Nghiên cứu phương pháp quản lý chuyển vùng trong mạng 4g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG LỮ THỊ PHƯƠNG NGA NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ CHUYỂN VÙNG TRONG MẠNG 4G CHUYÊN NGÀNH : TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH MÃ SỐ : 60.48.15 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 Luận văn được hoàn thành tại: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS. Đinh Văn Dũng Phản biện 1: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… …………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại:. - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Phát triển từ hệ thống thông tin di động tương tự 1G, các hệ thống thông tin di động số thế hệ thứ 2 ra đời đánh dấu sự thành công của công nghệ GSM với hơn 70% thị phần thông tin di động trên toàn cầu. Tuy nhiên GSM chỉ đáp ứng tốt dịch vụ thoại trong khi nhu cầu dịch vụ số liệu ngày một gia tăng và hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ra đời đáp ứng các nhu cầu về truyền số liệu. Hướng tới sự phát triển tiếp theo trong tương lai, mạng không dây thế hệ thứ 4 sẽ tích hợp các công nghệ như WLAN và mạng thông tin di động thế hệ thứ 3. Đề tài “Nghiên cứu phương pháp quản lý chuyển vùng trong mạng 4G” sẽ đánh giá năng lực của các đề xuất quản lý chuyển vùng giữa các mạng truy nhập vô tuyến khác nhau: WLAN, 3G, Wimax. Luận văn xác định các yêu cầu đặt ra đối với vấn đề quản lý chuyển vùng trong mạng 4G. Năng lực của các đề xuất trên được khảo sát nhờ công cụ phần mềm mô phỏng NS-2. Nội dung của đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Mạng 4G và vấn đề quản lý di động. Chương 2: Giao thức quản lý chuyển vùng trong mạng 4G. Chương 3: Đánh giá quản lý chuyển vùng giữa WLAN và UMTS bằng mô phỏng. I. NỘI DUNG CHÍNH CỦA TỪNG CHƯƠNG CHƯƠNG 1 Chương 1 sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G), về lịch sử và xu hướng phát triển, mô hình cấu trúc mạng và các dịch vụ được triển khai trong mạng di động 4G. Tiếp đó chương sẽ đề cập đến vấn đề quản lý di động trong mạng, khái niệm về chuyển vùng trong quản lý di động cũng như sự cần thiết của việc nghiên cứu các phương pháp chuyển vùng trong mạng di động 4G. Mô hình cấu trúc mạng 4G Hình 1.5: Mô hình cấu trúc mạng 4G Lớp truy nhập vô tuyến Nhiệm vụ chính của mạng truy nhập vô tuyến RAN(Radio Access Network) là tạo và duy trì các kênh mang truy nhập vô tuyến RAB (Radio Acess Bearer) để thực hiện thông tin giữa thiết bị di động UE (User Equipment) và mạng lõi CN (Core Network). Lớp mạng lõi Mạng lõi phải tích hợp được tất cả các mạng viễn thông khác nhau như mạng di động, WLAN, WiMAX, các mạng không dây khác… Lớp chức năng Lớp chức năng dùng để điều khiển hệ thống như điều khiển hệ thống báo hiệu, điều khiển lưu lượng, bảo mật thông tin… đồng thời cung cấp cơ sở hạ tầng cho lớp dịch vụ, cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau. Lớp dịch vụ Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của người dùng, có chất lượng cao như: các dịch vụ thông tin định vị, dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao, dịch vụ điều khiển từ xa… CHƯƠNG 2: Chương 2 trình bày về hai giao thức chuyển vùng trong mạng 4G đó là Giao thức Mobile IP, Giao thức MIH (chuẩn IEEE 802.21) Giao thức Mobile IP- Nguyên lý hoạt động Khi MN đang trong mạng thường trú, nó sẽ được phân phối một địa chỉ IP thường trú. Lúc này MN đang trong mạng thường trú của nó, thì nút di động MN nhận các gói tin này và trả lời chúng như một máy chủ thông thường (đây là một yêu cầu quan trọng của IP di động). Nhưng nếu MN đi khỏi mạng thường trú thì MN cần có một đại diện thay mặt nó. Đại diện này là đại diện thường trú HA (Home Agent) có thể thông tin với MN trong suốt thời gian di chuyển mà không phụ thuộc vào vị trí hiện tại của MN. Do đó, ta có thể coi HA là vị trí vật lý của MN. Vậy khi MN đi khỏi nơi thường trú, nó phải có một địa chỉ tạm trú và thông báo địa chỉ này cho HA để biết được địa điểm hiện tại của MN. Có nhiều cách để có địa chỉ này, nhưng tiện nhất là MN có địa chỉ này từ một đại diện. Đại diện này được gọi là đại diện tạm trú FA (Foreign Agent) [10]. Do đó khi một MN ra khỏi mạng thường trú tới mạng ngoài, MN phát hiện là nó đang ở mạng khác nó sẽ gửi yêu cầu đăng ký thông qua FA đến HA để được lưu động trong một thời gian. Đáp ứng này gửi đến MN (thông qua FA) cho phép hoặc từ chối việc đăng ký này. Trường hợp này thực hiện khi MN dùng FA để đăng ký, còn nếu MN bảo vệ địa chỉ theo cách khác thì nó không cần bước đăng ký qua FA. Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của MIPv4 (Nguồn: Tài liệu tham khảo [10]) Chuyển vùng trong mobile IP: gồm trường hợp MN đi từ FA1 sang FA và trường hợp MN đi từ FA sang vùng không có FA Giao thức MIH của IEEE - Mô hình kiến trúc MIH Kiến trúc MIH (Media- Independent Handover- IEEE 802.21) bao gồm các User MIH đặt tại lớp Lớp 4 sử dụng điểm truy nhập dịch vụ MIH (SAPs) để truyền thông với các dịch vụ MIH ở các lớp thấp hơn [2]. Mobile Node Access Point Link events Link commands MIH Events MIH Commands MIH User 1 MIHF L2 2 L2 1 MIHF L2 Query or configure Response Query or configure Response Technology dependent Technology independent MIH User 2 MIH Events MIH Commands Link events Link commands Mobile Node Access Point Link events Link commands MIH Events MIH Commands MIH User 1 MIHF L2 2 L2 1 MIHF L2 Query or configure Response Query or configure Response Technology dependent Technology independent MIH User 2 MIH Events MIH Commands Link events Link commands Hình 2.2: Mô hình kiến trúc MIH (Nguồn: Tài liệu tham khảo [2]) Khối chức năng MIH (MIHF) đặt giữa lớp 2 và lớp 3. Khối chức năng này cung cấp dịch vụ chuyển vùng bao gồm các dịch vụ sự kiện (ES), dịch vụ thông tin (IS) và dịch vụ chung (CS) thông qua SAPs. Ngoài ra kiểm soát tắc nghẽn có thể được yêu cầu phụ thuộc vào tổng lượng dữ liệu của một MIH sinh ra. Bởi vậy một số thông báo tín hiệu MIH nên được thực hiện thông qua giao thức truyền thông tin cậy như TCP- mà yêu cầu phân phối và kiểm soát tắc nghẽn . CHƯƠNG 3: Chương 3 giới thiệu về phần mềm mô phỏng mạng NS-2 và trình bày kết quả mô phỏng chuyển vùng giữa mạng UMTS và WLAN. Giới thiệu về các tham số sẽ ảnh hưởng tới hiệu năng chuyển vùng. Sau đó trình bày topology mạng thực hiện chuyển vùng giữa mạng UMTS và WLAN và các scenario chuyển vùng. Phần cuối của chương trình bày kết quả hiệu năng chuyển vùng khi điều chỉnh các tham số mô phỏng. Các tham số đánh giá hiệ năng chuyển vùng Các tham số được đề cập sau đây được sử dụng để đánh giá hiệu năng chuyển vùng [19]. Độ trễ chuyển giao, Tỉ lệ ngắt kết nối, Tỉ lệ mất gói, Số gói tin không đúng thứ tự, Hiệu năng phát hiện di chuyển, Xác suất tạo ra link trigger bị lỗi Cấu hình và các tham số mô phỏng 0.0.0 1.0.0 2.0.0 3.0.0 2.0.13.0.1 RA RA Agent App Agent App 0.0.0 1.0.0 2.0.0 3.0.0 2.0.13.0.1 2.0.13.0.1 RA RA Agent App Agent App Hình 3.3: Topology mạng mô phỏng chuyển vùng giữa UMTS và WLAN Hình 3.4: Topology mạng mô phỏng chuyển vùng UMTS sang WLAN trên ns-2 [...]... giao thức chuyển vùng và mô phỏng quá trình chuyển vùng giữa mạng UMTS và WLAN mà chưa đánh giá được điểm mạnh điểm yếu của từng phương pháp chuyển vùng khi sử dụng các tham số đầu vào giống nhau Để đáp ứng được yêu cầu đánh giá, lựa chọn phương pháp chuyển vùng thích hợp cần phải tập trung tìm hiểu thêm về các phương pháp chuyển vùng hiện nay và mô hình hóa các công nghệ là ứng cử cho mạng 4G như MIMO,... quá trình chuyển vùng trong di động Do nghiên cứu để đảm bảo được tín hiệu liên tục và đạt hiệu quả cao nhất khi điểm di động di chuyển giữa các trạm phát sóng khác nhau, giữa các công nghệ di động khác nhau là một vấn đề rất khó Luận văn đã tập trung tìm hiểu hai giải pháp quản lý chuyển vùng trong mạng di động thế hệ thứ 4 đó là giao thức chuyển vùng Mobile IP và giao thức chuyển vùng MIH (chuẩn IEEE... trình chuyển vùng được thực hiện giữa mạng UMTS và WLAN Phần cuối của luận văn trình bày kết quả mô phỏng chuyển vùng giữa mạng UMTS và WLAN, phân tích đánh giá các độ đo hiệu năng chuyển vùng dựa 50 trên các tham số khác nhau và đưa ra các kết quả mô phỏng Kết quả đánh giá mô phỏng cho phép chúng ta lựa chọn được giá trị các tham số thích hợp nhằm đạt hiệu quả chuyển vùng cao nhất Hướng nghiên cứu mở... trễ chuyển giao ( Nguồn: Tài liệu tham khảo [19] ) Hiệu năng phát hiện di chuyển (%) 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Số gói tin bị lỗi trước khi ngắt liên kết Hình 3.14: Ảnh hưởng của số gói tin bị lỗi đối hiệu năng phát hiện di chuyển ( Nguồn: Tài liệu tham khảo [19] ) II Kết luận Một trong những vấn đề mà các nhà nghiên cứu quan tâm nhất trong quản lý di động là quá trình chuyển vùng. .. hiện nay và mô hình hóa các công nghệ là ứng cử cho mạng 4G như MIMO, MC-WCDMA, IMS và tích hợp vào phần mềm NS-3 Sau đó, đánh giá năng lực quản lý di động của MIH, Mobile IP khi thuê bao chuyển vùng giữa các mạng truy nhập vô tuyến với các công nghệ khác nhau như 4G- 3G WLAN- WiMAX III Tài liệu tham khảo [1] Christian Prehofer, Wolfgang Kellerer, Robert Hirschfeld, Hendrik Berndt, Katsuya Kawamura, “An... của MAX_RA_DELAY tới hiệu năng phát hiện di chuyển Hình 3.11: Ảnh hưởng của số lượng tín hiệu nhỡ đối với độ trễ chuyển giao ( Nguồn: Tài liệu tham khảo [19] ) Hiệu năng phát hiện di chuyển (%) 100 80 60 40 20 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số tín hiệu nhỡ trước khi ngắt liên kết Hình 3.12: Ảnh hưởng của lượng tín hiệu nhỡ với hiệu năng phát hiện di chuyển 0.5 Độ trễ chuyển giao (s) 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2... scenario Scenario 1: Phát hiện di chuyển dựa trên RA 0.0.0 1.0.0 3.0.0 Agent App 2.0.0 RA RA Prefix expired 3.0.1 2.0.1 3.0.1 2.0.1 3.0.1 2.0.1 Agent App Agent App Agent App Hình 3.5: Topology phát hiện di chuyển dựa trên RA Các kết quả mô phỏng như sau: DELAY và MAX_RA_DELAY) Kết quả như sau: Độ trễ chuyển giao (s) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 Thời gian gửi quảng bá router tối thiểu (s) Hình... gian gửi quảng bá router tối thiểu (s) Hình 3.6: Ảnh hưởng của khoảng thời gian RA tới độ trễ chuyển giao 90 Độ trễ chuyển giao (s) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 Thời gian hoạt động của router (s) Hình 3.7: Ảnh hưởng thời gian hoạt động của router tới độ trễ chuyển giao Scenario 2: Phát hiện di chuyển dựa trên các sự kiện Phát hiện liên kết/ Thiết lập liên kết/ Ngắt liên kết (Link Detected/... Down Link UP Agent App Hình 3.8: Topology phát hiện di chuyển dựa trên Link Detected/UP/Down Các kết quả mô phỏng Độ trễ chuyển giao (s) 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 MAX_RA_DELAY_TIME (s) Hình 3.9: Ảnh hưởng của tham số MAX_RA_DELAY tới độ trễ chuyển giao ( Nguồn: Tài liệu tham khảo [19] ) Hiệu năng phát hiện di chuyển (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5... 3G Networks.” [23] The Focus project on 4G Mobile Network Architectures &Protocols, WINLAB,Rutgers University, available at: http://www.winlab.rutgers.edu/pub/docs/focus/MobNet2.ht ml th [24] infrastructures) 4GW project, (4 generation Personal wireless Computing and Communications group, Lund Institute of Technology Available at: http://www.s3.kth.se/radio/4GW/ . đề quản lý di động trong mạng, khái niệm về chuyển vùng trong quản lý di động cũng như sự cần thiết của việc nghiên cứu các phương pháp chuyển vùng trong. chương: Chương 1: Mạng 4G và vấn đề quản lý di động. Chương 2: Giao thức quản lý chuyển vùng trong mạng 4G. Chương 3: Đánh giá quản lý chuyển vùng giữa WLAN