Đang tải... (xem toàn văn)
MÔ HÌNH CHUYỂN MẠCH GÓI CỦA UMTSKIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC MIỀN CHUYỂN MẠCH GÓICác giao diện Gn, Gp và giao thức truyền tunnel GPRS.Giao diện Gn được sử dụng giữa SGSN và GGSN cũng như giữa các SGSN trong cùng một mạng. Giao diện Gp được sử dụng giữa SGSN và GGSN trong các mạng khác nhau. GTP cũng được sử dụng để truyền tunnel giữa RAN và SGSN.GTP được sử dụng cho quản lý di động bên trong miền PS CN (giữa SGSN và GGSN để duy trì các tuyến CN đặc thù máy cho UE khi nó di động).GTP bao gồm hai tập bản tin và thủ tục. Một tập bản tin và thủ tục tạo nên mặt phẳng điều khiển: GTPC. GTPC được sử dụng để quản lý (tạo lập, thay đổi và giải phóng) các tunnel GTPU (GTP cho mặt phẳng người sử dụng để truyền tunnel các gói của người sử dụng), để quản lý các PDP context, để quản lý vị trí và để quản lý di động. Tập bản tin và thủ tục thứ hai của GTP tạo nên GTP mặt phẳng người sử dụng (GTPU). GTPU được sử dụng để thiết lập và quản lý các tunnel GTP cho việc truyền tunnel các gói của người sử dụng. Đối với mỗi PDP context tích cực cần thiết lập một tunnel GTPU giữa SGSN và GGSN. Tuy nhiên nhiều PDP context với cùng một địa chỉ PDP sẽ chia sẻ chung một tunnel GTPC.IX.2. Giao diện IuPSGiao diện IuPS nối RAN với miền PS CN. Ngăn xếp giao thức của IuPS cho mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển được cho trên hình 5.16.Giao diện IuPS cho phép:Quản lý tunnel: Giao diện IuPS cung cấp các thủ tục để: thiết lập, duy trì và giải phóng các GTP tunnel giữa RNC và SGSN (các GTP tunnel này dùng để truyền tải các gói giữa RNC và SGSN)•Quản lý RAB:Giao diện IuPS cung cấp các thủ tục: thiết lập, duy trì và giải phóng các RAB. Nhắclại rằng RAB là một kết nối giữa các UE và CN sử dụng các tài nguyên vô tuyến được ấn định để truyền số liệu người sử dụng và báo hiệu giữa UE và SGSN. SGSN điều khiển RAN để thiết lập thay đổi và giải phóng các RAB•Quản lý tài nguyên vô tuyến: Khi RNC thông qua giao diện IuPS nhận được một yêu cầu từ CN về thiết lập hay thay đổi một RAB, RNC sẽ phân tích các tài nguyên vô tuyến hiện khả dụng trong RAN để quyết định có nên tiếp nhận yêu cầu hay từ chối nó. Quá trình này được gọi là điều khiển tiếp nhận tài nguyên vô tuyếntrong UMTS•Quản lý di động: Giao diện IuPS đảm bảo các thủ tục hỗ trợ chuyển giao giữa các RNC. Chẳng hạn giao diện IuPS cung cấp các thủ tục để đặt lại RNS phục vụ. Thủ tục này sẽ chuyển phía RNS của một kết nối RANAP từ RNS này đến RNS khác. Thủ tục này cần thiết để hỗ trợ chuyển giao giữa các RNS. IuPS cũng đảm bảo các chức năng tìm gọi. Ngoài ra giao diện này cũng đảm bảo các chức năng báo cáo vị trí địa lý của UE cho CN để mạng hỗ trợ các dịch vụ định vị.Phần ứng dung mạng truy nhập vô tuyến (RANAP) được sử dụng làm giao thức báo hiệu để hỗ trợ các chức năng trên giao diện IuCS. Ngoài các chức năng được trình bầy ở trên, giao thức RANAP còn đóng bao các bản tin báo hiệu lớp cao để truyền chúng trong suốt qua giao diện IuCS. RANAP sử dụng SCCP (Signaling Connection Control Part) của SS7. SCCP là giao thức lớp truyền tải, nó cung cấp các khả năng giống như UDP và TCP của mạng IP. Nhưng SCCP sử dụng AAL5 của ATM. Mỗi UE sử dụng một kết nối SCCP riêng để truyền tải các bản tin RANAP liên quan đến UE.Trên mặt phẳng người sử dụng, các tunnel GTPU được sử dụng để truyền tải các gói cuả người sử dụng. Các tunnel GTP này được thực hiện trên UDPIP. UDPIP trong trường hợp này có thể sử dụng các công nghệ lớp dưới bất kỳ. Điều cần lưu ý là mặc dù GTPC có thể đảm bảo các khả năng báo hiệu để thiết lập và quản lý các GTPU tunnel, R5 vẫn sử dụng giao thức RANAP thay vì GTPC để điều khiển các GTPU trên giao diện IuPS.IX.3.Các giao diện Gi, Gr, Gc và GsGGSN sử dụng giao diện Gi để kết nối đến mạng IP bên ngoài trong cùng một miền quản trị hoặc trong miền quản trị khác. Giao thức định tuyến IP tiêu chẩn tại giao diện Gi được mô tả trên hình 5.17.
BAN CƠ YẾU CHÍNH PHÚ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ ***** MƠ HÌNH CHUYỂN MẠCH GĨI CỦA UMTS Bộ môn: Hệ Thống Thông tin Di Động GV HD: Trần Ngọc Quý Nhóm 9: Nguyễn Hữu Đạt - MSV: CT020405 Huỳnh Thị Hương Giang - MSV: CT020413 Thái Bá Hùng – MSV: CT020419 Cao Đức Tuấn - MSV: CT020439 Trần Việt Tùng - MSV: CT0204111 Nguyen Dat HÀ NỘI 2020 MỤC LỤC I CÁC KÊNH MANG (BEARER) II KẾT NỐI BÁO HIỆU VÀ LƯU LƯỢNG .2 III CÁC BƯỚC ĐỂ UE TRUY NHẬP VÀO CÁC DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI UMTS IV CÁC SỐ NHẬN DẠNG KÊNH MANG VÀ CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC NHẬN DẠNG NÀY V CÁC THỦ TỤC ĐĂNG NHẬP GPRS V.1 Bản tin yêu cầu đăng nhập cung cấp thông tin quan trọng sau cho SGSN: V.2 Sau nhận đựơc tin đăng nhập từ UE, SGSN thực hai chức sau đây: Nhận thực UE .7 V.3 VI Để hoàn thành đăng nhập GPRS thành công, SGSN phát tin tiếp nhận đăng nhập đến UE CÁC THỦ TỤC TÍCH CỰC PDP CONTEXT .7 VI.1 Tích cực PDP context khởi xướng từ UE VI.2 Đàm phán QOS .10 VI.3 Tích cực PDP context theo yêu cầu từ mạng 12 VII CÁC TRẠNG THÁI PDP CONTEXT VÀ CÁC TRẠNG THÁI PMM CONTEXT 13 VII.1 Các trạng thái PDP context chuyển đổi trạng thái .13 VII.1.1 Các trạng thái PDP Context 13 VII.1.2 Các chuyển đổi trạng thái PDP context .13 VII.1.3 Thay đổi PDP context 15 VII.2 Các PMM Context thay đổi trạng thái PMM Context 16 VII.2.1 Các trạng thái PMM Context 16 VII.2.2 Chuyển đổi trạng thái PMM Context 16 VIII CÁC THỦ TỤC ẤN ĐỊNH KÊNH MANG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN (RAN) .17 IX KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC MIỀN CHUYỂN MẠCH GÓI .18 IX.1 Các giao diện Gn, Gp giao thức truyền tunnel GPRS 18 IX.2 Giao diện Iu-PS .19 IX.3 Các giao diện Gi, Gr, Gc Gs 20 IX.4 Kiến trúc giao thức từ UE đến GGSN 22 X IX.4.1 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng UE GGSN 22 IX.4.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển UE GGSN 23 TRUY NHẬP CÁC MẠNG IP THÔNG QUA MIỀN PS .24 X.1 Truy nhập suốt 25 X.2 Truy nhập không suốt 26 X.3 Nhận địa động từ mạng IP cách sử dụng DHCP 29 X.4 Truy nhập quay số sử dụng PPP 31 XI MƠ HÌNH AN NINH WCDMA UMTS 33 I CÁC KÊNH MANG (BEARER) Hình 1.1 Các loại kênh mạng UMTS Các loại kênh mang UMTS cho hình 5.1 UE sử dụng giao thức số liệu gói (PDP: Packet Data Protocol) để trao đổi số liệu miền UMTS PS Các đơn vị giao thức số liệu gói (PDU) (các gói người sử dụng) truyền bên mạng UMTS kênh mang Kênh mang lưu lượng tập tài nguyên mạng hàm truyền đạt sử dụng để truyền lưu lượng thực thể mạng Kênh mang lưu lượng đường truyền (đường dẫn), kết nối logic hay kết nối vật lý nút mạng Tồn loại kênh mang sau: Kênh mang vô tuyến (RB: Radio Bearer) kênh mang Iu (Iu Bearer) Kênh mang vô tuyến kết nối logic lớp giao thức nằm lớp PDP cung cấp để truyền tải gói người sử dụng UE RNC Kênh mang Iu kết nối logic nằm lớp PDP cung cấp để truyền tải gói người sử dụng RNC SGSN Kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB: Radio Access Bearer): kết nối logic từ kênh mang vô tuyến (Radio Bearer) kênh mang Iu (Iu Bearer) Kênh mang CN (CN Bearer): kết nối logic lớp giao thức lớp PDP cung cấp để truyền tải gói cuả người sử dụng SGSN GGSN Kênh mang UMTS (UMTS Bearer): kết cấu cách lồng ghép kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) nối đầu vào mạng lõi (SGSN) kênh mang mạng lõi (CN Bearer) nối đầu SGSN GGSN Các kênh mang vô tuyến, kênh mang Iu, RAB kênh mang mạng lõi quản lý giao thức thủ tục khác II KẾT NỐI BÁO HIỆU VÀ LƯU LƯỢNG Hình 1.2 Các kết nối báo hiệu lưu lượng UE SGSN Trước ấn định tài nguyên mạng RAN hay mạng lõi chuyển mạch gói (viết tắt PS CN) cho UE, mạng cần phải thiết lập kết nối logic riêng gữa UE SGSN Chẳng hạn, UE sử dụng kết nối báo hiệu để: đăng ký với miền PS CN, yêu cầu SGSN thiết lập kênh mang CN thiết lập RAB Hình 5.2 mơ tả kết nối báo hiệu UE SGSN dựa việc móc nối kênh mang báo hiệu vô tuyến (giữa UE RNC) kênh mang Iu (giữa RNC SGSN) Tập hợp kênh mang báo hiệu vô tuyến kênh mang vô tuyến lưu lượng gọi kết nối RRC (Radio Resource Control: điều khiển kết nối) Giao thức RRC sử dụng để thiết lập, trì giải phóng kênh mang UE sử dụng kết nối RRC chung để mang báo hiệu lưu lượng cuả người sử dụng cho dịch vụ chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh Tập hợp kênh mang báo hiệu Iu kênh mang lưu lượng Iu cho UE gọi kết nối RANAP Giao thức RANAP (Radio Access Network Application Part) sử dụng để: thiết lập, trì giải phóng kênh mang RNC chịu trách nhiệm để liên kết kết nối RRC cuả người sử dụng với kết nối RANAP cuả người sử dụng nhằm tạo nên kết nối báo hiệu hay RAB báo hiệu UE SGSN Nói cách khác, RNC hoạt động chuyển đổi giao thức để chuyển đổi giao thức sử dụng RAN giao thức sử dụng CN III CÁC BƯỚC ĐỂ UE TRUY NHẬP VÀO CÁC DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GĨI UMTS Q trình truy nhập UE vào dịch vụ PS cuả UMTS chia làm ba bước sau : UE đăng ký với mạng lõi thông qua q trình đăng nhập GPRS (GPRS Attach) Tích cực ngữ cảnh PDP (PDP context) RAB Đăng ký dịch vụ gói (chẳng hạn đăng ký IMS muốn dịch vụ IMS cung cấp R5) Bước Đăng nhập GPRS UE sử dụng thủ tục đăng nhập GPRS để đăng ký với SGSN Trong trình đăng nhập SGSN, UE cung cấp nhận dạng yêu cầu dịch vụ cho SGSN, UE nhận thực đựơc cho trao quyền Ngồi việc đăng ký, đăng nhập thành cơng cịn phải thực hiện: Thiết lập quản lý di động RNC SGSN để hai phần tử theo dõi vị trí UE Thiết lập kết nối báo hiệu UE SGSN UE SGSN sử dụng kết nối báo hiệu để trao đổi báo hiệu tin điều khiển cần thiết cho việc thực thủ tục đăng nhập GPRS Sau hồn thành đăng nhập GPRS, UE tiếp tục sử dụng kết nối báo hiệu để trao đổi tin báo hiệu với SGSN, chẳng hạn để thực tích cực PDP context Cho phép UE truy nhập đến số dịch vụ SGSN cung cấp như: tin SMS (dịch vụ tin ngắn) tìm gọi SGSN Các tin SMS truyền kết nối báo hiệu cách sử dụng giao thức báo hiệu MAP Bước Tích cực PDP context thiết lập RAB Trước UE sử dụng địa PDP để gửi nhận gói cuả người sử dụng mạng lõi PS UMTS, cần thiết lập PDP context tích cực UE mạng lõi PS cho địa UE yêu cầu mạng thiết lập tích cực PDP context cho địa PDP sau thực thành cơng GPRS attach Việc tích cực PDP context thành cơng khởi động miền mạng lõi PS để thiết lập kênh mang CN RAB (gồm kênh mang Iu kênh mang vô tuyến) cần thiết để truyền tải gói người sử dụng đến từ trạm di động Vì sau tích cực PDP context thành cơng, UE có khả gửi nhận gói người sử dụng miền PS CN Bước Đăng ký dịch vụ gói (chẳng hạn IMS) Khi UE muốn sử dụng thoại thời gian thực theo IP hay dịch vụ đa phương tiện IMS cung cấp, UE cần thực đăng ký với IMS Vì SIP giao thức báo hiệu cho dịch vụ thời gian thực IMS cung cấp, nên thủ tục đăng ký SIP sử dụng để đăng ký với IMS IV CÁC SỐ NHẬN DẠNG KÊNH MANG VÀ CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC NHẬN DẠNG NÀY Các số nhận dạng kênh mang mơ tả sau: Địa IP: lớp IP Số nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ mạng (NSAPI: Network ServiceAccess Point ):NSAPI cung cấp lớp giao thức nằm lớp IP để truyển gói IP người sử dụng Số nhận dạng điểm cuối tunnel (TEID: Tunnel End Identity): nhận dạng đầu thu tunnel GTP TEID tạo từ IMSI NSAPI liên kết với PDP context liên quan đến GTP tunnel thiết lập Các TEID GTP tunnel trao đổi đầu thu đầu phát tunnel trình thiết lập tunnel Số nhận dạng RAB (RAB ID): nhận dạng RAB UE, RNC SGSN Số nhận dạng kênh mang vô tuyến (RB ID): nhận dạng RB UE RNC V CÁC THỦ TỤC ĐĂNG NHẬP GPRS Thủ tục đăng nhập GPRS cho hình 5.6 V.1 Bản tin yêu cầu đăng nhập cung cấp thông tin quan trọng sau cho SGSN: a Các số nhận dạng UE: UE đưa vào tin yêu cầu đăng nhập GPRS hai nhận dạng P-TMSI IMSI Điều cho phép ngăn ngừa kẻ phá hoại chặn bắt tin biết cách chuyển đổi P-TMSI IMSI từ tin b Chữ ký P-TMSI: Chữ ký P-TMSI số ba byte SGSN ấn định cho UE để nhận thực P-TMSI UE sử dụng chữ ký để nhận thực nút mạng ấn định P-TMSI c Kiểu đăng nhập: Kiểu đăng nhập cho thấy yêu cầu đăng nhập nhằm đăng nhập GPRS (vì nhập IMSI rồi) hay kết hợp đăng nhập GPRS/IMSI d Thông tin vị trí: Sau đăng nhập thành cơng, SGSN bắt đầu theo dõi vị trí cuả UE Vì tin yêu cầu đăng nhập phải cung cấp nhận dạng vùng định tuyến (RAI: Routing Area Identity) vùng định tuyến thời UE Vùng định tuyến gồm hay nhiều RNC kết nối đến SGSN SGSN sử dụng vùng định tuyến để theo dõi vị trí UE V.2 Sau nhận đựơc tin đăng nhập từ UE, SGSN thực hai chức sau đây: Nhận thực UE Thực cập nhật vị trí cần V.3 Để hồn thành đăng nhập GPRS thành cơng, SGSN phát tin tiếp nhận đăng nhập đến UE VI CÁC THỦ TỤC TÍCH CỰC PDP CONTEXT Tích cực PDP context bao gồm chức sau đây: Cấp phát địa PDP: Mạng cấp phát địa IP cho UE cần Thiết lập kênh mang CN: Mạng tạo lập tích cực PDP context GGSN SGSN; mạng thiết lập tất kênh mang cần thiết SGSN GGSN Ấn định RAB: Mạng thiết lập kênh mang truy nhập vô tuyến (RAB) để truyền tải lưu lương người sử dụng báo hiệu cho PDP text tích cực VI.1 Tích cực PDP context khởi xướng từ UE Thủ tục tích cực PDP context cho phiên khởi xướng từ UE cho hình 5.7 gồm bước sau: Yêu cầu tích cực PDP context: UE khởi xướng tích cực PDP context cách gửi yêu cầu đến SGSN với thông tin sau: Địa PDP: Trường địa PDP địa PDP UE đặc tả 0.0.0.0 để thị cho mạng UE muốn nhận địa từ mạng IP Số nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ lớp mạng (NSAPI): UE sử dụng NSAPI để gửi gói khởi xướng từ địa PDP nhận gói gửi cho điạ PDP Kiểu PDP: Chỉ thị kiểu PDP UE sử dụng là: giao thức điểm đến điểm (PPP) hay X.25 Tên điểm truy nhập (APN): Chứa APN mà UE yêu cầu QoS yêu cầu: Chứa hồ sơ QoS UE yêu cầu Các tuỳ chọn cấu hình PDP: UE sử dụng để thông tin trực tiếp thông số tùy chọn với GGSN (SGSN diễn giải thông số này) UE sử dụng APN để chọn dịch vụ (hay GGSN) miền PS hay điểm giao tiếp mạng gói ngồi Một APN có hai phần : Số nhận dạng mạng APN: phần bắt buộc Phần nhận xác định GGSN nối đến mạng hay UE yêu cầu dịch vụ miền PS RNC sử dụng trả lời ấn định RAB để thông báo cho SGSN kết yêu cầu ấn định RAB Nhiều trả lời ấn định RAB gửi đến SGSN cho yêu cầu ấn định RAB để báo cáo tiến trình trạng thái cuả hành đọng thực RNC để thỏa mãn yêu cầu ấn định RAB Chẳng hạn yêu cấu thiết lập RAB RNC đặt hàng đợi xử lý RAB khác Trong trường hợp này, RNC gửi trả lời ấn định RAB thứ để thông báo yêu cầu nằm hàng đợi sau gửi trả lời ấn định RAB thứ hai RB thiết lập thành công cho RAB yêu cầu Trong trình ấn định RAB, SGSN đàm phán với RAN hồ sơ QoS cho UE Chẳng hạn trả lời ấn định RAB thị thiết lập RAB mạng vơ tuyến khơng thể hỗ trợ hồ sơ QOS yêu cầu, SGSN gửi yêu cầu ấn định RAB với hồ sơ QoS khác để thử thiết lập lại RAB Nhà khai thác mạng điều khiển số lần SGSN thử thiết lập lại RAB cách thức thay đổi hồ sơ QoS cho thử lại (việc thực q trình độc lập lập lại cấu hình thơng số) IX KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC MIỀN CHUYỂN MẠCH GÓI IX.1 Các giao diện Gn, Gp giao thức truyền tunnel GPRS Giao diện Gn sử dụng SGSN GGSN SGSN mạng Giao diện Gp sử dụng SGSN GGSN mạng khác GTP sử dụng để truyền tunnel RAN SGSN Hình 5.14 Kiến trúc ngăn xếp giao thức giao diện Gn Gp 19 GTP sử dụng cho quản lý di động bên miền PS CN (giữa SGSN GGSN để trì tuyến CN đặc thù máy cho UE di động) GTP bao gồm hai tập tin thủ tục Một tập tin thủ tục tạo nên mặt phẳng điều khiển: GTP-C GTP-C sử dụng để quản lý (tạo lập, thay đổi giải phóng) tunnel GTP-U (GTP cho mặt phẳng người sử dụng để truyền tunnel gói người sử dụng), để quản lý PDP context, để quản lý vị trí để quản lý di động Tập tin thủ tục thứ hai GTP tạo nên GTP mặt phẳng người sử dụng (GTP-U) GTP-U sử dụng để thiết lập quản lý tunnel GTP cho việc truyền tunnel gói người sử dụng Đối với PDP context tích cực cần thiết lập tunnel GTP-U SGSN GGSN Tuy nhiên nhiều PDP context với địa PDP chia sẻ chung tunnel GTP-C IX.2 Giao diện Iu-PS Giao diện Iu-PS nối RAN với miền PS CN Ngăn xếp giao thức Iu-PS cho mặt phẳng người sử dụng mặt phẳng điều khiển cho hình 5.16 Hình 5.16 Ngăn xếp giao thức giao diện Iu-PS Giao diện Iu-PS cho phép: Quản lý tunnel: Giao diện Iu-PS cung cấp thủ tục để: thiết lập, trì giải phóng GTP tunnel RNC SGSN (các GTP tunnel dùng để truyền tải gói RNC SGSN) Quản lý RAB:Giao diện Iu-PS cung cấp thủ tục: thiết lập, trì giải phóng RAB Nhắclại RAB kết nối UE CN sử dụng tài 20 nguyên vô tuyến ấn định để truyền số liệu người sử dụng báo hiệu UE SGSN SGSN điều khiển RAN để thiết lập thay đổi giải phóng RAB Quản lý tài nguyên vô tuyến: Khi RNC thông qua giao diện Iu-PS nhận yêu cầu từ CN thiết lập hay thay đổi RAB, RNC phân tích tài nguyên vô tuyến khả dụng RAN để định có nên tiếp nhận yêu cầu hay từ chối Q trình gọi điều khiển tiếp nhận tài nguyên vô tuyếntrong UMTS Quản lý di động: Giao diện Iu-PS đảm bảo thủ tục hỗ trợ chuyển giao RNC Chẳng hạn giao diện Iu-PS cung cấp thủ tục để đặt lại RNS phục vụ Thủ tục chuyển phía RNS kết nối RANAP từ RNS đến RNS khác Thủ tục cần thiết để hỗ trợ chuyển giao RNS Iu-PS đảm bảo chức tìm gọi Ngồi giao diện đảm bảo chức báo cáo vị trí địa lý UE cho CN để mạng hỗ trợ dịch vụ định vị Phần ứng dung mạng truy nhập vô tuyến (RANAP) sử dụng làm giao thức báo hiệu để hỗ trợ chức giao diện Iu-CS Ngồi chức trình bầy trên, giao thức RANAP cịn đóng bao tin báo hiệu lớp cao để truyền chúng suốt qua giao diện Iu-CS RANAP sử dụng SCCP (Signaling Connection Control Part) SS7 SCCP giao thức lớp truyền tải, cung cấp khả giống UDP TCP mạng IP Nhưng SCCP sử dụng AAL5 ATM Mỗi UE sử dụng kết nối SCCP riêng để truyền tải tin RANAP liên quan đến UE Trên mặt phẳng người sử dụng, tunnel GTP-U sử dụng để truyền tải gói cuả người sử dụng Các tunnel GTP thực UDP/IP UDP/IP trường hợp sử dụng cơng nghệ lớp Điều cần lưu ý GTP-C đảm bảo khả báo hiệu để thiết lập quản lý GTP-U tunnel, R5 sử dụng giao thức RANAP thay GTP-C để điều khiển GTP-U giao diện Iu-PS IX.3 Các giao diện Gi, Gr, Gc Gs GGSN sử dụng giao diện Gi để kết nối đến mạng IP bên miền quản trị miền quản trị khác Giao thức định tuyến IP tiêu chẩn giao diện Gi mô tả hình 5.17 21 Hình 5.17 Ngăn xếp giao thức Gi tiêu chuẩn Vì giao thức IP tiêu chuẩn sử dụng nên mặt phẳng người sử dụng mặt phẳng điều khiển giống Giao diện Gr giao diện SGSN HLR, giao diện Gc giao diện GGSN HLR Ngăn xếp giao thức giao diện giống nằm mặt phẳng điều khiển (xem hình 5.18) Hình 5.18 Ngăn xếp giao thức giao diện Gr Gc Gs giao diện SGSN MSC/VLR Giao diện sử dụng giao thức báo hiệu SS7 Hình 5.19 Ngăn xếp giao thức giao diện Gs SGSN MSC 22 IX.4 Kiến trúc giao thức từ UE đến GGSN IX.4.1.Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng UE GGSN Tại giao diện vô tuyến (giao diện Uu), giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP: Packet Data Convergence Protocol) sử dụng để truyền tải gói lớp cao Phiên thời PDCP hỗ trợ giao thức PPP (giao thức điểm đến điểm), IPv4, IPv6 lớp cao Hình 5.21 Kiến trúc giao thức mặt phẳng người sử dụng UE GGSN PDCP thực chức sau đây: Nén tiêu đề cho luồng số liệu lớp cao Sắp xếp số liệu lớp cao vào giao thức giao diện vơ tuyến phía Duy trì thứ tự truyền dẫn số liệu cho giao thức lớp cao có nhu cầu Trong số ba chức trên, nén tiêu đề chức PDCP giao thức IP đưa tiêu đề lớn dẫn đến lãng phí băng tần vô tuyến khan Chẳng hạn số liệu thoại cho điện thoại IP thường truyền giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) chạy UDP/IP Vì gói có tiêu đề IP (20 byte cho IPv4 40 byte cho IPv6), tiêu đề UDP (8 byte) tiêu đề RTP (12 byte) Kết tiêu đề gói IPv4 IPv6 chiếm từ 40 đến 60 byte, tải trọng của gói thơng thường chiếm từ 15 đến 20 byte tùy thuộc trình mã hóa tiếng kích thước khung sử dụng lớp thấp PDCP dựa chế giao thức IETF định nghĩa cho nén tiêu đề Chẳng hạn IPHC ( nén tiêu đề IP) có 23 thể sử dụng để nén tiêu đề IP, UDP TCP Giao thức ROHC (Robust Header Compression: nén tiêu đề bền chắc) đưa sử dụng để nén tiêu đề RTP/UDP/IP, UDP/IP ESP/IP (ESP: Encapsulation Security Payload) Giao thức điều khiển liên kết vô tuyến (RLC: Radio Link Control) đảm bảo điều khiển liên kết logic giao diện vơ tuyến Một UE có nhiều kết nối RLC Giao thức truy nhập môi trường (MAC: Medium Access Control) điều khiển truy nhập kênh vô tuyến IX.4.2 Kiến trúc ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển UE GGSN Hình 5.22 Kiến trúc giao thức mặt phẳng điều khiển UE GGSN 24 Hình 5.22a b cho thấy ngăn xếp giao thức mặt phẳng điều khiển UE GGSN Giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC) giao thức báo hiệu để điều khiển cấp phát tài nguyên vô tuyến giao diện vô tuyến Giao thức RRC hộ trợ chức quan trọng sau: Phát quảng bá thông tin liên quan đến RAN CN cho UE Thiết lập, trì giải phóng kết nối RRC UE RAN Lưu ý kết nối RRC tập kênh báo hiệu lưu lượng riêng UE RAN (RNC UTRAN) Thiết lập giải phóng kênh mang vơ tuyến để truyền gói người sử dụng Tìm gói Điều khiển cơng suất vơ tuyến Điều khiển đo vô tuyến báo cáo kết đo UE thực Điều khiển tắt bật trình mật mã UE RAN Nằm lớp RRC ứng dụng đặc thù GPRS Các ứng dụng sử dụng để: hỗ trợ quản lý di động, quản lý phiên dịch vụ tin ngắn (SMS): Quản lý di động GPRS (GMM: GPRS Mobility Management): GMM hỗ trợ chức quản lý di động như: đăng nhập GPRS rời GPRS, an ninh thủ tục cập nhật vùng định tuyến Quản lý phiên (SM: Session Management): SM hỗ trợ tích cực, thay đổi thơi tích cực phiên SMS (Short Message Service): SMS hỗ trợ tin ngắn đến từ UE Các ứng dụng liên lạc trực tiếp với ứng dụng đồng cấp SGSN 25 X TRUY NHẬP CÁC MẠNG IP THƠNG QUA MIỀN PS Để UE truynhập đến mạng IP ngoài, cần thực số tương tác sau UE mạng IP: Đăng ký người sử dụng (nhận thực trao quyền) với mạng IP Ấn định địa IP động cho UE mạng IP Mật mã số liệu người sử dụng truyền UE mạng IP ngồi Hình 0.1 UE truy nhập đến mạng IP thông qua miền PS UMTS UMTS định nghĩa hai cách truy nhập đến mạng IP qua miền PS: Truy nhập suốt: GGSN không tham gia vào tương tác UE mạng IP ngoài trừ truyền tải gói IP người sử dụng Truy nhập khơng suốt: GGSN tham dự số tương tác UE mạng IP Xét số vấn đề: Truy nhập suốt Truy nhập không suốt sử dụng MIP Nhận địa IP động từ mạng Quay số qua miền PS đến mạng IP ngồi (tương tác khơng suốt) X.1 Truy nhập suốt Trước hết UE tìm cách truy nhập đến GGSN PS CN địa phương (khách) để gửi nhận gói IP cuả người sử dụng thông qua PS CN đến từ mạng IP ngồi Để phải đăng nhập GPRS, sau tích cực PDP context UE cần nhận địa IP từ miền PS địa phương Nó sử dụng địachỉ làm địa PDP để giửi nhận gói PS CN Địa IP địa phương lập cấu hình tĩnh (tại thời điểm đăng ký dịch vụ với mạng UMTS địa phương) Tuy nhiên địa ấn định động miền PS CN địa phương q trình tích cực PDP context 26 Sau UE gửi nhận gói IP miền PS CN, tiến hành đăng ký với mạng IP ngồi để truy nhập đến mạng Đăng ký với mạng IP ngồi thực giao thức IP Miền PS CNsẽ không tham dự vào tương tác UE mạng IP ngoại trừ truyền tải gói IP cuả người sử dụng UE mạng Lưu ý: miền PS cần định xem có nên cho phép UE truy nhâp mạng ấn định địa IP cho trình tích cực PDP context hay khơng Hình 0.2 Mơ tả ngăn xếp giao thức cho truy nhập suốt IP sử dụng làm PDP miền PS UE GGSN IP sử dụng làm giao thức định tuyến lớp mạng GGSN mạng IP ngồi Mọi giao thức IP sử dụng để UE đăng ký với mạng IP để đảm bảo an ninh lưu lượng IP người sử dụng Chẳng hạn IPsec sử dụng để nhận thực đển đảm bảo an ninh lưu lượng UE mạng IP Để truy nhập suốt, UE phải có địa IP miền PS địa phương cần phải có số lượng địa IP lớn mạng UMTS phát triển Tuy nhiên ta sử dụng IPv4 khơng gian địa cuả hạn chế không gian hỗ trợ đánh địa cho số lượng lớn UE tương lai Truy nhập không suốt cho phép khắc phục nhược điểm X.2 Truy nhập không suốt Các gói IP gửi đến địa nhàMIPv4 UE định tuyến đến HA UE theo chuẩn MIP Sau HA UE truyền tunnel gói đến CoA thời UE Trong trường hợp gói chuyển đến MIPv4 FA nằm GGSN GGSN lấy gói IP tải tin từ MIPv4 tunnel gửi gói tải trọng đến UE theo tuyến nhận dạng PDP context UE 27 Hình 0.3 Ngăn xếp giao thức cho phương pháp truy nhập khơng suốt Hình 0.4 Luồng tin báo hiệu cho truy nhập không suốt sử dụng MIPv4 SGSN GGSN miền PS địa phương không dựa UE để cung cấp địa nhà cho q trình tích cực PDP context Vì UE khơng ln ln có địa nhà hợp lệ q trình tích cực PDP context Để chặn bắt tin báo hiệu từ HA, GGSN cần có MIP FA Vì UE 28 sử dụng FA CoA, nên tin báo hiệu MIP gói người sử dụng gửi đến cho trước hết phải qua FA GGSN Trước hết UE phải đạt truy nhập đến GGSN dựa thủ tục tích cực PDP context khởi xướng từ UE Khi khởi đầu trình tích cực PDP context, UE thiết lập trường địa PDP u cầu tích cực PDP context vào khơng, có địa nhà MIP cố định SGSN sử dụng APN yêu cầu tích cực PDP context để chọn GGSN có MIPv4 FA theo cầu hình mạng thiết lập nhàkhai thác hỗ trợ ấn định địa IP động từ mạng IP ngồi theo MIPv4 Sau SGSN gửi yêu cầu tạo lập PDP context đến GGSN chọn để yêu cầu thiết lập PDP context cho UE GGSN thiết lập PDP context cho UE mà khơng ấn định địa PDP cho Sau GGSN gửi trả lời tạo lập PDP context đến SGSN để báo nhận yêu cầu tạolập PDP context SGSN gửi tin tiếp nhận tích cực PDP context đến UE để báo nhận yêu cầu tạo lập PDP context Sau tích cực PDP context cho UE, FA GGSN gửi tin quảng cáo tác nhân MIPv4 cho UE Các tin mang gói quảng bá IP hạn chế (các gói IP sử dụng địa nhận quảng bá hạn chế 254.254.254.255) Sau nhận tin quảng bá tác nhân MIPv4, UE sử dụng địa IP cuả FA làm CoA thực đăng ký MIPv4 CoA với HA cách gửi yêu cầu đăng ký MIPv4 đến HA Nếu UE có địa nhà cố định NAI (Network Access Identifier: nhận dạng truy nhập mạng), tin đăng ký MIPv4 mang địa nhà hay NAI UE (đóng vai trị số nhận dạng cho UE) Nếu UE muốn nhận địa nhà động từ MIPv4 HA, yêu cầu đăng ký MIPv4 mang địa khơng mang NAI đóng vai trò nhận dạng UE để đăng ký MIPv4 Khi nhận yêu cầu đăng ký MIPv4, GGSN ghi lại địa nhà UE NAI (hay hai) chuyển đổi chúng thành TEID GTU-U tunnel dể truyền gói cuả người sử dụng nhận từ HA đến UE Sau FA GGSN chuyển yêu cầu đăng ký MIPv4 đến HA UE Sau nhận yêu cầu đăng ký MIPv4, HA gửi trả lời đăng ký MIPv4 đến GGSN theo địa CoA UE FA GGSN chặn bắt trả lời đăng ký MIPv4 lấy địa nhà từ trả lời trước chuyển đến đến UE Sau GGSN chèn địa nhà UE vào PDP contextvà khởi động thủ tục thay đổi PDP context để cập nhật địa PDP SGSN X.3 Nhận địa động từ mạng IP cách sử dụng DHCP Để nhận địa IP từ mạng IP cách sử dụng giao thức lập cấu hình động (DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol), UE cần liên hệ với DHCP server mạng IP Sau PDP context tích cực, UE liên lạc với DHCP để nhận địa IP Để cần thực điểm sau đây: 29 Trước ấn định địa IP cho UE từ mạng IP ngoài, cần cần đảm bảo khả truyền tin DHCP UE vàDHCP server Khi mạng ấn định địa IP cho UE, cần cập nhật PDP context địa IP UE cho SGSN GGSN Hình 0.5 Ngăn xếp giao thức để ấn định địa IP động từ mạng IP ngồi sử dụng DHCP Hình 0.6 Luồng báo hiệu để ấn định địa IP động từ mạng IP sử dụng DHCP Trước hết UE cần đạt truy nhập đến GGSN thủ tục tích cực PDP context khởi xướng từ UE 30 Khi khởi đầu q trình tích cực PDP context, UE đặt địa PDP yêu cầu tích cực PDP context không Dựa APN tin yêu cầu tích cực PDP context nhận thơng tin cấu hình GGSN , SGSN chọn GGSN để hỗ trợ ấn định địa IP từ mạng sử dụng DHCP Sau SGSN gửi tin yêu cầu tạo lập PDP context đến GGSN vừa chọn Nhận tin yêu cầu tạo lập PDP context từ SGSN, GGSN tạo lập PDP context cho UE với địa PDP khơng Sau GGSN gửi tin trả lời tạo lập PDP context đến SGSN thị hồn tất tích cực PDP context Tiếp theo SGSN gửi đến UE tin tiếp nhận tích cực PDP context để thơng báo cho hồn thành thủ tục tích cực PDP context Khi PDP context tích cực cho phép UE gửi số liệu người sử dụng đến DHCP theo APN PDP context UE GGSN Điều cho phép UE tiếp xúc với DHCP server để nhận địa IP UE gửi tin DHCPDISCOVER theo địa quảng bá hạn chế (toàn số 1) đến DHCP server qua tác nhân chuyển tiếp DHCP GGSN Nhận tin này, tác nhân chuyển tiếp DHCP chuyển đến DHCP server ngồi theo APN PDP context Nhận DHCPDISCOVER, DHCP server gửi tin trả lời DISCOVEROFFER mang theo địa IP ấn định cho UE đến UE Tác nhân chuyển tiếp DHCP GGSN gửi tin đến UE UE nhận nhiều tin DHCPOFFER từ nhiều DHCP server Tuy chọn địa gửi tin DHCPREQUEST đến DHCP server để khẳng định tiếp nhận địa IP chọn Bản tin lại tác nhân chuyển tiếp DHCP GGSN chuyển đến DHCP server Nhận tin DHCPREQUEST thị UE tiếp nhận địa IP DHCP server cung cấp, DHCP server gửi tin trả lời DHCPACK chứa thông số cấu hình ấn định cho UE Tác nhận chuyển tiếp DHCP lấy địa IP ấn định cho UE từ tin DHCPACK trước gửi tin đến UE Sau tác nhân chuyển tiếp DHCP chuyểnđịa đến GGSN GGSN chèn địa vào PDP context UE khởi đầu thủ tục thay đổi PDP context khởi xướng GGSN để cập nhật địa PDP context SGSN X.4 Truy nhập quay số sử dụng PPP Sau kết nối quay số thiết lập, IP hoạt động kết nối giống UE kết nối đến mạng ngồi qua mạng IP nội hạt Có thể thực kết nối quay số lớp liên kết đầu cuối đầu cuối giao thức khác mạng trung gian khác mà kết nối qua PPP (Point to Point Protocol: giao thức điểm 31 đến điểm) giao thức sử dụng rộng rãi để thiết lập kết nối lớp liên kết dọc theo liên kết điểm đến điểm mạng IP Giao thức truyền tunnel lớp (L2TP: L2 Tunneling Protocol) sử dụng để mở rộng kết nối PPP mạng IP đến server truy nhập mạng mạng IP Hình 0.7 Ngắn xếp giao thức cho truy nhập quay số đến mạng IP ngồi miền PS Hình 0.8 Ví dụ luồng báo hiệu cho truy cập quay số đến mạng IP ngồi qua miền PS 32 XI.MƠ HÌNH AN NINH WCDMA UMTS Hình 0.9 Mơ hình an ninh WCDMA UMTS An ninh WCDMA thực sở khóa bí mật chia (K) nạp USIM lưu AuC Nhận thực UMTS thực hai chiều: Mạng nhận thực người sử dụng cho mạng người sử dụng nhận thực mạng Để nhận thực, mạng phải đóng dấu tin gửi đến UE mã MAC-A USIM tính tốn dấu kiểm tra nhận thực XMAC-A để kiểm tra Mật mã tin thực hai chiều KS (KeyStream: Luồng khóa).KS đựơc tạo RNC từ CK (CK: Ciphering Key: Khóa mật mã) AV (Authentication Vector: vectơ nhận thực) AuC gửi xuống USIM từ CK tính tốn từ RAND AUTN mạng gửi đến Báo vệ toàn vẹn thực hai chiều nhận thực toàn vẹn tin truyền RNC UE Để nhận thực, tin phát (UE RNC) phải đựơc đóng dấu mã MAC-I Phía thu (RNC UE) tính tốn dấu kiểm tra toàn vẹn XMAC-I để kiểm tra Các thành phần quan trọng liên quan đến an ninh K số thông số khác lưu USIM, AuC khơng truyền ngồi hai vị trí Cũng cần đảm bảo thơng số nói đồng với hai phía 33 ... động chuyển đổi giao thức để chuyển đổi giao thức sử dụng RAN giao thức sử dụng CN III CÁC BƯỚC ĐỂ UE TRUY NHẬP VÀO CÁC DỊCH VỤ CHUYỂN MẠCH GÓI UMTS Quá trình truy nhập UE vào dịch vụ PS cuả UMTS. .. 16 VII.2.2 Chuyển đổi trạng thái PMM Context 16 VIII CÁC THỦ TỤC ẤN ĐỊNH KÊNH MANG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN (RAN) .17 IX KIẾN TRÚC NGĂN XẾP GIAO THỨC MIỀN CHUYỂN MẠCH GÓI .18... gói (PDP: Packet Data Protocol) để trao đổi số liệu miền UMTS PS Các đơn vị giao thức số liệu gói (PDU) (các gói người sử dụng) truyền bên mạng UMTS kênh mang Kênh mang lưu lượng tập tài nguyên
