Arquitectura de red de acceso móvil de cuarta generación : mobile-IP RAN

Esta tesis aborda el problema de las arquitecturas de acceso radio, en el ámbito de las redes móviles de cuarta generación definidas en entornos de movilidad IP. Uno de los principales beneficios del uso estas propuestas es la simplificación de la red móvil, haciéndola menos dependiente de la tecnología de acceso radio, y por ende permitiendo el uso de una red troncal común a las diferentes tecnologías radio existentes. En estas redes, la movilidad del terminal, la infraestructura de red y la seguridad son los aspectos más importantes que se han tomado en consideración en su diseño. A pesar de los avances en la investigación y estandarización de los mecanismos de movilidad basados en IP, existen aún limitaciones en la funcionalidad ofrecida por las redes de acceso radio propuestas. Estas limitaciones se refieren a servicios de la red de acceso radio, que no son específicos al nivel de red (IP), pero que deben ofrecerse por la red para el correcto funcionamiento de los servicios generales de la red móvil, e incluyen los servicios de gestión de los recursos radio, movilidad (handover), sincronización de usuario y red, descubrimiento de servicios y cálculo de la posición del móvil. El objetivo principal de esta tesis es la definición de una red de acceso radio basada en IP móvil que integre las principales funciones de las redes de acceso móvil de tercera generación y aquellas consideradas de cuarta generación. Esta nueva arquitectura permite compartir la infraestructura de acceso radio entre las distintas tecnologías radio existentes, simplificando la red y los costos asociados. Asimismo, los proveedores de servicios móviles podrán incorporar de forma integrada nuevas tecnologías radio, sin necesidad de añadir más infraestructura que la equivalente a las estaciones base. Las aportaciones principales de esta tesis, dentro del objetivo general, se pueden resumir de la siguiente manera. En primer lugar, se definen los requisitos que debe cumplir la red de acceso móvil de cuarta generación, en cuanto a los servicios de red y usuario proporcionados. La segunda aportación, y considerada la aportación principal, es la definición de una arquitectura de red de acceso basada en IPv6 móvil, denominada Mobile-IP RAN, que incluye la definición de los elementos de red que la componen, así como sus interfaces y protocolos, que permite ofrecer los servicios de acceso a la red, movilidad de usuario, transferencia de datos, sincronización y localización de usuarios. Como parte de la arquitectura, se define, a través de diagramas de secuencia de mensajes, el comportamiento dinámico de las principales funciones proporcionadas por la red de acceso propuesta. Por último, se lleva a cabo la evaluación de los modelos de movilidad, de determinación de la posición (como parte del servicio de localización de usuario) y de sincronización propuestos, analizando sus parámetros fundamentales que permitan optimizar el desempeño de estos modelos, así como su aplicabilidad en las distintas redes de acceso radio. ______________________________________________This thesis approaches the architecture of radio access networks in the context of fourth generation mobile networks, these being defined in IP mobility environments. One of the main benefits of these proposals is the simplification of the mobile network, now less dependent of the radio access technologies, and allowing the use of a common core network for all existing radio technologies. On these proposals, user mobility, network infrastructure and security are main aspects considered on the design. In spite of the advances on research and standardization of the IP-based mobility mechanisms, there are still limitations in the features offered by the proposed radio access networks. These limitations refers to radio access network service features, not specific to the (IP) network layer, but necessary for the correct operation of the general network and user services, that includes radio resource management, mobility (e.g. handover), network and user synchronization, service discovery and user position calculation. The main objective of this thesis is the definition of a radio access network architecture based on Mobile IPv6 that integrates the main features of the third-generation mobile access networks and those of the fourth generation. This architecture allows the use of the radio access infrastructure among the different existing radio access technologies, simplifying the network and its associated costs. Moreover, with this architecture, mobile service providers may incorporate new radio technologies in a seamless way, without adding more infrastructure than the base stations. The main contributions of this work can be summarized as follows. First, we define the requirements of the fourth-generation radio access networks related to the network and user services provided. Second, and considered the main contribution of this thesis, is the definition of a Mobile-IPv6 based radio access network architecture, named Mobile-IP RAN, that includes the definition of its network elements, as well as its network interfaces and protocols, that allow services including network access, user mobility, user data transfer, synchronization and location services. As part of the architecture, and through the use of Message Sequence Charts, we define the dynamic behavior of the main features offered by the proposed access network. Last, we perform the evaluation of the proposed mobility, position determination and synchronization models, analyzing their main parameters as well as their applicability in different radio access networks