USO DE RSVP EN MULTIMEDIA MÓVIL LOZANO J., FERNÁNDEZ L., VILLAPOL M. RESUMEN Se han propuesto múltiples arquitecturas para ofrecer Calidad de Servicio (QoS) principalmente para aplicaciones multimedia en tiempo real, mediante el Protocolo de Reservación de recursos RSVP. Este protocolo originalmente fue diseñado para nodos que no presentan movilidad. Por tanto, cuando un nodo se traslada de una localidad a otra con el uso de RSVP original no se garantiza la continuidad de los recursos que pudiera haber tenido el nodo en su locación original. Las aplicaciones multimedia en tiempo real requieren tener garantizado ciertos recursos para el correcto funcionamiento de las mismas, lo que obliga a buscar nuevos esquemas para satisfacer estos requerimientos. En este articulo se discuten algunas arquitecturas propuestas que permiten implementar el protocolo de reservación de recursos RSVP para nodos móviles, resaltando el impacto de la movilidad sobre el protocolo RSVP y contrastando las distintas arquitecturas. Palabras Claves: Mobilidad, Calidad de Servicio, Protocolo de Reservación de Recursos RSVP, IP Movil, Tunel, Multimedia. ABSTRACT In this paper, issues of Quality of Service (QoS) for multimedia aplications in real-time using The Resource Reservation Protocol (RSVP). This protocol was originally designed to work with wired networks. Therefore, when a node moves from a locality to another one, the RSVP protocol do not guaranteed the continuity of the resources that could have had the node in its original locality. The multimedia applications in real-time require to have certain resources guaranteed for the correct operation, so that, it is necessary to find new schemes to satisfy the requirements of multimedia aplications. In this paper we will see some architectures to allow the implementation of Reservation Resources Protocol RSVP for mobile computing environments., emphasizing the impact of mobility on RSVP Protocol and comparing the different architectures. Keywords: Mobility, Quality of Service, Reservation Protocol RSVP, Mobile IP, Tunnel, Multimedia cual permite mantener las conexiones cuando un móvil o “host” se moviliza entre redes, ya que este es implementado mediante encapsulación de un paquete IP en otro (túnel). El otro factor se debe al hecho que cuando un móvil se desplaza de una locación a otra, los recursos previamente reservados ya no están disponibles. Se han propuestos varios esquemas para tratar de solucionar el impacto de la movilidad sobre el protocolo RSVP. Se propuso el Protocolo túnel RSVP (RSVPT, RSVP Tunnel) para solucionar el problema de la invisibilidad de la señalización. Sin embargo, este no soporta INTRODUCCIÓN El Protocolo de Reservación de recursos RSVP ofrece Calidad de Servicio (QoS) garantiza para Servicios Integrados en la Internet, el termino Servicios Integrados se refiere a un modelo de servicio que incluye el servicio de mejor esfuerzo “best-effort”, el servicio en tiempo real, y el uso compartido y controlado del enlace. Sin embargo, RSVP no puede ser utilizado directamente en un ambiente de computación móvil. Principalmente porque los mensajes RSVP son invisibles a los enrutadores intermedios cuando se emplea el Protocolo IP móvil, el 1 una transferencia perfecta para garantizar calidad de servicio debido a su carencia de reservaciones en avance en subredes vecinas. IP para superar los problemas que existen en ambientes de redes con nodos móviles IP, y nos permitirá conocer algunos de los inconvenientes que se presentan en un entorno de nodos móviles. Este protocolo permite a los nodos IP móviles configurados originalmente para operar en una determinada subred puedan desplazarse a otras subredes y sigan funcionando como si estuvieran en la red original. Esto se logra sin hacer modificaciones en las configuraciones de los nodos móviles, manteniendo las conexiones independientemente de la red donde se encuentren y disponiendo de los mismos recursos. En cambio el esquema RSVP móvil (MRSVP, Mobile Resource Reservation Protocol (MRSVP), si soporta reservación en avance de recursos en todas las subredes vecinas superando el impacto de “handoff” sobre RSVP. El termino “handoff” es utilizado frecuentemente en las literaturas y proviene de la telefonía celular, este hace referencia a la transición del enlace de comunicación de una estación base a otra, aledaña. Es utilizado para indicar transferencia de un nodo entre zonas adyacentes. Sin embargo, estas reservaciones puede consumir ancho de banda en exceso y afectar el rendimiento de la red. Existen tres tipos fundamentales de movilidad: la Micromovilidad entre puntos de acceso, la Macromovilidad entre subredes de una organización y la Movilidad Global entre zonas geográficas o proveedores de servicios. IP móvil esta pensado para la Macromobilidad. Para lograr su objetivo IP móvil hace uso de agentes [2] ubicados en las subredes a donde el móvil pudiera desplazarse, el Agente Local (Home Agent) esta ubicado en la red original y el Agente Externo (Foreing Agent) ubicado en la red o redes visitadas. El nodo móvil tiene dos direcciones IP [3] : Otro esquema es el Protocolo Jerárquico móvil RSVP (HMRSVP, Hierarchical Mobile RSVP Mobile), el cual ofrece la misma QoS que MRSVP garantizando un “handoff” sin interrupción pero realiza un numero menor de reservación de recursos en avance. Este esquema adopta el concepto de Registro Jerárquico utilizada en IP móvil, la reservación en avance de recursos es hecha solo cuando el nodo móvil reside en una área solapada formada entre celdas o células adyacentes pertenecientes a dos regiones distintas. Este esquema es el que ofrece mejor rendimiento, en cuanto a consumo de ancho de banda, establecimiento de sesiones, y disminuye la terminación forzada de sesiones y el bloqueo de reservaciones de recursos. En las siguiente sesiones se vera con mayor detalle cada uno de los distintos esquemas. Dirección Local (Home Address): es con la que el terminal mantiene las conexiones, con su red local. Esta dirección es fija. Dirección de Auxilio (Care-of Address): Es la que corresponde a la red en que se encuentre el móvil en un momento dado. Esta dirección es cambiante. FASES DE FUNCIONAMIENTO: IP MOVIL Antes de analizar el Protocolo RSVP en multimedia móvil, se vera a continuación una introducción al Protocolo IP móvil el cual es un estándar que agrega mejoras el protocolo 2 Descubrimiento de la Dirección de Auxilio por parte el terminal móvil: estas son obtenidas de los agentes tanto locales como externos mediante notificaciones periódicas mediante broadcast, el nodo móvil también puede solicitarla a los agentes mediante broadcast o multicast. Origen Destino Proto X HM-L ? Carga Util Origen Destino Proto Origen Destino Proto Agente Local Registro de la Dirección de Auxilio en el Agente Local: una vez que el nodo posee la Dirección de Auxilio envía una solicitud de registro al Agente Local a través del Agente Externo, con su Dirección de Auxilio de tal forma que el Agente Local pueda encontrarlo, este ultimo envía una confirmación de registro al móvil. AL HM-A 4 X HM ? Carga Util IP Encapsulado Agente Externo Host Movil (HM) Origen Destino Proto X HM ? Carga Util Figura 1. Proceso de túnel en IP móvil. IMPACTO DE LA MOVILIDAD SOBRE EL PROTOCOLO RSVP Túnel desde el Agente Local a la Dirección de Auxilio: (ver Figura 1) una vez conocida la Dirección de Auxilio del móvil (NM-A) el Agente Local (AL) intercepta los paquetes destinados a la dirección local del host móvil (NM-L) y los reenvía dentro de un nuevo datagrama dirigido a la Dirección de Auxilio del móvil (proceso de túnel). Luego el Agente Externo desencapsula el paquete IP original el cual es enviado al nodo móvil. El protocolo RSVP utiliza dos tipos de mensajes fundamentales para la reservación de recursos en los nodos a través de los cuales pasa el flujo de datos entre emisor y receptor estos son PATH y RESV. Inicialmente el emisor aprende la dirección IP del receptor usando algún mecanismo fuera de banda y envía un mensaje PATH al receptor, para encontrar la ruta desde el emisor al receptor para un determinado flujo. Cuando un enrutador recibe un mensaje PATH este registra el router aguas arriba “upstream” del cual recibió el mensaje y envía el mensaje PATH a un enrutador aguas abajo “downstream”. De esta forma el mensaje PATH es pasado entre router a otro router aguas abajo hasta llegar al receptor. El receptor responderá con un mensaje RESV para hacer reservaciones para el determinado flujo de datos. El mensaje RESV será transmitido en la trayectoria inversa que el mensaje PATH recorrió. Cuando los enrutadores o “hosts” reciben el mensaje RESV reservaran los recursos para el flujo de datos, siempre y cuando tengan disponibilidad. Mediante el protocolo IP móvil se solucionan los problemas de conexión para los host móviles, aunque tiene desventajas como cuellos de botellas en los agentes locales y la creación de túneles que agregan sobrecoste (overhead). Además, este protocolo no garantiza la continuidad de recursos que previamente pudieran están reservados cuando el móvil se desplaza entre localidades. Ya que si se usa el Protocolo de Reservación de Recursos RSVP para tal fin, seria “invisible” ya que la señalización RSVP es encapsulada por el proceso de túnel. En las próximas secciones se presentaran algunos esquemas para solucionar esto, ya que la mayoría de las aplicaciones multimedia principalmente en tiempo real requieren de cierta calidad de servicio (QoS) para su correcto funcionamiento. En la figura 2, se muestra de forma simplificada el intercambio de mensajes RSVP, específicamente mensajes PATH´s y 3 RESV´s entre un emisor (E) y dos receptores (R1 y R2), de la figura 2 se observa que la reserva solicitada por R1 prevalece sobre la reserva solicitada por R2, esto indica que la reserva solicitada por el R1 es mayor que la solicitada por R2. Es decir, la reserva mayor prevalece sobre la reserva menor, así el enrutador B (RB) sólo solicita al enrutador (RA) la mayor de las dos solicitudes de reservas a él llegadas desde el enrutador (RC). Esto es una característica de RSVP [4]. Figura 2. Intercambio de mensajes PATH y RESV de RSVP El protocolo de señalización RSVP original presenta dos inconvenientes, cuando la movilidad entra en juego. Primero RSVP no tiene conocimiento de la movilidad de los nodos, de tal forma que este no puede adaptarse dinámicamente junto con el movimiento del nodo. Es decir, una vez que el nodo móvil (NM) se desplaza “handoffs” a un nueva región, los recursos reservados con anterioridad ya no estarán disponibles y la calidad de servicio del NM puede degradarse significantemente o perderse debido a la carencia de recursos reservados en la nueva región para el NM. Segundo la encapsulación IP-en-IP (túnel) hace los mensajes RSVP invisibles. móvil IP usa esta técnica de túnel IP para el enrutamiento correcto a un NM que esta fuera de su re local (Home Network). Si se aplica el protocolo RSVP los mensajes RSVP entre los cuales están el PATH y RESV serán encapsulados en un paquete usando IP-en-IP, el paquete es identificado con el numero 4 en la cabecera ocultando el numero de protocolo 46 que se encuentra en la cabecera del paquete interno. Como consecuencia de esto los enrutadores en la trayectoria del túnel IP no reconocerán correctamente la señalización RSVP para suministrar la QoS requerida. ESQUEMA TUNEL RSVP Este esquema fue propuesto para solucionar el problema de invisibilidad de los mensajes de señalización RSVP. El principio de funcionamiento es establecer sesiones RSVP recursivamente entre los puntos de entrada y salida del túnel. Es decir, se envían mensajes PATH, RESV extremo-a-extremo entre emisor-receptor, y otros mensajes PATH, RESV entre los puntos extremos del túnel sin encapsular las cabeceraza de los paquetes IP, para garantizar QoS en la trayectoria entre el punto de entrada y salida del túnel. Este esquema funciona de la siguiente manera: inicialmente el emisor envía un mensaje PATH extremo-a-extremo, con las direcciones del emisor, receptor y el numero de protocolo de la cabecera IP igual a 46 (RSVP), cuando este mensaje llega a la entrada del túnel es encapsulado dentro de un nuevo paquete IP, con las direcciones de entrada y salida del túnel y una nueva cabecera con el numero de protocolo igual a 4 (IP móvil). Después que este mensaje es enviado desde la entrada del túnel, este ultimo emite un nuevo mensaje PATH el cual contiene las direcciones de entrada y salida del túnel y es identificado con el numero de protocolo 46 RSVP. 4 Cada router a lo largo de la trayectoria del túnel reconoce que es un mensaje PATH RSVP y lo procesa para reservar los recursos de red dentro del túnel, ya que ahora la señalización RSVP es visible. Este mensaje PATH necesita ser procesado solo en el túnel para hacer la reservación de los recursos. Por tanto, es procesado hasta el punto de salida del túnel. Por el contrario, el mensaje PATH extremo-a-extremo inicial al llegar al final del túnel es desencapsulado y enviado al receptor. El receptor al recibir el mensaje PATH extremo-a-extremo, emite un mensaje RESV extremo-a-extremo al emisor. De manera análoga cuando este mensaje llega a el punto de salida del túnel este es encapsulado dentro de un nuevo paquete IP para ser enviado a través del túnel ocultando la señalización RSVP, a su vez se emite otro mensaje RESV en la salida del túnel con la identificación de protocolo RSVP 46 para hacer la señalización RSVP visible) que será procesado hasta la entrada del túnel para que los enrutadores o “hosts” procedan a reservar los respectivos recursos para el receptor a lo largo del túnel. El mensaje RESV extremoextremo inicial es desencapsulado en la entrada del túnel y enviado al emisor. Mediante el empleo de este método se soluciona el problema de la invisibilidad de la señalización RSVP en IP móvil. Sin embargo, este no hace reservaciones en avance en las redes vecinas. Por lo tanto, si un nodo móvil NM se desplaza a una región desconocida los servicios del NM pueden perderse debido a la carencia de recursos en la nueva región. mientras esta recibiendo determinado servicio. De forma tal, que pueda seguir utilizando dicho servicio o servicios cuando este se mueve de una zona a otra. La operación de este protocolo es el siguiente: Utiliza agentes “proxi” tanto local como remotos, el local esta ubicado donde el NM normalmente se encuentra y los “proxi” remotos se encuentran en las subredes vecinas, estos agentes están registrados en el registro de Especificación móvil (Mobile Specification, MSPEC). Donde se indican un conjunto de locaciones que pueden ser visitadas en un futuro cercano por el NM. Cuando un NM receptor se mueve de una locación a otra este busca todos los agentes “proxi” en su entorno y actualiza el MSPEC utilizando el protocolo (Proxi Discovery), el MSPEC actualizado es enviado al emisor que inicio el flujo de datos al NM receptor mediante un mensaje “Receiver_MSPEC”. Este mensaje le da información al emisor de las locaciones que el NM puede visitar. Además, el NM receptor envía otro mensaje “Receiver_SPEC” a los agentes “proxi” remotos registrados en el MSPEC, de tal forma que estos agentes remotos puedan hacer las reservaciones con otros agentes para garantizar QoS para las aplicaciones de los nodos móviles. Mediante el intercambio de los mensajes PATH y RESV entre emisor y receptor se pueden establecer dos tipos de reservaciones. Una Reservación Activa de recursos entre el agente “proxi” local de el emisor y el agente “proxi” local del receptor, y a su vez se pueden establecer distintas trayectorias de Reservaciones Pasiva de recursos desde los agentes “proxi” remotos del emisor a los agentes “proxi” remotos del receptor. PROTOCOLO DE RESERVACIÓN DE RECURSOS RSVP MOVIL (MRSVP). Para obtener los servicios deseados para las aplicaciones multimedia en tiempo real con independencia de la movilidad, el Protocolo RSVP Movil hace reservación de recursos en avance en múltiples zonas donde hay la posibilidad de que el NM se desplace Cuando el NM se desplaza de una zona a otra “handoff” se intercambian mensajes PATH y RESV entre el agente “proxi” de la zona anterior y el agente “proxi” de la nueva zona, 5 y entre el agente “proxi” de la nueva zona y el MH manteniéndose la reservación de los recursos entre emisor-receptor. el emisor con la ayuda del agente del emisor, estos mensajes llegan a los agentes remotos para establecer la trayectoria a través de la cual se reservaran los recursos para el nodo móvil, estos mensajes están representados por las líneas continuas gruesas. Por otra parte, los agentes remotos envían mensajes RESV hacia el agente del emisor, estos mensajes se representan mediante líneas puntuadas. La línea puntuada gruesa representa los mensajes RESV activos, ya que el NM se encuentra en la zona 4, en cambio las líneas puntuadas delgadas representan los mensajes RESV pasivos ya que las zonas 2 y 3 no contienen al NM, las líneas continuas delgadas representan los mensajes “Receiver_SPEC” que envía el NM a los agentes remotos registrados en el MSPEC, de forma tal, que puedan hacer las reservaciones pasivas a favor del NM. También se observa en la figura 3, que no hay intercambio de información con el agente de la zona 1, esto es, por que el NM no ha visitado dicha zona y el agente no esta registrado en el MSPEC. La Reservación Activa es la trayectoria de flujo de datos actual y la Reservación Pasivas son solo reservadas en avance sin ningún flujo de datos, cuando el NM se desplaza de zona MRSVP cambia la Reservación Pasiva de la nueva zona visitada a estado activa, y la Reservación Activa original pasa a estado pasivo. De esta forma, los recursos requeridos por el NM en la nueva zona pueden ser obtenidos rápidamente porque los recursos fueron pre-reservados en la trayectoria pasiva. Obteniéndose un “handoff” transparente garantizando QoS. El problema con MRSVP es que consume mucho ancho de banda haciendo las reservaciones de recursos en avance degradando el rendimiento. En la figura 3, se ilustran algunos de los mensajes intercambiados en RSVP Móvil. Inicialmente se emiten mensajes PATH desde Figura 3. Intercambio de mensajas en MRSVP 6 PROTOCOLO HERARQUICO MOVIL DE RESERVACIÓN DE RECURSOS HMRSVP. avance para un NM solo cuando este visita el área de dos células solapadas pertenecientes a distintas regiones. El protocolo Herarquico móvil (NMRSVP) [1] se basa en la integración de RSVP con el Protocolo de Registro Regional de IP móvil, y hace reservación en avance de recursos solo cuando el ”handoff” tienden a ser largo. En IP móvil cada vez que un NM se mueve, este debe registrarse con su Agente Local de movilidad (Home Mobility Agent, HA). En los casos cuando el HA esta lejos el proceso de registro puede ser lento y consumir recursos en exceso. En la figura 4 (a) se ilustra el esquema de reservación de recursos usado en HMRSVP. La línea continua representa rutas de reservación de recursos activa, mientras que las líneas puntuadas representan rutas de reservación de recursos pasiva. Como se observa en la figura 4 (a) el NM actualmente esta visitando una celda (CEi) dentro de una determinada región, presumiendo que el NM hará “handoff” solo intra-regiones el futuro. Por lo tanto, NMRSVP solo establecerá reservación de recursos activa desde el emisor a el NM sin hacer ninguna reservación de avance. En la figura 4 (b), cuando el NM se encuentra en una área de dos células solapadas (CEj, CEk) de distintas regiones NMRSVP establecerá una reservación de recursos pasiva extra en la trayectoria desde el emisor a la célula vecina (CEk) donde se encuentra el NM. En este caso se establece la reservación pasiva porque el NM puede que se desplace de una región a otra. Es decir, un movimiento interregión. A diferencia de MRSVP el cual establece excesivas reservaciones pasivas para todas las células vecinas de los NMs independientemente de la célula que este visitando el MH. En cambio NMRSVP hace reservaciones de recursos en avance solo en las células vecinas del NM solo cuando el NM tiende a realizar un movimiento interregión. El Protocolo de Registro Regional de IP móvil localiza el proceso de registro dentro de una región cuando un NM realiza un movimiento intra-región. Siendo la región un ”cluster” de enrutadores y subredes de una red corporativa o de campus. Aprovechando que las redes IPs poseen topología jerárquica. Los Agentes de movilidad (Mobility Agents, MAs) dentro de una región son ordenados de forma jerárquica dentro de la misma. MAs externos pueden realizar el proceso de registro con algún grado de independencia de los HA. De esta manera los registros de los movimientos de los NMs intra-región pueden ser aislados dentro de una región. El tiempo de establecimiento de la reservación de recursos para una determinada trayectoria para un “handoff” intra-región es relativamente rápida. Por tanto, HMRSVP adopta el esquema de Registro Regional de IP móvil y realiza reservación de recursos en 7 Figura 4 (a) Figura 4 (b) Hay que acotar, que actualmente están apareciendo múltiples propuestas para tratar con la movilidad de nodos (incluyendo redes wireles) y la calidad de servicio. Las cuales básicamente hacen modificaciones y mejoras al protocolo RSVP original el cual no fue diseñado para un ambiente móvil. Además, de apoyarse en otros protocolos que interactúan con RSVP como IPv4 o Ipv6 para lograr el objetivo de obtener independencia de los movimientos de los nodos. Todavía no hay soluciones definitivas a este problema debido a la gran diversidad tanto de aplicaciones y sus requerimientos de QoS y de tecnologías de redes, Encontrar una solución que abarque esta diversidad de requerimientos es complejo. El tema de la movilidad en multimedia y RSVP se encuentra en plena etapa de investigación. CONCLUSIONES Se han propuesto varios esquemas para soportar calidad de servicio en ambientes de computación móviles para aplicaciones multimedia, los esquemas estudiados tienen como objetivo lograr independencia de los movimientos del nodo, con respecto a las sesiones y servicios que posee el NM previo al movimiento . El método RSVP túnel soluciona el problema de invisibilidad de la señalización RSVP que ocurre cuando se encapsula un paquete IP dentro de otro paquete IP lo cual es necesario en IP móvil, pero al no reservar recursos en avance se pueden perder los recursos previamente reservados. Esto se soluciono con el esquema de reservación de Recursos móvil MRSVP pero este a su vez tiene el inconveniente que consume muchos recursos de ancho de banda debido a la creación de múltiples trayectorias de reservaciones pasivas. Por otra parte, el protocolo NMRSVP integra el protocolo MRSVP con el Protocolo de Registro Regional de IP móvil, con esto se reduce el consumo de ancho de banda y mejora el rendimiento en cuanto a bloqueo de reservaciones, reduce la interrupción de sesiones y mejora las probabilidades de establecimiento de las mismas. REFERENCIAS. 8 [1] Chien-Chao Tseng, Gwo-Chuan Lee and Ren-Shiou Liu, “HMRSVP: A Hierarchical Mobile RSVP Protocol”, http://137.132.153.41/QoS/QoS%20 Methods/hmrsvp.pdf [2] William Leung, “Mobile IP”, http://www.ahciet.net/tecnologia/rede s_infraestructura/telcordia05.pdf [3] [4] Salem Lepaja, Reinhard Fleck, Nguyen Nam Hoang, “QoS Provisioning in Mobile Internet Environment”, http://www.ing.unipi.it/ew2002/proce edings/122.pdf Manuel Moreno Martín, “Señalización para QoS en redes IP”, http://www.aui.es/biblio/bolet/bole02 5/art_4.htm#Mecanismos [5] Sergi Sánchez, Xavi Masip, Jordi Domingo, “Protocolo RSVP: Evolución y experiencias”, Feb. 2001. http://dois.mimas.ac.uk/DoIS/data/Art icles/upvupvbriy:1998-1999:i:4647:p:80-85.html [6] Javier Gomez Castellanos, Andrew T. Campbell, "Delivering Adaptive Flows to Mobile Hosts over the Internet", http://comet.ctr.columbia.edu/~javierg /pub/REPORT97.pdf Jorge Alejandro Lozano Hernández. Ingeniero Electricista. Egresado de la “Universidad Central de Venezuela”, en el ano 1998. Actualmente trabajo en Corporación Amplexus, desempeñándome como Ingeniero de Soporte. 9