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 cịn 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 vơ tuyến với tốc độ liệu cao truyền mạng HSPA (High Speed Packet Access) mạng LTE (Long Term Evolution) Sự cải tiến nhanh chóng q trình xử lý dung lượng chất bán dẫn đầu cuối di động nhà phát triển sử dụng phần mềm để tạo dịch vụ Cơng 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 tồn 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 cơng 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 tơi khó khăn thời gian thực luận văn Do thời gian hạn hẹp kinh nghiệm lĩnh vực hạn chế, nên khố luận khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng Thầy, Cơ 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 Mơ hình kiến trúc EPC 2.4.1 Mơ hình kiến trúc khơng 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 khơng 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 q 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 trị 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 mơ tả dịch vụ tập trung thành phần đăng ký cá nhân Hình 2.1: Hệ thống thơng 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 ... 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 khơng liên quan đến thành phần EPC. .. thiết 4.2 Các chế quản lý di động 4.2.1 Các chế quản lý di động mạng truy nhập thuộc 3GPP ( Cơ chế Horizontal Handover) 4.2.1.1 Quản lý di động chế độ IDLE Quản lý di động hệ thống LTE, GSM/WCDMA