IP Mobility in Wireless Operator Networks

Abstract

Wireless network access is gaining increased heterogeneity in terms of the types of IP capable access technologies. The access network heterogeneity is an outcome of incremental and evolutionary approach of building new infrastructure. The recent success of multi-radio terminals drives both building a new infrastructure and implicit deployment of heterogeneous access networks. Typically there is no economical reason to replace the existing infrastructure when building a new one. The gradual migration phase usually takes several years.

IP-based mobility across different access networks may involve both horizontal and vertical handovers. Depending on the networking environment, the mobile terminal may be attached to the network through multiple access technologies. Consequently, the terminal may send and receive packets through multiple networks simultaneously. This dissertation addresses the introduction of IP Mobility paradigm into the existing mobile operator network infrastructure that have not originally been designed for multi-access and IP Mobility.

We propose a model for the future wireless networking and roaming architecture that does not require revolutionary technology changes and can be deployed without unnecessary complexity. The model proposes a clear separation of operator roles: (i) access operator, (ii) service operator, and (iii) inter-connection and roaming provider. The separation allows each type of an operator to have their own development path and business models without artificial bindings with each other. We also propose minimum requirements for the new model.

We present the state of the art of IP Mobility. We also present results of standardization efforts in IP-based wireless architectures. Finally, we present experimentation results of IP-level mobility in various wireless operator deployments.

Erilaiset langattomat verkkoyhteydet lisääntyvät Internet-kykyisten teknologioiden muodossa. Lukuisten eri teknologioiden päällekkäinen käyttö johtuu vähitellen ja tarpeen mukaan rakennetusta verkkoinfrastruktuurista. Useita radioteknologioita (kuten WLAN, GSM ja UMTS) sisältävien päätelaitteiden (kuten älypuhelimet ja kannettavat tietokoneet) viimeaikainen kaupallinen menestys edesauttaa uuden verkkoinfrastruktuurin rakentamista, sekä mahdollisesti johtaa verkkoteknologioiden kirjon lisääntymiseen. Olemassa olevaa verkkoinfrastruktuuria ei kaupallisista syistä kannata korvata uudella teknologialla yhdellä kertaa, vaan vaiheittainen siirtymävaihe kestää tyypillisesti useita vuosia.

Internet-kykyiset päätelaitteet voivat liikkua joko saman verkkoteknologian sisällä tai eri verkkoteknologioiden välillä. Verkkoympäristöstä riippuen liikkuvat päätelaitteet voivat liittyä verkkoon useiden verkkoyhteyksien kautta. Näin ollen päätelaite voi lähettää ja vastaanottaa tietoliikennepaketteja yhtäaikaisesti lukuisia verkkoja pitkin. Tämä väitöskirja käsittelee Internet-teknologioiden liikkuvuutta ja näiden teknologioiden tuomista olemassa oleviin langattomien verkko-operaattorien verkkoinfrastruktuureihin. Käsiteltäviä verkkoinfrastruktuureita ei alun perin ole suunniteltu Internet-teknologian liikkuvuuden ja monien yhtäaikaisten yhteyksien ehdoilla.

Tässä työssä ehdotetaan tulevaisuuden langattomien verkkojen arkkitehtuurimallia ja ratkaisuja verkkovierailujen toteuttamiseksi. Ehdotettu arkkitehtuuri voidaan toteuttaa ilman mittavia teknologisia mullistuksia. Mallin mukaisessa ehdotuksessa verkko-operaattorin roolit jaetaan selkeästi (i) verkko-operaattoriin, (ii) palveluoperaattoriin ja (iii) yhteys- sekä verkkovierailuoperaattoriin. Roolijako mahdollistaa sen, että kukin operaattorityyppi voi kehittyä itsenäisesti, ja että teennäiset verkkoteknologiasidonnaisuudet poistuvat palveluiden tuottamisessa. Työssä esitetään myös alustava vaatimuslista ehdotetulle mallille, esimerkiksi yhteysoperaattorien laatuvaatimukset.

Väitöskirja esittelee myös liikkuvien Internet-teknologioiden viimeisimmän kehityksen. Työssä näytetään lisäksi standardointituloksia Internet-kykyisissä langattomissa arkkitehtuureissa.