Control mechanisms for mobile terminals in heterogeneous access technology environments

Internet is evolving to become mobile and ubiquitous. As a consequence, there is a trend towards a diversification of the access technologies, as it can be seen with the recent appearance of wireless technologies such as WiFi or UMTS and the future deployment of WiMAX. Following these new opportunities, multi-technology terminals able to connect to the Internet through different technologies are appearing in the market. In this scenario, users start to demand new solutions able to use these new technologies in a transparent way from the user point of view. Foreseeing this demand, the IEEE started developing the specification IEEE 802.21, which enables multi-technology terminals to handover from one technology to another in a transparent way for the user. This specification has not yet being finished, and its deployment requires from the research community to analyze how to integrate it in current networks, how to achieve maximum benefit from its possibilities, and how to configure its parameters. In this thesis we propose control mechanisms for IP terminals to i) support efficient handovers in multi-technology environments applying the 802.21 framework and ii) allow the use of several interfaces and/or multiple providers by the terminals to improve the failure robustness of their communications. These mechanisms are focused in the terminal, although we also provide details on how to integrate IEEE 802.21 into nowadays operator's networks. The contributions of this thesis are threefold. In the first place the integration of 802.21 into terminals has been studied, focusing on the configuration of the parameters required to decide when to perform a handover in the case when the handover is initiated by the terminal. This analysis has also been done taking into account variables such as the terminal speed and the delay of the links. In the second place, we have studied how to introduce the Network Controlled Handover concept, using 802.21, into the network, including the possibility of the handover being initiated by the network. We have analyzed which are the main benefits of this approach and proposed and validated an implementation of this concept in 802.21. In third place we have analyzed a protocol, REAP, under development in the IETF, which allows terminals to detect and recover from failures in the links used in their communications. We have focused in the analytical characterization of the time required to detect a failure, since this parameter is crucial for the application's behavior. The applications should be able to cope with a failure without being disrupted by it. Through the analytical study performed, the REAP protocol can be properly configured to achieve a target recovery time. All the proposed mechanisms have been validated through simulation, using several tools such as OPNET, OMNET++ and MatlabLas tecnologías de acceso están evolucionando hacia un perfil móvil y ubicuo. Así mismo se está produciendo una diversificación en las tecnologías de acceso disponibles, con la proliferación de tecnologías inalámbricas como WiFi o UMTS y el despliegue próximo de WiMAX. Con la diversificación en el acceso aparecen también los primeros terminales multi-tecnología, capaces de utilizar diferentes redes simultáneamente. En este escenario, los usuarios empiezan a demandar soluciones y servicios capaces de utilizar estas tecnologías de forma transparente al usuario. Anticipándose a esta demanda, el IEEE comenzó la estandarización de la especificación 802.21 que permitirá a terminales multi-tecnología la posibilidad de realizar traspasos transparentes entre diferentes redes de acceso. Dicha especificación todavía no ha sido completada y su despliegue requiere la investigación de cómo integrarla en las redes actuales, cómo obtener el máximo beneficio de las posibilidades que presenta, así como de la configuración de sus parámetros. En la presente Tesis Doctoral proponemos una arquitectura que dota a terminales IP de mecanismos de control para i) soportar movilidad eficiente en entornos multi-tecnología en el marco de 802.21 y ii) permitir el uso de múltiples interfaces y/o proveedores con el objetivo de mejorar la robustez ante fallos en las comunicaciones. Dicha arquitectura se centra en el terminal aunque también se aportan detalles de cómo introducir las modificaciones requeridas por IEEE 802.21 en las redes de los operadores. Las contribuciones realizadas son varias. En primer lugar se ha estudiado la integración de IEEE 802.21 en un terminal, centrándonos en la configuración de los parámetros utilizados para determinar el momento del traspaso cuando éste es iniciado por el terminal. En segundo lugar se estudió cómo introducir, usando IEEE 802.21, el concepto de traspaso controlado por la red incluyendo la posibilidad de que la propia red sea la iniciadora del traspaso, analizando sus beneficios y aportando una propuesta de implementación dentro de IEEE 802.21. En tercer lugar analizamos un protocolo, REAP, que se está desarrollando dentro del IETF para permitir, desde los terminales, la detección y recuperación frente a fallos en los enlaces usados en sus comunicaciones. Dentro de este bloque nos centramos en la caracterización analítica del tiempo requerido para detectar un fallo ya que este parámetro es de vital importancia para el funcionamiento de las aplicaciones, que deben poder sobrevivir a un fallo sin verse completamente interrumpidas por él. Con el estudio analítico realizado es posible configurar REAP para alcanzar un tiempo determinado de recuperación ante fallo. Todos los mecanismos propuestos han sido validados mediante simulación empleando diversas herramientas como OPNET, OMNET++ y Matla