From centralized to distributed mobility management. A contribution to future mobile networks

Abstract

En los últimos años, la gestión de la movilidad en Internet ha sido un campo de investigación muy activo en el ámbito de las comunicaciones. Los actuales diseños de estos protocolos se basan en una gestión centralizada en la que algunos nodos de la red, denominados anclas de movilidad, gestionan el tráfico y la señalización de todos los usuarios. Sin embargo, estos mecanismos centralizados deben diseñarse de nuevo para hacer frente a los requerimientos de las redes de nueva generación y al enorme aumento del tráfico previsto para los próximos años.

Con este objetivo, las soluciones centralizadas se están viendo desplazadas por mecanismos que gestionan la movilidad de forma distribuida (DMM), más adecuados para estos requerimientos.

Partiendo de esta situación, esta tesis trata sobre el análisis, el diseño y la evaluación de los protocolos de gestión de la movilidad en IPv6. Específicamente, presentamos tres propuestas que se enmarcan dentro de cada uno de estas etapas en el desarrollo de la gestión de la movilidad. En primer lugar, se propone una solución centralizada denominada LinkWork Mobile MPLS. La segunda propuesta es una solución distribuida denominada DM3. Finalmente, la tercera propuesta desarrollada es un mecanismo híbrido, denominado Hybrid DMM.

Finalmente, el rendimiento de las soluciones ha sido evaluado mediante análisis y simulación, con el objetivo de estudiar el comportamiento de los protocolos en función de los principales costes considerados en la movilidad, como el coste de señalización, el coste del transporte de los paquetes y la latencia en el handover.

Over the last few years, IP‐based mobility management in the Internet has been one of the most active research fields in communications. Existing IP mobility support protocols are all based on a centralized mobility anchor that manages the traffic and signaling of the mobile nodes. However, centralized mobility management protocols need to be redesigned in order to cope with the recent trends in mobile Internet and current increasing mobile data traffic demand.

In order to address these limitations which inherently occur in Centralized Mobility Management (CMM) protocols, Distributed Mobility Management (DMM) solutions are being developed to efficiently handle the current mobile traffic explosion. In DMM, the core idea is that the mobility anchors are distributed within the network, topologically closer to the users, with the aim to provide an almost optimal routing support and an efficient use of network resources to improve the scalability required for next generation mobile networks.

To cope with this evolution, the thesis concerns analysing, designing, and evaluating IPv6 mobility management protocols. Specifically, we propose three novel approaches which cover each of this evolutionary stage. Our first scheme, LinkWork Mobile MPLS is a centralized solution. The second proposal called DM3 is based on the distributed paradigm. Finally, the third proposal is a Hybrid DMM solution, suitable to tackle future mobile network architectures.

In order to evaluate the proposed schemes, we carry out analysis and simulations to measure the performance of the protocols in terms of mobility cost and handover latency.