luận văn thạc sĩ chuyên ngành điện tử viễn thông công nghệ mobile ip giải pháp IP cho mạng thông tin di động GSM

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THAC SỸ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỂ TÀI:

CONG NGHE MOBILE IP — GIAI PHAP IP CHO MANG THONG TIN DI DONG GSM

Ngời hớng dẫn: :TS Neguyén Viét Nguyén

Ngời thực hiện —: NguyénTrong Tho

Hoc vién Lop : DTVT - CH2000

Trang 2

NỘI DUNG

> Giới thiệu

> Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS

> Kết luận

Trang 3

GIỚI THIỆU (1/2) > Thông tin di động phát triển

= 1 tithué bao (2003)

> Dich vu Internet phat trién

“1,2 triệu thuê bao (10/2002/VN)

> Nhu cau vé dịch vụ số liệu vô tuyên

= WEB, FTP, EMAIL, M-Commerce

> Kỹ thuật số và công nghệ vô tuyến phát triển

> Dịch vụ số liệu gói cho mạng GSM: GPRS

> Nhu cau vé dịch vu chuyén vung

Trang 4

GIỚI THIỆU (2/2)

»> Mục tiêu của luận văn:

" Nghiên cứu triển khai dịch vụ chuyên mạch gói vô tuyến GPRS trên mạng GSM; triển khai dịch vụ chuyền vùng GPRS và chuyên vùng dựa trên công nghé Mobile IP

Trang 5

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chương 1: Câu trúc và các thành phần cua mang GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS

> Kết luận

Trang 6

6/28/2013

KIÊN TRÚC MẠNG GSM

BSS : Base Station Subsystem

NSS : Network Switching Subsystem

Trang 7

CÁC DỊCH VỤ HIỆN TẠI CỦA GSM

> Chuyên mạch kênh

> Thời gian thiết lập kết nồi dài

> Dịch vụ số liệu tốc độ thấp: 9,6kb/s

> Dịch vụ SMS hạn chế độ dài ban tin: 160 ký tự

> Không hiệu quả trong quản lý tần số và tính cước

Trang 8

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chuong 1: Cau trúc và các thành phân của mang GSM > Chuong 2: GPRS-Giai phap s6 liệu gói cho mạng GSM

> Chuong 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triễn khai Mobile IP trên mang GPRS

> Kết luận

Trang 9

DAC TRUNG CUA HE THONG GPRS > Chuyên mạch gói > Thời gian thiết lập kết nỗi nhanh > Tốc độ tối đa: 171,2kb/s (8TS) > Sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến > Sử dụng giao thức Internet

„ Cho phép kết nối với nhiều hệ thông khác

> Tính cước theo dung lượng dữ liệu truyền dẫn

Trang 10

KIÊN TRÚC MANG GPRS TE J Um 8 aa A omsc_._.MAP ; MSC/VLR | LZ Avis BSC | S M Gb Mạng số liệu gói PDN (Internet, Intranet Đường trục

PCU : Packet Control Unit GPRS

Trang 11

CAC PHAN TỬ MỚI ĐƯỢC BỒ XUNG

SGSN GGSN

- Quản lý di động - Là cổng kết nối với mạng số liệu

- Quản lý phiên làm việc - Quản lý phiên làm việc

- Bảo mật đường truyền vô tuyến - Firewall và BorderGateway

- Chức năng VLR - Ảnh xạ địa chỉ

- Đưa ra thông tin về cước - Đưa ra thông tin về cước

PCU

- Phân bỗ các kênh vô tuyến PDCH và chia xẻ kênh vô tuyến giữa GSM/GPRS

Trang 12

NGẮN XÉP GIAO THỨC TRONG GPRS MS PDN Ung dung — i i —— Ứng dụng IP/X.25 _; IP/X25 IP/X25 _ _ IP/X25 : : Relay : | SNDCP : SNDCP GTP —— GTP | : : L2 —_— L2 LLC : | LLC UDP/ _ ' — UDP/ ! TCP TCP Relay RLC —— ' RLC BSSGP —— BSSGP I iP l IP I MAC r— MAC Frame : Frame L2 —— L2 L1 ! L 1 GSMRF —_—GSMRF_Relay 1 Relay L1 5 =— LỊ —— Um Gb Gn Gi

SNDCP: SubNetwork Dependent RLC: Radio Link Control BSSGP: BSS GPRS Protocol Convergence Protocol MAC: Media Access Control GTP: GPRS Tunneling Protocol LLC: Logical Link Control GSM RF: GSM Radio Frequency L1, L2: Lớp 1 và lớp 2 của mô hình OSI

Trang 13

QUẢN LÝ DI ĐỘNG

> Liên kết GPRS

GPRS TE MT

> Quan ly vi tri thué bao GPRS

= Cap nhat cell =» Cập nhật RA

= Cập nhật RA/LA kết hợp

Trang 14

QUAN LY PHIEN LAM VIEC

> Kich hoạt giao thức số liệu gói (PDP)

BE TE MT wen (` PDN 2

= Tao 1 PDP Context (chtva dia chi IP cua MS, QoS, ), được lưu tại MS, SGSN và GGSN

= Tạo liên kết logic giữa MS với PDN

> Sửa đổi PDP Context:

= Thay déi QoS

Trang 16

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chuong 1: Cau trúc và cac thanh phan cla mang GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triễn khai Mobile IP trên mang GPRS

> Kết luận

Trang 18

MẠNG ĐƯỜNG TRỤC GPRS (2/2)

> Gb: FrameRelay

= Két ndi truc tiép diém-diém

= Mang chuyén tiép khung

> Gn, Gi, Gp:

: IP/PPP, IP/FR, IP/ATM, hoặc IP/Ethernet

> IP trén tat cA cdc giao dién

Trang 19

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chuong 1: Cau trúc và cac thanh phan cla mang GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triễn khai Mobile IP trên mang GPRS

> Kết luận

Trang 20

CAC TRUONG HOP CHUYEN VUNG GPRS

> Kết nối qua VSGSN va HGGSN fF Geil feat i9

= Tuong tac SGSN — HLR NS chuyén ving

= Két ndi voi dwong trục liên mạng (Inter-PLMN) va quan ly dia chỉ = Céng truy nhap bién (BG-Border Gateway)

= Trao déi di ligu DNS gifa cac PLMNs va voi may cht DNS géc

-QPIs VGGSN

> Kết nối qua VSSN và VGGSN 5 = fed a

= Tuong tac SGSN — HLR M6 chuyển vùng

= Phan bd dia chỉ IP động cho thuê bao

"Chỉ sử dụng mạng đường trục GPRS nội bộ (Intra-PLMN)

» Không yêu cầu BG và quản lý địa chỉ

Trang 21

KÉT NÓI TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC INTER-PLMN

> Kết nôi trực tiếp "TÁC chuyén ving A

= Tunnel qua mang IP công cộng GRX GRx)-L operator o

" Cac duong thué riéng trc tiép "| 4 — `—

= Mang riéng ao (VPN) 7

GRX

> Mang chuyén vung GPRS [eemer ] ( omawr ]

s Chỉ cần một kết nối logic với GRX cục bộ là có thể là có thể cung

cấp dịch vụ chuyển vùng với bất kỳ nhà khai thác nào khác s Kết nối đơn giản, phạm vi chuyển vùng rộng

> Quản lý địa chỉ IP

Trang 22

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chuong 1: Cau trúc và cac thanh phan cla mang GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triễn khai Mobile IP trên mang GPRS

> Kết luận

Trang 23

GIỚI THIỆU

> Mỗi địa chỉ IP xác định duy nhất một điểm liên kết với Internet

> Đề nhận được các gói tin, trạm di động (MN) phải nằm trên mạng xác

định trong địa chỉ |P của nó

> Néu MN chuyên đến mạng khách, các gói tin gửi cho MN vẫn được _

chuyên đên mạng gôc; Đê có thê trao đôi thông tin, MN phải được câu hình địa chỉ mới Mạng B R By A1 (Home Address) Mạng A MN A2 (Care-Of Address) on _ Internet Mang C — Địa chỉ A1 ~: R " R Router

> Thay đổi địa chỉ IP

„Các kết nối bên trên lớp IP sẽ bị huỷ bỏ = Tram khac kh6éng biết địa chỉ mới của MN

6/28/2013 23

Trang 24

DAC TRUNG CUA MOBILE IP

MN vẫn giữ nguyên địa chỉ IP (Home Address) dù thay đổi điểm liên

kêt với lnternet MN luôn được nhận dạng bởi địa chỉ này

MN được cấp thêm một địa chỉ phụ (COA: Care-Of Address) mỗi khi

chuyên đến mạng mới không phải là mạng gốc của nó

Sự di động của MN hoàn toàn trong suốt đối với các lớp trên lớp IP; Nghĩa là các ứng dụng hoạt động như khi MN không di chuyễn

Là giao thức dựa trên IP, Mobile IP có thể được triển khai trên bắt kỳ

mạng truy nhập nào, bao gôm cả mạng hữu tuyên và mạng vô tuyên Các phiên bản Mobile IP

= Phién ban 4 (RFC 2002)

" Phiên bản 6 (tiếp tục được chuẩn hoá)

Trang 25

MOBILE IPv4 [RFC 2002]

»> Phát hiện đại lý

u MN nhan cac ban tin quang cáo đại lý theo định kỳ hoặc trực

tiêp gửi đi yêu câu tìm kiêm đại lý

= MN phat hién sw dịch chuyển và nhận COA

> Đăng ký với đại lý gốc (HA)

= MN dang ky COA voi HA

= Nhan thuc va cap nhat lién két tai HA

> Tunneling (IP-in-IP, MHE, GRE)

“Định tuyên tam giác > Tối ưu hoá đường đi

= (bO xung vào giao thức IPv4)

Trang 26

ĐỊNH TUYẾN TRONG MOBILE IPv4

= MN phat hién su dich chuyên và nhận COA

» MN dang ky COA voi HA © Mạng B MạgA 6 Bg ——T——— R, MN mm = Mang C HA

MN: Mobile Node COA: Care-Of Address 0 ¬ HA: Home Agent CN: Correspondent Node

FA : Foreign Agent CN

® Gói tin gửi cho MN được chuyên đến mạng gốc A ® HA nhận gói tin, đóng gói và chuyên tới COA của MN © Từ MN, các gói tin được chuyền trực tiếp tới CN

Trang 27

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chuong 1: Cau trúc và cac thanh phan cla mang GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS

> Kết luận

Trang 28

CAC BUOC TRIEN KHAI

> Bước 1: Hỗ tro dich vu Mobile IP

„Tích hợp chức năng FA vào chuc nang GGSN (GFA)

= B6é sung nut thực hiện chức năng HA

= Bd sung may cht AAA (RADIUS )

= Str dung chudi APN = “M/PVv4FA” = MN sw dung COA va FA

> Bước 2: Tối ưu hoá đường di

"Cài đặt một bộ định thời tại GGSN/FA đề đệm các gói tin và duy trì kết nối trong một khoảng thời gian nhất định

Trang 30

THU TUC DANG KY MOBILE IP TRONG GPRS

1 L6nhAT (APN) | 2 Yêu cầu kích hoạt giao thức số liệu gói (APN=MIPv4FA) 3 Yêu cầu kết nối @ (APN=MIPV4EA) Chọn GGSN thích hợp |

5 Đồng ý kích hoạt 4 Trả lời kết nối giao thức số liệu gói (địa chỉ IP=”")

(địa chỉ IP=””)

6 Quảng cáo đại lý

7 Yêu cầu đăng ký với HA

8 Yêu cầu đăng ký

Trang 31

TIEP THEO

> Gidi thiéu

> Chương 1: Cau trúc và các thành phần của mạng GSM > Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM

> Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS

> Chương 4: Chuyên vùng trong GPRS > Chương 5: Giao thức Mobile IP

> Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS

> Kết luận

Trang 32

KET LUAN (1/5)

> Uu diém của hệ thống

= Dich vu sé liéu géi t6c độ cao va dich vu Internet

= Trién khai nhanh với phạm vi phủ sóng rộng

= St dung hiéu quả tài nguyên vô tuyến

= Mobile IP cung cap khả năng chuyên vùng với chỉ phí thấp

= Việc triển khai Mobile IP đơn giản, không ảnh hưởng đến kiến trúc hệ thông GPRS

Trang 33

KET LUAN (2/5)

> Ưu điểm của hệ thống ( tiếp)

" Cùng với các khả năng dùng IP hiện có, việc trién khai Mobile IP sé cung cap giai phap két ndi IP toan dién cho hé thong GPRS SS7 HLR // Đường tu Inter-PLMN trục GGS GPRS AAA SGSN c / 7 À3 PLMNA GGSN ⁄ FA Zz TE PLMN B

= Cho phép cac thiét bi Internet cé thê sử dụng được thông qua nhiều

mạng truy nhập khác nhau, bao gồm cả hữu tuyên và vô tuyên

Trang 34

KET LUAN (3/5)

> Han chế của hệ thong

= Dung lượng cell hạn chế cho mọi thuê bao

„ Tốc độ thực tế thấp hơn nhiều

=» Giao thức GPRS phức tap

“ Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến (lỗi, trễ, bảo mật ) "5 Dựa trên IPv4 nên khó có thể đảm bảo QoS theo yêu cầu = Dinh tuyén Mobile IPv4 chưa tối ưu

=" Giao thức lIPv4 giới hạn không gian địa chỉ

Trang 35

KET LUAN (4/5)

> Nhirng dong gop cua luan van

Luận văn đã giới thiệu tổng quan lý thuyết về các vấn dé

sau đây:

6/28/2013

Giới thiệu một số cấu trúc mạng GPRS/GSM Các giải pháp chuyên vùng GPRS

Kết nối mạng sử dụng công nghệ Mobile IP và Internet Khuyến nghị về quản lý và phân bố địa chỉ IPv4 cho:

¢ Cac nut mang

* Cac thiết bị đầu cuối di động

Kha nang sv dung Mobile IPv6

Triển khai Mobile IPv4 trên mạng GPRS

Trang 36

KET LUAN (5/5)

> Han ché cua luan van

Chưa có đánh giá chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ thống khi triển

khai MobilelP

Đường trục liên mạng mới chỉ đề xuất các giải pháp kết nối tổng quát Vấn đề bảo mật mạng chưa được đề cập chỉ tiết

Chỉ đưa ra cách triển khai Mobile IPv4 trên một mạng tế bào GPRS

> Hướng phát triển tiếp theo

6/28/2013

Áp dụng trên các mạng GSM cụ thê ở Việt Nam

Đánh giá QoS của hệ thống khi triển khai Mobile IP

Triển khai Mobile IP trên các hệ thống khác như WLAN, UMTS., va

xây dựng kiên trúc mạng tôi ưu, thông nhất; tiên tới cho phép triển khai trên bât ky hệ thông nào khác

Bảo mật IP trên môi trường vô tuyến

Trang 37

6/28/2013

CHAN THANH CAM ON !