Arquitetura Proposta

Avaliando o padrão IEEE 802.16e (Marks, 2006) que trouxe consigo aspectos de mobilidade, surgiu a oportunidade de SSs se locomoverem e eventualmente requisitarem procedimentos de handover.

O processo de handover tratado nesta dissertação implica na mudança de BS por parte de uma SS móvel que ao se movimentar pode necessitar uma mudança de rede devido a uma perda na qualidade de sinal com a BS atual.

O avanço das comunicações móveis tem permitido o acesso a serviços em qualquer instante, em qualquer lugar e com liberdade de movimentação. No entanto, existem problemas intrínsecos nas comunicações sem fio como a escassez de recursos (Nagamuta, 2005).

Em redes WiMAX, baseadas no padrão IEEE 802.16e, quando um cliente móvel se encontra fora da área de cobertura de uma rede, este passa a buscar na interface aérea uma nova BS, o que caracteriza o procedimento de handover.

No entanto, quando o protocolo utilizado é o MIP (Mobility IP) (Mip, 2002), uma extensão do protocolo IP para dar suporte à mobilidade, preservando conexões existentes, a SS móvel é identificada através de seu endereço IP que se mantém fixo (home address). A SS móvel é associada também a um endereço IP provisório CoA (Care-of-Address) relativo a rede, dependendo do ponto de acesso para onde a SS móvel desloca-se.

Quando uma SS móvel migra e muda de rede, conexões são perdidas por se tratar de um Hard Handover. Além disso, os pacotes são encaminhados incorretamente (ao endereço IP antigo) até que a conexão com a nova BS seja estabelecida. Com esse procedimento, a SS móvel perde seu CoA.

Durante o handover, até que a mensagem de atualização enviada pelo FA (Foreign Agent – Agente Estrangeiro) informando o procedimento de Handover chegue no HA (Home Agent – Agente de Origem), os pacotes destinados a SS móvel são perdidos pois no MIP, sempre que uma SS móvel realizar o handover, esta terá que avisar o seu HA que controla tal processo.

Com isso, perde-se um tempo considerável na rede para que o controlador (HA) saiba que a SS móvel não faz mais parte da BS a qual está enviando seus dados.

Já no FHMIP (Yantov & Wiethoelter, 2006) (Jung et. al., 2005), uma extensão do MIP, a SS móvel não precisa informar a HA sobre a mudança de BS e sim o MAP (Mobile Anchor Point) que passa a ser o controlador do handover e agiliza o processo devido a uma maior proximidade com a BS e o FA.

O MAP é uma entidade que faz parte de uma hierarquia de roteadores que controla os triggers (disparos) do handover. Ele fica na rede externa e por isso passa a controlar o handover, fazendo com que o tempo de informação ao controlador seja menor, demorando um intervalo menor do que informar a HA.

O procedimento do FHMIP é mais rápido, pois o MAP tem um conhecimento acelerado do novo CoA da SS móvel atualizando a nova rota dos gateways para o envio dos dados provenientes do CN.

A Figura 18 ilustra uma arquitetura WiMAX móvel que utiliza o FHMIP. Nela, nota-se uma estação assinante móvel conectada a uma BS/FA (Base Station/Foreign Agent) conectada a gateways ASN (Access Service Network) que fazem parte de redes

CSN (Connectivity Access Network) e estão conectados ao MAP, o controlador do handover do FHMIP e que recebe os dados do CN (Correspondent Node) e do HA.

Figura 18 - Arquitetura proposta do WiMAX com a utilização do FHMIP

Durante um processo de mobilidade, uma SS móvel WiMAX pode necessitar migrar entres BSs e realizar um procedimento de handover.

Durante o procedimento de handover na camada 2, a SS inicia o processo junto ao recebimento dos parâmetros de downlink e uplink da BS. A estação base envia as mensagens: DL-MAP, que contém especificações físicas, o valor de configuração e a id da BS; DCD, que informa a SS móvel as características do canal de downlink; UCD, que informa a SS móvel as características do canal de uplink e UL-MAP que corresponde ao tempo de alocação de recursos além das especificações físicas que estão sendo utilizadas pela BS, conforme mostra o passo 1 representado na Figura 19.

Depois de tais dados serem atualizados e o procedimento na camada 2 ter sido iniciado, a SS móvel envia para a BS uma mensagem de Ranging Request (RNG-REQ) com o objetivo de averiguar e descobrir a qualidade do enlace (modulação, intensidade

do sinal, ajustes de tempo) e a BS responde através da mensagem Ranging Response (RNG-RSP), conforme mostra o passo 2 representado na Figura 19.

O terceiro passo do processo corresponde a implementação desta dissertação correspondente a subcamada de segurança da camada MAC (camada 2) e se inicia pela SS com um pedido de Authentication Request (PKM-REQ). A BS avalia o pedido checando a validade de seu certificado digital X.509 em relação a autoridade certificadora (CA) e caso seja válida, autoriza a autenticação do cliente com uma mensagem Authentication Response (PKM-RSP), conforme mostra o passo 3 representado na Figura 19.

Para finalizar o processo de registro na camada 2 após um procedimento de autenticação, a SS envia uma mensagem de Registration Request (REG-REQ) e a BS responde com um Registration Response (REG-RSP), conforme mostra o passo 4 representado na Figura 19 (IEEE Std 802.16e-2005, 2005).

Após os quatro passos correspondentes a arquitetura do WiMAX na camada 2 da rede, inicia-se o processo de handover na camada IP (camada 3) demonstrada pela arquitetura que utiliza o FHMIP e pelo passo 5 da Figura 19.

O MAP envia para a SS móvel a mensagem Proxy Router Advertisement (PrRtAdv) que informa sobre os enlaces das BSs vizinhas. A SS móvel responde com a mensagem Fast Binding Update (FB Update) que informa ao MAP para que ele encaminhe o seu tráfego para a nova BS/FA. O MAP envia a mensagem Handover Initation (Handover Init) para a nova BS/FA indicando o início do handover. A nova BS/FA responde ao MAP com a mensagem Handover Acknowlegde (Handover ACK) confirmando o recebimento da mensagem Handover Init e conseqüentemente tomando conhecimento sobre o inicio do handover. O MAP envia então uma mensagem Fast Binding Acknowlegde (FB ACK) para a SS móvel, para BS/FA atual e nova BS/FA confirmando a vinculação da SS móvel perante a nova BS/FA para a qual passa a encaminhar os pacotes.

A nova BS/FA informa a vinculação para a SS móvel e conseqüentemente anuncia o novo CoA através da mensagem Fast Neighbor Advertisement (FNA). A SS móvel responde para a nova BS/FA com uma mensagem Fast Binding Acknowlegde (FB ACK) e esta passa a entregar os pacotes.

A SS móvel envia uma mensagem Local Binding Update (LB Update) para a nova BS/FA avisando da vinculação local e esta retorna a mesma mensagem ao MAP. O MAP envia uma mensagem Local Binding Acknowlegde (LB ACK) confirmando o

recebimento do LB Update da SS móvel para a Nova BS que encaminha a própria mensagem a SS móvel, finalizando arquitetura WiMAX proposta com a utilização do FHMIP.