在異質性無線網路間跨系統之漫遊｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	洪偉懷 Wei-Huai Hung
論文名稱：	在異質性無線網路間跨系統之漫遊 Intersystem Roaming in Heterogeneous Wireless Networks
指導教授：	陳志成 Jyh-Cheng Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 資訊工程學系 Computer Science
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	英文
論文頁數：	36
中文關鍵詞：	異質性無線網路、跨系統漫遊、第三代行動通訊網路、無線區域網路
外文關鍵詞：	Mobile IPv4, Mobile IPv6, NAT-PT, 6to4 automatic tunnel
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無線區域網路與第三代行動通訊網路皆提供使用者封包交換服務，兩者相較，第三代行動通訊網路的封包交換服務，提供較寬廣的服務範圍，而無線區域網路則擁有較高的資料傳輸速度，因此，兩者在功能上具有互補性，因此，未來的無線網路預期將會由無線區域網路與第三代行動通訊網路並行互補。
隨著封包交換服務用戶的增加，現行的IPv4網路面臨IP位址不足的問題，而IPv6網路的建置預期能解決該問題，但在網路尚未完全支援IPv6的過渡期間，IPv4與IPv6將共存並行於無線區域網路與第三代行動通訊網路中。
無線網路的使用者具備一邊移動一邊使用服務的能力，因此，使用者在使用封包交換服務的期間，可能會在無線區域網路與第三代行動通訊網路間，進行IPv4與IPv6的跨系統漫遊。在異質性無線網路間跨系統之漫遊，能夠讓使用者選擇適當的無線網路來存取封包交換服務，讓使用者享有寬廣的服務範圍以及高速的資料傳輸速度。
本論文針對使用者在第三代行動通訊網路(包含3GPP以及3GPP2)與無線區域網路共存的異質性無線網路間，進行IPv4、IPv6跨系統漫遊的各種組合情況，提出一套完整的漫遊機制，該機制在保留各異質性無線網路系統架構的前提下，整合了Mobile IPv6、NAT-PT以及6to4 automatic tunnel，讓使用者在移動的同時，能夠選擇適當的無線網路，並可維持通訊中的連線，使用者即使在漫遊之後，也能夠繼續進行原有的通訊，不需與通訊對方重新建立連線。本論文在linux上實作出所提出來的漫遊機制，並實際應用於遠端監控服務中，用來證實所提出漫遊機制的正確性以及實用性。

Future network environment is expected to have IPv4 and IPv6 coexisted in 3GPP, 3GPP2, and WLANs. This thesis presents a roaming mechanism to achieve intersystem roaming between IPv4 and IPv6 in heterogeneous wireless networks including 3GPP, 3GPP2, and WLANs. The proposed mechanism integrates Mobile IPv6, Network Address Translation - Protocol Translation (NAT-PT), and 6to4 automatic tunnel to achieve the objective of intersystem roaming in heterogeneous wireless networks. Mobile IPv6 is improved to be adaptive to IPv4 network. The 6to4 automatic tunnel simplifies the complexity of tunnel configuration. Moreover, the NAT-PT avoids the overhead of tunnel to have high bandwidth utilization. The proposed mechanism keeps the network architectures of heterogeneous wireless networks unchanged. Therefore, it is suitable for emerging wireless networks, for example, IEEE 802.16. A testbed is constructed. The proposed mechanism is implemented under Linux. It enables users to enjoy high data transmission rate and large service coverage. It also provides users with the ability of maintaining communicating sessions even after roaming.

Contents
Abstract : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : iii
Acknowledgements : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : iv
List of Tables : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : vii
List of Figures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : viii
Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1
1. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Background : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4
1. Mobile IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Network Address Translation - Protocol Translation . . . . . . . . . . . . . 5
3. 6to4 automatic tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4. Pakcet Switching of 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5. Packet Switching of 3GPP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Related Work : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 10
1. Intersystem Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1. Based on Mobile IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. Based on Mobile IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. Roaming in Heterogeneous Wireless Networks . . . . . . . . . . . . . . . 12
Proposed Roaming Mechanism : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 14
1. Assumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2. Signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1. Intersystem Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2. Heterogeneous Network Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3. Data Packet Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1. Intersystem Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2. Heterogeneous Network Roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4. Advantages of Proposed Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Testbed and Experiment : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 28
1. Implimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2. Testbed Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3. Experimental Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4. Signaling Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5. Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Conculsion : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34
Bibliography : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 35
List of Tables
1. Symbols of signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2. Signaling of intersystem roaming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3. Packet lter rules and handle methods in MN . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4. Packet lter rules and handle methods in HA . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1. Roaming scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
List of Figures
1. NAT-PT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. 6to4 automatic tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3. 6to4 address format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
4. Packet switching of 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5. Packet switching of 3GPP2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1. Roaming mechanism concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. Tight coupling and loose coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1. Signaling in 3G network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2. Roaming from IPv6 to IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3. Roaming from IPv6 to IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4. Roaming from IPv4 to IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5. Roaming from IPv4 to IPv4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
6. Packets handling while MN and CN are belonging to 3GPP2 . . . . . . . . 27
1. Function blocks of MN and HA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2. Testbed architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3. Signaling cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4. Real-time multimedia communication and remote control . . . . . . . . . . 33
5. Demo house . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

                                

[1] “The 3rd generation partnership project (3gpp).” http://www.3gpp.org.
[2] “3rd generation partnership project 2 (3gpp2).” http://www.3gpp2.org.
[3] D. Johnson, C. Perkins, and J. Arkko, “Mobility Support in IPv6.” IETF RFC 3775,
June 2004.
[4] C. Perkins, “IP Mobility Support for IPv4.” IETF RFC 3344, Aug. 2002.
[5] A. K. Salkintzis, C. Fors, and R. Pazhyannur, “WLAN-GPRS Integration for Next-
Generation Mobile Data Networks,” Oct. 2002.
[6] G. Tsirtsis and P. Srisuresh, “Network Address Translation - Protocol Translation
(NAT-PT).” IETF RFC 2766, Feb. 2000.
[7] B. Carpenter and K. Moore, “Connection of IPv6 Domains via IPv4 Clouds.” IETF
RFC 3056, Feb. 2001.
[8] P. Srisuresh and K. Egevang, “Traditional IP Network Address Translator (Traditional
NAT).” IETF RFC 3022, Jan. 2001.
[9] E. Nordmark, “Stateless IP/ICMP Translation Algorithm (SIIT).” IETF RFC 2765, Feb.
2000.
[10] G. Tsirtsis and H. Soliman, “Dual Stack Mobile IPv4.” <draft-tsirtsis-v4v6-mipv4-
00.txt>, Aug. 2003.
[11] S. Yamamoto, H. Yokota, C. Williams, and M. Parthasarathy, “Mobile IPv6 Node
traversal of IPv4 subnets using automatic tunnels.” <draft-yamamoto-mipv6nodev4trav-
00.txt>, Feb. 2004.
[12] H. Soliman and G. Tsirtsis, “Dual Stack Mobile IPv6.” <draft-soliman-v4v6-mipv6-
00.txt>, Mar. 2004.
[13] F. Templin, T. Gleeson, M. Talwar, and D. Thaler, “Intra-Site Automatic Tunnel Addressing
Protocol (ISATAP).” <draft-ietf-ngtrans-isatap-16.txt>, Oct. 2003.
[14] “Mobile ipv6 for linux (mipl).” http://www.mobile-ipv6.org/.
[15] “Videoconferencing tool (vic).” http://www-mice.cs.ucl.ac.uk/multimedia/software/vic/.

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