Projet 3MING Mobilité Multi-technologie Multi-homing

Colloque « Télécommunications- réseaux du futur et services »

Projet 3MING

Partenaires :

Durée: 33 mois de février 2008 à octobre 2010

Budget global : 2.31 M€

Mobilité Multi-technologie Multi-homing

Evolution du trafic mobile

• Explosion du trafic data : doublement tous les ans.

• Ressource radio limitée, problème de dimensionnement.

• 91 % des terminaux mobiles sont potentiellement multi-interfaces.

Communication simultanée sur les différentes interfaces est réaliste.

Organisation Etat de l’art Scénarios de

services

Analyse des

besoins

Dissémination Réalisation

et validation

Gestion des

identifiants

Interaction

IPsec

Sélection

d’interfaces

Association

flux/interface

Partage de

charge

Impacts

terminal

Impacts

terminal

Multi-homing

niveau 2

Optimisation

Mobilité et

multi-homing

Gestion du multihoming Scénarios de

services

Analyse des

besoins

Dissémination Réalisation

et validation

Gestion des

identifiants

Interaction

IPsec

Sélection

d’interfaces

Association

flux/interface

Partage de

charge

Impacts

terminal

Impacts

terminal

Optimisation

Mobilité et

multi-homing

Etat de l’art

Multi-homing

niveau 2

Sélection d’interfaces Contributions

Etude comparative par simulation des performances des

méthodes MADM (SAW, WP et TOPSIS) et identification

des limites de ces solutions

Anomalie de classement de TOPSIS: Quand une alternative est

enlevée, l’ordre de classement est modifié

Proposition d’un nouvel algorithme de décision DiA

(Distance to the Ideal Attribute) qui ne présente pas

d’anomalie de classement

Proposition d’un nouveau mécanisme de sélection qui:

satisfait les besoins des applications

tient compte des caractéristiques du terminal en considérant

sa consommation d’énergie

•Trois interfaces : WiFi 802.11b, WiFi 802.11a, and

WiMax 802.16a.

• Consommation d’énergie respective : 1µJ/bit,

3µJ/bit and 20 µJ/bit

• Trois applications: elastic application (FTP), rate-

adaptive application (CD-like audio streaming) 150

Kbps,

• Bande passante disponible :

Cas 1 : 802.11b : 800, 802.11a : 100, 802.16a :

1000

Cas 2 : 802.11b : 100, 802.11a : 800, 802.16a :

1200

• w =[0.5 0.25 0.25]

MADM méthode (SAW) et Siciu-utility based :

privilégient la bande passante disponible

Cas 1 : FTP application

Cas 2 – Streaming

application

Sélection d’interfaces

Association flux/interface

Approche centrée terminal

Association de plusieurs applications aux différentes interfaces en

maximisant l’utilité globale du terminal

Etude et simulation des méthodes Tabu Search et Simulated Annealing

Approche Centrée Réseau

Modélisation des stratégies d’association flux/interface en utilisant la théorie des

jeux, en particulier, des jeux d’évolution (dynamique “Replicator” )

Démonstration de la convergence du système.

Les résultats analytiques sont valables pour n’importe quelle fonction d’utilité

dépendant de l’état du système

Validation de modèle et implémentation du Nash Learning Algorithm

Simulation et analyse des performances

Association flux/interface

Simulation du Nash Learning Algorithm

• Deux interfaces :

• Wi-Fi 802.11b et WiMAX 802.16a

• Les applications :

• voix PCM (64Kbps) sur terminal 1

• voix AD PCM (32Kbps) sur terminal 2

• Consommation d’énergie

•1µJ/bit et 20 µJ/bit

• Bande passante disponible

respective

• 40Kbps et 80Kbps

•P(i,j)

• Probabilité que le terminal i choisisse

l’interface j

Partage de charge Contributions

Proposition d’un mécanisme de scheduling efficace qui permet

de réduire les ré-ordonnancements au niveau du récepteur.

Proposition d’une approche cross-layer qui tient compte des

paramètres de niveau 2 dans l’estimation des délais aller/retour pour

améliorer la performance de communication multi-interfaces (cas du

Wi-Fi)

Le mécanisme FPS

(Forward Prediction

Scheduling)

Prédit les instants

d’arrivée des paquets

au récepteur et les

distribue sur les

interfaces appropriées

de façon à éviter les

ré-ordonnancements

Une intégration à SCTP a été proposée et simulée (NS-2)

Handover transparent Scénarios de

services

Analyse des

besoins Etat de l’art

Impacts

terminal

Optimisation

Mobilité et

multi-homing

Sélection

d’interfaces

Association

flux/interface

Partage de

charge

Impacts

terminal

Gestion des

identifiants

Interaction

IPsec

Dissémination Réalisation

et validation

Multi-homing

niveau 2

Gestion de la mobilité • Gestion de la mobilité coopérative – La gestion de bout

en bout entre les terminaux multi-interfaces

– Les messages de contrôle (binding updates) envoyés sur le chemin le plus court disponible

– Minimiser le temps de handover

MN

App1

IP11 IP12

App2

SHIM6

CN

App1

IP21 IP22

App2

SHIM6

1. SHIM6 context establishment

2. SHIM6 context Update req/ Ack

MN SHIM6 context

ULP

ULID(MN) = IP12(MN)

ULID(CN) = IP21(CN)

Multihoming Shim6

APP1 APP2

FII= 0 FII= 1

SRC IP12(MN) SRC IP11(MN)

DST IP21(CN) DST IP22(CN)

CN SHIM6 context

ULP

ULID(MN) = IP12(MN)

ULID(CN) = IP21(CN)

Multihoming Shim6

APP1 APP2

FII= 0 FII= 1

SRC IP12(MN) SRC IP11(MN)

DST IP21(CN) DST IP22(CN)

Gestion de la mobilité • Adaptation du contexte forking au multi-homing avec SHIM6

- Différenciation des flux grâce au FII

- Spécification des messages pour mettre à jour le contexte du CN

• Gestion de la mobilité : - REAP gère les changements d’interfaces

- Mise à jour de la liste d’adresse dans le cas d’un changement d’AP

Optimisation de la mobilité

• Connaissance de l’environnement radio. – Optimisation du temps de scan.

• Utilisation du multi-homing. – Pré-authentification faite en passant par le

réseau alternatif.

• Implémentation basée sur IEEE 802.21 (MIH).

Multi-homing de niveau 2 Contributions

Nous avons proposé une solution de handover de niveau 2 qui exploite le multi-homing

Le handover est réalisé entre l’UMTS et le WiMAX en considérant les architectures « integrated » et « tight coupling »

Les études de performance ont montré que, dans le cas d’un trafic TCP et d’un handover de l’UMTS vers le WiMAX, la solution, grâce au soft handover (multi-homing), offre de bonnes performances : une latence nulle et de très faibles pertes

Sécurité et Identité Scénarios de

services

Analyse des

besoins Etat de l’art

Gestion des

identifiants

Interaction

IPsec Impacts

terminal

Optimisation

Mobilité et

multi-homing

Sélection

d’interfaces

Association

flux/interface

Partage de

charge

Impacts

terminal

Dissémination Réalisation

et validation

Multi-homing

niveau 2

Sécurité et gestion des identifiants • Sécurité renforcée de HIP avec l‘utilisation

combinée des identifiants : HIT (Host Identity Tag) et IPv6 CGA (Cryptographic Generation Address)

– Définition d‘une nouvelle méthode EAP basée sur les CGA (EAP-CGA) et intégration de ces échanges EAP-CGA dans HIP (Base Exchange)

• Extension de la génération des adresses CGA à ECC (Elliptic Curve Cryptography) – De meilleures performances de génération des CGA qui peuvent alors

plus facilement être régénérées en cas de mobilité et de changement de préfixe au gré des changements de préfixes réseau

– Proposition de 2 drafts IETF sur le mécanisme de Signature Algorithm Agility

• Techniques d‘authentification basées sur la cryptographie ID-based pour les mobiles

IPsec IPsec ne fonctionne pas en mode transport dans

un environnement de mobilité et de multihoming.

• Spécification d’un protocole permettant l’utilisation d’IPsec dans un environnement de mobilité et de multihoming.

• Implémentation de Mobike-X basée sur StrongSwan.

• 2 drafts ont été soumis à l’IETF. • Mise en place d’une plateforme de tests. • Etude de performances de Mobike-X associé à

des mécanismes de mobilité (SCTP, SHIM6)

Réalisation et exploitation Scénarios de

services

Analyse des

besoins Etat de l’art

Dissémination Réalisation

et validation

Impacts

terminal

Optimisation

Mobilité et

multi-homing

Sélection

d’interfaces

Association

flux/interface

Partage de

charge

Impacts

terminal

Gestion des

identifiants

Interaction

IPsec

Multi-homing

niveau 2

Terminaux de démo

Terminaux Linux - Touchbook (Always Innovating) et Openmoko

Open Hardware et Open Source

Radio 2G, Wifi, bluetooth + 3G ou Wimax via USB.

Distribution Debian / Alternative Android

Systèmes embarqués, architecture ARM

Démonstrateur – gestion de la mobilité

Serveur

Terminaux multi-interface Internet

wlan0 Sub-path 2

eth0 Sub-path 1

hs0

Sub-path 3

(umts/gprs)

Internet

A B Internet

A B

802.11g

GPRS UMTS

802.11g

Ethernet

Scénario 1: Ordinateur portable à trois interfaces

(UMTS, 802.11g, Ethernet) communiquant avec

le serveur

Scénario 2: Téléphone OpenMoko à deux interfaces

(GPRS, 802.11g) communiquant avec le serveur

Démonstrateur sélection d’interface basé sur MIH

Nous avons développé un démonstrateur pour intégrer l’algorithme

de sélection d’interface proposé

Utilisation de MIH et NetManager pour l’accès aux informations

nécessaires

Démonstrateur Partage de charge

Partage de charge et mesures de performance

– Ajout du support du multi-interfaces dans lkSCTP

– Intégration du mécanisme d’ordonnancement FPS

Cellular 3G

Wi-Fi

Serveur FTP 3G

Wi-Fi

Linux/Open Source

Contributions scientifiques

• 5 drafts IETF

• 21 publications dont :

– 4 revues : Comcom’08, WCMC’10, CSNC’09, Cose’09

– Conférences internationales : VTC’10, ICC’10, ICT’11, WirelessDays’09, CCNC’11, NTMS’11, WiMob10, MobiWac’08, Softcom’08, ICOIN’08, PIMRC’09/10, IWCMC’10

– 2 Conférences nationales : SAR’09/10

– 2 rapports de recherche

• 1 thèse soutenue et 8 thèses en cours

Retombées attendues

• Bearstech - Jeune Entreprise Innovante : Visibilité et expertise dans le monde Open Source Solutions libres pour l’exploitation du multi-homing. Acquisition de nouveaux savoir-faire sur la mobilité et le

multi-homing dans l'embarqué

• Alcatel-Lucent Bell Labs France: Optimisation de la gestion de réseaux, expertise sur

802.21, expérimentation de l’offloading avec des opérateurs.

• Orange Labs: Optimisation de l’investissement réseau. Amélioration de l’expérience utilisateur.

Conclusion

• Les principaux aspects liés au multi-homing et à la mobilité ont été adressés avec des résultats significatifs.

• Des contributions ont été proposées aux organismes de standardisation.

• Trois démonstrateurs ont été réalisés.

• Forte collaboration entre les partenaires.

• Le projet 3MING a permis de dégager de nouvelles synergies entre les partenaires avec de nouveaux objectifs dépassant le cadre du projet.

Perspectives

• Dégager de nouvelles thématiques: – Intégration de nouvelles technologies radio

(LTE)

– Techniques d’offloading.

– Gestion du multi-chemin.

• Collaboration entre les partenaires en vue de monter de futurs projets au niveau européen.

Annexe

Publications 2008

• Kassar Meriem, Kervella Brigitte and Pujolle Guy, « An Overview of Vertical Handover Decision Strategies in Heterogeneous Wireless Networks », Elsevier Computer Communications Journal, doi:10.1016/j.comcom.2008.01.044, January 2008.

• P.N. Tran, and N. Boukhatem, “The distance to the ideal alternative (DiA) algorithm for Interface Selection in Heterogeneous Wireless Networks”, 6th ACM Workshop International Workshop on Mobility Management and Wireless Access (MobiWac’08), in conjunction with ACM (MSWIM’08), Vancouver, Canada, Octobre 2008.

• N.P. Tran, and N. Boukhatem, “Comparison of MADM Decision Algorithms for Interface Selection in Heterogeneous Wireless Networks”, 16th International Conference on Software and Computer Networks, (SOFTCOM 2008), Croatie, Septembre 2008.

• P. TRAN, and N. Boukhatem, “Extension of multiple care-of-address registration to support host multihoming”, The International Conference on Information Networking 2008 (ICOIN 2008), Busan, Korea, January 2008.

• N. Abid, M. Laurent-Maknavicius, H. Chaouchi, “ Experimental experience with Host Identity Protocol (HIP) ”, Rapport de recherche TELECOM & Management SudParis, 08-014 LOR, 2008.

Publications 2009 • M. Ben Jemaa, N. Abid, M. Laurent-Maknavicius, and H. Chaouchi, “Experimentatl

Measurements of Host Identity Protocol for Mobile Nodes’ Networks ”, Journal of Computer Systems, Networks and Communications, Volume 2009b (2009), Article ID 383517, 6 pages.

• T. Cheneau, A. Boudguiga, M. Laurent, "Significantly Improved Performances of the Cryptographically Generated Addresses thanks to ECC and GPGPU", Journal of Computers & Security, Elsevier, Vol. 29, Issue 4, pp. 419-431, http://dx.doi.org/10.1016/j.cose.2009.12.008, Dec. 2009.

• X. Zhang, T.M.T. Nguyen, G. Pujolle, "A Cross-layer Approach to Optimize the Performance of Concurrent Multipath Transfer in Wireless Transmission", 2nd IFIP Wireless Days Conference, Paris, France, November 2009.

• P.N. Tran, and N. Boukhatem, ”An Utility-based Interface Selection Scheme for Multi-homed Mobile Terminals”, Proceeding of the 20th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications Conference (PIMRC’2009) September, 2009.

• T. Cheneau, A. Boudguiga, M. Laurent-Maknavicius, " Amélioration des performances des adresses CGA et du protocole SEND: étude comparée de RSA et d'ECC/ECDSA ", 7ème conférence sur la Sécurité et Architectures Réseaux SAR-SSI 2009, Luchon, juin 2009, Best Paper Award.

• N.Abid, M. Laurent-Maknavicius, “A new Authentication Method based on Cryptographic Identifiers CGAs”, Rapport de recherche TELECOM & Management SudParis, 09-013 LOR, 2009

Publications 2010 • B. Liu, N. Boukhatem, and P. Martins, “New Efficient Cross-layer And Multihoming

Mechanisms At Layer-2 For Inter-RAT Handover Between UMTS And WiMAX”, submitted to Wireless Communications and Mobile Computing Journal, 2010

• Farhan H. Mirani, Minh Anh Tran, and Nadia Boukhatem, “ Data-scheduling Mechanism for Multi-homed Mobile Terminals with disparate link latencies”, in the proceddings of IEEE VTC2010 Fall, Ottawa, Canada, September 2010

• B. Liu, N. Boukhatem, P. Matins, and P. Bertin, “ Multihoming At Layer-2 For Inter-RAT Handover”, Proceeding of the 20th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications Conference (PIMRC’2010), September, 2010

• M. A Tran, P.N Tran, and N. Boukhatem, “Strategy game for flow/interface association in multi-homed mobile terminals”, in proceedings of the IEEE International Communications Conference (ICC’10), Cape Town, South Africa, May, 2010

• Farhan H. Mirani, M.A Tran, and N. Boukhatem, “Intelligent Data-striping: A Predictive Scheduling Mechanism”, 6th International Wireless Communications and Mobile Computing (IWCMC 2010), France, April 2010

• T. Cheneau, M. Laurent, " Étude des solutions de proxy Neighbor Discovery sécurisées et proposition basée sur la Signature Agility ", 5th Conf. on Network Architectures and Information Systems Security (Menton), SAR-SSI 2010, mai 2010

• A. Boudguiga, M. Laurent, “An ID-based Authentication Scheme For the IEEE 802.11s Mesh Network”, The 6th IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob 2010), Niagara Falls, Canada, ISBN 978-1-4244-7741-8, October 11-13, 2010.

Publications 2011

• Farhan H. Mirani, Mahmoud Kherraz, and Nadia Boukhatem, “Forward Prediction Scheduling: Implementation and Performance Evaluation”, submitted to IEEE ICT`2011, Ayia Napa, Cyprus, May 2011

• F.H. Mirani, X. Zhang, N. Boukhatem and T-M-T Nguyen, “Cross-layer FPS: A SCTP-based Cross-layer Data Scheduling Approach”, 5th IEEE Workshop on Personalized Networks (PerNets), Satellite Workshop of 8th IEEE Consumer Communications & Networking Conference (CCNC), Las Vegas, Nevada, USA, January 2011.

• X. Zhang, T.M.T. Nguyen and G. Pujolle, “Cooperative Mobility Management in Multihomed End-to-End Communications”, 4th IFIP/IEEE International Conference on New Technologies, Mobility and Security, Paris, France, February 2011.

Drafts IETF • T. Cheneau, M. Laurent, S. Shen, M. Vanderween, “ECC public key and

signature support in Cryptographically Generated Addresses (CGA) and in the secure Neighbour Discovery (SEND)“, draft cheneau-csi-ecc-sig-agility-01, Nov. 2009

• T. Cheneau, M. Laurent, S. Shen, M. Vanderveen, “Signature Algorithm Agility in the Secure Neighbor Discovery (SEND) Protocol”, draft-cheneau-csi-send-sig-agility-02, June 2010.

• T. Cheneau, M. Laurent, S. Shen, M. Vanderveen, “ECC public key and signature support in (SEND), draft-cheneau-csi-ecc-sig-agility-02, June 2010. Cryptographically Generated Addresses (CGA) and in the Secure Neighbor Discovery

• D. Migault “IPsec mobility and Multihoming requirements” draft-mglt-ipsec-mm-requirements-00

• D.Migault “Mobike eXtension for transport mobility and multihomed IKE-SA” draft-mglt-ipsec-mm-mobikex-00