WIMAX

IMS betekent dat IP Multimedia Subsystem een ​​essentieel onderdeel is van de volledig IP UMTS-architectuur en relevant is voor WiMAX voor hetzelfde gebruik en ook voor WiMAX naar UMTS Interworking. Dit maakt deel uit van de WiMAX Forum-architectuur.

IP Multimedia Subsystem (IMS) is een Service Delivery Architecture en een gestandaardiseerde architectuur om op Internet Protocol (IP) gebaseerde mobiele en vaste multimediadiensten te leveren. De IMS-architectuur is de afgelopen jaren geëvolueerd. Tegenwoordig zou IMS operators die verschillende soorten netwerken met verschillende architecturen bezitten, in staat kunnen stellen dezelfde diensten aan al hun klanten aan te bieden.

Wat is CSCF?

CSCF is de Call Session Control-functie die sessiecontrole biedt voor abonnees die toegang hebben tot diensten binnen de IM (IP Multimedia) CN. In wezen is de CSCF een SIP-server.

Het is verantwoordelijk voor de interactie met netwerkdatabases zoals de HSS voor mobiliteit en AAA-servers (Access, Authorization and Accounting) voor beveiliging. Er zijn verschillende CSCF-servers die de onderstaande afbeelding bestrijken.

IMS-concept: In Rel.5 worden services beheerd in het thuisnetwerk (door S-CSCF) maar overal uitgevoerd (thuis, bezocht of extern netwerk) en overal afgeleverd, IMS-specificaties tot Rel 8 gaan over!

RADIUS-protocolstapel in Wimax

De RADIUS-protocolstack in WiMAX is een essentieel authenticatie- en autorisatieframework, dat veilige toegang en beheer van WiMAX-netwerkbronnen mogelijk maakt.

RADIUS is een protocol waarmee één enkele server verantwoordelijk kan worden voor alle diensten voor authenticatie, autorisatie en auditing (of accounting) op afstand.

RADIUS functioneert als een client/server-systeem.

De externe gebruiker belt in of maakt verbinding met de RAS-server, die fungeert als een RADIUS-client, of netwerktoegangsserver (NAS), en maakt verbinding met een RADIUS-server.

De RADIUS-server voert authenticatie-, autorisatie- en auditfuncties (of accounting) uit en stuurt de informatie terug naar de RADIUS-client (dit is een server voor externe toegang waarop RADIUS-clientsoftware draait); de verbinding wordt tot stand gebracht of afgewezen op basis van de ontvangen informatie.

• RFC 2865 en RFC 2866 voor RADIUS-boekhouding
• Zeer flexibel en open.
• Behandelt wachtwoorden, logins, enz. – veel extensies
• Gebruikt UDP op de transportlaag

RADIUS-apparaten op verschillende netwerken kunnen communiceren over de bevoegdheid van gebruikers om door te gaan. Het delen van gebruikersgegevens met een buitenlands netwerk is slecht nieuws, dus vermijd dit.

De RADIUS-protocolstack (Remote Authentication Dial-In User Service) speelt een cruciale rol in WiMAX-netwerken door een gestandaardiseerd raamwerk te bieden voor authenticatie, autorisatie en accounting. Het zorgt voor veilige gebruikerstoegang en efficiënt beheer van netwerkbronnen. Met RADIUS kunnen WiMAX-serviceproviders gebruikers authenticeren, hun toegangsrechten beheren en het gebruik volgen voor facturerings- en auditdoeleinden. Deze protocolstack verbetert de algehele beveiliging en efficiëntie van WiMAX-netwerken, waardoor het een essentieel onderdeel van hun infrastructuur wordt.

In WiMAX-netwerken dient de RADIUS-protocolstack als de ruggengraat voor het naadloos beheren van gebruikersauthenticatie en -autorisatie. Het vergemakkelijkt de verificatie van gebruikersgegevens, zoals gebruikersnamen en wachtwoorden, en zorgt ervoor dat alleen geautoriseerde gebruikers toegang krijgen tot het netwerk. Bovendien stelt RADIUS serviceproviders in staat gebruikersrechten te controleren, waardoor een fijnmazig toegangsbeleid en Quality of Service (QoS)-configuraties mogelijk zijn. Deze mogelijkheid is vooral waardevol in WiMAX, waar verschillende gebruikers mogelijk verschillende serviceniveaus nodig hebben, zoals spraak, data of video.

Bovendien speelt RADIUS een cruciale rol bij het bijhouden van netwerkgebruik, het volgen van gegevensverbruik, sessieduur en andere relevante statistieken. Deze informatie is niet alleen cruciaal voor factureringsdoeleinden, maar helpt ook bij netwerkoptimalisatie en -monitoring. De RADIUS-protocolstack in WiMAX draagt ​​aanzienlijk bij aan de algehele betrouwbaarheid, veiligheid en beheerbaarheid van deze draadloze breedbandnetwerken, waardoor het een onmisbaar onderdeel wordt voor zowel serviceproviders als gebruikers.

IP-multicast-servicemodellen met drie multicast Any-Source Multicast (ASM), brongefilterde multicast (SFM) en bronspecifieke multicast (SSM), die werken zoals hieronder.

Multicast met elke bron (ASM)

• Het ‘multicast’-adres van de bestemming definieert alleen het ‘Groeps’-lidmaatschap
• Accepteert van ‘elke bron’ (unicast)
• Eerste en oudste model, gedefinieerd in RFC 1112

Brongefilterde multicast (SFM)

• Het ‘multicast’-adres van de bestemming definieert alleen het ‘Groeps’-lidmaatschap
• Voegt de mogelijkheid toe om bronnen te filteren
• Uitgesloten lijst (modus), impliceert dat al het andere wordt opgenomen
• Lijst opnemen (modus), impliceert al het andere uitsluiten

Bronspecifieke multicast (SSM)

• Voegt een nieuw concept van ‘Kanaal’ toe in plaats van Groep
• Bron (unicast) en bestemmingsmulticast Groepsadres definiëren samen één ‘Kanaal’ voor lidmaatschap
• Net als SFM Include List (modus) maar met één bron die nu belangrijk is voor lidmaatschap
• (S,G) Kanaal is niet hetzelfde als (S,G) Groep
• ASM- en SFM-ontvangers die lid worden van een groep ontvangen van ALLE bronnen, tenzij ze worden gefilterd
• (S,G) Groep vertegenwoordigt gefilterde bron (opnemen of uitsluiten)
• Multicast-netwerk kan alle drie de modellen omvatten
• ASM en SFM goed voor veel-op-veel-interacties
• SSM goed voor één-op-veel-interacties
• De toepassing kan twee één-op-veel, primair en back-up bevatten

Dichte en schaarse modi

• Protocol Independent Multicasting Dense Mode (PIM-DM) gebruikt een vrij eenvoudige aanpak om IP-multicastroutering af te handelen.
• De basisaanname achter PIM-DM is dat de multicastpakketstroom op de meeste locaties ontvangers heeft.
• Een voorbeeld hiervan kan een bedrijfspresentatie zijn door de CEO of president van een bedrijf.
• Je meld je af als je dit niet wilt
• PIM Sparse Mode (PIM-SM) gaat uit van relatief minder ontvangers.
• Een voorbeeld is de eerste oriëntatievideo voor nieuwe medewerkers.
• U meldt zich aan als u Multicast Forwarding wilt
• Multicast Routing is achterstevoren ten opzichte van Unicast Routing
• Unicast Routing maakt zich zorgen over waar het pakket naartoe gaat of zal moeten gaan.
• Multicast Routing maakt zich zorgen over waar het pakket vandaan komt of vandaan zal komen.
• Multicast Routing maakt gebruik van “Reverse Path Forwarding” (RPF) en RPF Check
• Welke interface verwacht een multicastpakket van de bron?
• De interface zou een unicast-pakket terugsturen naar de bron of gedeelde root!
• Beschermt tegen multicast-loops

Mobiele IP-procedures – Agentontdekking, Registratie en Tunneling in WiMAX

Overzicht van Mobiele IP in WiMAX

Mobiele IP (Internet Protocol) is een protocol dat gebruikers toestaat om door verschillende netwerken te reizen zonder hun IP-adres te verliezen. In het geval van WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), ondersteunt Mobiele IP naadloze handover tussen basisstations en netwerken, wat essentieel is voor mobiele gebruikers die constant van locatie veranderen. Dit proces omvat drie hoofdfasen: agentontdekking, registratie en tunneling.

Agentontdekking

Tijdens de agentontdekking ontdekt een mobiel apparaat (Mobile Node – MN) of het zich in een thuisnetwerk of een vreemd netwerk bevindt. Hiervoor worden speciale berichten gebruikt, uitgezonden door twee soorten agents:

• Home Agent (HA): Een router in het thuisnetwerk van de mobiele node die verantwoordelijk is voor het onderhouden van de bindingen met het huidige IP-adres van de gebruiker.
• Foreign Agent (FA): Een router in het bezochte netwerk die namens de mobiele node optreedt en zorg draagt voor het ontvangen van verkeer bedoeld voor het thuisadres.

De Foreign Agent verzendt periodiek advertenties om zijn aanwezigheid te melden. Als de mobiele node een dergelijke advertentie ontvangt, bepaalt het of het zich in een vreemd netwerk bevindt. Indien nodig stuurt de MN een verzoek om verbinding te maken.

Element	Functie tijdens Agentontdekking
Mobiele node	Ontvangt advertenties en bepaalt of registratie vereist is
Foreign Agent	Adverteert zijn aanwezigheid en ondersteunt mobiele nodes in zijn netwerk
Home Agent	Houdt het originele IP-adres gekoppeld aan het tijdelijke adres in het vreemde netwerk

Registratieprocedure

Na detectie van een Foreign Agent start de mobiele node de registratieprocedure om het verkeer van het thuisadres om te leiden naar de nieuwe locatie. De registratie verloopt als volgt:

1. De mobiele node stuurt een registratieverzoek naar de Foreign Agent, die dit eventueel doorstuurt naar de Home Agent.
2. De Home Agent controleert de aanvraag, valideert authenticatie en stuurt een registratieantwoord terug via de Foreign Agent.
3. Bij goedkeuring wordt een binding gecreëerd die het thuisadres koppelt aan het Care-of Address (CoA) dat de mobiele node momenteel gebruikt.

Deze binding stelt de Home Agent in staat om alle inkomende pakketten naar het juiste tijdelijke adres te sturen via tunneling. Beveiliging en verificatie zijn essentieel in dit proces om te voorkomen dat niet-geautoriseerde apparaten verbinding maken.

Tunnelingmechanisme

Zodra de registratie succesvol is, wordt tunneling gebruikt om pakketten van het thuisnetwerk naar de huidige locatie van de mobiele node te sturen. Dit proces omvat encapsulatie van de originele IP-pakketten in nieuwe IP-headers die het CoA als bestemming hebben.

• Encapsulatie: De Home Agent verpakt het IP-pakket in een ander IP-pakket dat gericht is aan het CoA van de mobiele node.
• Routering: Het pakket wordt via het internet verzonden naar de Foreign Agent, die het uitpakt en aflevert aan de mobiele node.
• Transparantie: Voor de communicatiepartners van de gebruiker lijkt het alsof het IP-adres ongewijzigd is gebleven.

Stap	Actie
1	HA ontvangt verkeer gericht aan de mobiele node
2	HA encapsuleert het pakket met een nieuwe IP-header (destination: CoA)
3	Pakket reist door het internet naar de FA of direct naar de MN
4	Pakket wordt uitgepakt en afgeleverd aan de mobiele node

Belang in WiMAX

In WiMAX-netwerken maakt het gebruik van Mobiele IP het mogelijk om voortdurende internetverbinding te behouden zonder onderbreking, ook wanneer de gebruiker zich tussen verschillende basisstations of subnetten verplaatst. Dit is van bijzonder belang voor realtime toepassingen zoals VoIP, videostreaming en mobiele bedrijfsdiensten.

• Ondersteuning voor naadloze handover tussen WiMAX-basisstations.
• Beheer van mobiliteit zonder verlies van connectiviteit of sessies.
• Verbeterde gebruikerservaring voor mobiele klanten in stedelijke en landelijke gebieden.

Mobiele IP-procedures binnen WiMAX-netwerken vormen een fundamentele bouwsteen voor mobiliteit in draadloze communicatie. Ze stellen gebruikers in staat om effectief en veilig toegang te krijgen tot internetdiensten terwijl ze zich vrij verplaatsen binnen en buiten WiMAX-gebieden.

Wanneer u dezelfde gegevens naar meerdere ontvangers verzendt, kunt u, in plaats van meerdere kopieën helemaal van de afzender naar alle ontvangers te sturen, slechts één kopie verzenden en deze dupliceren als de paden uiteenlopen.

• Beter bandbreedtegebruik
• Minder host-/routerverwerking
• adressen van ontvangers zijn mogelijk onbekend
• Een mogelijk ding om te gebruiken voor IPTV via WiMAX.

Multicast-voordelen

• Verbeterde efficiëntie: beheert het netwerkverkeer en vermindert de server- en CPU-belasting
• Geoptimaliseerde prestaties: elimineert verkeersredundantie
• Gedistribueerde applicaties: Maakt multipoint-applicaties mogelijk

Multicast-nadelen

• Best Effort Delivery: Er zijn druppels te verwachten. Multicast-applicaties mogen geen betrouwbare levering van gegevens verwachten en moeten dienovereenkomstig worden ontworpen. Betrouwbare Multicast is nog steeds een gebied voor veel onderzoek.
• Geen congestie vermijden: Gebrek aan TCP-vensters en “slowstart”-mechanismen kunnen resulteren in netwerkcongestie. Indien mogelijk moeten Multicast-applicaties proberen congestieomstandigheden te detecteren en te vermijden.

Duplicates: Sommige multicast-protocolmechanismen resulteren in het af en toe genereren van dubbele pakketten. Multicast-applicaties moeten zo worden ontworpen dat ze af en toe dubbele pakketten kunnen verwachten.

Hier schrijf ik in het kort de voordelen en nadelen van Multicast Forwarding.

• Multicast Routing is achterstevoren ten opzichte van Unicast Routing
• Unicast Routing maakt zich zorgen over waar het pakket naartoe gaat of zal moeten gaan.
• Multicast Routing maakt zich zorgen over waar het pakket vandaan komt of vandaan zal komen.
• Multicast Routing maakt gebruik van “Reverse Path Forwarding” (RPF) en RPF Check
• Welke interface verwacht een multicastpakket van de bron?
• De interface zou een unicast-pakket terugsturen naar de bron of gedeelde root!
• Beschermt tegen multicast-loops
• Mechanisme in routers
• Kan het verkeersniveau in de buurt van de afzender verminderen
• Management is een groot gemis
• Als iemand of een heleboel iemand een uitzending mist vanwege een routerprobleem ergens
• Niemand weet
• Vooral niet het managementcentrum of het factureringscentrum
• Dus iemand kan betalen, maar het programma niet ontvangen

Als een mobiel apparaat naar een nieuw netwerk verhuist en hetzelfde IP-adres behoudt, zal het adres de nieuwe locatie niet weergeven, waardoor routers het datagram niet correct (of helemaal niet) kunnen routeren.

Als alternatief, als een mobiel apparaat naar een nieuw netwerk verhuist en een nieuw adres toegewezen krijgt, gaan reeds bestaande koppelingen (FTP, enz.) verloren. Als de mobiele host beweegt zonder zijn adres te wijzigen, verliest hij de routering; maar als het zijn adres verandert, zal het de verbinding verliezen !!

Key Component : Mobiele host behoudt zijn adres 128.6.5.30 terwijl hij van zijn thuisnetwerk naar het buitenlandse netwerk gaat.

 

Mobiele IP-terminologie

Mobiele host: het apparaat dat van zijn thuisnetwerk naar een bezoekend netwerk is verhuisd zonder zijn adres te wijzigen

Home Agent:  Een router op het thuisnetwerk die pakketten naar de mobiele host tunnelt terwijl deze niet thuis is

Buitenlandse agent: Een router op het buitenlandse netwerk die routeringsdiensten levert aan een mobiele host terwijl deze is geregistreerd bij de buitenlandse agent

Correspondenthost:  Een peer waarmee een mobiel knooppunt communiceert – kan stationair of mobiel zijn

Mobility Agent: Een thuisagent of een buitenlandse agent, zorgadres,  Een tijdelijk adres dat door de mobiele host wordt gebruikt terwijl deze zich op een buitenlands netwerk bevindt.

Er zijn twee soorten:

1. Foreign Agent Care of Addresses: een IP-adres van een buitenlandse agent dat een interface heeft op het buitenlandse netwerk dat wordt bezocht door de mobiele host
2. Co-located Care of Address: een IP-adres dat tijdelijk is toegewezen aan de mobiele host zelf

Tunneling:  Een tunnel is het pad dat wordt gevolgd door een eerste pakket, terwijl het is ingekapseld in het payloadgedeelte van een tweede pakket

Thuisadres:  Het originele (normale) adres van de mobiele host.

Mobiliteitsbinding:  Een koppeling tussen een woonadres, een zorgadres en een levenslange registratie

IP-netwerken gebruiken routers om te schakelen op basis van IP-adressen, Layer 3-routeringsprotocollen zoals BGP of OSPF en Ethernet-netwerken gebruiken 48-bits MAC-adressen

Spanning Tree wordt gebruikt om te routeren omdat gebruikers, basisstations, routers, enz. allemaal IP-adressen nodig hebben (het is een op IP gebaseerd systeem)

Er zijn openbare (routeerbare via internet) en privé-IP-adressen (niet zichtbaar op internet) en de conversie daartussen heeft mogelijk al een openbaar IP-adres, andere niet

Een terzijde: IP-headercompressie zal overal worden gebruikt

Privé IP-adressen

IANA, de Internet Assigned Numbers Authority, die voor deze zaken zorgt, heeft een aantal blokken IP-adressen aangewezen voor gebruik als privé-IP-aanduidingen.

Deze adressen mogen alleen worden gebruikt binnen privé-LAN’s en mogen niet zichtbaar worden op het openbare internet.

“10” Blok 10.0.0.0 – 10.255.255.255

“172” Blok 172.16.0.0 – 172.31.255.255

“192” Blok 192.168.0.0 – 192.168.255.255

Er is ook een IP-blok dat wordt gebruikt voor de toewijzing van lokale IP-nummers als er geen DHCP-server beschikbaar is.

Dit staat bekend als automatische privé-IP-adressering.

“169” Blok 169.254.0.0 – 169.254.255.255

Zowel publieke als private IP-adressen nodig

Zakelijke gebruikers hebben mogelijk een netwerk met routers, kleine bedrijven kunnen op particuliere klanten lijken

Residentiële gebruikers

Geen IP-adres. Ik heb het netwerk nodig om er een te bieden met behulp van DHCP

Zakelijke gebruikers

Mogelijk een eigen netwerk hebben en toewijzing van privé-IP-adressen. Gebruik NAT aan de rand van het netwerk om te converteren naar openbare IP-adressen

DHCP – Dynamisch hostconfiguratieprotocol

• DHCP-server is geconfigureerd met een reeks adressen
• Host 3 start op en gaat naar Initialize state
• Het zendt een DHCP Discover-bericht uit
• Voert vervolgens Select state

in

• DHCP-servers verzenden DHCP-aanbiedingsbericht
• Host 3 stuurt een DHCP-verzoek naar een van de servers
• Host 3 voert de Request state

in

• DHCP-server antwoordt met een DHCP-bevestiging (met adres)
• Host 3 komt in de Bound state en accepteert de lease

Netwerkadresvertaling – NAT

Werkt aan de rand van een bedrijfsnetwerk, converteert de privé-IP-adressen naar een of meer openbare adressen

Diverse smaken:

• Vaste relatie tussen privé en publiek – Statische NAT
• Vraaggebaseerd – wanneer een privéadres externe toegang nodig heeft, wordt een adres uit een groep openbare adressen gehaald en wordt de conversie uitgevoerd op de edge-router – Dynamic NAT
• Overload NAT – ook wel PAT genoemd – Poortadresvertaling

PAT – Poortadresvertaling

• Gebruiker op IP-adres ‘p’ en poort ‘r’ verzendt pakket naar buiten
• Router converteert dit naar IP-adres ‘w’ en poort 36578
• Antwoord komt terug voor ‘w’ en 36578
• Router converteert dit naar adres ‘p’ en poort ‘r’

QAM-symbolen worden weergegeven door het draaggolfsignaal dat wordt verzonden met een specifieke fase (90 °)/amplitude (gedicteerd door het bericht), gedurende een eindige tijdsperiode.

QAM-constellaties (patronen)

2 QAM (binaire PSK – BPSK)

Er zijn twee symbolen gedefinieerd (1 amplitude; 2 fasen)

Elk symbool dat via het transmissiekanaal wordt verzonden, vertegenwoordigt (draagt) 1 berichtbit.

Baudsnelheid = bitsnelheid

QAM is een modulatiemethode die de fase en de amplitude van het draaggolfsignaal wijzigt. QAM-symbolen worden weergegeven door het draaggolfsignaal dat wordt verzonden met een specifieke fase/amplitude (gedicteerd door het bericht), gedurende een beperkte tijdsperiode.

Eén symbool wordt geïdentificeerd door een Q- en een I-waarde (Inphase). Transmissiekanalen met een beperkte bandbreedte beperken het aantal symbolen per seconde (baudsnelheid) dat kan worden verzonden. Om de bit per seconde (bps) capaciteit van een kanaal te vergroten, terwijl de baudsnelheid op de lage waarden wordt gehouden die worden opgelegd door de kanaalbandbreedte, de symbolen dragen (vertegenwoordigen) meer dan één enkele bit.

Symbolen vertegenwoordigen een aantal n bits, waardoor de kanaalcapaciteit met een factor n toeneemt. De betaalde prijs is de aanwezigheid van meerdere symbolen in het kanaal, waardoor de kans op onjuiste symboolidentificatie bij de ontvanger toeneemt

Complexere modulatietechnieken verzenden meer bits binnen één symbool. Dit betekent dat de radioverbinding onderscheid moet maken tussen een groter aantal symbolen.

• 4 symbolen: 2 bits worden weergegeven door één symbool
• 16 symbolen: 4 bits worden weergegeven door één symbool

De afbeelding toont het hoogste modulatieschema (64 QAM) dat wordt gebruikt door de fysieke WiMAX-laag. De radioverbinding moet onderscheid maken tussen 64 symbolen (8 waarden in I- en Q-richting). Het effect van ruis in een kanaal leidt tot onzekerheid in de positie van de symbolen in de I/Q-constellatie. Als de demodulator de fasetoestand detecteert die zich het dichtst bij het verkeerde punt in de constellatie bevindt, treedt er een symboolfout op en als gevolg daarvan treden er bitfouten op.

Omdat de spectrumbezetting evenredig is met de symboolsnelheid, zijn systemen die meer fasetoestanden gebruiken, spectrumefficiënter.