PDF de programación - Servidor de Información IEEE 802.21 Dinámico con Arquitectura de Malla para redes heterogéneas

SIDAM

Servidor de Información IEEE 802.21
Dinámico con Arquitectura de Malla

para redes heterogéneas

SISTEMAS INFORM ÁTICOS

CURSO 2011-2012

Daniel Espino García

Roberto González de Armas

Jesús Antonio Puente Fernández

Director

Luis Javier García Villalba

Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia Artificial

Facultad de Informática

Universidad Complutense de Madrid

Madrid, Junio de 2012

iii

Abstract

This Project is in line with the mobile networks and deals with the performance and
services to achieve the media independent handover. It is based on part 21 of the 802
IEEE standard (802.21).

The 802.21 standard specifies a set of tools to execute the handover between heteroge-
neous wireless networks. Between these tools it can be found the information services. The
base of our work is to define an architecture to improve the access, sturdiness, effectiveness
and efficiency of the information services.

The chosen architecture is a mesh, with an information server in each node of the
mesh. Each server see to store, manage and update the information about his area, which
is completely overlapped with a portion of the adjacent servers” areas. Therefore, it finishes
with the existing hierarchical model and optimize the information traffic.

Also, to improve the efficiency of the system, we store dynamic information. This
dynamic information is provided from the point of attachment (current state of the point
of attachment) and the mobile nodes (signal strength in its location).

Keywords

Media independent handover, sturdiness, efficiency, mesh, density, information server,

point of attachment, statistical information tuple.

iv

Resumen

Este proyecto está enmarcado en el contexto de las redes móviles y trata sobre el
funcionamiento y servicios para la transición independiente del medio. Está basado sobre
la parte 21 del estándar 802 (802.21) perteneciente al IEEE.

En el estándar 802.21 tenemos especificada una serie de herramientas para la transición
de conexión entre distintas tecnologías inalámbricas. Entre esas herramientas, se encuen-
tran los servicios de información. Nuestro trabajo se basa en definir una arquitectura con
la que mejorar el acceso, robustez, eficacia y eficiencia de los servicios de información.

La arquitectura en cuestión tiene una forma de malla, con un servidor de información
en cada nodo de la malla. Cada servidor se encarga de almacenar, gestionar, y actualizar
la información de su zona, la cual está completamente solapada con parte de las zonas
de los servidores adyacentes. Por tanto, acabamos con el modelo jerárquico existente y
así optimizamos el tráfico de la información.

A parte, para mejorar la eficiencia del sistema, almacenamos información dinámica.
Esta informacián dinámica es proporcionada tanto por el punto de acceso (estado actual
del punto de acceso) como por parte de los nodos móviles (calidad de la señal en un punto).

Palabras clave

Transición independiente medio, robustez, eficacia, eficiencia, malla, densidad, servidor

de informacón, punto de conexión, tupla de información estadística.

v

Autorización de Difusión

Los abajo firmantes, matriculados en la asignatura de Sistemas Informáticos de la Facul-
tad de Informática, autorizan a la Universidad Complutense de Madrid (UCM) a difundir
y utilizar con fines académicos, no comerciales y mencionando expresamente a sus autores,
tanto la propia memoria, como el código, los contenidos audiovisuales, incluso si incluyen
imágenes de los autores, la documentación y/o el prototipo desarrollado durante el curso
académico 2011/2012 bajo la dirección de Dr. Luis Javier García Villalba en el departa-
mento de Ingeniería del Software, y a la Biblioteca de la UCM a depositarlo en el archivo
institucional E-Prints Complutense con el objeto de incrementar la difusión, uso e impacto
del trabajo en Internet y garantizar su preservación y acceso a largo plazo.

Daniel Espino García

Roberto González de Armas

Jesús Puente Fernández

Agradecimientos

Queríamos agradecer en este proyecto la participación de Fabio Buiati, Antonio Izquierdo,
Ana Sandoval y Delfín Rupérez, la cual ha sido muy importante para realización del mismo
en los diferentes campos que han contribuido.

vi

vii

Lista de Acrónimos

3G
3GPP
AAA
ACK
AP
BS
IEEE
IP
IS
MAC
MICS
MIES
MIHF
MIIS
MN
MPI
PDU
PHY
PoA
PPI
QoS
SAP
SCTP
SDU
SI
SILL
SISL
SIT
TCP
UDP
UMTS
Wi-Fi
Wi-Max
WLAN

3th Generation
3th Generation Partnership Project
Authentication, Authorization and Accounting
Acknowledgement
Access Point
Base Station
Institute of Electrical and Electronics Engineer
Internet Protocol
Information Server
Media Access Control
Media Independent Command Service
Media Independent Event Service
MIH Function
Media Independent Information Server
Mobile Node
Mobile node Provided Information
Protocol Data Unit
Physical Layer of the OSI Model
Point of Attachment
PoA Provided Information
Quality of Service
Service Access Point
Stream Control Transmission Protocol
Service Data Unit
Sistema de información
Statistical Information Long List
Statistical Information Short List
Statistical Information Tuple
Transport Control Protocol
User Datagram protocol
Universal Mobile Telecommunications Systems
Wireless Fidelity
World Interoperability for Microwave Access
Wireless Local Area Network

Índice General

1. Introducción

1.1. Tipos de handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Estándar 802.21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1
1
4
5
1.2.1. Arquitectura General
1.2.2. MIH Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.3. SAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.4. Protocolo MIH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3. Flujo de señales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4. Servicios de Información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4.1. Servidor de Información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4.2. Elementos de Información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.5. Trabajos relacionados

2. SIDAM

31
2.1. Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2. Comportamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3. Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4. Optimizaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5.
Implantacíón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3. Simulación y Resultados

38
3.1. Entorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.1. NS-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2. TCL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.3. Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2. Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4. Conclusiones

5. Trabajos Futuros

6. Glosario

Referencias

Apéndices

A. Artículo de Computer Networks

viii

47

48

49

53

54

55

B. Artículo de URSI

56

C. Protocolo de Paso de Mensajes en la Malla

57
C.1. Registro del PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
C.2. Distribución del registro del PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
C.3. Actualización por parte del PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
C.4. Distribución de actualización dinámica y estática del PoA . . . . . . . . . . 59
C.5. Actualización por parte del MN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
C.6. Distribución de SISL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
C.7. Distribución de SILL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
C.8. Petición de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
C.9. Entrega de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

D. Modelos matemáticos

66
D.1. Modelo de Flujo de Información en el servidor MIIS . . . . . . . . . . . . . 66
D.2. Modelo para el RTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
D.3. Modelo de periodos para petición de información . . . . . . . . . . . . . . . 69

E. Gestión del Proyecto

70
E.1. Diagrama de clases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
E.2. Comunicación entre entidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
E.2.1. MIH Get Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
E.2.2. MIH Register PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
E.2.3. MIH Update PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
E.2.4. MIH Prop Reg PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
E.2.5. MIH Prop Upd PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
E.2.6. MIH Distribute SISL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
E.3. Análisis de Riesgos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
E.3.1. Riesgos positivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
E.3.2. Riesgos negativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
E.4. Casos de Uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
E.4.1. Registro y Actualización PoA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
E.4.2. Distribución SISL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
E.4.3. Petición de