Proxy MIPv6 và ứng dụng trong quá trình chuyển giao trong mạng di đông 3g WCDMA UMTS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VĂN THỊ NGÂN PROXY MIPv6 VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/UMTS Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ NHẬT THĂNG Phản biện 1: …………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 LỜI MỞ ĐẦU Mặc dù Internet đã phát triển với tốc độ rất nhanh, tuy nhiên nó vẫn không thể bắt kịp với nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều. Hơn nữa, khách hàng trông đợi nhiều hơn ở Internet, không chỉ các dịch vụ truyền thống. Mạng Internet hiện tại chủ yếu cung cấp các ứng dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET. Mạng Internet ngày nay cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, có kế hoạch điều khiển nghẽn mạch linh hoạt và các đặc điểm bảo mật. Ngoài ra, sự bùng nổ về người sử dụng trên mạng Internet cũng khiến cho chúng ta phải đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng nếu chỉ sử dụng 32 bit địa chỉ của giao thức IP phiên bản 4. Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động, nhu cầu truy cập Internet mọi lúc, mọi nơi đòi hỏi không gian địa chỉ Internet phải được mở rộng hơn nữa. Những hạn chế đó đã thúc đẩy sự nghiên cứu phát triển cho một mạng Internet thế hệ mới trên toàn thế giới Với việc sử dụng PMIP - MIP Đại diện, các máy chủ có thể thay đổi địa chỉ của tập tin đính kèm vào Internet mà 2 không cần thay đổi địa chỉ IP.Không giống như MIP, chức năng này được thực hiện bởi mạng quản lý, nó sẽ có trách nhiệm theo dõi các chuyển động của máy chủ và bắt đầu tín hiệu yêu cầu khi máy chủ có thay đổi. Tuy nhiên, trong trường hợp liên quan đến các giao diện mạng khác nhau, máy chủ cần sửa đổi tương tự như MIP để duy trì cùng một địa chỉ IP trên giao diện khác nhau. Đây là một giao thức quản lý tính di động được tiêu chuẩn hóa bởi IETF và được xây dựng trên công nghệ truy cập của mạng di động như WiMAX, 3GPP, 3GPP2 và WLAN. Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS, khi đó PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái mới và không gián đoạn kết nối khi chuyển giao. Về nội dung, luận văn bao gồm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về Proxy Mobile IP. Chương 2: Giới thiệu về Proxy Mobile IPv6. Trình bày về thành phần, hoạt động của PMIPv4, điểm nổi bật của PMIPv6, đồng thời cũng trình bày về thành phần và hoạt động của PMIPv6. 3 Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS. Tính toán ước lượng độ trễ chuyển giao, so sánh khi sử dụng PMIPv6 với các giao thức khác. Đánh giá khả năng sử dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS. Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo,TS. Lê Nhật Thăng đã tận tình hướng dẫn và cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn này. 4 Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PROXY MOBILE IP Mobile IP là một giải pháp tiêu chuẩn được đề xuất bởi IETF để xử lý tính di động đầu cuối giữa các mạng con IP và được thiết kế để cho phép một node có thể thay đổi điểm kết nối một cách trong suốt với mạng IP. Vì nhiều người sử dụng Internet di chuyển từ nơi này đến nơi khác, cần đảm bảo truy nhập tài nguyên mạng và các dịch vụ thuận tiện cho họ khi di chuyển.Mobile IP hoạt động ở lớp mạng, ảnh hưởng đến việc định tuyến các gói tin và có thể dễ dàng xử lý tính di động giữa các phương tiện truyền thông. 1.1. CÔNG NGHỆ INTERNET VÀ GIAO THỨC IP Về mặt công nghệ, mạng Internet kết nối các máy tính và các mạng với nhau sử dụng bộ giao thức TCP/IP. Đây là một bộ giao thức nổi tiếng được sử dụng rất phổ biến. Hiện nay mạng Internet đang sử dụng giao thức IPv4. IP là một giao thức không liên kết hoạt động ở tầng 5 mạng, nó cung cấp khả năng truyền các gói tin giữa các máy tính trên mạng Internet. Giao thức IP được hỗ trợ bởi rất nhiều các giao thức lớp dưới như ATM, Frame Relay, ISDN, Ethernet và Token Ring Mặc dù TCP và IP được phát triển để cung cấp phương tiện truyền tải trên mạng, nhưng sau đó một số giao thức tầng ứng dụng đã được thêm vào TCP/IP để cung cấp các dịch vụ như email, Web Internet nhanh chóng được thương mại hoá sau khi có sự xuất hiện của World Wide Web. Số lượng nhà cung cấp phần mềm, thiết bị Internet, các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) ngày càng nhiều. Thương mại điện tử đang là lĩnh vực phát triển nhất trong nền kinh tế Internet. Số lượng người sử dụng Internet đang tăng rất nhanh. Mặc dù Internet đã phát triển với tốc độ rất nhanh, tuy nhiên nó vẫn không thể bắt kịp với nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều. Hơn nữa, khách hàng trông đợi nhiều hơn ở Internet, không chỉ các dịch vụ truyền thống. Mạng Internet hiện tại chủ yếu cung cấp các ứng dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET. Mạng Internet ngày nay cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, có kế hoạch điều khiển nghẽn mạch 6 linh hoạt và các đặc điểm bảo mật. Ngoài ra, sự bùng nổ về người sử dụng trên mạng Internet cũng khiến cho chúng ta phải đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng nếu chỉ sử dụng 32 bit địa chỉ của giao thức IP phiên bản 4. Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động, nhu cầu truy cập Internet mọi lúc, mọi nơi đòi hỏi không gian địa chỉ Internet phải được mở rộng hơn nữa. Những hạn chế đó đã thúc đẩy sự nghiên cứu phát triển cho một mạng Internet thế hệ mới trên toàn thế giới. Trong mạng Internet truyền thống (IPv4), mỗi node mạng có một địa chỉ IP duy nhất xác định điểm kết nối với mạng. Do vậy để nhận được thông tin, nó phải được đặt tại mạng tương ứng với địa chỉ đó. Điều này gây ra hạn chế cho các đối tượng sử dụng đầu cuối có khả năng di động, mỗi khi đến một điểm truy cập mới phải thay đổi thông tin về cấu hình IP. Để giải quyết được thực trạng này, giao thức Mobile IP đã ra đời. 1.2. TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 1.2.1. Sự cần thiết của Mobile IP Nếu node di chuyển, nó phải đăng ký địa chỉ IP khác, hoặc việc gửi gói tin phải thực hiện theo tuyến định 7 trước. Cả hai giải pháp này đều không thể chấp nhận được. Giải pháp đầu tiên làm cho node không thể duy trì được các kết nối lớp transport và các lớp cao hơn, phải gián đoạn thông tin; trong khi giải pháp thứ hai lại làm tăng đáng kể lưu lượng trên mạng, và vấn đề sử dụng tuyến đường đặc biệt như vậy không thể có được quy mô sử dụng rộng rãi. Mobile IP giải quyết vấn đề di động bằng cách quản lý tương quan giữa địa chỉ nhà tĩnh và địa chỉ thay đổi của node di động (còn gọi là CoA) khi chúng ra khỏi mạng nhà. Lớp transport cũng như là các lớp cao phía trên tiếp tục sử dụng địa chỉ nhà và cho phép chúng “phớt lờ” sự chuyển động đang xảy ra, tức là sự chuyển động của node di động được xem như trong suốt. Mobile IPv6 về cơ bản kế thừa các phần tử cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của Mobile IPv4. Tuy nhiên do được tích hợp hoàn toàn với giao thức IP nên nó có những cải thiện đáng kể so với phiên bản truyền thống. Đó là việc sử dụng các tác nhân ngoài không còn cần thiết nữa. Với không gian địa chỉ rộng lớn, node di động (MN) dễ dàng nhận được một địa chỉ CoA đồng vị ở mạng ngoài thông qua các tính năng Neighbor Discovery hay Address Auto 8 Configuration. 1.2.2. Thành phần và yêu cầu của giao thức Mobile IP Mobile IP về cơ bản hoạt động trên cơ sở ba thành phần sau đây:  Node di động (MN): là một host hay router thay đổi điểm kết nối từ một mạng này đến một mạng khác. Node di động trong Mobile IP có khả năng chuyển vị trí mà vẫn giữ nguyên địa chỉ IP. Vì vậy, nó sẽ duy trì liên lạc với các node khác trong mạng từ bất kỳ vị trí nào chỉ với một địa chỉ IP duy nhất.  Tác nhân nhà (Home Agent - HA): là một router tại mạng nhà của node di động làm nhiệm vụ truyền theo đường hầm các gói tin tới node di động khi nó ở nơi khác, nó cũng lưu giữ thông tin về vị trí hiện tại của node di động.  Tác nhân ngoài (Foreign Agent - FA): là một router tại mạng nơi node di động chuyển tới, nó cung cấp dịch vụ định tuyến cho những node di động đã đăng ký. FA có nhiệm vụ mở gói tin truyền theo đường hầm (detunnels) và gửi tới node di động. Với các gói tin được [...]... thể và chi tiết, quản lý ràng buộc hơn PMIPv4 19 Chương 3: ỨNG DỤNG CỦA PMIPv6 VÀO QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/ UMTS Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/ UMTS, khi đó PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái mới và không làm gián đoạn kết nối khi chuyển giao 3.1 QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO 3.1.1 Trong thông tin di động 3G WCDMA/ UMTS. .. việc nghiên cứu áp dụng PMIPv6 vào quá trình chuyển giao trong mạng 3G Với các nghiên cứu ở chương 3, ta đã thấy được những ưu điểm nổi trội của PMIPv6 trong quá trình chuyển giao mạng di động 3G WCDMA/ UMTS như độ trễ khi thực hiện chuyển giao ít, thiết bị nhanh chóng kết nối mạng Do đó việc nghiên cứu, đánh giá ứng dụng của PMIPv6 để từ đó ứng dụng vào hệ thống mạng 3G thực tế 30 là điều cần thiết,... khi sử dụng PMIPv6 là: dLMA-nAR + dLMA-nAR + dLMA-nAR + dw (4) 3.4.2.2 So sánh độ trễ trong các trường hợp chuyển giao sử dụng HMIPv6 và PMIPv6 DHMIPv6 = 3dw + 3dLMA-nAR DPMIPv6 = 3dLMA-nAR + dw Khi dw> 0 thì DHMIPv6> DPMIPv6 3.2.5 Nhận xét và đánh giá Khi thực hiện so sánh độ trễ chuyển giao trong 2 trường hợp sử dụng PMIPv6 và H -MIPv6, tính toán độ trễ ta thấy rằng khi dw> 0 thì DHMIPv6> DPMIPv6 ... này tới node di động Tất nhiên, MAG sẽ chuyển tiếp tất cả các gói tin nhận được qua đường ngầm tới LMA và sau đó, chúng sẽ được định tuyến trực tiếp tới đích 3.1.2.2 Thủ tục chuyển giao Thủ tục chuyển giao di n ra như hình dưới Hình 3 3 Hoạt động chuyển giao PMIPv6 24 3.2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG PROXY MIPv6 TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO 3.2.1 Mô hình chuyển giao Mô hình chuyển giao như bên... của PMIPv6, tính toán và đánh giá được đỗ trễ chuyển giao khi ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao Khả năng áp dụng PMIPv6 vào thực tế là có khả năng 29 KẾT LUẬN Mobile IP là một giải pháp tiêu chuẩn được đề xuất bởi IETF để xử lý tính di động đầu cuối giữa các mạng con IP và được thiết kế để cho phép một node có thể thay đổi điểm kết nối một cách trong suốt với mạng IP Vì nhiều người sử dụng. .. Mô hình chuyển giao 3.2.2 Kịch bản chuyển giao Dự kiến so sánh độ trễ chuyển giao khi sử dụng phương pháp PMIPv6 và H -MIPv6 Tính toán các tham số trễ và công thức tính trễ của 2 phương pháp, để đánh giá 25 khả năng sử dụng PMIPv6 sẽ có độ trễ chuyển giao nhỏ hơn 3.2.3 Dữ kiện và tham số Để tính toán độ trễ chuyển giao khi thực hiện xem xét trễ giữa phần không dây và phần có dây Độ trễ chuyển giao sẽ... trước đó 2.2 PROXY MOBILE IPv6 2.2.1 Tổng quan về hoạt động của giao thức Mobile IPv6 Giao thức Proxy MIPv6 hoạt động trên nền mạng tòan IP, quản lý tính di động của node di động, mà không cần sự tham gia của node di động trong bất kỳ hoạt động nào liên quan tới báo hiệu, giao thức PMIPv6 sẽ thực hiện điều đó Thực thể di động trong mạng sẽ theo dõi kiểm tra các chuyển động của node di động, và sẽ khởi... Internet di chuyển từ nơi này đến nơi khác, cần đảm bảo truy nhập tài nguyên mạng và các dịch vụ thuận tiện cho họ khi di chuyển Proxy MIP là một giao thức mà việc thực hiện các thủ tục khi người sử dụng di chuyển vị trí, cập nhật thông tin, nhận thực,… đều được node mạng hỗ trợ thực hiện PMIPv6 hướng tới phát triển có những điểm nổi bật hơn PMIPv4 như đã trình bày ở chương 2 Và việc nghiên cứu áp dụng PMIPv6... năng sử dụng PMIPv6 thì sẽ giảm được độ trễ khi chuyển giao hơn, thiết bị di động chuyển giao sẽ kết nối lại mạng nhanh hơn, thời gian bị gián đoạn khi chuyển giao giảm Phương pháp PMIPv6 áp dụng cho trường hợp node di động thay đổi vị trí, lưu giữ được IP cấp phát ban đầu mà không cần yêu cầu cấp phát lại, mọi thao tác liên quan đến việc cập nhật đã có đại di n LMA thực hiện hỗ trợ, và khi chuyển giao. .. kiện di n ra trong nội bộ node di động có thể bỏ qua 26 3.2.4 Độ trễ trong chuyển giao 3.4.2.1.Tính toán độ trễ với các trường hợp chuyển giao sử dụng HMIPv6 và PMIPv6 Khi xem xét HMIPv6, các độ trễ có thể bao gồm: - Thời gian yêu cầu để gửi LBU và nhận LBAck từ MAP - Thời gian yêu cầu chuyển tiếp bản tin từ MAP tới nAR hiện tại - Thời gian trễ bởi môi trường không dây khi gửi bản tin tới node di động . VIỄN THÔNG VĂN THỊ NGÂN PROXY MIPv6 VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/ UMTS Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện. ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/ UMTS, khi đó PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái mới và không