Colloque «Télécommunicationsréseaux du futur et services»

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1 Colloque «Télécommunicationsréseaux du futur et services» Projet 3MING Mobilité Multi-technologie Multi-homing

2 Projet 3MING Mobilité Multi-technologie Multi-homing Durée: 33 mois de février 2008 à octobre 2010 Budget global : 2.31 M Partenaires :

3 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.

4 Organisation Etat de l art Scénarios de services Analyse des besoins Sélection d interfaces Association flux/interface Partage de charge Impacts terminal Mobilité et multi-homing Optimisation Multi-homing niveau 2 Impacts terminal Gestion des identifiants Interaction IPsec Réalisation et validation Dissémination

5 Gestion du multihoming Etat de l art Scénarios de services Analyse des besoins Sélection d interfaces Association flux/interface Partage de charge Impacts terminal Mobilité et multi-homing Optimisation Multi-homing niveau 2 Impacts terminal Gestion des identifiants Interaction IPsec Réalisation et validation Dissémination

6 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

7 Sélection d interfaces Trois interfaces : WiFi b, WiFi a, and WiMax a. Consommation d énergie respective : 1µJ/bit, 3µJ/bit and 20 µj/bit Trois applications: elastic application (FTP), rateadaptive application (CD-like audio streaming) 150 Kbps, Bande passante disponible : Cas 1 : b : 800, a : 100, a : 1000 Cas 2 : b : 100, a : 800, a : 1200 w =[ ] MADM méthode (SAW) et Siciu-utility based : privilégient la bande passante disponible Cas 1 : FTP application Cas 2 Streaming application

8 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

9 Association flux/interface Simulation du Nash Learning Algorithm Deux interfaces : Wi-Fi b et WiMAX a 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

10 Contributions Partage de charge Proposition d un mécanisme de scheduling efficace qui permet de réduire les ré-ordonnancements au niveau du récepteur. 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) 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)

11 Handover transparent Etat de l art Scénarios de services Analyse des besoins Sélection d interfaces Association flux/interface Partage de charge Impacts terminal Mobilité et multi-homing Optimisation Multi-homing niveau 2 Impacts terminal Gestion des identifiants Interaction IPsec Réalisation et validation Dissémination

12 Gestion de la mobilité Gestion de la mobilité coopérative La gestion de bout en bout entre les terminaux multiinterfaces Les messages de contrôle (binding updates) envoyés sur le chemin le plus court disponible Minimiser le temps de handover

13 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 MN CN App1 App2 App1 App2 SHIM6 SHIM6 IP11 IP12 IP21 IP22 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) 1. SHIM6 context establishment 2. SHIM6 context Update req/ Ack 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)

14 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 (MIH).

15 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

16 Sécurité et Identité Etat de l art Scénarios de services Analyse des besoins Sélection d interfaces Association flux/interface Partage de charge Impacts terminal Mobilité et multi-homing Optimisation Multi-homing niveau 2 Impacts terminal Gestion des identifiants Interaction IPsec Réalisation et validation Dissémination

17 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

18 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)

19 Réalisation et exploitation Etat de l art Scénarios de services Analyse des besoins Sélection d interfaces Association flux/interface Partage de charge Impacts terminal Mobilité et multi-homing Optimisation Multi-homing niveau 2 Impacts terminal Gestion des identifiants Interaction IPsec Réalisation et validation Dissémination

20 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

21 Démonstrateur gestion de la mobilité wlan0 Sub-path 2 eth0 Sub-path 1 hs0 Sub-path 3 (umts/gprs) Serveur Terminaux multi-interface Internet A UMTS g Internet B A GPRS g Internet B Ethernet Scénario 1: Ordinateur portable à trois interfaces (UMTS, g, Ethernet) communiquant avec le serveur Scénario 2: Téléphone OpenMoko à deux interfaces (GPRS, g) communiquant avec le serveur

22 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

23 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 3G Wi-Fi 3G Cellular Serveur FTP Linux/Open Source Wi-Fi

24 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

25 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 , expérimentation de l offloading avec des opérateurs. Orange Labs: Optimisation de l investissement réseau. Amélioration de l expérience utilisateur.

26 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.

27 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.

28 Annexe

29 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: /j.comcom , January 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 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 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 N. Abid, M. Laurent-Maknavicius, H. Chaouchi, Experimental experience with Host Identity Protocol (HIP), Rapport de recherche TELECOM & Management SudParis, LOR, 2008.

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

31 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 s Mesh Network, The 6th IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob 2010), Niagara Falls, Canada, ISBN , October 11-13, 2010.

32 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 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.

33 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 T. Cheneau, M. Laurent, S. Shen, M. Vanderveen, Signature Algorithm Agility in the Secure Neighbor Discovery (SEND) Protocol, draft-cheneaucsi-send-sig-agility-02, June T. Cheneau, M. Laurent, S. Shen, M. Vanderveen, ECC public key and signature support in (SEND), draft-cheneau-csi-ecc-sig-agility-02, June Cryptographically Generated Addresses (CGA) and in the Secure Neighbor Discovery D. Migault IPsec mobility and Multihoming requirements draft-mgltipsec-mm-requirements-00 D.Migault Mobike extension for transport mobility and multihomed IKE- SA draft-mglt-ipsec-mm-mobikex-00