Dr.-Ing. Faqir Zarrar Yousaf

Seamless Handover in Mobile IP-based Next Generation Networks
A Cross-Layer Solution for Ubiquitous Communication over Optimized Routes in IPv6 Networks

Um in zukünftigen, vollständig Internet-basierten Netzen unterbrechungsfreie Handover-Prozesse mit minimaler Verzögerungen und Paketverlusten realisieren zu können, wurde in der IETF (Internet Engineering Task Force) das Fast Mobile IPv6 (FMIPv6) Mobilitätsmanagement-Protokoll vorgeschlagen. Auch wenn sich wesentliche Leistungsparameter mit FMIPv6 gegenüber dem bekannten Mobile IPv6 (MIPv6) Protokoll verbessern lassen, sind verschiedene technische Probleme bisher nicht gelöst und behindern daher die breite Einführung des FMIPv6 in den Netzen der nächsten Generation.
In hier vorgelegte Arbeit werden verschiedene Lösungsansätze vorgestellt, die offene Probleme adressieren und zu einer substantiellen Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Handoverprozessen in IP-basierten Netzen führen. Die Leistungsfähigkeit der erarbeiteten Lösungsansätze wurde im Detail mit Hilfe simulativer und analytischer Methoden vergleichend evaluiert. Das Simulationsmodell wurde im Detail mit einem experimentellen Laboraufbau validiert. In Bezug auf die Minimierung der Paketverluste während der Erkundung von unmittelbar benachbarten Stationen konnte mit Hilfe des Vergleichs zweier Mechanismen, dem sog. Full Channel Iterative Scan (FCIS) und Single Channel Iterative Scan (SCIS) eine deutliche Verbesserung gezeigt werden. Diese Untersuchung führten zur Entwicklung eines neuartigen Mechanismus, mit dem Nachbarstationen in der weiteren Umgebung erfasst und damit frühzeitig erkannt werden können. Das sog. MHD-CARD (Multi-Hop Discovery- Candidate Access Router Discovery)-Protokoll reduziert die Belastung der ressourcenbeschränkten Luftschnittstelle und bietet weitere Möglichkeiten der schichtenübergreifenden Optimierung des Systems. Ein weiterer wesentlicher Beitrag dieser Arbeit ist der Entwurf und die Analyse eines neuartigen Verfahrens zur Reduktion der Netzlast während der Vorbereitung eines Handovers. Durch die proaktive Kommunikation mit dem zukünftigen Zugangsknoten unter Nutzung der Infrastruktur kann die Abhängigkeit des FMIPv6-Protokolls von der Geschwindigkeit der mobilen Stationen entkoppelt werden. Ein weiterer untersuchter Aspekt ist, dass in fortgeschrittenen Szenarien nicht nur die Bewegung einer einzelnen Station zu betrachten ist, sondern auch die Bewegung von Subnetzen mit mehreren Stationen (z.B. in einem Bus oder Zug). Das Problem der sog. Mobile Networks wird durch die IETF durch das NEMO (Network Mobility)-Protokoll grundsätzlich adressiert, jedoch ohne eine ausreichende Optimierung der Routenführung im Netz. Diese Problematik verstärkt sich im Falle von mehrfach ineinander verschachtelten mobilen Netzen (sog. Nested Mobile Networks) und führen zum sog. Pin-Ball-Routing Phänomen. Abschließend stellt die Arbeit daher die Ergebnisse hinsichtlich eines neu entworfenen Protokolls zur Optimierung des Routings. Durch die Ergebnisse der Leistungsbewertung kann gezeigt werden, das das NEMO-Protokoll mit Hilfe des NERON (Nest Route Optimization for NEMO) effizient ergänzt werden kann.
Im Rahmen der Arbeiten wurde u.a. eine umfangreiche ereignisgesteuerte Simulationsumgebung entwickelt, von der Teilergebnisse veröffentlicht und in der entsprechenden Entwicklercommunity eine sehr gute Resonanz gefunden haben. Besonders hervorzuheben ist weiterhin, dass das MHD-CAR wie auch NERON als Internet Draft formuliert und in die IETF-Standardisierungsarbeit eingespeist wurden. Die Ergebnisse der grundlegenden Arbeiten konnten in einem Forschungsprojekt zur mobilen Übertragung von vertraulichen Daten für Rettungskräfte im Brand- und Katastrophenschutz eingebracht werden. In der Zukunft werden die entwickelten Mechanismen auch im praktischen Einsatz Verwendung finden und in einem neuen Projekt IP-basierte Kommunikation zur Steuerung von Flugrobotern weiterentwickelt werden.