Cellular IP/IPv6 – (CIP / CIPv6)

Em traç os ger ais, poderá dize r-se que o pr ot oco lo IP nunca f oi conc ebido par a suport ar m o bilida de nativa e até ao mom ent o o m ec anismo padr ão que lhe dá s upor te é o Mo bile IP [ 8]. Contu do, com o já foi v isto anteriorm e nt e o Mobile IP n ão é um a soluçã o p erf eita par a as red es de próxim a geraç ão devi do á s suas limitações d e d esem penh o. Com base na s t écnicas já ut il izad as nas r edes celulares dese nvol ver am-se novas t écnic as que aplicad os às r edes IP a umenta ram subst anci alme nt e a des em penho da mobilida de. Algum as dess as t écn icas cond uzir am ao des env olvim ento do Ce llular IPv4 [ 9] que m ais t ar de f oi s ubstit uí do pe lo seu s uc ess or pa ra IPv 6, o C ellula r IPv 6 [ 10]. As redes Cel lular IP, t ant o par a IPv4 com o par a IPv6, s ão const it uí das p or três nov os tipos de agente s de m obilida de. O Ce llular IP G at ewa y int erliga a r ede Cellular com out ra r ede nã o celular que t ipic am ent e é a r ede nucl ear de oper ador com s upor t e p ara Mobi le IP. O Ce llular IP G at ewa y é tam bém o agent e cont r olador da r ede c elular e nele poder ão se r c olocados alguns m ec anismos de q ualida de de s erviç o (QoS) e aut entic aç ão, a ut orizaç ão, cont abilidad e e f act uração (AAA C - Auth ent ication, Aut horiza ti on, Acc ount ing a nd Char ging). O Cellu lar IP Nod e é um nó i nt erno da r ede celular que permite a cr iaç ão de uma estr ut ur a top ológica entre o C ellula r IP G at ewa y e as diferentes C ellular IP Bas e St at ions. Este agent e é res pons áve l p or ef ect uar o e ncaminham ent o dos pacotes ao lon go d a r ede ce lular . Por f im, a C ellula r IP Bas e Stat ion inte rliga a rede cel ular c om a re de de acesso e é atr av és deste qu e o t erminal m óve l ac ede à rede Cellular IP. O C ellula r IP im plem ent a uma ar quit ect ura t opoló gica hier ár quic a em ár vor e onde o Cellular IP Gate wa y é a r aiz pri ncip al e as Bas e Stat ions s ão as f olhas da m esma. O t ráfeg o é enc am inhado ao long o d os Cell ular IP N odes que s ão os age nt es int er nos da r ede celular. A rede p ode ser tã o extens a quant os mais nós int er nos est a tiver,

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41 suport ando assim um m aior n úmer o possível de f olhas, ou seja Bas e Stat ions. A Figu ra 19 descreve o f orm ato tí pic o d e um a rede Ce llular IP b em como a org anização entr e t odos os seus agent es d e m obilidade.

F i g u r a 1 9 – C e l l u l a r I P, a r q u i t e c t u r a g e r a l d a r e d e

As Ba se St at ions d a r ede celu lar env iam per iodic am e nt e p acotes de sinaliz aç ão par a a rede desig nados por Beac ons. Est es p acotes inf orm am os t erm ina is m ó veis das r edon deza s que s e e ncontr am num a área co bert a por um a rede celular. Cad a B eaco n cont em a inf ormaç ão nece ss ária par a que o t erminal m óve l se poss a r egist ar na red e celula r e i niciar a s ua ligaç ão de d ados . Quando um d ado t ermin al m óvel pret en de iniciar um a ligação à rede Cellu lar IP est e começa por e sc ut ar os Beac ons envi ados pelas B ase St at ions (Figur a 20).

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Por c ada B eac on que recebe, o t erminal processa os seus d ados cri ando em t em po r eal um a t abe la que descr ev e t od as as B as e Stat ions em s eu r edor . Com base n est a ta bela o t er mina l ef ect ua um a s elecção da Bas e Station à qu al se ir á ligar.

Após a s elecçã o da Bas e S tati on o te rm inal m óv el in icia o pr ocess o d e r egist o na rede Cellular IP. P ar a t al, envia um pacot e Regist ratio n R equest c om destino ao Cell ular IP G at ewa y da célu la onde se lig ou. N o cas o do Cellul ar IPv 6, a s egur anç a é um par âmet r o obri gat óri o da sua arq uit ectura sen do ass im nec ess ári o qu e o term inal s e i dentif ique at r avé s da sua ch ave de acess o à r ede e o s e u i dentif ic ador p ess oal único NAI (Netwo rk Acc ess I dentif ic at ion).

A Figur a 21 dem onstr a est e pr ocess o.

F i g u r a 2 1 – C e l l u l a r I P , p r o c e s s o d e r e g i s t o ( Pa rt e I I )

O Cellular I P Gate way após r ece ber o p acote Registratio n R equest proveniente do t erm inal móv el, ef ect ua o regist o d o m esm o n a cél ula e r esp onde-lhe c om um a m ens agem d e suc es so. No cas o d o Cellular IPv 6, o Cellular IP G at ewa y ac ede pr imeiro ao s ervidor r es pons ável pe lo ser viç o d e a ute nt icaç ão em r ede (AAA C - Aut hentic at ion, A ut hori zat ion, A cc ounting an d Char ging) de f orm a a a ut ent ica r e validar a auto rizaçã o d e acesso na r ede c elular. N o cas o d o t ermina l s er aceite na rede Cell ular IPv 6 o G at ewa y da célula p roc essa e envia um a ch ave d e sessão (PID – Person al IDe ntif icatio n) que id ent if ica inequ ivoc am ent e o t er minal n ess a célula. O t erm inal serve -s e dest a c have (PI D) p ara ass inar t odos os seus p acot es de sina lização, gar ant indo assim a sua aut ent icidad e n ess a célula.

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43 N o Cel lular IP to dos agent es t êm caches que permit em l ocalizar o t erm inal m óv el dent r o do es paço celular. As caches sã o list as int ern as que d escrev em um co njunto de informação r ef er ent e a o t erminal e que permit em enc ami nhar os pacotes at é ele. Opcionalm ente, as ca ches p odem tam bém guar dar inf orm ações r ef er ent es ao s me cani sm os de s egur ança da c élul a e ident if ic ação d o termi nal na re de. C ada agente do Ce llular IP tem obrigat oriam ent e um a Ro ut ing Cac he e opc ionalm ent e um a Paging Cac he.

N a redes Cellu lar IP o t erm inal m óvel po de est ar e m dois est ados distint os, act ivo ( act iv e) quand o est á a tra nsm itir ou rec eber d ados e d orm ent e (Idle) quan do est á inact iv o à algum tem po. Sempr e q ue o t erm inal est á no s eu est ado act iv o, a rede pr ocur a- o p rim ari amen te a tr av és da s ua Rout in g Cach e e de f orm a a e ncaminha r os pac ot es de dados para a Bas e Stati on onde est e s e e ncontr a n ess e m ome nt o. Est a eficác ia d eve-se ao fact o d o t erminal m óv el est ar const ant em e nt e a envia r pacot es de Ro ut e Upd ate par a a red e a uma t ax a c onsider avelmente alt a. Estes pac ot es s er vem p ara act ualiza r as Routing C aches e quant o maior f or a sua taxa de emis são m aior a precis ão com que a r ede enc am inha os p acotes par a o t ermina l em c enários de m obilida de r ápida. Cont ud o, o fact o de tod os os t erm inais act ivo s e st ar em a em it ir pac otes de s inal izaç ão a um a taxa sign if icativ am ente alta or igina um m au apr oveitam ento dos r ec urs os d a rede, especialm ent e de re cursos rád io.

Qua ndo o t ermina l m óvel est á s em emiti r o u r ece ber pacot es à a lgum t em po, o t erm inal passa a ut om atic am ent e para um estad o d orm ent e (I dle ). Por cons eguinte, s empr e que este s e enco nt ra nest e est ado a r ede localiza- o num c onjunto d e Bas e St at ions (Pagin g Are a) e n ão numa Bas e St at ion em es pecifico. Qu ando o t ermin al est á num est ado dorm ent e (Id le), o s eu m ecanism o d e transmi ss ão r ádio é par cialment e des ligad o est ando em baixa pot ênc ia d e emis são. E st e apen as é liga do per iodic amen te p ara em it ir pacot es d e sinalização P age Upda te . Est e pac ot es s ão em it idos a um a tax a m uit o m enor qu e os pac ot es Ro ut e Update por f orm a a melh orar o a prov eit am ent o e nergético do t erm in al. Por o utro lado, o f act o d o termi nal em it ir pac ot es P age Updat e a um a t axa m ais baixa pe rm it e tam bém ef ect uar um m elhor ap rov eit am ent o d os rec ursos da rede, em es peci al dos r ecurs os part ilha dos no m eio r ádio.

A R out ing Cach e s erv e p ara det ermina r q ual o caminh o qu e os p acotes d e da dos dev em t om ar na r ede ce lular para que est es ati njam o t ermina l q uando est e s e enco nt ra no se u est ado ac tivo. Em tr aços ger ais, c ada el em en to d a Rout ing C ache cont em a i dentif ic ação do term inal n a red e, o nom e d o int erface de r ede que p erm it e at ingi -lo e um c ampo que inf orma qual a da ta d a ult im a act ualizaç ão d ess e el em ento da cac he. Ca so a dat a de act ualizaç ão ten ha ex pira do ent ão, o element o é r em ovido da t abela, gar ant ind o

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q ue nunc a ex ist em elem ent os res iduai s na m esm a e aum ent and o assim a ro bust ez do próprio m ecan ism o de enc am inham ento. Q uan do os p acotes s ão encaminh ados pela Routi ng Ca che eles ating em o termi nal com a máxim a p rec isã o pois s ão enc amin hados especif ic am ente p ara a B ase St at ion onde est e se en cont ra a ncor ado.

A Paging Cach e s erve par a localiza r o te rm inal num a Pagin g Are a da célula s empr e que es t e se encont r a no esta do I dle. As Pagin g Are as sã o c onjuntos de Base St ations d ent ro da m esm a célula. O e ncam inhamento bas eado na i nf orm açã o das Pagin g C aches ori gina que os pac ot es não s ejam encam inhad os com grand e p recisã o d evid o a o fact o de as P aging Cac hes d ef inirem o desti no n um c onjuntos de Base Stati ons e nã o uma B ase Stat ion em especif ic o. O t erm inal ap ós t er -se r egist ado corr ectam ent e na red e celular, com eç a p or enviar pacot es Page Upd at e p ara a re de i dentif ic ando a Pag ing Ar ea onde s e e ncon tr a. Após i niciar um a tr ansmissão de dados o t erminal passa a env iar periodic am ent e p acotes Ro ut e Upd at e indican do em que Base St ation em especif ic o est e se e ncontr a.

F i g u r a 2 2 –C e l l u l a r I P, cr i a ç ã o e m an u t e n ç ã o d e r o ta s n a c é l u l a

N o cas o do Cellular IPv6 to dos os pac ot es P age Upd at e e R out e Update s ão assin ados p elo termina l usan do o seu PI D. Qua ndo o t ermina l pr et ende enviar um determi nado con junt o d e p acotes de dad os para a r ede, este pas sa aut omati cam ent e d o est ado dor mente par a o est ad o act ivo. Sem pre que o t ermin al p ass a p ara o est ado activo ele env ia pac ot es Rout e Upd at e p ara a re de.

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45 Tod os os pacotes Rout er Updat e assim com o os pacot es de dados e nvia dos pelo t erminal v ão ref r esc ando a Routing Cache de cada um d os Ce llular IP No de ao lon go da c élula, c ria ndo um a rota d esde o C ellula r IP G at ewa y até ele, t al com o é ilustra do na Figur a 22.

Qua ndo um t ermin al c orr es pondente pr et ende e nviar pacot es d e dad os p ara o termina l m óvel, est es c hegam inicialm ent e ao Gateway da c élula . O Cellular IP G at ewa y c om eça por verif ic ar a exist ênci a do te rm inal na s ua cél ula, cons ult and o as sua s ca ches. N o cas o d e o t ermina l n ão existir na célula o Gate way des cart a to dos os p acotes e nder eçad os a el e. No cas o contr ári o, ele pr ocur a qual o m elho r caminh o p ara en viar o pacote até ao t erm inal com bas e n a i nf orm açã o disp onível n a Pagin g Cach e e na Rout ing C ache. A o l ongo de to da a c élula, até a o t erm inal m óv el, t odos os ag ent es d a m esm a efect uam o mesm o procediment o q ue o Cellular IP Gat eway efect uou. Qu ando os p acot es s ão pr ov enient es do ext erior da c élul a as caches não s ão nem r ef resc adas n em act ualizadas.

F i g u r a 2 3 – C e l l u l a r I P, p r o c e d i m e n to d e h an d o ve r

N as redes Cellular IP o pr oc edim ent o de handover não é explicit o nem pred itivo. Quando um term inal m óvel pr et ende m udar d e Bas e St ation ele não sinaliza à priori a s ua vo nt ade permit ind o assim q ue a r ede se estrut ur e e p repa re p ara a sua t rans iç ão. Pel o cont r ário, no Ce llular IP tod os os handov ers s ão re act ivos e dest a f orma a r ede não t em nen hum m ecanism o de prep araç ão de recur sos a nt es d e o t ermina l se mov er ef ectiv am ente par a a B ase St ation de d est ino. A Figur a 23 most ra c om o um ce nári o de handover é p roc essado dent r o d e um a c élul a Ce llular IP . Q uando um t erminal p ret ende ef ectu ar um han dover ent r e dua s B ase St at ions p ert enc ent es à m esm a c élul a (ve r Fi gura 23), ele efect ua um

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p roc edim ent o do t ipo Br eak-Befo re- Mak e, ou s eja, ele c om uta d e Bas e St at ion sem not if ic ar a rede prim eiro da s ua vont ad e. Com o tal, q uando o term inal móv el ef ect ua a ligaç ão com a nov a B as e St at ion, e le envia um a m ens agem d e Page Up dat e e uma m ens agem d e R out e Updat e par a a r ede not if ic ando-a da sua nova posiçã o top ológica. Est es dois pacotes ao p erc orr er em os dif er ent es nós da célula vão c rian do nov os esta dos de encam inham ent o em c ada um d eles até at ingirem o Cellular IP Gat eway. Atr av és dest e p roc edim ent o a c élula a dapt a-se à no va posiç ão t opoló gica d o termi nal e os pacot es de dados já podem s er encami nhados cor rect am en te par a o m esm o. P or outr o l ado, q uando um terminal s e m ov e ent re c élulas não é possí vel efe ct uar um handover s uav e. D est a f orm a, sem pre que um te rm inal pr etende f azer um handover e nt re cél ulas dist intas ele t em de se re gist ar n a c élula de dest ino d e f orma a que e st a o ac eit e e c om ec e a enc am inhar pac ot es de dados p ara ele. O p roc ess o é o m esm o d esc rito ant er ior mente par a o r egist o do term inal na cél ula. A Fi gura 24 m ostr a um cená rio de a bandon o da cél ula.

F i g u r a 2 4 – C e l l u l a r I P , ab a n d o n o d a c é l u l a

Por f im, qu ando o t erm inal pret en de del iber adam e nt e a bandon ar a r ede Cellular IP, est e envia um pacot e P age Te ardo wn, tal com o é ilust rado n a Fi gura 2 4. E ste pacot e ir á indicar a tod a a célula q ue as r otas par a est e t erm inal de vem s er elimin adas. Q uand o o termi nal sai da red e ines perad ame nt e e n enhum pacote é e nviad o a n ot if icar o s eu aban dono, a rede destrói automat ic am e nt e as rot as p ara es se t erminal após um perí od o d e t em po pr é est ipul ado des de a u ltim a act ualizaç ão das C ache s.

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