Gelecek nesil kablosuz ağlar için yeni bir mobilite yönetim sisteminin geliştirilmesi
Design of a new mobility management system for next generation wireless networks
Yazar: GÜLSÜM ZEYNEP GÜRKAŞ AYDIN
Danışman: PROF. DR. A.HALİM ZAİM ; DOÇ. DR. HAKİMA CHAOUCHI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar ağ protokolleri = Computer network protocols ; Bilgisayar ağları = Computer networks ; Bilgisayar iletişimi = Computer communication ; Hareketli iletişim = Mobile communication ; Kablosuz sistemler = Wireless systems

Özet:
Kablosuz ortamlarda IP ağlarının hızla gelişmesi ile mobil düğümlerin yönetimi daha fazla önem kazanmaktadır. Ağ ortamlarında heterojenlik arttıkça, farklı tiplerdeki kablosuz ağların IP katmanında entegrasyonu gerçekleşmektedir. Bu yüzden, ağ katmanı ve daha üst katmanların mobil düğümlerin hareketinden zarar görmemesi beklenmektedir. IP protokollerine dayanan mobilite yönetimi mekanizmaları halen büyük ölçekli servislerin işleyişinde yeterli miktarda etkili olamamaktadır.Mobilite yönetiminin performansı ile ilgili en önemli noktalardan biri uygulama katmanının mobil düğümün hareket etmesi ve buna bağlı olarak IP adresinin değişiyor olmasıdır. Uygulama katmanında kurulan ve sürdürülen oturumlar mevcut IP adresi ve port numarası ikilisine dayanmaktadır. Bu durumu ile ilgili iyileştirme fikirlerindeki yeni bir akım ise oturum tanımlama ve kimlik tanımlama kavramlarının ayrılması üzerinedir. Bu iki kavrama göre günümüze kadar IP adreslerinin konum ve kimlik tanımlama olmak üzere iki rolü bulunmaktadır. Bu iki rolün ayrılması ile oturumlar IP adresi yerine, bir düğümü benzersiz şekilde tanımlayan yeni bir kimlik belirleyiciye göre tanımlanmaktadır. Böylece, IP adresi değişikliği ile uygulama oturumlarının zarar görmesi önlenmektedir. Bu yeni yaklaşım, TCP/IP protokol kümesine, IP katmanının üstüne, mevcut IP adresleri ve yeni kimlik tanımlayıcıların eşleştirmelerini saklamak üzere yeni bir katman tanımlamaktadır.Bu kavramlara uygun olarak IETF ve IRTF kurumları tarafından ortaya çıkarılan Konuk Kimliği Protokolü (Host Identity Protocol-HIP) ortaya çıkmıştır. Bu protokol konum/kimlik tanımlayıcı ayrımını aynı zamanda güvenlik desteğini de bünyesinde barındırarak çözmeyi önermektedir. Bu tez çalışmasında HIP protokolü incelenmiş ve önerilen yeni yöntemler bu protokole dayanarak tasarlanmıştır.Bu tez çalışmasının ilk bölümünde HIP protokolü ile kullanılmak üzere hiyerarşik ağ yapısı ve özelikle mikro mobilite konusunda HIP'in mevcut eksikliklerine çözüm getirmek adına yeni bir yer değiştirme yönetimi mekanizması tasarlanmıştır. Bu yeni yöntem, mobil bir düğümün hareketi esnasından yapması gereken konum güncellemesini erken zamanda başlatarak, yer değiştirme zamanını ve gecikmesini iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Önerilen yeni yöntemin HIP'in klasik uçtan uca mobilite yönetimine göre getirdiği avantajlar incelenmiştir.Çalışmanın ikinci bölümünde önerilen eHIP yöntemi için bir önceden tahmin eklentisi tasarlanmıştır. Buradaki amaç, mobil düğümün erken güncelleme prosedürünün, hareketi esnasında izlediği yolu inceleyerek, eHIP'den farklı olarak daha erken tetiklenmesidir. Bu yöntemin normal eHIP mekanizmasına entegre edilmesi ve başarılı kararları incelemek suretiyle başarımı, mobil düğümün hızını göz önüne alarak ve almayarak incelenmiştir.Tez çalışmasının üçüncü bölümünde ise eHIP'de önerilen ağ mimarinse uygun olarak, ağ yapısının bir örgü (mesh) ağ olarak düşünüldüğü bir sistem modellemesine yer verilmiş ve bu model doğrultusunda QoS (servis kalitesi-quality of service) faktörlerini göz önünde bulunduan bir mobilite algoritması önerilmiştir. Önerilen algoritma benzer hiyerarşik yol bulma algoritmaları ile karşılaştırılarak incelenmiştir.Çalışmanın dördüncü bölümünde ise HIP protokolü, gerçek bir örnek ağ ortamında, mevcut infraHIP implementasyonu kullanılarak test edilmiştir. Çeşitli parametreler iki farklı ağ senaryosu üzerinden incelenmiş ve HIP'in gerçek ağ ortamındaki ağ davranışlarına dair sonuçlar elde edilmiştir.Tez çalışmasının son bölümünde ise çalışmayla ilgili sonuç değerlendirmelerine yer verilmiştir.

Abstract:
With the rapid growth of IP networks in wireless environments, management of mobile nodes has become a more important issue. As the heterogeneity increases in network environments, the integration of different types of wireless networks occurs in the IP layer. Therefore, it is expected the network layer and above layers to be aware of movement of mobile nodes. Mobility management based on IP protocols is not yet efficient enough to be used for large-scale service deployment.One of the most important issues related to the performance of mobility management is related to the fact that the application layer suffers from the changing of IP addresses during the movement of the mobile node. In fact, the application layer established and ongoing sessions relies on the current IP address and the port number. New wave in the improvement ideas on this concept is separating the session identification and the location identification. More precisely, up to now the IP address was playing these two roles: the location, and the identification. So, by separating these two concepts, the sessions are not identified according to IP addresses but the new unique identifiers that define a node. This avoids the applications to suffer when the IP address changes during the mobility.. This new approach needs to introduce a new layer in the TCP/IP protocol stack, on top of the IP layer that will handle the new identifiers correspondent with the current IP address.According to these concepts, Host Identity Protocol (HIP) is proposed by IETF and IRTF. This protocol proposes to solve the locator/identifier split problem by also including the security support. In this thesis study, HIP protocol is examined and new methods based on this protocol have been designed and proposed.In the first part the study, a hierarchical network structure for HIP protocol and a new handover management mechanism have been designed in order to propose a solution for especially HIP?s existing imperfections about mobility management. This new method aims to start the location updates of a mobile node earlier during mobility and so to enhance the handover time and latency. The advantages of this new method have been observed in accordance with HIP?s end-to end mobility management.In this study?s second part, a prediction extension has been designed for eHIP method. This extension, aims to trigger the early update of a mobile node by investigating the path during its mobility earlier than eHIP. The success of this method has been examined with integration of this extension to eHIP method and successful decisions made both with and without taking into account the mobile node?s speed.In the third part of this thesis, a system model and a related mobility algorithm considering QoS factor has been investigated where the network structure is taken into consideration as a mesh network and suitable for network architecture proposed for eHIP. The proposed algorithm has been compared with similar hierarchical path selection algorithms.In the fourth part of the study, HIP protocol has been tested on a real network testbed and using infraHIP implementation. Various parameters on two different scenarios have been observed and results have been obtained about HIP?s behaviors on real network environments.