Améliorations basées sur MIPv6 et ses extensions

Plusieurs études ont révélé que de manière générale, les protocoles FMIPv6 et PMIPv6 améliorent de façon significative les performances du réseau, comparativement au protocole MIPv6. Cependant, les protocoles dont le fonctionnement met en oeuvre des relèves anticipées (fast handover) connaissent des performances quelque peu amoindries lorsqu’ils sont utilisés dans un contexte à fort taux de mobilité avec utilisation des applications temps réel [22]. En se basant sur les récentes avancées technologiques liées à la virtualisation, le protocole FMIPv6 et les améliorations qui lui ont été apportées peuvent potentiellement résoudre plu- sieurs problèmes de gestion de la mobilité dans les réseaux 5G [22]. Ces améliorations visent plusieurs aspects soit en améliorant le fonctionnement du protocole, en ajoutant de nouvelles fonctionnalités ou en procédant à des modifications en vue de renforcer son niveau de sécurité.

Les améliorations dites fondamentales, se rapportent à la version native du protocole FMIPv6 et visent à améliorer les sous-étapes ou phases de son processus général de fonctionnement. Dans [71], la phase d’anticipation de la relève a été améliorée par l’introduction d’un module d’apprentissage permettant d’enregistrer l’historique des positions occupées (trajectoire du mouvement) par le MN. Ce module permet de prédire la localisation du MN lors des relèves subséquentes. De façon similaire, dans [72], un protocole basé sur le système GPS (Global Positionning System) permet à chaque MN de transmettre périodiquement sa position à une unité de contrôle de mobilité (mobility controller, MC). Selon ce protocole, l’unité de contrôle permet d’informer le MN de sa prochaine position lors de ses déplacements. Le protocole proposé dans [73] utilise la radio-fréquence (RFID) comme mécanisme de détection du mouvement du MN. Cette approche favorise une utilisation judicieuse de la bande passante du réseau, en plus de réduire les délais additionnels de signalisation engendrés par les messages de sollicitation nécessaires au fonctionnent de FMIPv6.

Le mécanisme d’anticipation de relève permet de réduire considérablement le temps d’exé- cution total. Dans le but d’anticiper au niveau L2 l’exécution des déclencheurs, un protocole de prédiction du niveau du signal (RSS) est proposé dans [74]. Dans [75], un mécanisme adaptatif du seuil de déclenchement des relèves en fonction du niveau du niveau du signal (RSS) est proposé. L’ajustement se fait en considérant la vélocité du MN en vue du déclen- chement de la relève. Une approche similaire est proposée dans [76]. Cependant, le gain de l’antenne de transmission ainsi que le rayon de couverture de la cellule sont considérées en plus de la vélocité du MN. Cette proposition évalue de manière anticipée, le niveau de signal

attendu à la périphérie de la cellule afin d’amorcer la procédure de relève. Suivant cette même philosophie, [77] propose que les déclencheurs de relève au niveau L2 soient remplacés par des algorithmes de prédiction basés sur des algorithmes de forage de données, en utilisant l’historique des mouvements du MN. En exploitant cette information, l’algorithme prédit la prochaine localisation (position) du MN en vue d’anticiper la relève.

Considérant que l’établissement et le maintient des tunnels de communication entre le PAR et le NAR lors des relèves constitue une source potentielle de la dégradation de performance (perte de paquets, surcharge de signalisation), la solution proposée dans [78] introduit un mécanisme anticipé d’établissement du tunnel de communication entre les routeurs d’accès du réseau. Ultimement, cette approche permet de négocier d’avance les caractéristiques des tunnels de redirection de trafic tels que le niveau de sécurité, les méthodes de cryptage des données afin d’améliorer les performances globales du protocole. Une optimisation de route proactive est proposée dans [79]. Cette approche suggère qu’en plus de produire le nCoA, le MN produise également générer deux jetons t1 et t2. Ces deux jetons sont transmis au CN a travers deux chemins distincts en transitant (pour t1) par le HA et par NAR (pour t2). Le CN vérifie pour les deux jetons reçus la nouvelle adresse configurée par le MN, le nCoA. Des lors, le CN accuse réception de la mise a jour de localisation, en transmettant un accusé de réception directement au NAR.

Dans la version native de FMIPv6, le PAR cesse de transmettre des paquets au MN aussitôt qu’il reçoit le paquet de type FBU (Fast Binding Update). Tout le trafic destiné au MN est dès lors, placé dans un tampon. Cependant, dans la pratique, le MN pourrait être capable de maintenir un lien avec le PAR pendant une période significative même après avoir envoyé ledit message FBU [22]. Cela peut donc engendrer une latence de relève significative. Afin de remédier à ce problème, un mécanisme de bi-diffusion (bicasting) est introduit dans [80]. Suivant ce mécanisme, le PAR conserve dans sa mémoire tampon non seulement le trafic entrant destiné au MN, mais envoie également une copie de chaque paquet à ce dernier sur son lien sans fil, même après réception du message FBU [22]. Lorsque le tunnel de communication entre les routeurs PAR et NAR est déjà établi, les paquets peuvent également être retransmis vers NAR.

Certaines modifications ont été apportées au protocole FMIPv6 afin de lui rajouter des nou- velles fonctionnalités. Le protocole FMIPv6 peut faciliter le transfert du contexte de QoS du MN vers le NAR avant que le MN ne s’y attache. Ce contexte peut être transmis par le biais des messages HI/HAck transmis par le PAR. Par conséquent, le NAR ayant reçu les informations du contexte de QoS du MN en avance sera donc capable d’allouer les res- sources nécessaires suite aux relèves [22]. A cet effet, un mécanisme d’allocation dynamique

de ressources est introduit dans [81] et [82] en vue de procéder à une gestion adaptative des ressources du réseau pour améliorer son utilisation. Un mécanisme similaire [83] repose sur une entité centrale du réseau appelé Domain Resource Manager (DRM), chargée de la gestion des ressources dans un domaine administratif particulier. Le MN au moment de la relève doit coordonner l’allocation de ressource avec le DRM. Contrairement à l’approche de réservation de ressource au niveau du NAR, le support de la qualité de service de bout-en-bout dans le réseau a également aussi reçu de l’attention. Le protocole CXTP (Context Transfer Pro- tocol) de l’IETF [84] permet de transférer le contexte de mobilité du MN du PAR vers le NAR durant une relève. Afin de supporter la QoS de bout-en-bout, le protocole CXTP a été optimisé dans [85]. Ainsi, le message CTD (context transfert data) a été étendu par l’ajout d’une en-tête de transfert de données afin de procéder à une réservation de ressource tout le long du chemin du PAR vers le NAR, en passant par les nœuds intermédiaires.

Outre les modifications apportées au protocole FMIPv6, plusieurs contributions se sont consa- crées à l’amélioration des performances du protocole PMIPv6. Dans [86], une solution de relève localisée est proposée dans le but de résoudre, dans l’architecture de PMIPv6, le pro- blème de goulot d’étranglement qui se pose au niveau du LMA. La solution proposée tient également compte d’un mécanisme d’optimisation de route en faisant usage à la fois de méca- nismes de relève rapide ainsi que d’une architecture hiérarchique. L’architecture proposée gère ainsi les relèves sans l’intervention du LMA. Cependant, ce mode de fonctionnement se fait au détriment des MAGs qui se retrouvent ainsi surchargés par la gestion des communications ainsi que le trafic de signalisation. La solution proposée dans [87] est basée sur les grappes (clusters). Le domaine local est divisé en sous-domaines qui constituent les grappes. Chaque grappe comprend un certain nombre de MAGs, avec un MAG élu en tant que tête de grappe. Ce partitionnement réduit la charge sur le LMA, en introduisant des relèves intra-cluster au niveau local qui permettent d’optimiser le chemin de communication en plus de réduire le taux de perte de paquets. Dans le but de réduire la durée des relèves ainsi que le taux de perte de paquets, un protocole combinant des relèves rapides et locales dans le contexte de PMIPv6 appelé FLPMIPv6 (Fast and Local PMIPv6) est proposé dans [88]. Cette solution nécessite l’intervention du MN en faisant usage des protocoles FMIPv6 et MIH. Lors d’une relève, le MN utilise MIH afin d’informer son MAG précédent des différents points d’attaches candidats. Ce dernier procède ensuite à la mise en œuvre de la signalisation de relève avec le MAG de destination. Néanmoins, cette approche nécessite de procéder à des modifications dans la pile de protocoles du MN. En réutilisant aussi le protocole MIH, la solution proposée dans [89] procède à une bi-diffusion des paquets entre les MAGs impliqués dans la relève. Selon cette approche, la relève est initiée par le MN qui signale au MAG précédent son inten- tion de relève. Ce dernier initialise la signalisation de relève avec le MAG de destination, qui

à son tour procède à l’enregistrement du MN auprès du LMA. Le LMA après cette opération procède à la bi-diffusion des paquets aux deux MAGs. Cette approche a le mérite de réduire le taux de perte de paquets ainsi que les délais de relève, cependant, il induit une forte charge de signalisation due à la bi-diffusion des paquets. En combinant les avantages des deux pro- tocoles FHMIPv6 (Fast Hierarchical MIPv6) et FPMIPv6 (Fast Proxy MIPv6), le protocole PFHMIPv6 (Proxy-based Fast Handover for Hierarchical Mobile Ipv6) [90] réduit à la fois le coût de la signalisation ainsi que le taux de perte de paquets lors des relèves. Cependant, PFHMIPv6 a hérité du problème des prédictions de relèves erronées du protocole FPMIPv6. Les travaux présentés dans [22] et [91] décrivent de manière détaillées, plusieurs modifications apportées au protocole MIPv6 et ses extensions.