Беспроводной мобильный Интернет. Архитектура, протоколы и сервисы

Предисловие
Выражение признательности Часть I
Беспроводной доступ к сети Интернет
Глава 1. Введение в технологию беспроводного
мобильного Интернета
1.1. Телекоммуникационные технологии
1.1.1. Телекоммуникации: проводные,
беспроводные и сотовые 1.1.1.1 Методы
множественного доступа
1.1.1.2. Сотовая мобильная связь
1.1.2. Сеть Интернет: стационарная,
беспроводная и мобильная
1.2. Тенденции на пути к беспроводному
Интернету
1.2.1. Методы доступа: фиксированный и
мобильный
1.2.2. Расширение использования сети Интернет
1.2.3. Телекоммуникационные услуги для всех
1.2.4. Распространение технологий сотовой
мобильной связи
1.2.5. Телекоммуникационный трафик: передача
речи, данных и мультимедиа
1.2.6. Трафик мобильного Интернета
1.3. Требования к беспроводному Интернету
1.3.1. Расширение сети Интернет за счет
мобильности
1.3.2. Технические характеристики Интернет-
соединения и качество услуг (QoS)
1.3.3. Изменения в Интернет-протоколах
1.3.4. Аутентификация, авторизация и учет
(AAA - Authentication, authorization and accounting)
1.3.5. Управление ресурсами
1.3.6. Изменение сетевой архитектуры
1.4. Общая структура книги Литература
Глава 2. Беспроводные сотовые сети передачи
данных
2.1. Введение
2.1.1. Коммутация каналов
2.1.2. Коммутация пакетов
2.1.3. Сети доступа
2.1.4. Базовая сеть
2.2. Службы передачи данных в сотовых
системах второго поколения (2G)
2.2.1. Пакетная цифровая передача данных по
сотовой сети (CDPD)
2.2.2. Система высокоскоростной передачи
данных по коммутируемым каналам (HSCSD)
2.3. Последние усовершенствования сотовых
сетей для передачи данных
2.3.1. Протокол приложений для беспроводной
связи (WAP)
2.3.2. Технология i-mode
2.3.3. Свобода мультимедийного доступа
(FOMA)
2.4. Органы по стандартизации
2.4.1. Международный союз телекоммуникаций
(ITU)
2.4.2. Европейский институт
телекоммуникационных стандартов
2.4.3. Форум Универсальной системы мобильной
связи (UMTS Forum)
2.4.4. Проект сотрудничества третьего
поколения (3GPP)
2.4.5. Проект 2 сотрудничества третьего
поколения (3GPP2)
2.4.6. Комитет по инженерным вопросам сети
Интернет (IETF)
2.4.7. Форум мобильного беспроводного
Интернета (MWIF)
2.5. Заключение Литература
Глава 3. Мобильные сотовые сети
3.1. Глобальная система мобильной связи (GSM)
3.1.1. Архитектура системы GSM
3.1.2. Распределение полосы частот в системе
GSM
3.1.3. Каналы управления и каналы трафика в
системе GSM
3.1.4. Возможности системы GSM
3.1.5. Архитектура сети GSM
3.1.6. DCS1800 и PCS1900
3.2. Пакетная радиосвязь общего пользования
(GPRS)
3.2.1. Архитектура GPRS
3.2.2. Новые маршрутизаторы GPRS
3.2.3. Сигнализация в GPRS
3.2.4. Управление мобильностью GPRS
3.3. Усовершенствованная служба
универсальной пакетной радиопередачи (EGPRS)
3.3.1. Система EGPRS фазы 1
3.3.2. Система EGPRS фазы 2
3.4. Универсальная система мобильной связи
(UMTS)
3.4.1. Эволюция на всех логических уровнях
3.4.2 Архитектура сети UMTS
3.4.3. Опорная сеть и сеть радиодоступа в
системе UMTS
3.4.4. Режимы работы UMTS
3.4.5. Сетевой протокол UMTS
3.4.5.1. Физический уровень
3.4.5.2. Уровень управления доступом к среде
3.4.5.3. Уровень управления радиолинией
3.4.5.4. Уровень протокола конвергенции
пакетных данных
3.4.5.5. Уровень управления радиоресурсами
3.4.6. Архитектура открытых сервисов UMTS
3.4.6.1 Элементы VHE
3.4.6.2. Спецификации SCS в среде VHS
3.5. Заключение Литература
Глава 4. Сети мобильной связи будущего
4.1. Технология IMT-2000
4.1.1. Семейство стандартов IMT-2000
4.1.2. Система cdma2000
4.1.3. Гармонизация стандартов IMT-2000
4.2. Пост 3G-системы
4.2.1. Мобильные системы 4G:
взаимодействующие сети
4.2.2. Сети all-IP
4.2.3. Модульный подход к мобильным сетям 4G
4.2.4. Форум по проблемам беспроводного
мобильного Интернета (MWIF)
4.3. Приложения будущей технологии
мобильного Интернета
4.3.1. Общие приложения Интернета
4.3.2. Приложения, предназначенные только
для мобильной среды
4.4. Многоуровневая архитектура будущей
мобильной сети Интернет
4.4.1. Подход к технологии мобильного
Интернета
4.4.2 Многоуровневая архитектура
4.4.3. Уровень сетевого управления
4.4.3.1. Управление мобильностью
4.4.3.2. Управление трафиком
4.4.3.3. Управление качеством обслуживания
4.5. Заключение Литература
Часть II
Фундаментальные вопросы беспроводных сетей IP
Глава 5. Качество обслуживания в мобильной
среде
5.1. Определение понятия"Качество
обслуживания" QoS
5.1.1. Требования QoS на уровне пользователя
5.1.2. Требования к QoS, диктуемые
технологией и параметрами сети
5.1.3. Корреляция параметров QoS
5.2. Гарантия качества услуг в сетях IP
5.2.1. Классификация пакетных данных
5.2.2. Изоляция пакетов
5.2.3. Эффективное управление сетевыми
ресурсами
5.2.4. Управления нагрузкой трафика
5.2.5. Краткие выводы
5.3. Решения по обеспечению качества
обслуживания в сети Интернет
5.3.1. Интегрированное обслуживание (IntServ)
5.3.2. Дифференцированное обслуживание
(DiffServ)
5.3.3. Сравнение между IntServ и DiffServ
5.3.4. IntServ через DiffServ
5.4. Обеспечение качества обслуживания в
сотовых сетях
5.4.1. Поддержка QoS в сети GPRS
5.4.2. Поддержка QoS в системе UMTS
5.5. Организация обеспечения QoS в
мобильных сетях
5.6. Выводы Литература
1Лава 6. Моделирование трафика беспроводных
сетей IP
6.1. Введение
6.1.1. Нарождающиеся тенденции изменения
трафика мобильных систем следующего поколения
6.1.2. Важность моделирования трафика
6.1.3. Критерии моделирования трафика
6.2. Модели Пуассона и Маркова
6.2.1. Ограниченность моделей Пуассона и
Маркова в моделировании трафика
6.2.2. Необходимость появления новых моделей
трафика
6.3. Характеристики развивающегося
сетевого трафика
6.3.1. Распределение с "тяжелым хвостом"
(heavy tailed distribution)
6.3.1.1. Распределение Парето
6.3.1.2. Распределение Вейбулла
6.3.2. Самоподобный трафик
6.3.2.1. Показатели самоподобного трафика
6.3.2.2. Описание самоподобного трафика
6.3.3. Фрактальный трафик
6.3.4. Долговременная корреляция(LRD - long-
range dependence)
6.3.5. Приемлемость самоподобной
характеристики и долговременной корреляции
6.4. Модели самоподобного трафика и
трафика с долговременной корреляцией
6.4.1. Модели традиционного трафика
6.4.1.1. Пуассоновская модель
6.4.1.2. Модель Маркова
6.4.1.3. Модулированный процесс Маркова
6.4.2. Современные и будущие модели
6.4.2.1. Жидкостная модель трафика (fluid traffic
model)
6.4.2.2 Самоподобная модель
6.4.2.3. Модели долговременной корреляции
6.4.3. Модели трафика для приложений сети
Интернет
6.4.3.1. Трафик электронной почты (e-mail)
6.4.3.2. Трафик WWW
6.4.3.3. Трафик FTP
6.5. Модели трафика с долговременной и
кратковременной корреляцией
6.5.1. Модели самоподобного трафика
6.5.2. Модели трафика с долговременной
корреляцией
6.6. Заключение Литература
1лава 7. Управление трафиком в беспроводных
сетях IP
7.1. Введение
7.2. Контроль допуска
7.2.1. Контроль допуска на основе параметров
7.2.1.1. Детерминистский контроль допуска
7.2.1.2. Стохастический контроль допуска
7.2.1.З. Недостатки методов контроля допуска на
основе параметров
7.2.2. Контроль допуска на основе измерений
7.2.2.1. Преимущества метода MBAC
7.2.2.2. Недостатки метода M BAC
7.2.3. Параметры качества обслуживания
7.3. Беспроводные сети IP
7.3.1. Сети беспроводного доступа
7.3.2. Беспроводная локальная сеть стандарта
IEEE 802.11
7.3.2.1. Основная структура беспроводной сети
7.3.2.2. Конфигурации беспроводной сети
7.3.3. Уникальные характеристики
беспроводных локальных сетей
7.3.3.1. Характеристики физического канала
7.3.3.2. Мобильность пользователей
7.3.3.3. Различные требования QoS
7.3.3.4. Предложения IETF по приложениям
реального времени
7.3.4. Контроль допуска в беспроводных IP-
сетях
7.4. Контроль допуска на основе измерений -
MBAC
7.4.1. Оценка нагрузки сети
7.4.1.1. Простое суммирование
7.4.1.2. Суммирование измерений
7.4.1.3. Зона приема
7.4.1.4. Эквивалентная полоса пропускания
7.4.2. Параметры измерений
7.4.2.1. Период выборки
7.4.2.2. Размер окна измерений
7.4.2.3. Оценка средней интенсивности входного
потока
7.4.3. Возможные источники ошибок
7.4.3.1. Ошибка оценки параметров
7.4.3.2. Неправильное решение допуска
7.4.4. Приемлемость MBAC для беспроводных
IP-сетей
7.5. Реализация контроля допуска на основе
измерений (MBAC)
7.5.1. Базовая модель сети
7.5.2 Характеристики беспроводных IP-сетей
7.5.3. Имитационное моделирование
7.5.3.1. Структура имитационного моделирования
7.5.3.2. Критерии допуска
7.5.3.3. Процедура MBAC
7.6. Параметры управления трафиком
7.6.1. Выбор параметров
7.6.1.1. Коэффициент формы кривой
распределения Парето
7.6.1.2. Период выборки
7.6.1.3. Размер окна измерений, T232
7.6.1.4. Другие допущения, использованные при
моделировании
7.6.1.5. Обоснование подхода на основе
измерений
7.6.2. Проверка результатов имитационного
моделирования
7.7. Сравнение методов резервирования с
методами приоритетности
7.7.1. Без резервирования и установления
приоритетности
7.7.1.1. Без толерантности к задержке
7.7.1.2. Включение параметра толерантности к
задержке
7.7.1.3. Влияние "жадных" пользователей
7.7.2. Резервирование
7.7.2.1. Без толерантности к задержке
7.7.2.2. Введение параметра толерантности к
задержке
7.7.3. Приоритетность
7.7.3.1. Без толерантности к задержке
7.7.3.2. Применение толерантности к задержке
7.7.4. Сравнение методов приоритетности и
резервирования
7.7.4.1. Без толерантности к задержке
7.7.4.2. Введение толерантности к задержке
7.8. Выводы Литература
1Лава 8. Мобильность в сотовых сетях
8.1. Введение
8.2. Модели мобильности
8.2.1. Модели топологии сети
8.2.1.1. Регулярная топология
8.2.1.2. Нерегулярная топология
8.2.2. Модели движения
8.2.2.1. Жидкостная модель
8.2.2.2. Модель случайного движения
8.2.2.3. Марковская модель (первого порядка)
8.2.2.4. Модель конечного контекста
8.2.2.5. Гауссовско-марковская модель
8.2.2.6. Функционально-ориентированная модель
8.2.2.7. Модель кратчайшего расстояния
8.2.2.8. Трассы мобильности
8.2.3. Модели времени удержания ячейки
(residence time model)
8.2.3.1. Длительность неограниченного сеанса
8.2.3.2. Время удержания канала
8.2.3.3. Среднее количество передач
обслуживания на один вызов
8.2.4. Модели поступления вызова (call-arrival
models)
8.3. Методы контроля местоположения
8.3.1. Стратегии обновления данных о
местоположении
8.3.1.1. Метод обновления данных
местоположения на основе зоны
8.3.1.2. Метод обновления данных
местоположения на основе зоны трех размещений
8.3.1.3. Метод обновления данных
местоположения на основе профиля (Profile-based)
8.3.1.4. Метод вероятностного положения
(Probabilistic location)
8.3.1.5. Метод на основе компрессии
(Compression-based)
8.3.1.6. Метод на основе установления порогов
(Threshold assignation)
8.3.1.7. Метод на основе состояния (State-based)
8.3.1.8. Метод на основе установления
адаптивного к нагрузке порога
8.3.1.9. Метод на основе направления (Direction-
based)
8.3.1.10. Метод на основе фильтра Калмана (Kalman
filter-based)
8.3.1.11. Метод на основе адаптируемого
расстояния (Adaptive distance-based)
8.3.1.12. Метод на основе регистрации
динамичного положения (Dynamic location register)
8.3.1.13. Метод на основе прогнозируемого
расстояния (Predictive distance-based)
8.3.1.14. Метод на основе вида деятельности
(Activity-based)
8.3.2. Поисковый вызов (пейджинг)
8.3.2.1. Опрос с сигналами гашения (blanking
polling)
8.3.2.2. Последовательный поисковый вызов
8.3.2.3. Выборочный поисковый вызов (Selective
paging)
8.3.2.4. Секционный поисковый вызов (Sectional
paging)
8.3.3. Заключительные комментарии
8.3.3.1. Метод продвижения (переадресация)
указателя (Pointer forwarding scheme)
8.3.3.2. Метод привязки положения (Location
anchoring scheme)
8.3.3.3. Тиражирование профиля пользователя
(User profile replication)
8.4. Аналитические основы управления
локализацией
8.4.1. Факторы, влияющие на
производительность системы
8.4.1.1. Определение эксплуатационных затрат
8.4.1.2. Характеристики вызова и мобильности
8.4.1.3. Ограничение по задержке поискового
вызова
8.4.2. Функция общих затрат
8.4.2.1. Анализ чувствительности
8.4.3. Затраты на обновление данных о
местоположении
8.4.3.1. Метод расчета на основе Марковской
модели
8.4.3.2. Анализ на основе Марковской модели для
двухмерной топологии
8.4.3.3. Модифицированная аналитическая основа
для двухмерной топологии
8.4.4. Установление оптимальной границы
8.4.4.1. Динамическое установление
оптимального LA в двухмерной топологии
8.4.4.2. Поисковый вызов на основе
состояния/регистрация: жадный (поглощающий)
метод:
8.4.4.3. Алгоритм обновления местоположения на
основе адаптивного расстояния
8.4.5. Затраты на операции поискового вызова
8.4.5.1. Количество сигналов поискового вызова
8.4.5.2. Средняя задержка
8.4.6. Алгоритмы разделения (Partition
algorithms)
8.4.6.1. Метод разделения по принципу"сначала
кратчайшие расстояния"
8.4.6.2. Метод выборочного поискового вызова
8.4.6.3. Метод разделения по принципу: сначала
наиболее вероятные
8.4.6.4. Метод оптимального разделения 8.5.
Выводы
Литература
1Лава 9. Транспортные протоколы для
беспроводных сетей IP
9.1. Введение
9.2. Общее представление о протоколе TCP
9.2.1. Архитектура TCP/IP
9.2.2. Основные возможности протокола TCP
9.2.3. Структура сегмента TCP
9.2.4. Управление потоком в TCP
9.2.5. Механизм тайм-аута TCP
9.2.6. Контроль перегрузки в TCP
9.2.7. Некоторые заключения по протоколу TCP
9.3. Протокол управления передачей (TCP)
для беспроводных каналов
9.3.1. Изучение проблемы
9.3.2. Ожидаемая производительность TCP в
беспроводных каналах
9.3.3. Усовершенствования TCP
9.4. Протокол ELN- ACK
9.4.1. Новая форма подтверждения приема
пакета 9.4.2 Новый агент на базовой станции
9.4.3. Процедура, выполняемая отправителем
TCP
9.5. Оценка производительности
9.5.1. Имитационная среда
9.5.2. Оценка производительности
9.5.3. Оценка параметра задержки
9.5.4. Эффективность функционирования окна
перегрузки
9.6. Протоколы управления передачей для
сотовых сетей
9.7. Выводы Литература
1лава 10. Протокол Internet для беспроводных
сетей IP
10.1. Введение
10.2. Общее представление о протоколе
Internet
10.2.1. Иерархическая маршрутизация в сети
Интернет
10.2.1.1. Протокол маршрутной информации (RIP)
10.2.1.2. Протокол первоочередного открытия
кратчайших расстояний (OSPF)
10.2.1.3. Протокол внутреннего шлюза
маршрутизации (IGRP)
10.2.1.4. Пограничный сетевой протокол (BGP)
10.2.2. Протокол управляющих сообщений в сети
Интернет (ICMP)
10.2.3. Основные возможности протокола Internet
10.2.3.1. Классовая и бесклассовая адресация
10.2.3.2. Фрагментация и повторная сборка IP-
дэйтаграмм
10.3. Протокол Internet, версия 6 (IPv6)
10.3.1. Мотивировки для разработки IPv6
10.3.2. Формат заголовка IPv6
10.3.3. Эволюция протокола IP
10.3.3.1. Подход с двумя стеками (dual-stack)
10.3.3.2. Подход с инкапсуляцией 10.3.4 Состояние
разработок IPv6 на текущий момент
10.3.4.1. Поддержка поставщиков
10.3.4.2. Поддержка со стороны пользователей
10.3.5. Беспроводной доступ к среде: направление
для развития IPv6
10.4. Протокол Mobile IP
10.4.1. Общее представление о протоколе
10.4.1.1. Регистрация
10.4.1.2. Туннельный переход и маршрутизация
10.4.2. Вопросы эффективности
функционирования Mobile IPv4
10.4.2.1. Управление локализацией
10.4.2.2. Управление маршрутизацией
10.4.2.3. Управление процессом передачи
обслуживания (эстафетной передачи)
10.4.3. Протокол Mobile IPv6
10.4.4. Передача обслуживания в Mobile IPv6
(хэндовер)
10.4.4.1. Передача обслуживания, контролируемая
c мобильного узла
10.4.4.2. Передача обслуживания, контролируемая
сетью
10.4.5. Иерархические агенты мобильности
10.5. Протоколы Cellular IP и HAWAII
10.5.1. Протокол Cellular IP
10.5.2. Сеть HAWAII
10.5.3. Сравнение протокола Cellular IP с HAWAII
10.6. Заключение Литература
Часть III
Специальные вопросы беспроводных сетей IP
1Лава 11. Перспективы развития беспроводных
сетей IP
11.1. Передача пакетных данных 11.1.1
.Уровень доступа
11.1.2. Канальный уровень
11.1.3. Сетевой уровень
11.1.4. Уровень обеспечения безопасности
11.2. Передача пакетных данных -
функциональная модель
11.2.1. Собственный агент (Home agent)
11.2.2. Узел обеспечения передачи пакетных
данных (PDSN)
11.2.3. Аутентификация, авторизация и учет
(ААА)
11.2.3.1. AAA в сети сервис-провайдера
11.2.3.2. AAA в собственной сети IP
11.2.3.3. ААА в сети брокера
11.2.4. Функция управления пакетами
11.2.5. Управление ресурсами радиосети
11.2.6. Подвижная станция
11.3. Модели архитектуры
11.4. Заключение Литература
Ршва 12. Мобильные сети ad hoc и предстоящие
задачи
12.1. Введение в мобильные сети ad hoc
12.1.1. Беспроводная локальная вычислительная
сеть
12.1.2. Создание сетей ad hoc с использованием
БЛВС локальной сети
12.1.3. Спецификации IEEE 802.11
12.2. Комплексное управление
энергопотреблением в сетях ad hoc
12.2.1. Мощность потребления устройств
12.2.2. Управление мощностью
12.3. Протокол управления доступом к среде
(MAC) в сетях ad hoc
12.4. Поддержка качества обслуживания в
сетях ad hoc
12.5. Архитектуры поиска служб в сети ad hoc
12.6. Модели и стимулы продвижения данных
12.7. Адресация в сетях ad hoc и присваивание
имен
12.8. Внеочередное соединение и приоритетное
прерывание обслуживания
12.9. Выводы Литература
1Лава 13. Спутники связи в беспроводных сетях IP
13.1. Введение
13.2. Обзор спутниковых систем связи
13.2.1. Услуги мобильной спутниковой
телефонной связи первого поколения
13.2.2. Услуги мобильной спутниковой
телефонной связи второго поколения
13.2.3. Широкополосные системы спутниковой
связи
13.3. Спутник для глобального Интернета
13.3.1. Архитектура соединения спутников
13.3.2. Сферы применения спутников
13.4. Спутники в беспроводных сетях третьего
поколения
13.5. Технические вопросы реализации сети
Интернет на основе спутниковых систем
13.5.1. Управление мобильностью
13.5.2. Контроль местоположения
13.5.3. Управление маршрутизацией
13.5.4. Управление передачей обслуживания
13.5.5. Управление качеством услуг
13.6. Управление мобильностью в спутниковых
и наземных сетях
13.6.1. Спутниковые системы
13.6.2. Сотовые сети
13.6.3. Сравнение процессов управления
передачей обслуживания и контроля
местоположения
13.7. Транспортировка трафика Интернета
через спутниковые системы
13.7.1. Недостатки протокола TCP
13.7.2. Усовершенствования протокола TCP
13.8. Выводы
Литература
Список акронимов
Об авторе