Today hundreds of millions of users are interconnected by communication channels allowing them to communicate and to share information. These users and the devices that interconnect them are what constitute the Internet. The Internet is a network of networks with a myriad of computer devices, including smartphones, game consoles (handheld/stationary), IP televisions, tablet computers, laptop computers, desktop computers, palmtop computers, etc. This network of computers flourishes because of careful planning and maintenance by Internet Service Providers (ISPs), backbone network operators, and others. An additional factor that enables the Internet to operate is the four logical layers of abstraction in the TCP/IP protocol stack. One of these layers is the layer responsible for the transfer of datagrams/packets from one host to another. This layer is known as the Internet Protocol (IP) layer. However, as originally conceived a 32 bit address was thought to be more than enough. The space of IP addresses was distributed among different regions rather disproportionately, driven largely by the numbers of addresses that were requested (ordered in time). Today after a series of inventions in the field (such as the world wide web) and a rapid growth in the number of devices that wish to connect to the Internet the available unassigned address space has largely been depleted. Regions with large populations, but with few assigned blocks of IP addresses have begun to exhaust all their assigned addresses, while other regions face the same fate in a few months. The need for a larger address space was predicted years ago and the next generation addressing scheme was devised as part of the development of Internet Protocol Version 6 (IPv6). Countries such as China and India had few IPv4 addresses and they have been forced to transition to IPv6 rather quickly. Today a significant number of the users in these countries are unable to communicate over IPv4 networks. The purpose of this thesis project is to discuss the transition to IPv6 and the transition to this new addressing scheme. IPv6 provides a much larger address space, along with a number of additional improvements in comparison to the previous version of IP (i.e., IPv4). Despite the advantages of adopting IPv6, the incentive to transition is low amongst well established businesses, especially those in regions that received a considerable number of IPv4 addresses initially. Instead different techniques have been employed in these places to mitigate the problem of IPv4 address exhaustion. It is also probable that this reluctance is a way to keep competing businesses out of the market for a while longer. This thesis aims to facilitate the transition from IPv4 to IPv6. / Miljontals användare är idag sammankopplade genom kommunikationskanaler som tillåter utbyte av information. Datornätet Internet utgörs av dessa användare och de enheter som sammanbinder dem. Internet är ett nätverk av nätverk med en myriad av olika datorutrustning såsom; spelkonsoler, smartphones, bärbara datorer, stationära datorer, handdatorer, även IPTV, kylskåp, tvättmaskiner, osv. Detta nätverk blomstrar på grund av noggrann planering och underhåll av internetleverantörer, nätoperatörer och andra. En ytterligare faktor som gör det möjligt för Internet att fungera är de fyra logiska skikt av abstaktion i TCP/IP-protokollstacken, en standard för datakommunikation. Ett av dessa skikt ansvarar för överföring av datapaket från en ändpunkt till en annan. Detta skikt är kallad Internet Protocol(IP) layer. Ursprungligen ansågs en 32-bitars adress vara mer än tillräcklig. Dessa IP-adresser delades ut till olika regioner rätt så oproportionerligt till stor del beroende på antalet adresser en region begärt. Idag efter en rad uppfinningar inom området(såsom webben/world wide web) och en snabb tillväxt i antal enheter som önskar ansluta sig till Internet är det tillgängliga adressutrymmet i stort sett slut. Regioner med stor befolkning men med få tilldelade block av IP-addresser har börjat göra slut på sina tilldelade adresser medan andra regioner står inför samma öde inom några månader. Behovet av ett större adressrymd sågs flera år sedan och nästa generations addresseringsschema utformades som en del av utveckligen, Internet Protocol version 6(IPv6). Länder som Kina och Indien hade ett fåtal IPv4-adresser och de har varit tvungna att övergå till IPv6 ganska snabbt. Idag kan inte ett stort antal användare i dessa länder kommunicera över IPv4-nätverk. Syftet med detta examensarbete är att diskutera övergången till IPv6 samt övergången till detta nya adresseringsschema. IPv6 ger en mycket större adressrymd samt en rad ytterligare förbättringar i jämförelse med den tidigare versionen av IP(dvs IPv4). Trots fördelarna med att övergå till IPv6 är viljan låg bland väletablerade företag, särskilt i regioner som mottagit ett stort antal IPv4-adresser från början. Dessa regioner tillämpar istället olika tekniker för att bromsa utmattningen av IPv4-adresser. Det är också troligt att denna motvija är ett sätt att hålla konkurrerande företag från marknaden ett tag till. Detta examensarbete syftar till att underlätta övergången från IPv4 till IPv6.

Cette thèse est dédiée à l'étude du support des réseaux mobiles dans IPv6, la nouvelle génération du protocole qui régit les communications dans l'Internet. Les travaux traditionnels dans ce domaine se préoccupent de fournir une connectivité permanente pour les stations mobiles. En revanche, l'objet de la présente étude est de traiter séparément le cas d'un réseau tout entier qui migre dans la topologie Interne, ce qui pose un certain nombre de nouveaux problèmes. Nous étudions tout d'abord l'Etat de l'Art dans le domaine traditionnel du support de la mobilité des stations mobiles. cette étude nous permet de définir une taxonomie des propositions. En second lieu, nous définissons une nouvelle terminologie dédiée au support des réseaux mobiles, ainsi que leurs caractéristiques et les problèmes spécifiques causé par leur mobilité. Parmi un ensemble d'approches envisagées, nous nous consacrons tout particulièrement à l'usage de Mobile IPv6, le standard de l'IETF pour le support des stations mobiles. Dans un premier temps, nous proposons un certain nombre d'extensions nécessaires à ce protocole. Pour le long terme, nous proposons de réduire le coût des messages de contrôle induit par ce protocole au moyen de deux techniques multipoint. La première, dite traditionnelle, établit un arbre de distribution entre le réseau mobile et ses correspondants. La deuxième enregistre directement la liste des correspondants dans le message de contrôle. La performance de ces extensions multipoint est évaluée par simulation, et nous concluons cette dissertation par une vue d'ensemble d'une nouvelle architecture de gestion de la mobilité rassemblant diverses techniques, dont nos extensions multipoint.

Les réseaux sans fil sont en plein développement du fait de la flexibilité de leur interface, qui permet aux utilisateurs de se communiquer directement entre eux ou de se connecter facilement à Internet en onde radio sans mettre en place préalablement d'infrastructures lourdes, telles que des câbles filaires. Parmi les différentes technologies de réseaux sans fil, l'IEEE 802.11/Wi-Fi est devenu une technologie plus connue et plus utilisée pour construire des réseaux sans fil à haut débit dans une zone à forte concentration d'utilisateurs, telle que les aéroports, les campus ou les sites industriels. L'engouement pour les réseaux sans fil et notamment pour les réseaux Wi-Fi a fait émerger de nouvelles nécessités, tel que se déplace dans les réseaux sans fil tout en restant connecté à Internet. Dans les réseaux sans fil, le déplacement d’un utilisateur implique parfois un changement de Point d’accès (AP) au réseau. On désigne généralement ce fait un handover de niveau 2, du fait que le changement d'AP n’implique que les deux premières couches du modèle OSI. Si les deux APs se situent dans des réseaux différents, le changement d'AP implique aussi le changement de réseau pour cet utilisateur. On dénomme généralement cette situation un handover de niveau 3, par le fait que cet utilisateur devrait changer son réseau d’attachement et son adresse IP pour maintenir la connexion à Internet et que ce changement intervient sur la couche réseau du model OSI. La procédure du handover de niveau 2 dans les réseaux Wi-Fi est gérée par la norme IEEE 802.11 et celle de niveau 3 est gérée par le protocole IP Mobile. Le protocole IP Mobile est un protocole standardisé par l'IETF qui permet à l'utilisateur de maintenir ses communications en cours et de rester connecté à Internet tout en masquant d'une manière transparente le changement de réseau. Ainsi, l'utilisateur peut se déplace dans les réseaux Wi-Fi tout en maintenant les communications en cours et restant connecté à Internet grâce à la norme IEEE 802.11 et au protocole IP Mobile. Cependant, le délai introduit par ces deux procédures du handover est trop long, les communications en cours sont interrompus pendant ces procédures, naturellement, cela ne peut pas répondre aux exigences qualitatives des applications temps réel comme la vidéo conférence ou la voix sur IP. Diverses propositions qui ont été faites pour réduire le délai de ces procédures du handover et améliorer leur performance. Cependant, ces propositions sont soit imparfaites, soit non-implémentables à cause de leur complexité. En partant du principe que les réseaux Wi-Fi et les routeurs d'accès sont déjà massivement implantés dans le monde universitaire et dans les entreprises, nous proposons d'ajouter une nouvelle fonctionnalité, appelé E-HCF (Extended Handover Control Function) dans un routeur sans modifier les autres équipements du réseau. Le routeur pourvu de cette fonctionnalité est dénommé le routeur E-HCF. Pour réduire le délai des procédures du handover, la fonctionnalité E-HCF permet au routeur de générer une topologie des APs en utilisant la théorie des graphes de voisinage et de maintenir un pool d'adresses IP disponibles dans sa base de données. Quand le Nœud mobile (MN) a besoin de changer son AP, le routeur E-HCF peut proposer au MN une liste des APs potentiellement utilisables qui sont choisis et classés par un algorithme de sélection et de classement que nous avons élaboré dans la thèse. Si le changement d'AP implique un changement de réseau, le MN doit changer d'adresse IP. Dans ce cas, le routeur E-HCF peut attribuer une adresse IP unique à ce MN. Le MN peut donc utiliser cette adresse sans exécuter la phase d'Auto-configuration d'adresses ni exécuter la procédure de Détection d'adresse dupliquée. Avec cette nouvelle fonctionnalité E-HCF, nous pouvons réduire le délai des procédures du handover de quelques secondes à une centaine de millisecondes. / Wireless networks are in full development because of the flexibility of their interfaces, which allow users to be easily connected to the Internet. Among various technologies of wireless networks, IEEE 802.11/Wi-Fi technology is becoming better known and more used to construct high speed wireless networks in areas with high concentration of users, such as airports, campuses or industrial sites. The passion for wireless networks and in particular for Wi-Fi networks has given rise to new uses of the Internet, such as moving in wireless networks while still being connected. In Wi-Fi networks, the user's movement may sometimes lead to a change of Access Points (APs) to the network. This fact is generally named the handover of layer 2 because this change involves only the first two layers of the OSI model. If the two APs are located in different networks, the change of AP would entail a change of network for the user. This situation is generally termed, the handover of layer 3 because the user should change his network and his IP address to maintain connection to the Internet. Therefore, this change intervenes on the network layer of the OSI model. The process of the handover of layer 2 is handled by the IEEE 802.11 standard and that of layer 3 is controlled by the Mobile IP protocol. The Mobile IP protocol is a protocol standardized by IETF, which allows users to change network, while maintaining their actual connection to the Internet. Consequently, users can connect to the Internet, while keep moving in Wi-Fi networks in control of the IEEE 802.11 standard and the Mobile IP protocol. However, the delay induced by these procedures of handover is too long. As such, this generally leads to the cut-off of current communications, hence impacting adversely on the qualitative requirements of real-time applications, such as video conferencing or voice over IP. Various proposals have been made to reduce the delay of handover procedures and to improve their performances. However, these proposals are either imperfect, or non-implementable because of their complexity. Based on the premise that Wi-Fi networks and access routers are already massively implanted in academia and in industry, we propose to add a new functionality, called E-HCF (Extended Handover Control Function) in routers, without modifying other network equipments. A router equipped with this functionality is called an E-HCF router. To reduce the delay of handover procedures, the E-HCF functionality allows a router to generate a topology of APs by using the neighbourhood graph theory and to maintain a pool of available IP addresses in its database. When a Mobile Node (MN) needs to change its AP, the E-HCF router may propose to the latter a list of potentially usable APs, which are selected and classified by an algorithm of selection and classification that we developed in the thesis. If the change of APs involves a change of network, the MN must change its IP address. In this case, the E-HCF router can assign a unique IP address to this MN. The MN can thus use this address without engaging in the process of Stateless Address Autoconfiguration or the procedure of Duplicate Address Detection. With this new E-HCF functionality, we can reduce the delay of handover procedures from a few seconds to one hundred milliseconds.

This master’s thesis is focused on IP mobility support for mobile users and their devices in IPv6-based wireless networks. Then the Mobile IPv6 (MIPv6) protocol was proposed for this purpose and that is also the main objective of the thesis. This consists of several basic sections and is organized as follows: The first one deals with the overview of the function of Mobile IP, which enables the mobility of nodes around the Internet, without a change of their original IP address. Moreover there are introduced the primary differences between MIPv6 and its previous version – i.e., MIPv4, proposed for IPv4-based environment. The second chapter of the master’s thesis thereafter describes detailed information about all the most important mechanisms and features of Mobile IPv6 and this way tries to explain principles of its functioning. Further the thesis analyses some of proposed MIPv6 extensions – i.e., Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6), Mobile IPv6 Fast Handover (FMIPv6) a Fast Handover for HMIPv6 (F-HMIPv6) protocols, and mainly aim at signaling process during the handover of a mobile node. In the last main section of the master’s thesis an analytical method to evaluate the performance of IPv6-based mobility management protocols was proposed. Subsequently, this method is applied on the protocols which were mentioned above and are studied the effects of various network parameters on the performance of these protocols.

Dizertační práce se zabývá návrhem nového algoritmu řízení handoveru v rámci protokolu Mobile IPv6, který umožní nasazení tohoto protokolu v leteckých datových sítích. Existující algoritmy řízení handoveru sice dosahují dostatečné výkonnosti v konvenčních pozemních bezdrátových sítích disponujích velkou šířkou pásma a nízkou latencí, jako jsou WiFi nebo UMTS, ale jak ukazuje tato práce, nasazení těchto algoritmů prostředí leteckých datových sítí nepřináší očekávané výhody. Analýza ukazuje, že v úzkopásmových leteckých sítích trpí tyto algoritmy řízení handoveru velkou latencí a způsobují značnou režii. Nový algoritmus řízení handoveru v MIPv6 navržený v této práci je založený na jednoduché myšlence: ''Já jsem letadlo, já vím, kam letím!'' To znamená, že pohyb letadla není náhodný, ale vysoce předvídatelný. Díky tomu je možno předvídat handovery mezi přístupovými sítěmi podél očekávané trajektorie letadla a vykonat nezbytné operace pro přípravu handoverů již na zemi, kde je letadlo připojeno k širokopásmové síti letiště. Tato dizertační práce dále uvádí porovnání existujících algoritmů řízení handoveru s nově navrženým pomocí analytické metody ohodnocení handoveru. Díky tomu je možno kvantifikovat výhody, které nový algoritmus přináší a taktéž popsat slabiny algoritmů existujících.

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