Nghiên cứu mạng lõi EPC và giải pháp quản lý di động trong mạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐÀM THUẬN HÙNG NGHIÊN CỨU MẠNG LÕI EPC VÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : NGUYỄN TÀI HƯNG Hà Nội – 2010 LỜI MỞ ĐẦU Sau năm 90, dịch vụ Internet đánh dấu mốc son cho tiến trình phát triển việc hỗ trợ truy cập cho thiết bị đầu cuối di động Trong giai đoạn đầu, dịch vụ có nhiều hạn chế khả xử lý đầu cuối băng thông bị giới hạn giao diện vô tuyến Các vấn đề giải có cách mạng mạng truy cập vô tuyến với tốc độ liệu cao truyền mạng HSPA (High Speed Packet Access) mạng LTE (Long Term Evolution) Sự cải tiến nhanh chóng trình xử lý dung lượng chất bán dẫn đầu cuối di động nhà phát triển sử dụng phần mềm để tạo dịch vụ Công nghệ IP chuyển mạch gói sớm phát triển để trở thành tảng cho dịch vụ thoại liệu mạng Internet truyền thông di động Một xu mà hệ thống thông tin hướng đến dịch vụ truy cập vô tuyến băng rộng hội tụ Internet di động Một thay đổi để đạt mục tiêu nâng cấp công nghệ mạng lõi, chuyển đổi từ kiến trúc mạng hỗn hợp chuyển mạch gói chuyển mạch kênh sang mạng toàn IP Chính cách mạng mạng lõi mà kết Evolved Packet Core (EPC) trở thành tảng cho cách mạng băng rộng di động giúp khai thác tối đa lợi mạng truy cập vô tuyến Internet di động EPC hỗ trợ công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP (LTE, GSM WCDMA/HSPA) công nghệ truy nhập vô tuyến không thuộc 3GPP cho phép đầu cuối di chuyển mạng truy nhập sử dụng công nghệ mà đảm bảo chất lượng dịch vụ Với mục tiêu ưu điểm mình, EPC thực trở thành đích cho mạng hướng đến Mục tiêu cuối tất hệ thống mạng chất lượng trải nghiệm người dùng Vì vậy, vấn đề quản lý di động mạng di động trở thành yêu cầu quan trọng, đặc biệt với EPC Ưu điểm việc tích hợp công nghệ truy nhập lại trở thành yếu tố thách thức buộc nhà thiết kế, phát triển mạng phải có giải pháp hiệu để đạt mục tiêu mạng Đây lý mà chọn đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu mạng lõi EPC giải pháp quản lý di động mạng” Nội dung đề tài chia làm chương sau: - Chương 1: Dịch vụ Web kiến trúc hướng dịch vụ Chương giới thiệu dịch vụ Web kiến trúc mạng hướng dịch vụ Từ thấy yêu cầu dịch vụ kiến trúc mạng thực thi nó, đánh giá khả đáp ứng dịch vụ kiến trúc mạng - Chương 2: Khái quát chung EPC Chương giới thiệu sơ lược trình đời EPC sâu vào mục tiêu, kiến trúc giao thức sử dụng, giao diện EPC Đồng thời, chương đưa đánh giá ưu nhược điểm EPC so với mạng - Chương 3: Các giải pháp quản lý di động sử dụng mạng Ở đưa giao thức hỗ trợ, chế quản lý di chuyển thuê bao mạng ưu nhược điểm chúng để từ so sánh với giải pháp sử dụng EPC - Chương 4: Các vấn đề quản lý di động EPC Chương nêu chế quản lý di động đề cập đến chuẩn tổ chức 3GPP đưa để làm sở cho nhà thiết kế, phát triển mạng trình thực thi EPC - Chương 5: Giải pháp di động cho EPC Nội dung chương đề cập đến thách thức vấn đề quản lý di động EPC đưa giải pháp quản lý di động thuê bao di chuyển mạng 3GPP WiMAX Giải pháp xây dựng mô đạt kết bật Chương đưa phân tích hiệu giải pháp nêu LỜI CÁM ƠN Trước hết, em xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Tài Hưng, bảo tận tình tài liệu quí báu Thầy giúp em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô giáo Viện đào tạo Sau đại học tạo điều kiện học tập nghiên cứư cho em suốt thời gian qua Xin cám ơn bạn học người thân giúp đỡ, động viên chia sẻ lúc khó khăn thời gian thực luận văn Do thời gian hạn hẹp kinh nghiệm lĩnh vực hạn chế, nên khoá luận không tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng Thầy, Cô bạn để tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chương 1: DỊCH VỤ WEB VÀ KIẾN TRÚC HƯỚNG DỊCH VỤ 1.1 Tổng quan XML 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Các thành phần 1.1.3 Giản đồ 10 1.2 Các dịch vụ Web kiến trúc hướng dịch vụ SOA 10 1.2.1 Khái niệm dịch vụ 10 1.2.2 Dịch vụ Web dựa XML 13 1.2.3 Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) 14 1.2.4 Các vai trò dịch vụ Web 16 1.3 Giao thức SOAP 17 1.3.1 Khái niệm chung 17 1.3.2 Framework trao đổi tin SOAP 17 1.4 UDDI 18 1.3.3 Khái niệm chung UDDI 18 1.4.2 Mô tả UDDI 18 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ EPC 21 2.1 Khái quát chung EPS 21 2.2 Những yêu cầu chung EPS 23 2.3 Kiến trúc EPC 24 2.3.1 Các thành phần EPC 2.3.1.1 MME 24 25 2.3.1.2 Các Gateway EPC 25 2.3.1.3 PCRF 27 2.3.1.4 HSS 27 2.4 Mô hình kiến trúc EPC 2.4.1 Mô hình kiến trúc không roaming 28 28 2.4.1.1 Kiến trúc EPC với mạng truy nhập LTE 28 2.4.1.2 Thêm chức hỗ trợ truy nhập LTE 32 2.4.1.3 Tương tác LTE với GSM/GPRS 32 CDMA/HSPA/GSM/GPRS 2.4.1.4 Tương tác với mạng CDMA 32 2.4.1.5 Tương tác công nghệ 3GPP không thuộc 3GPP 34 2.4.1.6 Hỗ trợ cho dịch vụ thoại 35 2.4.2 Kiến trúc roaming 2.4.2.1 Trường hợp 1: Lưu lượng định tuyến qua mạng thường 38 38 trú 2.4.2.2 Trường hợp 2: Vượt rào cục 39 2.5 Các giao thức sử dụng EPC 41 2.5.1 Giao thức GTP 41 2.5.2 Giao thức Mobile IP 43 2.5.3 Giao thức Proxy Mobile IPv6 44 2.5.4 Giao thức Diameter 45 2.5.5 Giao thức S1-AP 47 2.6 Các giao diện EPC 48 2.6.1 Giao diện thành phần EPC 48 2.6.1.1 Giao diện MME MME (S10) 48 Deleted: 2.6.1.2 Giao diện MME SGW (S11) 49 2.6.1.3 Giao diện SGW PGW (S5/S8) 49 2.6.1.4 Giao diện MME HSS (S6a) 51 2.6.1.5 Giao diện SGW PCRF (Gxc) 53 2.6.1.6 Giao diện PCRF PCEF (Gx) 53 2.6.2 Các giao diện hỗ trợ EPC giao tiếp với mạng truy nhập 54 2.6.2.1 Giao diện hỗ trợ EPC giao tiếp với LTE 54 2.6.2.2 Giao diện hỗ trợ tương tác LTE với GSM/WCDMA/HSPA 58 2.6.2.3 Giao diện hỗ trợ tương tác LTE với CDMA 59 2.6.2.4 Giao diện hỗ trợ tương tác mạng truy nhập 3GPP với 66 mạng truy nhập không thuộc 3GPP CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP DI ĐỘNG TRONG CÁC MẠNG HIỆN NAY 71 3.1 Mobile IP 71 3.1.1 Nguyên tắc hoạt động Mobile IP 71 3.1.2 Ưu, nhược điểm MIP 72 3.2 SessionInitiation Protocol (SIP) 73 3.2.1 Khái quát chung SIP 73 3.2.2 Nguyên tắc hoạt động 74 3.3 mSCTP 75 3.3.1 Khái quát chung mSCTP 75 3.3.2 Các phiên giao dịch mSCTP 76 3.3.3 Mối quan hệ mSCTP, MIP SIP 76 Chương 4: VẤN ĐỀ DI ĐỘNG TRONG EPC 78 4.2 Các chế quản lý di động 78 4.2.1 Các chế quản lý di động mạng truy nhập thuộc 3GPP ( Cơ 78 Comment [U1]: Không cần đưa giao diện vào không liên quan đến thành phần EPC giao diện không quan trọng chế Horizontal Handover) 4.2.1.1 Quản lý di động chế độ IDLE 78 4.2.1.2 Thông báo (paging) 83 4.2.1.3 Di động chế độ kích hoạt 83 4.2.2 Di động E-UTRAN HRPD 92 4.2.3 Di động mạng truy nhập 3GPP không thuộc 3GPP 94 4.2.3.1 Lựa chọn chế độ di động 95 4.3.2.2 Tìm kiếm lựa chọn mạng truy nhập 96 4.4 Giảm báo hiệu chế độ IDLE (ISR) 97 4.4 Kích hoạt ISR 97 4.4 Paging 99 4.4 Ngừng kích hoạt ISR 99 4.5 Pooling bảo vệ tả 100 CHƯƠNG 5: GIẢI PHÁP MOBILITY CHO EPC 104 5.1 Những thách thức quản lý di động hướng giải 104 5.2 Khái quát tích hợp mạng Mobile WiMAX 3GPP 106 5.3 Sự cải tiến VHO mạng truy cập Mobile WiMAX 3GPP 108 5.3.1 Kiến trúc mạng cải tiến cho tích hợp mạng Mobile 108 WiMAX 3GPP 5.3.2 Các hoạt động VHO cải tiến mạng truy cập 111 Mobile WiMAX 3GPP 5.4 Các phân tích hiệu suất trình 114 5.5 Kết luận 117 KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mối quan hệ giản đồ XML tài liệu XML Hình 1.2: Mối quan hệ thành phần hệ thứ Hình 1.3: Các dịch vụ Web tráo đổi vai trò hội thoại Hình 1.4: Kiến trúc SOA cho ứng dụng đa tầng Hình 1.5: Kiến trúc tích hợp hướng dịch vụ Hình 1.6: Các tin SOAP Hình 1.7: Các mô tả dịch vụ tập trung thành phần đăng ký cá nhân Hình 2.1: Hệ thống thông tin di động đơn giản Hình 2.2: Các mạng UMTS nâng cấp Hình 2.3: Tiến trình đời EPS Hình 2.4: Kiến trúc EPC cho truy nhập LTE Hình 2.5: Hỗ trợ chức cho kiến trúc EPC Hình 2.6: Tương tác mạng sử dụng giao diện GTP Hình 2.7: Tương tác LTE mạng eHRPD Hình 2.8: Kiến trúc EPC cho truy nhập mạng không thuộc 3GPP Hình 2.9: Kiến trúc EPC hỗ trợ thoại Hình 2.10: Lưu lượng định tuyến qua mạng thường trú Hình 2.11: Vượt rào cục Hình 2.12: Ngăn xếp giao thức giao diện MME Hình 2.13: Ngăn xếp giao thức giao diện S11 Hình 2.14: Ngăn xếp giao thức giao diện S11 Hình 2.15: Ngăn xếp giao thức giao diện S5/S8 (biến thể GTP) Hình 2.16: Ngăn xếp giao thức miền điều khiển cho giao diện S5/S8 Hình 2.17: Ngăn xếp giao thức miền người dùng giao diện S5/S8 Hình 2.18: Ngăn xếp giao thức giao diện S6a/S6d Hình 2.19: Ngăn xếp giao thức giao diện S1-U Hình 2.20: Ngăn xếp giao thức cho giao diện S1-MME Trang cung cấp dịch vụ không muốn hệ thống mạng họ phải thay đổi chi phí độ phức tạp mạng Thứ hai, trình báo hiệu nên tối ưu VHO trình nhiều thời gian dẫn đến lưu lượng liệu đáng kể Thứ ba, Giải pháp dựa IP ưu tiên để thuận lợi cho việc tương tác hệ thống mạng mở rộng sau tới mạng truy cập không đồng khác Trong giải pháp VHO đưa đây, FAF thành phần hỗ trợ kiến trúc Nó thực thể logic mức trạm gốc đặt mạng truy cập đích Thực thể logic FAF có nghĩa không cung cấp kết nối vô tuyến liên lạc với thiết bị người dùng (UE) qua đường hầm IP Vì xem trạm gốc thông thường mạng, nên không yêu cầu thay đổi đến hệ thống mạng FAF cho phép chuyển giao dựa IP cách sử dụng chức Proxy mobile Ipv6 (PMIPv6) thiết lập đường hầm IP đến UE Nó cung cấp chức nhận thực UE mạng truy cập đích trước thực thi VHO Chức giải vấn đề tiêu thụ thời gian VHO cách giảm bước báo hiệu chuyển giao Tuy nhiên, UE giao tiếp với FAF FAF đặt mạng truy cập đích, mạng nguồn không thông báo chuyển giao Do vậy, gói liệu lưu đệm định tuyến mạng nguồn bị loại bỏ trễ truyền tăng UE chuyển kết nối tới mạng truy cập đích Mạng truy cập nguồn nhận kết nối hết hạn thời gian chờ gói Việc rớt mạng dẫn đến lãng phí tài nguyên Trong giải pháp này, DFF để giải vấn đề liệu rớt mạng DFF nghĩ FAF DFF giải vấn đề kết nối mạng nguồn, FAF giải vấn đề kết nối mạng đích Bằng cách đưa thành phần này, vấn đề xảy mạng nguồn giải Chi phí giải pháp thêm vào thực thể logic vào mạng Do vậy, chi phí thấp phức tạp so với phải thay đổi thực thể mạng có (WiMAX ASN-GW, 3GPP SGW, 3GPP SGSN) Trong chương này, trước tiên đưa khái quát chung kiến trúc tích hợp cho mạng Mobile WiMAX 3GPP Sau thảo luận hạn chế giải pháp VHO Phần lựa chọn giải pháp cải tiến VHO để giải hạn chế Trang 105 giải pháp công nghệ VHO Phần cuối mô tả thí nghiệm mô để đánh giá giải pháp công nghệ VHO đưa mạng truy cập WiMAX 3GPP qua evolved packet core (EPC) 5.2 Khái quát tích hợp mạng Mobile WiMAX 3GPP Đối với tích hợp mạng Mobile WiMAX 3GPP, 3GPP EPC cung cấp chức tương tác theo phiên 3GPP Các chức tương tác mạng bao gồm trình nhận thực UE, tìm kiếm mạng truy cập, đảm bảo chất lượng dịch vụ, chuyển giao không ngắt quãng EPC cách mạng hệ thống kế thừa GPRS Nó hỗ trợ tích hợp dựa IP mà không cần có mạng truy cập 3GPP WiMAX WLAN Như hình 5.1 đây, mạng truy cập 3GPP non-3GPP tích hợp qua EPC Các kết nối mạng 3GPP hỗ trợ serving gateway (S-GW), non3GPP kết nối tới gateway mạng liệu gói (P-GW) Cụ thể, nút phục vụ hỗ trợ GPRS kế thừa (SGSN) kết nối tới S-GW qua giao diện S4 Gateway phục vụ truy cập (ASN-GW) WiMAX hỗ trợ P-GW qua giao diện S2a Để tích hợp mạng truy cập mobile WiMAX 3GPP, vài thực thể giao diện logic thêm vào: • S2a (tương đương với WiMAX R3-MIP): sử dụng cho trình thiết lập bearer di động lớp hướng tới EPC • STa (tương đương với WiMAX R3-AAA): sử dụng cho việc nhận thực UE • Gx: sử dụng để đảm bảo QoS tính cước • S14: Giao diện logic ANDSF UE • X200: Đường hầm IP FAF UE Trang 106 Hình 5.1: Cấu trúc mạng tích hợp mạng truy cập Mobile WiMAX 3GPP Các thực thể thêm vào kiến trúc hệ thống ANDSF thực thể để giúp tìm kiếm mạng truy cập đích Mạng truy cập đích hỗ trợ ANDSF cell 3GPP non-3GPP Thực thể đưa 3GPP để giảm thiểu tương tác việc sử dụng tín hiệu vô tuyến Việc sử dụng tín hiệu vô tuyến việc tìm kiếm cell lân cận đòi hỏi UE phải sử dụng nhiều angten điều dẫn đến lãng phí lượng sử dụng Tuy nhiên, thông tin cell không quảng bá, UE lấy thông tin cell mạng đích Tùy theo, ANDSF đưa thông tin bổ sung cell lân cận (ví dụ mức độ QoS) mà thông tin không đưa tín hiệu vô tuyến yêu cầu liệu cao Trang 107 FAF thực thể logic khác thêm vào việc tích hợp mạng mobile WiMAX 3GPP FAF thực thể mức BS (Base station) đặt mạng đích Nó hỗ trợ trình nhận thực UE trước thực thi VHO qua đường hầm IP Phụ thuộc vào kiểu mạng truy cập đích, FAF bắt chước chức BS mạng khác FAF thực chức WiMAX BS UE di chuyển đến cell WiMAX thực thành phần điều khiển mạng vô tuyến 3GPP (RNC)/NodeB eNodeB mạng truy cập đích 3GPP UTRAN E-UTRAN Mặc dù FAF có chức thực thể mức cao WiMAX ASN-GW thích hợp để xem FAF thực thể logic mức BS thực thể mức BS có chức để giao tiếp trực tiếp với UE Bằng cách đưa thực thể giao diện giải thích trên, Giải pháp đề cung cấp giải pháp VHO dựa IP mà thay đổi nhiều kiến trúc mạng Tuy nhiên, giải pháp có số vấn đề liệu rớt mạng Ví dụ: đường liệu chuyển từ mạng đến mạng đích, gói liệu lưu vào đệm thực thể mạng truy cập nguồn bị loại bỏ mạng nguồn không thông báo trình VHO Hơn nữa, sau UE chuyển mạch đến mạng đích, mạng nguồn không cần thiết trì tài nguyên cấp phát cho UE nhận ngắt kết nối Do vậy, giải pháp đưa có khuyết điểm giải vấn đề thuộc mạng truy cập đích Trong phần giới thiệu thực thể logic gọi DFF Nó mạng nguồn để giải vấn đề 5.3 Sự cải tiến VHO mạng truy cập Mobile WiMAX 3GPP 5.3.1 Kiến trúc mạng cải tiến cho tích hợp mạng Mobile WiMAX 3GPP Theo công nghệ chuyển giao WiMAX-3GPP việc sử dụng FAF hình 5.1, PGW điểm mà đường liệu mạng 3GPP non-3GPP chuyển mạch UE trì kết nối đến P-GW sau thực VHO Tuy nhiên, giải pháp VHO vấn đề đường liệu chuyển mạch Vấn đề thứ UE không làm điều để thông báo cho mạng nguồn hoạt động VHO, điều dẫn đến gói liệu đệm Vấn đề thứ hai là: UE rời mạng nguồn mà thủ tục ngắt Trang 108 kết nối hợp lý Ví dụ: Nếu mạng nguồn Mobile WiMAX, gói chuyển qua ASNGW tới WiMAX BS nơi mà hỗ trợ cho UE Khi UE tìm thấy mạng đích với trợ giúp ANDSF thực thủ tục kết nối nhận thực đến EPC Khi UE kết nối đến mạng đích, thực VHO tới mạng 3GPP đích mà không thông báo đến mạng nguồn Quá trình dẫn đến việc gói đệm WiMAX ASN-GW BS Hơn nữa, mạng nguồn không bắt đầu giải phóng tài nguyên chí sau UE ngắt kết nối Để giải vấn đề này, cần thay đổi ASN-GW WiMAX để thêm chức tương tác mạng, chức lựa chọn cell đích 3GPP Sự bổ sung chức kết nối vào ASN-GW cho biết cần phải có thay đổi chức thành phần mạng 3GPP (như SGW) UE thực chuyển giao hướng ngược lại Đối với việc thay đổi kiến trúc hệ thống trái ngược với nguyên tắc thiết kế VHO giải thích phần giới thiệu Trong phần này, thực thể chức tương tác mạng khác DFF đưa để giải vấn đề DFF thực thể logic mức BS đặt mạng nguồn Nó giao tiếp với UE qua đường hầm IP Giống FAF, DFF tìm thấy với trợ giúp ANDSF DFF bao gồm chức logic mức BS mạng khác nhau, phụ thuộc vào kiểu giao thức truy nhập mạng nguồn Ví dụ, DFF thực thi chức giống WiMAX BS UE đặt mạng WiMAX DFF bao gồm chức RNC/NodeB UTRAN eNB E-UTRAN DFF xử lý liệu chuyển tiếp từ BS nguồn đến FAF Nó quản lý việc xóa việc đăng ký hay giải phóng tài nguyên UE sau chuyển giao Trang 109 Hình 5.2: Cấu trúc kết nối mạng Mobile WiMAX 3GPP UTRAN UE thực chuyển giao từ WiMAX đến UTRAN UE gửi địa FAF qua đường hầm IP UE-DFF, DFF thiết lập kết nối IP đến FAF định DFF thực chuyển giao WiMAX BS SGSN để nhận liệu đệm bên mạng nguồn Nó hỗ trợ trình xóa bỏ việc đăng ký sau UE rời đến mạng đích liệu chuyển tiếp hoàn toàn Mặc dù, có số trường hợp phụ thuộc vào hướng chuyển giao kiểu thực thi FAF DFF, phần đưa thí dụ hướng chuyển giao VHO từ mobile WiMAX tới 3GPP UTRAN Nó thừa nhận DFF thực thi chức giống WiMAX BS FAF thực thi giống UTRAN RNC Trang 110 Hình 5.2 kiến trúc cải tiến tích hợp cho mạng Mobile WiMAX 3GPP So sánh với hình 5.1, có vài thực thể chức giao diện logic sau: • X300 (Tương đương với 3GPP Uu): đường hầm IP DFF UE • S301 (Tương đương với S1-MME, không hình): Giao diện logic FAF MME FAF thực thi E-UTRAN eNB • S302 (tương đương với 3GPP Iu) : Giao diện logic FAF SGSN UTRAN mạng truy cập đích • S303 (tương đương với S1-MME, không hình):Giao diện logic DFF MME DFF bắt trước E-UTRAN eNB • S304 (tương đương với 3GPP Iu, không hình): Giao diện logic DFF SGSN UTRAN mạng truy cập nguồn • X101 (tương đương với WiMAX R6, không hình): Giao diện logic FAF ASN-GW WiMAX mạng truy cập đích • X102 (Tương đương với WiMAX R6): Giao diện logic DFF ASN-GW DFF thực thi WiMAX BS • DFF (tương đương với WiMAX BS): Thực thể logic quản lý liệu chuyển tiếp xóa đăng ký mạng nguồn 5.3.2 Các hoạt động VHO cải tiến mạng truy cập Mobile WiMAX 3GPP Trong phần này, ví dụ với luồng báo hiệu UE thực VHO từ Mobile WiMAX đến 3GPP UTRAN Cùng với thành phần mạng bổ sung trình bày trên, DFF thực thi mobile WiMAX BS FAF thực thi giống UTRAN RNC FAF hoạt động E-UTRAN eNB Các thủ tục chuyển giao bổ sung từ EUTRAN đến UTRAN phức tạp FAF thực thi eNB Các thủ tục gọi chuyển giao từ E-UTRAN đến UTRAN Iu kiểu Inter-RAT Quá trình thực thi hướng ngược lại từ 3GPP UTRAN đến Mobile WiMAX thủ tục đơn giản không trình bầy phần này, hướng ngược lại DFF phục vụ UTRAN RNC logic FAF phục vụ WiMAX BS logic Hình 5.3 luồng báo hiệu UE di chuyển từ WiMAX đến 3GPP UTRAN với trợ giúp ANDSF,FAF DFF Trang 111 Trong ví dụ này, UE đặt mạng nguồn WiMAX Giả thiết UE sử dụng sóng vô tuyến để giảm nhiễu tín hiệu vô tuyến công suất tiêu thụ đổi hướng giao diện sóng thời điểm Công nghệ đưa áp dụng cho UE sử dụng sóng vô tuyến, trường hợp thủ tục chuyển giao đơn giản hóa Khi UE yêu cầu VHO, tìm ANDSF để nhận thông tin cell 3GPP mạng đích ANDSF cung cấp địa IP FAF DFF thích hợp Dựa vào thông tin nhận từ ANDSF, UE tiến hành đo chọn cell 3GPP mạng đích UE thiết lập đường hầm IP đến FAF, sau thực trình kết nối nhận thực đến EPC qua FAF Các thủ tục làm giảm đáng kể thời gian thực thi VHO cách xử lý bước sớm UE đặt mạng nguồn FAF thực thủ tục nhận thực tư cách UE UE truy cập đến mạng đích Sau UE yêu cầu di chuyển từ FAF đến cell 3GPP mạng đích tài nguyên dành riêng cho trình thực Sau đó, FAF truyền câu lệnh chuyển giao bao gồm thông tin sóng cell đích Trang 112 Hình 5.3: Luồng báo hiệu VHO cải tiến từ mạng Mobile WiMAX đến 3GPP UTRAN Trang 113 UE chuẩn bị rời mạng nguồn cách yêu cầu liệu chuyển tiếp đến DFF Đây bước thực thi với yêu cầu di chuyển Các thủ tục với DFF xử lý với thực thể mạng nguồn, không gây nhiễu bước liên quan đến FAF mạng truy cập 3GPP đích Để lấy địa IP FAF tin yêu cầu chuyển tiếp liệu, DFF thiết lập kết nối IP thông thường với FAF DFF sau thực trình chuyển giao WiMAX BS với tư cách UE Chuyển giao WiMAX BS nguồn DFF thực trước thủ tục UE FAF Chú ý rằng, kết nối UE FAF DFF thiết lập giao diện logic Các kết nối chuyển giao WiMAX BS thực thi từ DFF không cung cấp chức vô tuyến Theo kết trình chuyển giao mobile WiMAX BS, liệu người dùng đệm mạng nguồn chuyển tiếp từ WiMAX BS mạng nguồn đến DFF DFF truyền tín hiệu chuyển tiếp liệu đến FAF để khởi tạo trình chuyển tiếp liệu người dùng đệm FAF liệu chuyển tiếp từ DFF đến FAF Ghi rằng, FAF bắt đầu ghi đệm liệu sử dụng sau truyền lệnh chuyển giao Trong DFF thực thi liệu chuyển tiếp UE di chuyển đến cell 3GPP UTRAN đích Sau đó, UE khởi tạo trạng thái PDP dựa vào QoS mạng WiMAX tiếp tục truyền liệu mạng 3GPP đích UE trì kết nối với P-GW trước nơi mà đường hầm PMIPv6 P-GW chuyển mạch từ ASN-GW đến S-GW S-GW thực thi cập nhật kết hợp với proxy đến P-GW Sau liệu chuyển tiếp hoàn thành, DFF bắt đầu trình xóa đăng kí mạng nguồn 5.4 Các phân tích hiệu suất trình Để phân tích trình liệu công nghệ VHO đề xuất trên, thí nghiệm mô đưa cách sử dụng luồng video thời gian thực ghép nhiều với dựa vào kiến trúc mạng trình bầy hình 5.2 Trong thử nghiệm này, thuật toán EDF (earliest deadline first) áp dụng để phục vụ cho lưu lượng video thời gian thực dễ bị trễ ghép H.263 MPEG-4 EDF có giới hạn lớn lưu lượng thời gian thực sử dụng để phân tích gói giới hạn nhỏ Thí nghiệm mô cấu hình để DFF FAF chuyển nhiều luồng lưu lượng gói video (H.263 MPEG-4) đến mạng truy cập khác để hỗ trợ chuyển giao Trang 114 Trong luồng video này, luồng gắn với luồng lưu lượng gửi đến UTRAN RNC/NodeB Quá trình thực thi đo giới hạn việc gói giới hạn trễ kiểu thí nghiệm mô lưu lượng video thời gian thực Lưu lượng video thời gian thực H.263 gồm 80 mẫu ghép với kiểm tra 80% 60% mức sử dụng link (Hình 5.4a), Ngoài ra, thí nghiệm mô lưu lượng vido MPEF-4 bao gồm 40 mẫu ghép với kiểm tra 85% 65% mức sử dụng link (Hình 4b) Hình 5.4: Phân tích hiệu suất liệu VHO: a) Sử dụng 80 mẫu ghép với luồng video H.263; b) Sử dụng 40 mẫu ghép luồng video MPEG-4 Trước đây, VHO từ mobile WiMAX qua mạng đến UTRAN Các gói gửi đến đường mạng mobile WiMAX thời gian trễ truyền Nhân tố thực thi then chốt nghiên cứu vấn đề trễ thời gian gói thêm vào xếp VHO Dựa vào công nghệ VHO WiMAX-3GPP trình bầy trên, FAF không yêu cầu đưa thuật toán EDF, trí DFF trở thành thành phần 3GPP không yêu cầu có EDF Trong chương này, thuật toán EDF sử dụng FAF DFF công cụ để đánh giá giới hạn thấp việc liệu gói hỗ trợ nhiều luồng video thời gian thực Như hình 2, mạng truy cập WiMAX kết nối tới EPC qua P-GW Đối với trường hợp UE di chuyển từ mobile WiMAX đến 3GPP Trang 115 UTRAN, đường xuống cần chuyển từ P-GW → ASN-GW→BS→UE tới đường PGW→S-GW→(FAF→S-GW)→SGSN→RNC→UE Ghi rằng, đường truyền dấu ( ) liên quan thực VHO Do vậy, sử dụng giải pháp VHO dùng với FAF, việc gói liệu xẩy UE bắt đầu thực thi VHO đến thời điểm mà kết hợp PMIPv6 cập nhật (dẫn đến gói bị phân phát lần đến UE qua BS đích) Đối với phối hợp VHO sử dụng FAF, khoảng thời gian liệu bao gồm việc cấu hình lại (mất khoảng 4-5 ms) xem xét để thêm EDF điều khiển ghép đa luồng thí nghiệm Đối với trường hợp sử dụng DFF FAF VHO, gói đường xuồng ghi đệm theo hướng P-GW→ASN-GW→BS→UE chuyển đến đường P-GW→ASNGW→DFF→ASN-GW→P-GW→S-GW→FAF→S-GW→SGSN→RNC→UE nơi mà đường hầm IP sử dụng UE DFF, DFF FAF FAF UE Giải pháp DFF FAF trình dẫn đến việc không gói liệu Tuy nhiên, thực thể DFF, trình VHO giống chuyển giao bước, điều dẫn đến tăng thời gian ngắt quãng bao gồm trễ ghi đệm Do vậy, lưu lượng thời gian thực, hoạt động chuyển tiếp gói liệu dẫn đến vượt giới hạn trễ cho phép đường chuyển tiếp thêm vào từ DFF qua FAF đến UE Trong hình 4, Trong trường hợp DFF-FAF, thời gian ngắt quãng dịch vụ bước chuyển tiếp trường hợp ms Trong mô việc sử dụng lưu lượng thời gian thực, trình phân tích gói bao gồm hai: gói không chuyển tiếp (do không tới UE) gói nhận UE giới hạn trễ cho phép (do gói bị loại bỏ) Xác suất gói trung bình gói gói vượt trễ cho phép hình Đường cong thể giới hạn giới hạn độ lệch chuẩn giá trị xác suất gói trung bình Kết nhận hình 5.4a với trường hợp sử dụng link 80% giới hạn trễ lớn 5ms, DFF-FAF ưu điểm việc có xác suất gói thấp 35-90% so với dùng FAF Đây ưu điểm lớn giới hạn trễ cho phép tăng Đối với lược đồ sử dụng FAF với giới hạn trễ lớn 4ms, xác suất gói giảm khoảng 15% ms Đối với lược đồ DFF-FAF với giới hạn trễ lớn 3ms xác suất gói giảm khoảng 20% Trang 116 ms Lợi ích xác suất gói tăng đáng kể lược đồ DFF-FAF sử dụng với 60% sử dụng link Tại giới hạn trễ ms, lược đồ FAF giảm 90% xác suất gói mức sử dụng link 60% so với 80%, lược đồ DFF-FAF giảm đáng kể 99% xác suất gói điều kiện Hình 4b tương tự 5.5 Kết luận Có nguyên tắc thiết kế quan trọng cho giải pháp VHO không ngắt quãng công nghệ mobile WiMAX 3GPP Đầu tiên, giải pháp VHO không cần thiết đòi hỏi thay đổi đáng kể hệ thống mạng triển khai Thứ hai, Quá trình VHO cần thiết để tối ưu đẻ giảm thiểu gói thời gian thực thi Thứ ba, giải pháp dựa IP thích hợp đối cho việc tương tác mạng mạng truy cập không đồng mở rộng tiềm Các giải pháp VHO đề xuất trước vài giao diện thực thể logic ANDSF FAF; nhiên giải pháp có giới hạn việc kết nối phía mạng nguồn dẫn đến gói Để khắc phục vấn đề này, phần giải pháp đưa thêm thực thể logic DFF vào mạng truy cập nguồn Giải pháp đề xuất sử dụng DFF làm cho toàn kiến trúc mạng trở lên phù hợp DFF mạng nguồn xem FAF mạng đích DFF không giúp giải vấn đề gói mà thỏa mãn nguyên tắc thiết kế công nghệ VHO Thí nghiệm cho thấy việc sử dụng DFF cải tiến để giải vấn đề gói có tiềm so với giải pháp trước Trang 117 KẾT LUẬN Có thể khẳng định cách mạng mạng lõi mà kết Evolved Packet Core (EPC) trở thành tảng cho cách mạng băng rộng di động giúp khai thác tối đa lợi mạng truy cập vô tuyến Internet di động EPC hỗ trợ công nghệ truy nhập vô tuyến 3GPP (LTE, GSM WCDMA/HSPA) công nghệ truy nhập vô tuyến không thuộc 3GPP cho phép đầu cuối di chuyển mạng truy nhập sử dụng công nghệ mà đảm bảo chất lượng dịch vụ Do đó, EPC thực cách mạng mạng lõi kim nam cho mạng hướng đến Quá trình triển khai mạng LTE EPC phát triển giai đoạn gần đây, số khuyết điểm chẳng hạn vấn đề chuyển giao mạng truy nhập Giải pháp đưa chương giải trường hợp số vấn đề tồn tại, nâng cấp chuyển giao đầu cuối mạng WiMAX di động mạng truy nhập 3GPP qua EPC Để phát huy hết ưu điểm EPC, với quan tâm đặc biệt đến EPC nhà nghiên cứu, thiết kế mạng, tương lai chắn có thêm giải pháp cho vấn đề tồn EPC Trang 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Prof Dr Thomas Magedanz, Marius Corici, Fraunhofer, ragos Vingarzan, Open EPC, Fraunhofer FOKUS, 200 [2] Magnus Olsson, Shabnam Sultana, Stefan Rommer, Lars Frid, Catherine Mulligan, SAE and the evolved packet core, Elsevier International, 2009, ISBN: 978-0-12-374826-3 [3] The Mobile Broadband Evolution: 3GPP Release and Beyond , 3G American, Techical White Paper, 2009 [4] “3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Services and System Aspects;Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System;Stage 2(Release 8)”, 3GPP TS 23.272 [5] “3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Services and System Aspects;General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access(Release 8)” 3GPP TS 23.401 [6] “3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Services and System Aspects;Architecture enhancements for non-3GPP accesses (Release 8)” 3GPP TS 23.402 [7] “3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Core Network and Terminals; Access to the 3GPP Evolved Packet Core (EPC) via non-3GPP access networks; Stage 3; (Release 8)” 3GPP TS 24.302 [8] William J.Song, Jong-Moon Chung, Deayoung, Chaegwon, Sungho Choi, Teasun Yeoum, Improvements to Seamless Vertical Handover between Mobile WiMAX and 3GPP UTRAN through the Evolved Packet Core, IEEE Communication magazine, 2009 [9] MIP, SIP, mSMTP website http://www.vntelecom.org [10] Thomas Erl, Service-Oriented Architecture: Concepts, Technology, and Design, Prentice Hall PTR, 2005, ISBN: 0-13-185858-0 Trang 119 ... EPC - Chương 5: Giải pháp di động cho EPC Nội dung chương đề cập đến thách thức vấn đề quản lý di động EPC đưa giải pháp quản lý di động thuê bao di chuyển mạng 3GPP WiMAX Giải pháp xây dựng mô... ĐỀ DI ĐỘNG TRONG EPC 78 4.2 Các chế quản lý di động 78 4.2.1 Các chế quản lý di động mạng truy nhập thuộc 3GPP ( Cơ 78 Comment [U1]: Không cần đưa giao di n vào không liên quan đến thành phần EPC. .. giao di n EPC Đồng thời, chương đưa đánh giá ưu nhược điểm EPC so với mạng - Chương 3: Các giải pháp quản lý di động sử dụng mạng Ở đưa giao thức hỗ trợ, chế quản lý di chuyển thuê bao mạng ưu