Công nghệ mobile IP và ứng dụng của nó trong mạng di động

MỤC LỤC MỤC LỤC CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN .7 CHƯƠNG 1: SỰ BÙNG NỔ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Khái quát mạng điện thoại di động: 1.2 Tìm hiểu mạng di động GSM: .11 1.2.1.Tiêu chuẩn GSM: .11 1.2.2 Hoạt động GSM: 11 1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật hệ thống GSM: 13 a Sử dụng giao diện vô tuyến: 13 b Sử dụng phương pháp đa truy nhập: 13 1.2.4 Các tiêu chuẩn phát triển: 15 1.3 DỊCH VỤ TRUYỀN SỐ LIỆU GÓI: 17 1.3.1 Kiến trúc hệ thống GPRS: 18 a.Thiết bị đầu cuối số liệu – TE: .19 b Đầu cuối di động: 19 c Trạm di động – MS: 20 d Hệ thống trạm gốc BSS: 21 e Bộ đăng ký định vị thường trú – HLR: 21 g Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động – SGSN: .22 h Nút hỗ trợ dịch vụ chuyển mạch gói di động cổng – GGSN: .23 1.3.2 Hoạt động GPRS: 24 1.3.3 Các lựa chọn cấu hình triển khai: 26 a.Kết nối trực tiếp: 28 b.Kết nối gián tiếp: 28 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IP 30 2.1 Giới thiệu: .30 2.2 Bộ giao thức TCP/IP: .30 2.2.1 Ưu điểm giao thức TCP/IP: 31 2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP: .31 2.2.3 Tầng mạng: 36 2.2.4 Tầng Internet: .37 a.Gói tin IP: .37 Page b.Gói tin ICMP: 39 c.Gói tin ARP: 40 2.2.5 Tầng giao vận: 41 a.Giao thức không kết nối UDP: .41 b Giao thức điều khiển truyền tin TCP: 43 2.2.6 Tầng ứng dụng: 46 a.Dịch vụ tên miền DNS: 46 b Đăng nhập từ xa Telnet: 46 c.Thư điện tử Email: 47 d.Giao thức truyền tệp FTP: 47 2.2.7 Cơ chế địa Internet: 47 a Địa lớp A: 48 b.Địa lớp B: .48 c Địa lớp C: 49 2.2.8 Subnet Subnet Mask 49 2.3 Vấn đề định tuyến mạng IP: 50 2.3.1 Định tuyến trực tiếp: 50 2.3.2 Định tuyến gián tiếp: 51 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 53 3.1 Giới thiệu công nghệ Mobile IP: .53 3.2 Các khái niệm thuật ngữ dùng giao thức: 54 3.3 Các yêu cầu mục tiêu Mobile IP: .56 3.2.1 Các yêu cầu mà Mobile IP phải đáp ứng: 56 3.2.2 Các mục tiêu Mobile IP: 57 3.4 Tổng quan Mobile IP: 57 3.4.1 Các thành phần mạng Mobile IP: 58 3.4.2 Các đặc tính Mobile IP: .59 CHƯƠNG 4: HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPv4 61 4.1 Tổng quan giao thức Mobile IP: .61 4.1.1 Khái niệm địa care – of: .61 4.1.2 Nguyên lý hoạt động Mobile IPv4: .62 4.1.3 Cấu trúc chung tin sử dụng giao thức 63 4.2 Phương pháp phát đại lý 65 4.2.1 Quảng cáo đại lý 65 a.Mở rộng quảng cáo đại lý di động 67 b Mở rộng độ dài tiền tố: 69 Page c Byte đệm mở rộng: 69 4.2.2 Tìm kiếm đại lý 70 4.2.3 Hoạt động đại lý di động .70 4.2.4 Hoạt động trạm di động .71 a Đăng ký có yêu cầu: 72 b Trở mạng gốc: 72 4.2.5 Thông tin liên lạc với đại lý ngoại: 72 4.3 Đăng ký với đại lý gốc: 73 4.3.1 Thủ tục đăng ký với đại lý gốc: 73 4.3.2 Cấu trúc tin đăng ký 75 a.Các trường IP: .75 b Các trường UDP: 75 c Các trường Mobile IP: 75 4.4 Quá trình truyền nhận gói tin 77 4.4.1 Vấn đề qua hai lần 78 4.4.2 Tối ưu hoá đường đi: 79 CHƯƠNG 5: GIAO THỨC MOBILE IPv6 81 5.1 Giới thiệu IPv6: 81 5.2 Tổng quan Mobile IPv6 .83 5.2.1 Các đặc tính Mobile IPv6: 83 5.2.2 Các tin điều khiển 85 5.2.3 Cấu trúc liệu: 86 5.3 Hoạt động Mobile IPv6: 87 5.3.1 Phát di chuyển: 87 5.3.2 Đăng ký với đại lý gốc: 87 5.3.3 Định tuyến tam giác: 88 5.3.4 Tối ưu hoá đường đi: 89 5.3.5 Quản lý liên kết: 89 5.3.6 Cơ chế phát đại lý gốc: 91 5.4 So sánh Mobile IPv4 Mobile IPv6: 93 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA MOBILE IP VÀO VIỆC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 96 6.1 Triển khai Mobile IP mạng CDMA 2000: 96 6.2 Triển khai Mobile IP mạng GPRS: 98 6.2.1 Bước - Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP: 99 6.2.2 Bước - Tối ưu hoá đường 102 Page 6.3 Kết luận: .103 KẾT LUẬN .105 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 Page CÁC HÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN Page LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội phát triển nay, với ngành công nghệ Điện tử thay đổi theo ngày, nhu cầu trao đổi nắm bắt thông tin vô quan trọng Các hình thức trao đổi thông tin ngày đa dạng, phong phú đòi hỏi chất lượng cao Một đất nước muốn phát triển việc phát triển sở hạ tầng việc thông tin liên lạc quốc gia tối quan trọng Và với nước ta không ngoại lệ, Internet thông tin di động hai yếu tố phát triển mang tính chất toàn cầu Cùng với thông tin quan trọng, dịch vụ công nghệ điện tử thường triển khai nhanh chóng mạng Internet Do với thiết bị thông tin di động việc kết nối Internet cần thiết Trong khuôn khổ báo cáo em tập trung nghiên cứu công nghệ Mobile IP ứng dụng Mobile IP vào việc truyền số liệu mạng thông tin di động Mục đích đồ án đưa nhìn tổng quan công nghệ Mobile IP ứng dụng mạng di động Do hạn chế thời gian hiểu biết chưa đầy đủ, đồ án khó tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy cô bạn bè đóng góp ý kiến Trong trình thực đồ án em nhận giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Trước hết em xin chân thành cảm ơn TS.Phạm Văn Bình, giảng viên khoa Điện Tử Viên Thông trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ em thực đồ án Thầy dành nhiều thời gian quý báu để đọc góp ý cho đồ án hoàn thiện Em xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ trình làm đồ án Vinh tháng năm 2009 Sinh Viên: Quan Chế Linh Page TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong khuôn khổ đồ án này, em tập trung nghiên cứu công nghệ Mobile IP ứng dụng Mobile IP vào việc truyền số liệu mạng thông tin di động Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Chương giới thiệu tổng quát cấu trúc thành phần mạng GSM; phân vùng địa lý đặc tính kỹ thuật hệ thống GSM Giới thiệu dịch vụ truyền số liệu gói, kiến trúc thành phần mạng GPRS Chương 2: Tổng quan công nghệ IP, giao thức TCP/IP, vấn đề định tuyến mạng IP Chương 3: Khái quát chung giao thức Mobile IP Chương 4: Tập trung vào giao thức Mobile IPv4 với nội dung như: cấu trúc tin dùng giao thức, thủ tục tìm kiếm, đăng ký định tuyến gói tin Chương 5: Giới thiệu hoạt động trạm sử dụng giao thức IPv6 có hỗ trợ khả di động (hay Mobile IPv6), với mục đích tìm hiểu nguyên lý hoạt động đặc trưng giao thức so sánh với giao thức Mobile IPv4 Chương 6: Ứng dụng Mobile IP vào việc truyền số liệu mạng thông tin di động Page THE SUMMARISATION OF PROJECT In the framework of this project, I focus on studying Mobile IP technology and Mobile IP applications in data transmission in a mobile information system The content includes six chapters in total Chapter 1: General introduction of structure and elements of a GSM network; geographical placement anh technical characteristics of a GSM system Introduction of services data packet transmission; structure and elements of a GPRS network Chapter 2: Overview of IP technology, TCP/IP protocol, and routing in a IP network Chapter 3: General introduction of Mobile IP Protocol Chapter 4: Focusing on Mobile IPv4 with content: Structure of message, searching procedures, information packet registration and routing Chapter 5: Introduction of operation of station using IPv6 protocol with mobile ability, or Mobile IPv6, in order to study operation principles and its basic characterisations compared to Mobile IPv4 protocol Chapter 6: Mobile IP applications in data transmission in a mobile information system Page CHƯƠNG 1: SỰ BÙNG NỔ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Khái quát mạng điện thoại di động: Tốc độ phát triển mạng điện thoại di động đáng ghi nhận Trong vòng 20 năm trở thành đối thủ cạnh tranh với mạng cố định phát triển 100 năm để đạt tới trạng thái nay.Và người ngày phải di chuyển nhiều hơn, xa nên thiết bị di động ngày trở thành phương tiện thiếu công việc sống Người ta dự báo có khoảng tỷ máy điện thoại di động sử dụng vào năm 2003 Sự phát triển nhanh mạng điện thoại di động - với tốc độ phát triển điển hình 40% năm - chắn dịch vụ phát triển cho cộng đồng nhiều người sử dụng Chính điều động lực để phát triển dịch vụ dịch vụ liệu vào khả thoại có Để hiểu điều xảy nào, ta xem tranh mạng cho thấy mạng phát triển để hỗ trợ dịch vụ liệu di động Hai yếu tố hạn chế hệ thống dựa truyền dẫn vô tuyến là: Nguồn tài nguyên phổ tần số hữu hạn công nghệ có để khai thác nguồn tài nguyên phổ tần số Giới hạn khắc phục phần viện nghiên cứu Bell (Bell labs) phát minh kĩ thuật sử dụng lại tần số vào năm 1950 Nhưng phải đến đầu năm 1980 với đời vi sử lý phát minh triển khai mạng thiết bị thực tế Công nghệ tế bào cho phép sử dụng có hiệu phổ tần số cách chia vùng phủ sóng địa lý thành vùng nhỏ ( tế bào), vùng có trạm gốc riêng Các tế bào ghép nhóm vào thành cụm (cluster) kênh vô tuyến phân bổ cho cụm tương ứng với quy luật không đổi, lặp lặp lại vùng phủ sóng Số lượng tế bào cụm nhỏ số kênh tuyến cụm lớn khả truyền tải lưu lượng tế bào lớn Song có nhược điểm khoảng cách cụm gần nhiễu cụm lớn Tỉ số khoảng cách lặp bán kính tế bào cường độ tín hiệu nhiễu cấu hình trình bày hình bảng 1.1 Page 2 4 4 Hình 1: Mô hình lặp tế bào điển hình Bảng 1.1: Hướng dẫn lập quy hoạch cho mô hình lặp tế bào Số lượng tế bào Khoảng cách lặp/bán kính tế bào Tín hiệu nhiễu (dB) 3,5 13,7 4,6 19,4 12 6,0 24,5 Do điểm kết nối cố định tới mạng di động để hỗ trợ chuyển vùng tế bào, tất mạng di động cần triển khai số hình thức quản lý vị trí Các mạng tế bào chia thành miền quản lý gọi vùng định vị nhận dạng ( tương đối ) khu vực mà người gọi đứng Miền quản lý giữ ghi thuê bao khách hàng sở liệu thưòng trú ( home database ) sở liệu sử dụng cho việc kết nối gọi toán Bất chuyển giao cần thiết tế bào gọi giải việc xử lý gọi phạm vi mạng Một số công nghệ hệ thống vô tuyến sử dụng Các hệ thống tương tự cũ bao gồm hệ thống truyền thông truy nhập toàn ( TACS – Total Access Communication System ) hệ thống điện thoại di động tiên tiến ( APMS – Advanced Mobile Phone System ) Các hệ thống số đưa gần bao gồm hệ thống truyền thông di động toàn cầu ( GSM – Global System for Mobile Communication ) DSC – 1800 ( gọi GSM – 1800 ) GSM xuất băng tần 1900MHz ( GSM – 1900 ) Bắc Mỹ, Chilê, gần quy định cho băng tần 450MHz số nơi GSM chịu cạnh tranh hệ thống IS-136 IS-95 Tiêu chuẩn IS-136 triển khai kỹ thuật vô tuyến giống GSM, IS-95 khai thác kỹ thuật vô tuyến trải phổ Ở sử dụng GSM có Page 10 - Trong IPv4 chức định tuyến tối ưu bổ xung dạng tuỳ chọn mở rộng mà không hỗ trợ tất trạm IPv4 Còn Mobile IPv6 chức tích hợp giao thức.Nó cho phép trình định tuyến thực cách trực tiếp từ thiết bị tương đương đến MN mà không cần phải qua mạng gốc MN.Do tránh vấn đề định tuyến tam giác đề cập đến Mobile IPv4 thực hai giao thức riêng biệt tích hợp vào giao thức - Trong Mobile IPv6, MN sử dụng địa COA địa nguồn phần tiêu đề gói tin mà thiết bị gửi Còn địa gốc mang tuỳ chọn đích “Home Address” Nó cho phép sử dụng COA gói tin cách suốt với lớp lớp IP Ngoài giao thức Mobile IPv6 yêu cầu tất thiết bị dù di động hay cố định, máy tính hay định tuyến, phải có khả xử lý tuỳ chọn địa gốc gói tin nhận - Việc sử dụng tiêu đề IPv6 cho phép toàn lưu lượng điều khiển Mobile IPv6 đặt gói tin IPv6 có sẵn Trong đó, với Mobile IPv4 tin điều khiển phải sử dụng gói tin UDP riêng biệt - Không cần triển khai thiết bị thực chức đại lý ngoại Mobile IPv4 Trong Mobile IPv6 MN sử dụng đặc trưng củaIPv6 như: Phát thiết bị tuyến cấu hình địa tự động, để hoạt động vị trí rời xa tuyến gốc mà không đòi hỏi hỗ trợ đặc biệt từ định tuyến cục - Cơ chế phát di chuyển Mobile IPv6cung cấp xác nhận hai chiều cho tất gói tin trao đổi MN định tuyến mặc định thời Cơ chế cung cấp khả phát tình “back hole”, tình mà chất lượng truyền dẫn không đồng hai hướng Trong trường hợp MN thử tìm định tuyến khác sử dụng COA Trong Mobile IPv4 có gói tin từ định tuyến đến MN xác nhận Page 94 - Trong Mobile IPv6, hầu hết gói tin gửi đến MN (khi rời xa mạng gốc) gửi cách sử dụng tiêu đề định tuyến mà không dùng phương pháp đóng gói IP – – IP Mobile IPv4 Việc sử dụng tiêu đề định tuyến yêu cầu số byte phải thêm vào phần tiêu đề gói tin, gảm kích thước gói tin IP yêu cầu phải xử lý phần tiêu đề Mặc dù để tránh việc thay đổi liệu đường truyền, gói tin chuyển tiếp HA sử dụng phương pháp đóng gói IP – – IP - Khi rời xa mạng gốc, HA đứng nhận tất gói tin gửi cho MN cách sử dụng chế phát thiết bị tuyến thay sử dụng giao thức ARP Mobile IPv4 Điều làm đơn giản hoá việc thực thi giao thức Mobile IP không phụ thuộc vào lớp liên kết ARP - Trong Mobile IPv6 chế phát HA sử dụng gói tin anycast nên có lời đáp đại lý gần gửi cho MN Trong chế phát đại lý gốc Mobile IPv4 sử dụng gói tin broadcast trực tiếp MN phải nhận lời đáp từ tất HA có mặt tuyến Bởi cở chế phát đại lý gốc Mobile IPv6 tỏ hiệu tin cậy có gói tin gửi trở lại MN Page 95 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA MOBILE IP VÀO VIỆC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Với bùng nổ thiết bị di động cá nhân dịch vụ thoại truyền thống trở nên đơn điệu Hai xu hướng mang tính toàn cầu gới công nghệ Internet thông tin di động Việc triển khai dịch vụ IP cho mạng thông tin di động tất yếu Nó cho phép người dùng duyệt Web, gửi mail, làm nhiều việc khác với máy di động mình.Các thiết bị di động hệ (gọi tắt 3G) thiết bị chuyển mạch gói, thay chuyển mạch kênh trước Do đó, dịch vụ IP trở thành phận tích hợp thiết bị di động hệ 3.Để triển khai dịch vụ IP cho 3G, giao thức Internet cần phải thay đổi cho phù hợp với việc cung cấp chức 3G, dịch vụ chuyển giao thời gian thực đảm bảo chất lượng dịch vụ 6.1 Triển khai Mobile IP mạng CDMA 2000: Hệ thống thông tin di động CDMA hệ thống thông tin đại, với nhiều tính ưu việt Bằng việc ứng dụng kỹ thuật CDMA đem lại cho người dùng nhiều tiện lợi, đem lại cho khai thác khả cung cấp nhiều dịch vụ hữu ích Ngoài khả cung cấp dịch vụ thoại thông thường, CDMA cung cấp nhiều dịch vụ khác như: SMS, hợp thoại, fax, audio,…Một ưu điểm lớn CDMA2000 1x cung cấp dịch vụ truyền liệu tốc độ cao 144kbps đến 2Mbps Để sử dụng dịch vụ Mobile IP, việc triển khai Mobile IP vào hệ thống, mạng di động hệ hỗ trợ giao thức Mobile IP Đều có khả truy cập Web, gửi thư, truyền tải liệu,…Trong trường hợp trạm di động MN Các MN kết nối với mạng IP thông qua mạng vô tuyến nút dịch vụ số liệu gói (PDSN) PDSN điểm kết nối MN với mạng IP hoạt động FA Nó sử dụng giao thức PPP để thiết lập, trì kết thúc liên kết với MN PDSN thời tuỳ chọn ảnh hưởng với PDSN trước để hỗ trợ chuyển giao PDSN, điều không bao gồm mạng gốc.PDSN định tuyến gói Page 96 tin đến mạng IP định tuyến trực tiếp gói tin đến HA (trường hợp đường ngầm hướng ngược) Nó giám sát địa nguồn gói tin gửi từ MN, địa nguồn không hợp lệ (chưa đăng ký) PDSN huỷ gói tin khởi động lại liên kết với MN (sử dụng giao thức PPP) Mạng gốc MN mạng máy tính truyền thông có truy nhập Internet, đại lý gốc có cấu trúc định tuyến thông thường có thêm chức giao thiếp với PDSN chức liên quan đến việc quản lý điều khiển hoạt động MN thông qua giao thức Mobile IP Trung tâm nhận thực, cấp phép tính cước AAA máy chủ lưu trữ chi tiết thuê bao, sử dụng để cấp giấy phép người dùng kiểm tra khả sử dụng dịch vụ yêu cầu Trong trường hợp hoạt động tương tự HLR, lưu trữ truyền tải thông tin tài khoản người dùng Hình 1: Mô hình mạng CDMA 2000 1x với Mobile IP Quá trình đăng ký Mobile IP CDMA 2000 diễn sau: Page 97 1) MN di chuyển sang mạng gửi thông báo yêu cầu dịch vụ đến BTS BSC kiểm tra tồn liên kết chuyển tiếp yêu cầu đến PSDSN 2) MN sử dụng giao thức PPP để liên kết với PDSN gửi ID liệu bảo mật cho PDSN 3) PDSN sử dụng ID MN để định vị AAA gốc yêu cầu AAA gốc cấp phép người dùng 4) AAA yêu cầu xác nhận xem MN có đăngg ký sử dụng dịch vụ Mobile IP không? (thông qua liệu bảo mật MN) 5) HA trả lời AAA 6) Nếu MN có đăng ký sử dụng dịch vụ Mobile IP AAA cấp phép cho người dùng 7) MN tìm kiếm FA PDSN đáp lại tin quản bá Từ tin quảng bá MN nhận địa tạm COA 8) MN đăng ký địa COA với HA Việc triển khai giao thức Mobile IP mạng CDMA 2000 giúp cho người dùng trì kết nối với mạng gốc liên tục.Nhờ mà người dùng sử dụng dịch vụ mà mạng gốc cung cấp như: truy cập Internet, truy cập vào hệ thống quản lý, sở liệu mạng gốc… 6.2 Triển khai Mobile IP mạng GPRS: Mặc dù Mobile IP có khả hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng khác (IP, X25,…), việc sử dụng giao thức IP tỏ vượt trội Xu hướng mạng hỗ trợ giao thức IP Việc lựa chọn giao thức IP cho mạng vô tuyến có nhiều lý khác nhau: Thứ nhất, việc xây dựng mạng sở IP, ứng dụng viết cho mạng liệu hữu tuyến hoạt động mạng vô tuyến Thứ hai, giảm chi phí nhờ việc tích hợp quản lý tập trung mạng hữu tuyến vô tuyến.Thứ ba, cải tiến công nghệ IP chất lượng dịch vụ (QoS),…có thể áp dụng trực tiếp mạng vô tuyến Ngoài việc hướng tới mạng IP cho phép phát triển đưa dịch vụ theo yêu cầu Page 98 dễ dàng, cho phép dịch vụ có mặt nơi, khác biệt hay trở ngại kỹ thuật hạ tầng mạng Người dùng thực kết nối IP từ mạng truy nhập nào, bao gồm GPRS Nói khác khác biệt việc sử dụng mạng Ethernet, WLAN, hay GPRS,…khi truy cập Internet người dùng di chuyển từ hệ thống sang hệ thống khác mà trì kết nối lớp IP Đây điều mà Mobile IP làm GPRS Phần giới thiệu cách triển khai Mobile IPv4 mạng GPRS Hai bước cần thực để phát triển hệ thống GPRS theo hướng hỗ trợ Mobile IP: Trong bước cần thực số thay đổi nhỏ cho phép người sử dụng di chuyển GPRS hỗ trợ Mobile IP Bước tối ưu hoá đường giúp cho việc trao đổi thông tin hiệu 6.2.1 Bước - Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP: Trong bước dịch vụ Mobile IP đưa vào hệ thống GPRS cách tích hợp chức đại lý ngoại (FA) vào nút GGSN Khi trường hợp chuyển vùng, trạm di động (MS, cấp cố định địa IP công cộng) yêu cầu sử dụng kết nối qua GGSN PLMN khách Nếu PLMN khách không hỗ trợ tính GGSN PLMN gốc sử dụng; nghĩa MS kết nối qua giao diện Gp Để đơn giản bước đề cập đến trường hợp MS sử dụng GGSN, PLMN suốt trình kết nối Hình 6.1 miêu tả cấu trúc điển hình mạng GPRS hỗ trợ dịch vụ Mobile IP Trong firewall sử dụng để ngăn chặn lưu lượng không mong muốn từ Internet Page 99 Hình 2: Kiến trúc mạng GPRS hỗ trợ Mobile IP Để hỗ trợ dịch vụ Mobile IP, mạng GPRS cần nút GGSN thực chức FA, cần cài đặt thêm phần mềm mà không yêu cầu nâng cấp thêm phần cứng, ký hiệu GGSN/FA hay FA cổng (GFA – Gateway FA) Trên PLMN gốc, cần bổ xung thêm nút (thường định tuyến) thực chức đại lý gốc (HA) Địa care – of mà MS đăng ký với HA địa IP GFA MS yêu cầu địa colocated care – of từ máy chủ DHCP mạng dịch vụ PLMN khách Mặc dù địa colocated care – of cấp riêng cho MS song theo cấu trúc MS buộc phải đăng ký với HA thông qua GFA Sự có mặt GFA tạo phân cấp quản lý di động Trong đó, Mobile IP giao thức quản lý tính động (macro – mobility) mạng dịch vụ Nó sử dụng để quản lý tính động lớp IP, hai mạng truy nhập (có thể hữu tuyến hay vô tuyến) Chức quản lý di động (micro – mobility) thực nội mạng truy nhập (WLAN, GPRS,…) Chức hoàn toàn suốt giao thức IP Mobile IP mạng dịch vụ Nếu nhìn từ mạng ngoài, khác biệt mạng hữu tuyến mạng vô tuyến Nghĩa người sử dụng kết nối với Internet từ mạng truy nhập nào, có hỗ trợ Mobile IP, mà cấu hình lại thiết bị di động minh Trong trường hợp chuyển vùng, Mobile IP không đủ khả nhận dạng xác định quyền truy nhập người sử dụng Vì lý này, máy chủ AAA(ví dụ Page 100 RADIUS) sử dụng để nhận thực, cấp quyền tạo tài khoản Domain quản trị khác Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống phải đảm bảo cho tài nguyên vô tuyến tài nguyên địa IPv4 sử dụng cách tiết kiệm hiệu quả; giảm tối thiểu tin báo hiệu với MS Biện pháp tốt MS phân bố địa care – of FA Bởi trường hợp này, đường hầm định tuyến giao thức Mobile IP thiết lập HA FA, giảm lượng thông tin trao đổi qua môi trường vô tuyến (nhờ thông tin bổ xung gói tin IP đóng gói lần thứ truyền HA FA) không yêu cầu thêm địa IP để cấp cho thiết bị di động Hình 6.2 mô tả thủ tục đăng ký MS với mạng gốc Trước tiên thiết bị đầu cuối số liệu (TE) gửi lệnh AT để truyền tham số tới thiết bị di động (MT) Một tham số truyền tên điểm truy nhập (APN), sử dụng để chọn GGSN thích hợp Bằng cách sử dụng chuỗi APN với giá trị là: “MIPv4FA”, người dùng trực tiếp yêu cầu kết nối qua GGSN hỗ trợ FA MT gửi yêu cầu kích hoạt giao thức số liệu gói, với chuỗi APN, tới GGSN Thông thường yêu cầu bao gồm địa IP Tuy nhiên sử dụng dịch vụ Mobile IP, trường địa không sử dụng cập nhật GGSN nhận tin trả lời đăng ký từ HA MS Ngay nhận yêu cầu, SGSN phải tìm địa IP GGSN thích hợp gửi yêu cầu tạo kết nối với GGSN vừa tìm Các bước thực thủ thục kích hoạt giao thức số liệu gói GPRS Page 101 Hình 3: Thủ thục đăng ký Mobile IP GPRS Bình thường MS (thực chất MN hay TE có khả di động) phải gửi tin tìm kiếm đại lý để lấy thông tin cần thiết trước bắt đầu thủ tục đăng ký với HA Tuy nhiên GGSN phát việc MS di chuyển vào vùng mạng nên yêu cầu thiết lập kết nối, GGSN/FA đồng thời gửi tin quảng cáo đại lý tới MS Cách làm giảm lưu lượng giao diện vô tuyến trình đăng ký diện nhanh Từ tin quảng cáo, MS nhận địa care – of FA gửi yêu cầu đăng ký tới GGSN dạng lưu lượng người dùng (tải tin).GGSN tách địa HA từ yêu cầu đăng ký, đóng gói, chuyển tiếp yêu cầu tới HA Khi nhận tin trả lời đăng ký từ HA, GGSN tách địa gốc MS để cập nhật trường địa mà bỏ qua thực thủ tục kích hoạt giao thức số liệu gói, chuyển tiếp tin đến MS Cấu trúc tin thủ tục đăng ký hoàn toàn giống thủ tục đăng ký Mobile IP thông thường 6.2.2 Bước - Tối ưu hoá đường Trong phần trước giả thiết kết nối MS thực thông qua GGSN Tuy nhiên nhiều trường hợp, PLMN có nhiều GGSN khác Vấn đề xảy MS trì kết nối Page 102 khoảng thời gian dài di chuyển nhiều SGSN khác Việc định tuyến không thực hiệu SGSN không phục vụ GGSN.Trường hợp tương tự vấn đề định tuyến tam giác trình phần Mobile IP Nếu MS không truyền số liệu thời điểm tiến hành chuyển giao (handover) từ SGSN tới SGSN khác, kết nối logic thiết lập SGSN GGSN phục vụ SGSN Khi MS nhận care – of Nếu trình trao đổi liệu tiếp diễn tiến hành chuyển giao, MS chuyển sang SGSN nhưng giữ nguyên kết nối với GGSN cũ Sau liệu truyền xong, kết nối logic chuyển qua GGSN phục vụ SGSN Trong số trường hợp GGSN từ chối kết nối (ví dụ GGSN không hỗ trợ FA) chuyển kết nối trở GGSN cũ Khi GGSN cũ phải có định thời để đảm bảo gói tin không bị xoá kết nối trì khoảng thời gian xác định 6.3 Kết luận: Cùng với khả chuyển vùng IP có, việc hỗ trợ Mobile IP giúp cho nhà cung cấp cung cấp giải pháp kết nối IP toàn diện cho hệ thống GPRS, hình 6.3 Một trạm di động từ PLMN A chuyển đến PLMN B Để truy nhập Internet, trạm di động kết nối qua mạng đường trục liên mạng (Giao diện Gp) (1).Trường hợp thường xảy trạm di động gán địa IP cố định chuyển vùng đến mạng không hỗ trợ Mobile IP Người dùng yêu cầu kết nối với Internet thông qua VGGSN sử dụng tài nguyên cục (2) Khi MS phải gán địa IP động Trường hợp thưòng áp dụng với dịch vụ truy cập Internet thông thường Page 103 Hình 4: Các trường hợp chuyển vùng GPRS Cùng với mạng truy cập khác, việc hỗ trợ Mobile IP GPRS quan trọng Nó không cho phép thiết bị đầu cuối di chuyển từ PLMN sang PLMN khác mà cho phép thiết bị sử dụng thông qua nhiều mạng truy cập khác nhau, bao gồm mạng hữu tuyến mạng vô tuyến Điểm quan trọng di chuyển địa IP trạm không thay đổi Nhờ thông tin trao đổi theo hướng đi/đến trạm di động, lúc nào, đâu người sử dụng cấu hình lại thiết bị di động minh Với GPRS, thuê bao chuyển vùng cần sử dụng tài nguyên nội PLMN khách, giảm chi phí tăng hiệu truyền dẫn Page 104 KẾT LUẬN Đồ án trình bày cách khái quát mạng GSM, mạng Interet nhu cầu đáp ứng dịch vụ thời đại bùng nổ thông tin di động ngày Những hoạt động kinh tế xã hội ngày thiếu thông tin di động Interet Và vấn đề xúc đặt tính di động mạng IP Đã có nhiều giải pháp đưa Wifi, Wimax,…Tuy nhiên Mobile IP với nhiều lợi như: Việc triển khai đơn giản, không ảnh hưởng đến cấu trúc hệ thống… xu hướng tất yếu để kết nối mạng liệu IP Mobile IP chuẩn mở định nghĩa IETF, cho phép người sử dụng giữ nguyên địa IP di chuyển qua mạng IP khác mà cấu hình lại máy Mobile IP có khả mở rộng tốt tảng giao thức IP Ngày này, mà dịch vụ số liệu gói vô tuyến ứng dụng nhiều nước giới Việt Nam việc nghiên cứu triển khai công nghệ Mobile IP yêu cầu tất yếu Với IPv6, có nhiều tính vượt trội dần thay IPv4 việc triển khai Mobile IP (Mobile IPv6) trở nên dễ dàng nhiều dễ người sử dụng Trong khuôn khổ đồ án em tập trung tìm hiểu công nghệ Mobile IP khả chuyển vùng nó.Vấn đề có nhiều phức tạp nên em không tránh khỏi thiếu sót Em xin góp ý tất thầy cô bạn bè Một lần em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Văn Bình tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Vinh, tháng năm 2009 Page 105 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AAA Authentication, Authoization, Accouting Trung tâm nhận thực, cấp phép, tính cước ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy nhập APN Access Point Name Tên điểm truy nhập ARP Address Resolution Protocol Giao thức giải địa BSC Base Station Controler Trung tâm điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Station Transceiver Subsystem Phân hệ thu phát trạm gốc CDMA Code Division Multiplex Access COA Care – of Address DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức tự cấu hình trạm DNS Domain Name System Hệ thống tên miền EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution Tiến trình nâng cao tốc độ liệu GSM EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị FA Foreign Agent Đại lý ngoại FDMA Frequency Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo tần số GFA Gateway FA FA cổng GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng GMSC Gateway MSC Tổng đài di động cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GRE General Routing Encapsulation Đóng gói định tuyến đa HA Home Agent Đại lý gốc HLR Home Location Register Bộ định vị thường trú ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tin điều khiển Internet IETF Internet Engineering Task Fore Tổ chức công nghệ IP Internet Protocol Giao thức Internet Đa truy nhập phân chia theo mã Địa tạm cấp mạng khách Page 106 ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet IRDP ICMP Router Discovery Protocol Giao thức tìm kiếm định tuyến LAN Local Area Network Mạng cục MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập đa phương tiện MN Mobile Node Thiết bị di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MT Mobile Terminal Đầu cuối di động NAI Network Access Indentifier Khai báo truy nhập mạng NAS Network Access Server Mạng truy nhập máy chủ NSS Network Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch PCF Packet Control Function Chức điều khiển gói PDSN Packet Data Service Node Nút dịch vụ số liệu gói PLMN Public Lan Mobile Network Mạng di động công cộng nội vùng PPP Point – to – Point Protocol Giao thức kết nối điểm - điểm RIP Routing Internet Protocol Giao thức dẫn đường động SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS hành SMS Short Message Service Dịch vụ tin ngắn SIM Subscriber Identity Module Modun nhận dang thuê bao TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận TDMA Time Division Multiplex Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UDP User Datagram Protocol Giao thức liệu người dùng Page 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình thông tin di động - Nguyễn Phạm Anh Dũng [2] The GSM system for Mobile Communication M Mouly and M Pautet [3] Mobile IP Overview – Sulaimn A1 – A1Abbas [4] TCP/IP – Sidnie Feit McGraw – Hill [5] Công nghệ Mobile IP với thương mại điện tử TS.Nguyễn Hoàng Phúc [6] RFC 3344 Mobility Surpport for IPv4 [7] RFC 3344 Mobility Surpport for IPv6 [8] Mobile IP in CDMA 2000 - Kieran Molloy [9] Mobile IP & PDSN – Disco Documentation [10] Cisco Mobile IP [11] Mobility Support in IPv6 – C.perkins [12] Cùng tài liệu tìm Internet Page 108