Center
Home MSC consulta HLR
per ottenere il riferimento
del mobile presso la rete
visitata
1
3
VLR
Mobile
Switching
Center
4
Public
switched
telephone
network
Chiamata
instradata
verso home
network
home MSC imposta la seconda tratta
della connessione verso lo MSC della
rete visitata
mobile
user
visited
network
Il MSC nella rete visitata completa
Il circuito dalla BSS al mobile
6: Wireless and Mobile Networks
6-23
GSM: handoff sullo stesso MSC
 Scopo dello Handoff:
instradare le chiamate
attraverso una nuova base
station (senza interruzioni)
 Ragioni per l’handoff:
VLR Mobile
Switching
Center
old
routing
old BSS

new
routing

new BSS

Segnale + forte verso/da
nuove BSS (garantiscce
connettività, minor consumo
energetico)
load balance: libera canali
della BSS attuale
GSM non indica
esplicitamente le ragioni per
cui effetuare handoff
(politiche), solo come
(meccanismo)
6: Wireless and Mobile Networks
6-24
GSM: handoff sullo stesso MSC
VLR Mobile
Switching
Center 2
4
1
8
old BSS
5
7
3
6
new BSS
1. La vecchia BSS informa lo MSC di un
imminente handoff, e fornisce la lista
di 1+ nuove BSSs
2. MSC instaura l’instradamanto (alloca
risorse) verso la nuova BSS
3. La nuova BSS alloca i canali radio per il
mobile
4. La nuova BSS segnala allo MSC che è
pronta e questo a sua volta lo comunica
alla vecchia BSS
5. La vecchia BSS attiva il mobile per
effettuare handoff (il mobile non consce
il canale radio)
6. Il mobile e la nuova BSS si scambiano i messaggi per completare
l’assegnazione del canale
7. Il mobile comunica alla nuova BSS che a sua volta lo comunica allo MSC
che l’handoff è completo. MSC ridireziona le chiamate
6: Wireless and Mobile Networks 6-25
8 MSC-vecchia-BSS rilascia le risorse
GSM: handoff tra MSC distinti
Un mobile si sposta in una BS che
è associata ad un differente
MSC rispetto a quello della
vecchia BS
home network
correspondent
Home
MSC
 MSC di appoggio (anchor):
MSC visitato dal mobile
quando vengono inizializzate
le chiamate

anchor MSC
 Indipendentemente dal
PSTN
MSC
MSC
Non cambia durante la
chiamata
MSC
(a) before handoff
numero di trasferimenti
inter-MSC: Home MSC
anchor MSC  MSC
visitato
 IS-41 prevede un passo
opzionale di ottimizzazione
per accorciare le catene
multi-MSC
6: Wireless and Mobile Networks
6-26
GSM: handoff tra MSC distinti
 MSC di appoggio (anchor):
home network
correspondent
Home
MSC
MSC visitato dal mobile
quando vengono inizializzate
le chiamate

anchor MSC
 Indipendentemente dal
PSTN
MSC
MSC
Non cambia durante la
chiamata
MSC
(b) after handoff
numero di trasferimenti
inter-MSC: Home MSC
anchor MSC  MSC
visitato
 IS-41 prevede un passo
opzionale di ottimizzazione
per accorciare le catene
multi-MSC
6: Wireless and Mobile Networks
6-27
Mobilità: GSM rispetto al Mobile IP
GSM element
Comment on GSM element
Mobile IP element
Home system
Rete del numero di telefono permanente
Home network
MSC home, HLR
MSC home: fornisce indirizzi d’instradamento
verso l’utente mobile. HLR: database che
contiene I numeri di telefono permanenti,
informazioni sul profilo utente e commerciali,
localizzazione dell’utente mobile
Home agent
Visited System
Rete di temporanea residenza
Visited network
Visited Mobile
services Switching
Center.
Visitor Location
Record (VLR)
MSC visitato: imposta le chiamate da e per un
nodo mobile nelle sue celle. VLR: database
temporaneo (del sistema visitato) con varie
informazioni sugli utenti in visita
Foreign agent
Mobile Station
Roaming Number
(MSRN), or “roaming
number”
Indirizzo utilizzabile per una chiamata
telefonica tra MSC domestico e MSC visitato
(invisibile all’agente mobile e al
corrispondente)
Care-ofaddress
6: Wireless and Mobile Networks
6-28
Mobilità wireless: impatto sui protocolli dei livelli
superiori
 Logicamente, l’impatto dovrebbe essere minimale…
Il modello di servizio best-effort rimane inalterato
 TCP and UDP devono poter funzionare sul wireless
mobile
 … ma per quel che riguarda le prestazioni:
 packet loss/delay a causa dei bit-errors (pacchetti
scartati, ritardi per le ritrasmissioni), e handoff
 TCP interpreta la perdita come congestione,
diminuisce la finestra di congestioni anche se non
necessario
 Difficoltà per il traffico real-time a causa del
ritardo di link
 Banda limitata del link wireless

6: Wireless and Mobile Networks
6-29