Chuyển giao dọc trong mạng di động thế hệ tiếp theo

- 1 - B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG DƯƠNG HỮU ÁI CHUYỂN GIAO DỌC TRONG MẠNG DI ĐỘNG THẾ HỆ TIẾP THEO Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2011 - 2 - Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN HỮU THANH Phản biện 1: TS. Nguyễn Lê Hùng Phản biện 2: TS. Lương Hồng Khanh Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 6 năm 2011. Có th ể tìm hiểu luận văn tại: • Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng • Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - 3 - M Ở ĐẦU 1. Lý do chọn ñề tài Chuyển giao dọc ñã và ñang là xu thế phát triển và nghiên cứu của ngành truyền thông trên toàn thế giới, cụ thể và nổi bật nhất là khả năng chuyển giao liên mạng giữa mạng tế bào và mạng cục bộ không dây WLAN. Chuyển giao dọc không còn là những nghiên cứu ñơn lẻ mà ñã và ñang ñược chuẩn hóa bởi nhiều tổ chức như 3GPP, 3GPP2, IEEE, IETF,… Xuất phát từ nhu cầu phát triển của ngành truyền thông trên toàn thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng, chúng tôi quyết ñịnh chọn ñề tài với tên: Chuyển giao dọc trong mạng di ñộng thế hệ tiếp theo ñể tiến hành nghiên cứu. Chúng tôi hy vọng tạo ñược một tài liệu tham khảo tốt cho những người bắt ñầu tìm hiểu về Mạng di ñộng thế hệ tiếp theo và hy vọng mô phỏng và làm sáng tỏ vấn ñề nhằm góp phần làm phong phú thêm các kết quả trong lĩnh vực này. 2. Mục ñích nghiên cứu Luận văn này nghiên cứu vấn ñề chuyển giao dọc trong các mạng hỗn hợp, cụ thể là giữa mạng Wireless LAN và mạng UMTS hướng ñến mục tiêu là chuyển giao không ngắt quãng có trễ chuyển giao nhỏ và tỉ lệ mất gói thấp. Bên cạnh ñó, luận văn cũng nghiên cứu chuẩn IEEE 802.21 hỗ trợ cho chuyển giao dọc. Các kết quả bằng phân tích lí thuyết và mô phỏng cho thấy sử dụng kết hợp chuẩn IEEE 802.21 với giao thức Mobile IP như giao thức quản lí di ñộng lớp 3 hoặc việc sử dụng giao thức Mobile SCTP ñều có ưu ñiểm và hiệu quả cao hơn khi thực hiện chuyển giao dọc giữa mạng UMTS và WLAN so với việc sử dụng giao thức Mobile IPv6. 3. Đối tượng và nhiệm vụ nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu. - 4 - • Về nội dung: Tập trung nghiên cứu kỹ thuật chuyển giao dọc và chuyển giao giữa UMTS và WLAN. • Về phương pháp: Sử dụng kỹ thuật chuyển giao dọc ñể nghiên cứu chuyển giao giữa UMTS và WLAN.  Nhiệm vụ nghiên cứu. • Nghiên cứu quá trình chuyển giao giữa UMTS và WLAN. • Khảo sát các thông số trong quá trình chuyển giao và sự thay ñổi của các tham số vào các giao thức khác nhau. Đánh giá, nhận xét các kết quả tương ứng với các giao thức tương ứng. 4. Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết vấn ñề chuyển giao trong các mạng không ñồng nhất, chúng tôi sử dụng kỹ thuật chuyển giao dọc với sử dụng giao thức Mobile IPv6, giao thức Mobile IPv6 với sự hỗ trợ của chuẩn IEEE 802.21 và sử dụng giao thức SCTP trong quá trình chuyển giao giữa mạng UMTS và WLAN 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Để ñạt ñược chuyển giao dọc không bị ñứt quãng trong các môi trường mạng không ñồng nhất, nó là cần thiết ñể ñảm bảo tính liên tục và chất lượng dịch vụ, có nghĩa là ñộ trễ thấp và mất gói thấp trong thời gian chuyển giao. 6. Cấu trúc của luận văn. Ngoài các phần mở ñầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, phần nội dung chính của luận văn gồm có bốn chương. Chương 1. Tổng quan về sự phát triển của mạng thông tin di ñộng Chương 2. Trình bày tổng quan về mạng UMTS, WLAN và kiến trúc kết hợp Ch ương 3. Trình bày về kỹ thuật chuyển giao dọc Chương 4.Nghiên cứu mô phỏng chuyển giao giữa UMTS và WLAN. - 5 - CH ƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. GIỚI THIỆU 1.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.2.1. Mạng thế hệ thứ nhất Chúng ta bắt ñầu với mô hình mạng tham chiếu của Hiệp hội TIA/EIA tiêu chuẩn IS-41. Mô hình mạng này cũng ñại diện cho mạng của hệ thống thế hệ ñầu tiên chỉ hỗ trợ dịch vụ thoại mà không hỗ trợ dịch vụ dữ liệu. Mô hình tham chiếu là tương ñương kiến trúc GSM. 1.2.2. Mạng thế hệ thứ hai Một tính năng quan trọng của hệ thống thế hệ thứ hai là khả năng dịch vụ dữ liệu của nó. Ví dụ, IS-95 hỗ trợ dịch vụ dữ liệu chuyển mạch kênh, fax kỹ thuật số, IP, MIP, và dữ liệu gói số mạng tế bào CDPD. GSM cung cấp dịch vụ tin nhắn ngắn và dữ liệu chuyển mạch kênh ở mức tốc ñộ lên tới 9.6 kbps cho mỗi khe. 1.2.3. Các mạng 2G+ Các tính năng nổi bật của kiến trúc này như sau. Thứ nhất, nó bao gồm một mạng xương sống dựa trên IP/ATM. Thứ hai, nó kết nối với các mạng ñã có một cách khá ñơn giản. Thứ ba, nó cho phép xử lý phân tán, do ñó giảm tải mạng lõi, và cung cấp một nền tảng các dịch vụ mới, tính năng, và các ứng dụng (chẳng hạn như là một tính năng mới, MPEG-2, hoặc ứng dụng MPEG- 4) có th ể ñược phát triển, thử nghiệm và ñược cài ñặt trong hệ thống mạng khi cần thiết. Cuối cùng, kiến trúc tương thích với một mạng lưới toàn IP là xu hướng của tương lai. - 6 - 1.2.4. Mạng thế hệ thứ ba Các ñối tác dự án 3G ñược xác ñịnh 3G là một kiến mạng chuyển mạch gói toàn IP. Kiến trúc này thực sự là một sự tiến hóa của mạng GPRS. Một số yêu cầu cơ bản sau ñây mà mạng IP phải ñáp ứng ñược. • Điện thoại di ñộng phải có khả năng chuyển vùng liền mạch từ một mạng IP tới mạng 2G, 2G+, GSM/GPRS và các phiên bản trước ñó của mạng 3G, và ngược lại. • Chuyển giao phải ñược hỗ trợ giữa bất kỳ hai mạng IP, giữa bất kỳ hai mạng truy cập vô tuyến trong cùng mạng IP, giữa bất kỳ hai bộ ñiều khiển mạng vô tuyến trong cùng mạng truy cập vô tuyến mặt ñất UMTS (UTRAN) trong bất kỳ mạng IP, và giữa một mạng IP và bất kỳ mạng 2G hoặc 2G+. - 7 - CH ƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MẠNG UMTS, WLAN VÀ KIẾN TRÚC KẾT HỢP 2.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG UMTS 2.1.1. Giới thiệu Hệ thống UMTS là một trong các công nghệ di ñộng 3G. UMTS dựa trên nền tảng W-CDMA, ñược chuẩn hóa bởi Tổ chức các ñối tác phát triển 3GPP. UMTS ñôi khi còn ñược gọi là 3GSM, ñể chỉ sự kết hợp về bản chất công nghệ 3G của UMTS và chuẩn GSM truyền thống.  Tốc ñộ dữ liệu  Các băng tần 2.1.2. Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng UMTS gồm ba phần chính là: Thiết bị người sử dụng (UE), mạng truy nhập vô tuyến mặt ñất UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access Network -UTRAN) và mạng lõi (Core Network-CN). 2.1.3. Chuyển giao trong mạng UMTS 2.2. TỔNG QUAN VỀ MẠNG WLAN 2.2.1. Giới thiệu 2.2.2. Cấu trúc cơ bản của WLAN 2.2.3. Tập giao thức WLAN  Lớp vật lý.  Giao thức MAC. - 8 - 2.2.4. Các tiêu chuẩn WLAN 2.3. KIẾN TRÚC KẾT HỢP 2.3.1. Các thách thức và yêu cầu Thế hệ mạng di ñộng không dây trong tương lai sẽ dựa trên mạng toàn IP dẫn ñến một liên kết toàn cầu và kết hợp giữa các mạng viễn thông khác nhau. Điều này sẽ yêu cầu các kiến trúc kết hợp và các giao thức di ñộng mới ñể cung cấp chuyển vùng liền mạch và chất lượng dịch vụ cung cấp. 2.3.2. Tính di ñộng và chuyển vùng liền mạch 2.3.3. Kiến trúc kết hợp Một số phương pháp ñã ñược ñề xuất cho sự kết hợp giữa mạng WLAN và mạng tế bào dựa trên các sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hai mạng không dây này. Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu ETSI quy ñịnh rõ trong hai cách tiếp cận chung cho sự liên kết: ñược gọi là tích hợp lỏng và tích hợp chặt.  Tích hợp lỏng  Tích hợp chặt - 9 - CH ƯƠNG 3 KỸ THUẬT CHUYỂN GIAO DỌC 3.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CHUYỂN GIAO 3.1.1. Giới thiệu 3.1.2. Quyết ñịnh chuyển giao dọc 3.1.2.1. Cấu trúc cơ bản của USHA 3.1.2.2. Mô hình quyết ñịnh thông minh 3.1.2.3. Quyết ñịnh chuyển giao dọc phân bố 3.1.3. Thiết kế kiến trúc và hệ thống 3.1.3.1. Đặc ñiểm của hệ thống B3G hoặc 4G ước tính sẽ ñược thực hiện khoảng năm 2010 hoặc 2011 và dựa trên năm yếu tố: (1) các dịch vụ hoàn toàn hội tụ, (2) truy cập di ñộng ở khắp nơi, (3) thiết bị người dùng ña dạng, (4) các mạng ñộc lập, (5) phụ thuộc phần mềm. 3.1.3.2. Kỹ thuật sự di ñộng theo chiều dọc Kiến trúc hệ thống phân thành ba phần: Kỹ thuật di ñộng, quản lý tài nguyên, quản lý dịch vụ. 3.1.3.3. Các mạng truy cập không ñồng nhất 3.1.3.4. Các mô hình kết hợp Có hai mô hình kết hợp giữa mạng WLAN với các mạng tế bào, mô hình tích hợp lỏng và tích hợp chặt. Với hai mô hình có thể giải quyết ñược vấn ñề quản lý di ñộng toàn cầu. 3.1.3.5. Cấp phát tài nguyên Có th ể chia sẻ lưu lượng giữa các mạng không dây không ñồng nhất, ñặc biệt là khi xem xét các mô hình tích hợp chặt, thực hiện chuyển giao dọc là một cách thức cấp phát tài nguyên. - 10 - 3.1.4. Quản lý di ñộng trong các mạng không ñồng nhất Vấn ñề quản lý di ñộng bao gồm các kịch bản di ñộng theo chiều dọc, phương pháp, ñiều khiển, thuật toán, cách tiến hành, các giao thức, các thông số, tham số và ño các tham số 3.1.4.1. Di ñộng vi mô và vĩ mô 3.1.4.2. Cách thức chuyển giao 3.1.4.3. Các ñặc tính của chuyển giao dọc Thủ tục chuyển giao nói chung bao gồm các vấn ñề như sự ñăng ký, kết hợp, bỏ kết hợp, ñể thực hiện chuyển giao cơ cấu quyết ñịnh chuyển giao ño lường nhiều thông số khác nhau. 3.2. CÁC GIAO THỨC QUẢN LÍ DI DỘNG VÀ CHUẨN IEEE 802.21 3.2.1. Giao thức Mobile IP version 4 (MIPv4) Hoạt ñộng của MIPv4 ñược thể hiện như hình 3.12. Hình 3.12: Mô tả hoạt ñộng giao thức Mobile IPv4