Mobility Management Support and Performance Analysis in All-IP Cellular Networks.
Mécanismes de Gestion de la Mobilité et Evaluation de Performance dans les Réseaux Cellulaires tout-IP.
Résumé
In this thesis, we propose a new micro-mobility management scheme, called Micro Mobile MPLS, that supports both mobility and QoS management in wireless networks. Our approach relies on integrating the Mobile IP Regional Registration and MPLS protocols. The major strength of our proposed scheme is its ability to support both the fast handoff and QoS via traffic engineering path and also to reduce the total signaling cost by controlling dynamically the number of registration updates with the root of the domain. Three protocol variants are then defined. In the first variant (FH), we consider the fast handoff mechanism, which anticipates the LSP procedure setup with an adjacent neighbor subnet that an MN is likely to visit. In the second variant (FC), the forwarding chain concept, which is a set of forwarding path, is provided to track efficiently the host mobility within a domain. Finally, the third protocol variant (MFC) aims to reduce the total signaling cost by controlling dynamically the number of registration updates with the root of the domain according to a cost comparison and using the mobility characteristics of users and network environments. In order to assess the efficiency of our proposals, all underlying protocols are compared through analysis and simulations. Analytical models using Markov chains are developed to evaluate the handoff latency, the link usage and the signaling cost function for both two-dimensional (2-D) and one-dimensional (1-D) mobility models. Numerical and simulation results show that the proposed mechanisms can significantly reduce the registration updates cost and provide low handoff latency and packet loss rate under various scenarios.
Dans cette thèse, nous proposons différents mécanismes de gestion de la mobilité et de support de qualité de service (QoS) dans les réseaux cellulaires tout-IP. Avant d'entamer nos travaux de recherche, nous examinons et analysons tout d'abord l'architecture des réseaux mobiles tout-IP ainsi que la complexité et les problèmes liés aux performances des protocoles de macro- et micro-mobilité existants. Les résultats de cette analyse seront ensuite exploités pour présenter et discuter nos propositions. L'objectif recherché est d'assurer, au moindre coût, le meilleur support de la mobilité et d'offrir les garanties de QoS exigées par les applications temps réel. Notre solution de base, intitulée ``Micro Mobile MPLS'', repose sur l'intégration du protocole Mobile IP hiérarchique avec le protocole de commutation de labels (MPLS). Outre le support de la QoS, notre architecture est flexible, scalable (résiste au passage à l'échelle) et supporte les modèles Diffserv et Intserv. En effet, les chemins ou LSPs (Label witched Paths) peuvent être établis soit à l'avance par provisioning (on parle dans ce cas de LSPs statiques), soit dynamiquement sur demande (on parle dans ce cas de LSPs dynamiques). Dans un second temps, nous exposons trois variantes protocolaires proposées pour compléter notre solution de base ``Micro Mobile MPLS''. La première variante, intitulée ``FH-Micro Mobile MPLS'', supporte le fast handover pour réduire les perturbations des communications en cours en minimisant le temps de handover. La deuxième variante, intitulée ``FC-Micro Mobile MPLS'', est basée sur une suite de chemins construits dynamiquement pour réduire le coût de signalisation lors des mises à jour de localisation. En effet, en utilisant ce mécanisme, le terminal mobile a la capacité de s'enregistrer auprès de son ancien sous-réseau au lieu du noeud d'entrée du domaine formant ainsi une suite de chemins de tous les sous-réseaux visités. Enfin, la troisième variante protocolaire, intitulée ``MFC-Micro Mobile MPLS'', propose de réduire la charge de signalisation au sein du réseau d'accès en contrôlant dynamiquement le nombre des mises à jour de localisation auprès du noeud d'entrée du domaine. Ceci permet d'assurer une flexibilité et une adaptabilité optimales, en tenant compte des caractéristiques du réseau et de la mobilité des utilisateurs. Tout au long de ce travail, des études de performances, basée sur des analyses théoriques et également sur des simulations ont été réalisées afin d'évaluer l'efficacité de nos propositions. Des modèles de mobilité basés sur des chaînes de Markov sont développés en adoptant des configurations cellulaires à une dimension (1-D) et à deux dimensions (2-D). Les critères de performances utilisés correspondent au coût d'utilisation des liens, au coût de signalisation lors des mises à jour de localisation ou encore coût d'enregistrement, à la latence d'un handover et au taux de perte des paquets. Les résultats de cette analyse ont montré une nette amélioration du délai de handover et du taux de perte des paquets ainsi qu'une réduction importante du coût de signalisation permettant par ailleurs de garantir une bonne qualité de service pour les applications temps réel.