Proxy mipv6 và ứng dụng trong quá trình chuyển giao trong mạng di đông 3g wcdma umts (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - VĂN THỊ NGÂN PROXY MIPv6 VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/UMTS Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ NHẬT THĂNG Phản biện 1: …………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng LỜI MỞ ĐẦU Mặc dù Internet phát triển với tốc độ nhanh, nhiên khơng thể bắt kịp với nhu cầu sử dụng ngày nhiều Hơn nữa, khách hàng trông đợi nhiều Internet, không dịch vụ truyền thống Mạng Internet chủ yếu cung cấp ứng dụng phân tán đơn giản truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET Mạng Internet ngày cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, có kế hoạch điều khiển nghẽn mạch linh hoạt đặc điểm bảo mật Ngoài ra, bùng nổ người sử dụng mạng Internet khiến cho phải đối mặt với việc thiếu địa IP cho thiết bị mạng sử dụng 32 bit địa giao thức IP phiên Cùng với gia tăng nhanh chóng thiết bị di động, nhu cầu truy cập Internet lúc, nơi địi hỏi khơng gian địa Internet phải mở rộng Những hạn chế thúc đẩy nghiên cứu phát triển cho mạng Internet hệ toàn giới Với việc sử dụng PMIP - MIP Đại diện, máy chủ thay đổi địa tập tin đính kèm vào Internet mà khơng cần thay đổi địa IP.Không giống MIP, chức thực mạng quản lý, có trách nhiệm theo dõi chuyển động máy chủ bắt đầu tín hiệu u cầu máy chủ có thay đổi Tuy nhiên, trường hợp liên quan đến giao diện mạng khác nhau, máy chủ cần sửa đổi tương tự MIP để trì địa IP giao diện khác Đây giao thức quản lý tính di động tiêu chuẩn hóa IETF xây dựng cơng nghệ truy cập mạng di động WiMAX, 3GPP, 3GPP2 WLAN Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trình chuyển giao mạng 3G WCDMA/UMTS, PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái không gián đoạn kết nối chuyển giao Về nội dung, luận văn bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu chung Proxy Mobile IP Chương 2: Giới thiệu Proxy Mobile IPv6 Trình bày thành phần, hoạt động PMIPv4, điểm bật PMIPv6, đồng thời trình bày thành phần hoạt động PMIPv6 Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trình chuyển giao mạng 3G WCDMA/UMTS Tính tốn ước lượng độ trễ chuyển giao, so sánh sử dụng PMIPv6 với giao thức khác Đánh giá khả sử dụng PMIPv6 trình chuyển giao mạng 3G WCDMA/UMTS Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo,TS Lê Nhật Thăng tận tình hướng dẫn cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PROXY MOBILE IP Mobile IP giải pháp tiêu chuẩn đề xuất IETF để xử lý tính di động đầu cuối mạng IP thiết kế phép node thay đổi điểm kết nối cách suốt với mạng IP Vì nhiều người sử dụng Internet di chuyển từ nơi đến nơi khác, cần đảm bảo truy nhập tài nguyên mạng dịch vụ thuận tiện cho họ di chuyển.Mobile IP hoạt động lớp mạng, ảnh hưởng đến việc định tuyến gói tin dễ dàng xử lý tính di động phương tiện truyền thơng 1.1 CƠNG NGHỆ INTERNET VÀ GIAO THỨC IP Về mặt công nghệ, mạng Internet kết nối máy tính mạng với sử dụng giao thức TCP/IP Đây giao thức tiếng sử dụng phổ biến Hiện mạng Internet sử dụng giao thức IPv4 IP giao thức không liên kết hoạt động tầng mạng, cung cấp khả truyền gói tin máy tính mạng Internet Giao thức IP hỗ trợ nhiều giao thức lớp ATM, Frame Relay, ISDN, Ethernet Token Ring Mặc dù TCP IP phát triển để cung cấp phương tiện truyền tải mạng, sau số giao thức tầng ứng dụng thêm vào TCP/IP để cung cấp dịch vụ email, Web Internet nhanh chóng thương mại hố sau có xuất World Wide Web Số lượng nhà cung cấp phần mềm, thiết bị Internet, nhà cung cấp dịch vụ (ISP) ngày nhiều Thương mại điện tử lĩnh vực phát triển kinh tế Internet Số lượng người sử dụng Internet tăng nhanh Mặc dù Internet phát triển với tốc độ nhanh, nhiên bắt kịp với nhu cầu sử dụng ngày nhiều Hơn nữa, khách hàng trông đợi nhiều Internet, không dịch vụ truyền thống Mạng Internet chủ yếu cung cấp ứng dụng phân tán đơn giản truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET Mạng Internet ngày cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, có kế hoạch điều khiển nghẽn mạch linh hoạt đặc điểm bảo mật Ngoài ra, bùng nổ người sử dụng mạng Internet khiến cho phải đối mặt với việc thiếu địa IP cho thiết bị mạng sử dụng 32 bit địa giao thức IP phiên Cùng với gia tăng nhanh chóng thiết bị di động, nhu cầu truy cập Internet lúc, nơi địi hỏi khơng gian địa Internet phải mở rộng Những hạn chế thúc đẩy nghiên cứu phát triển cho mạng Internet hệ toàn giới Trong mạng Internet truyền thống (IPv4), node mạng có địa IP xác định điểm kết nối với mạng Do để nhận thơng tin, phải đặt mạng tương ứng với địa Điều gây hạn chế cho đối tượng sử dụng đầu cuối có khả di động, đến điểm truy cập phải thay đổi thơng tin cấu hình IP Để giải thực trạng này, giao thức Mobile IP đời 1.2 TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 1.2.1 Sự cần thiết Mobile IP Nếu node di chuyển, phải đăng ký địa IP khác, việc gửi gói tin phải thực theo tuyến định trước Cả hai giải pháp chấp nhận Giải pháp làm cho node trì kết nối lớp transport lớp cao hơn, phải gián đoạn thông tin; giải pháp thứ hai lại làm tăng đáng kể lưu lượng mạng, vấn đề sử dụng tuyến đường đặc biệt khơng thể có quy mơ sử dụng rộng rãi Mobile IP giải vấn đề di động cách quản lý tương quan địa nhà tĩnh địa thay đổi node di động (còn gọi CoA) chúng khỏi mạng nhà Lớp transport lớp cao phía tiếp tục sử dụng địa nhà cho phép chúng “phớt lờ” chuyển động xảy ra, tức chuyển động node di động xem suốt Mobile IPv6 kế thừa phần tử cấu trúc nguyên tắc hoạt động Mobile IPv4 Tuy nhiên tích hợp hồn tồn với giao thức IP nên có cải thiện đáng kể so với phiên truyền thống Đó việc sử dụng tác nhân ngồi khơng cịn cần thiết Với khơng gian địa rộng lớn, node di động (MN) dễ dàng nhận địa CoA đồng vị mạng ngồi thơng qua tính Neighbor Discovery hay Address Auto Configuration 1.2.2 Thành phần yêu cầu giao thức Mobile IP Mobile IP hoạt động sở ba thành phần sau đây:  Node di động (MN): host hay router thay đổi điểm kết nối từ mạng đến mạng khác Node di động Mobile IP có khả chuyển vị trí mà giữ ngun địa IP Vì vậy, trì liên lạc với node khác mạng từ vị trí với địa IP  Tác nhân nhà (Home Agent - HA): router mạng nhà node di động làm nhiệm vụ truyền theo đường hầm gói tin tới node di động nơi khác, lưu giữ thơng tin vị trí node di động  Tác nhân (Foreign Agent - FA): router mạng nơi node di động chuyển tới, cung cấp dịch vụ định tuyến cho node di động đăng ký FA có nhiệm vụ mở gói tin truyền theo đường hầm (detunnels) gửi tới node di động Với gói tin 16 thái node di động điểm cuối hình học trước vào mạng nhà node di động.Cổng truy cập di động_MAG (Mobile Access Gateway) đơn vị thực quản lý di động cho node di động, nằm liên kết truy cập màcác node di động qua MAG có trách nhiệm phát chuyển động node di động đến từ liên kết truy cập, bắt đầu đăng ký liên kết tới điểm di động nội hạt node di động Có thể có nhiều LMA miền Proxy MIPv6 để phục vụ nhóm khác nút di động Các kiến trúc miền Proxy MIPv6 hiển thị hình 2.5 Hình 2.5 Miền hoạt động Proxy MIPv6 17 2.2.2 Quản lý cập nhật sách ràng buộc Chính sách cập nhật ràng buộc thực theo 14 bước Chi tiết nội dung bước mơ tả luận văn 2.2.3 Đăng ký sách ràng buộc ban đầu Thực đăng ký ràng buộc ban đầu theo bước Chi tiết nội dung bước mô tả luận văn 2.2.4 Mở rộng thời gian sống ràng buộc Thực mở rộng thời gian sống ràng buộc có hai trường hợp: - Khi không chuyển giao - Khi xảy chuyển giao 2.2.4.1 Khi không chuyển giao Thực theo bước Chi tiết nội dung bước mô tả luận văn 2.2.4.2 Khi có xảy chuyển giao Thực theo bước Chi tiết nội dung bước mô tả luận văn 18 2.2.5 Hủy đăng ký ràng buộc Thực theo bước Chi tiết nội dung bước mô tả luận văn 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương nghiên cứu chi tiết thành phần hoạt động giao thức PMIPv4 PMIPv6 Điểm bật PMIPv6, hỗ trợ IPv6, thủ tục thực cụ thể chi tiết, quản lý ràng buộc PMIPv4 19 Chương 3: ỨNG DỤNG CỦA PMIPv6 VÀO QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/UMTS Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trình chuyển giao mạng 3G WCDMA/UMTS, PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái khơng làm gián đoạn kết nối chuyển giao 3.1 QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO 3.1.1 Trong thông tin di động 3G WCDMA/UMTS Thông thường chuyển giao (HO: Handover) hiểu trình kênh lưu lượng UE chuyển sang kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn 3.1.1.1 Chuyển giao cứng Các thủ tục HO tất đường truyền vơ tuyến cũ UE giải phóng trước thiết lập đường truyền vô tuyến 20 3.1.1.2 Chuyển giao mềm/ mềm Các thủ tục UE ln trì đường vơ tuyến nối đến UTRAN Trong chuyển giao mềm UE đồng thời nối đến hay nhiều ô thuộc nút B khác RNC (SHO nội RNC) hay thuộc RNC khác (SHO RNC) Trong chuyển giao mềm UE nối đến hai đoạn ô nút B SHO HO mềm xẩy tần số sóng mang hệ thống Hình Chuyển giao mềm (a) mềm (b) 21 3.1.2 PMIPv6 hỗ trợ trình chuyển giao Trong miền hoạt động PMIPv6 có thực thể MAG_Cổng truy nhập di động, chứa thông tin chuyển vùng node di động để tính tốn đặc tính liên kết node di động nhà Nó gồm chức chính, là: - Phát node di động di chuyển vị trí khởi tạo báo hiệu với LMA node di động để cập nhật định tuyến tới địa nhà node di động - Thiết lập đường liệu cho node di động sử dụng địa nhà để liên lạc từ liên kết truy nhập - Tính tốn liên kết nhà node di động liên kết truy nhập 22 Hình Kiến trúc Proxy MIPv6 3.1.2.1 Giao thức hỗ trợ Phương thức hoạt động PMIPv6 bao gồm bước sau Đầu tiên nhận thực truy nhập cách đảm bảo cho node di động kết nối tới mạng Nhận thực thành cơng server sách (có thể AAA server,…), MAG lấy đặc tính node di động để sử dụng cho việc nhận dạng Bước cần phải thực cập nhật liên kết_BU, MAG gửi yêu cầu cập nhật sách liên kết tới LMA để đăng ký điểm đăng nhập node di động Sau đó, thực thể nhớ liên kết đường ngầm định tuyến cho tiền tố nhà node di động khởi tạo Tại phía LMA, tạo thực thể nhớ liên kết, đường ngầm định hướng tới MAG, định tuyến cho tiền tố nhà node di động Bước MAG tính tốn giao diện nhà node di động giao diện truy nhập Do đó, node di động ln tin mạng nhà thực tế đăng nhập vào định tuyến mặc định 23 Bước Giao diện node di động cấu hình với phương pháp cấu hình địa tĩnh động Bước Với định tuyến gói tin, LMA định tuyến tất gói tin nhận qua đường ngầm thiết lập tới MAG MAG định tuyến lại gói tin tới node di động Tất nhiên, MAG chuyển tiếp tất gói tin nhận qua đường ngầm tới LMA sau đó, chúng định tuyến trực tiếp tới đích 3.1.2.2 Thủ tục chuyển giao Thủ tục chuyển giao diễn hình Hình 3 Hoạt động chuyển giao PMIPv6 24 3.2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG PROXY MIPv6 TRONG Q TRÌNH CHUYỂN GIAO 3.2.1 Mơ hình chuyển giao Mơ hình chuyển giao bên dưới: Hình Mơ hình chuyển giao 3.2.2 Kịch chuyển giao Dự kiến so sánh độ trễ chuyển giao sử dụng phương pháp PMIPv6 H-MIPv6 Tính tốn tham số trễ cơng thức tính trễ phương pháp, để đánh giá 25 khả sử dụng PMIPv6 có độ trễ chuyển giao nhỏ 3.2.3 Dữ kiện tham số Để tính tốn độ trễ chuyển giao thực xem xét trễ phần khơng dây phần có dây Độ trễ chuyển giao phân tích node di động bắt đầu trường hợp chuyển giao Cần xem xét khả trễ xử lý trường hợp truy nhập kênh trễ truyền dẫn Với phần không dây, cần xem xét trường hợp cho hướng lên xuống Do đó, tổng hợp tham số bao gồm: - di: thời gian trễ xử lý truyền dẫn thực thể Ví dụ dCN-AR trễ chuyển tiếp gói tin CN AR - Giả sử node mạng AR xác định Nếu dma thời gian trễ gói tin định tuyến truy nhập láng giềng, dma giá trị nhỏ so sánh với dHA-nAR dCN-AR - Độ trễ xử lý kiện diễn nội node di động bỏ qua 26 3.2.4 Độ trễ chuyển giao 3.4.2.1.Tính tốn độ trễ với trường hợp chuyển giao sử dụng HMIPv6 PMIPv6 Khi xem xét HMIPv6, độ trễ bao gồm: - Thời gian yêu cầu để gửi LBU nhận LBAck từ MAP - Thời gian yêu cầu chuyển tiếp tin từ MAP tới nAR - Thời gian trễ môi trường không dây gửi tin tới node di động Do đó, trễ thực từ AR tới nAR sử dụng HMIPv6 tính theo cơng thức: 2dw + 2dLMA-nAR + dLMA-nAR + dw (2) Xem xét sử dụng PMIPv6 độ trễ bao gồm: - Thời gian yêu cầu gửi PBU từ mMAG tới LMA nhận PBA từ LMA - Thời gian yêu cầu chuyển tiếp tin từ LMA đến nMAG - Thời gian chuyển tiếp gói tin mơi trường khơng dây tới node di động 27 Do đó, cơng thức tính độ trễ thực chuyển giao từ MAG đến nMAG sử dụng PMIPv6 là: dLMA-nAR + dLMA-nAR + dLMA-nAR + dw (4) 3.4.2.2 So sánh độ trễ trường hợp chuyển giao sử dụng HMIPv6 PMIPv6 DHMIPv6 = 3dw + 3dLMA-nAR DPMIPv6 = 3dLMA-nAR + dw Khi dw> DHMIPv6> DPMIPv6 3.2.5 Nhận xét đánh giá Khi thực so sánh độ trễ chuyển giao trường hợp sử dụng PMIPv6 H-MIPv6, tính tốn độ trễ ta thấy dw> DHMIPv6> DPMIPv6 Do đó, khả sử dụng PMIPv6 giảm độ trễ chuyển giao hơn, thiết bị di động chuyển giao kết nối lại mạng nhanh hơn, thời gian bị gián đoạn chuyển giao giảm Phương pháp PMIPv6 áp dụng cho trường hợp node di động thay đổi vị trí, lưu giữ IP cấp phát ban đầu mà không cần yêu cầu cấp phát lại, thao tác liên quan đến việc cập nhật có đại diện LMA thực hỗ trợ, chuyển giao khả bị gián đoạn phương pháp khác 28 3.3 ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ ÁP DỤNG Tính năng, đặc điểm PMIPv6 giới thiệu phân tích nội dung trên, đưa số ưu điểm Do đó, khả áp dụng vào mạng viễn thơng thực tế hồn tồn có thể, để hỗ trợ người dùng di chuyển vị trí không cần phải thay đổi IP thủ tục cập nhật hệ thống cập nhật thay 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 3, thực nghiên cứu tính PMIPv6, tính tốn đánh giá đỗ trễ chuyển giao ứng dụng PMIPv6 trình chuyển giao Khả áp dụng PMIPv6 vào thực tế có khả 29 KẾT LUẬN Mobile IP giải pháp tiêu chuẩn đề xuất IETF để xử lý tính di động đầu cuối mạng IP thiết kế phép node thay đổi điểm kết nối cách suốt với mạng IP Vì nhiều người sử dụng Internet di chuyển từ nơi đến nơi khác, cần đảm bảo truy nhập tài nguyên mạng dịch vụ thuận tiện cho họ di chuyển Proxy MIP giao thức mà việc thực thủ tục người sử dụng di chuyển vị trí, cập nhật thơng tin, nhận thực,… node mạng hỗ trợ thực PMIPv6 hướng tới phát triển có điểm bật PMIPv4 trình bày chương Và việc nghiên cứu áp dụng PMIPv6 vào trình chuyển giao mạng 3G Với nghiên cứu chương 3, ta thấy ưu điểm trội PMIPv6 trình chuyển giao mạng di động 3G WCDMA/UMTS độ trễ thực chuyển giao ít, thiết bị nhanh chóng kết nối mạng Do việc nghiên cứu, đánh giá ứng dụng PMIPv6 để từ ứng dụng vào hệ thống mạng 3G thực tế 30 điều cần thiết, giúp cải thiện hiệu hoạt động mạng PMIPv6 nhiều ứng dụng mảng cơng nghệ khác nữa, có điều kiện, em muốn nghiên cứu khả bảo mật PMIPv6 ứng dụng Nội dung luận văn kết trình học tập việc tìm hiểu vấn đề qua tài liệu có liên quan từ nhiều nguồn tư liệu tổng hợp lại Tuy nhiên, trình độ thời gian có hạn, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy giáo để hồn thiện thêm kiến thức Về phương hướng phát triển tiếp theo, em mong muốn hoàn thiện luận văn phạm vi đầy đủ với việc tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 mạng 4G, với việc triển khai mạng viễn thông thực tế ... Chương 3: ỨNG DỤNG CỦA PMIPv6 VÀO QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/ UMTS Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trình chuyển giao mạng 3G WCDMA/ UMTS, PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng... chương Và việc nghiên cứu áp dụng PMIPv6 vào trình chuyển giao mạng 3G Với nghiên cứu chương 3, ta thấy ưu điểm trội PMIPv6 trình chuyển giao mạng di động 3G WCDMA/ UMTS độ trễ thực chuyển giao. .. Đây giao thức quản lý tính di động tiêu chuẩn hóa IETF xây dựng công nghệ truy cập mạng di động WiMAX, 3GPP, 3GPP2 WLAN Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trình chuyển giao mạng 3G WCDMA/ UMTS, PMIPv6