Chuyến mạch nhãn đa giao thức MPLS là một công nghệ mới, bắt đầu được nghiên cứu vào năm 1997. Nó là thành phần chính trong các mạng WAN nhờ đó cải thiện đáng kể hiệu năng của mạng. Tuy nhiên khi nhu cầu sử dụng mạng ngày càng tăng thì MPLS lại gặp phải vấn đề về chất lượng dịch vụ và tốc độ truyền dẫn. Trong khi đó, công nghệ mạng không dây đang có xu hướng phát triển rất mạnh mẽ. Và do đó, việc mở rộng MPLS sang lĩnh vục không dây là một xu hướng tất yếu.
được sử dụng hay không, và nó cũng chỉ thị độ dài của trường Control được sử
dụng là 1 hay 2 byte, tương ứng với các bit chỉ số thứ tự là 3 hay là 7.
Trong mô hình chồng lấn, tại đó giao thức lớp thấp hơn sẽ hồ trợ việc điều
khiên luồng và lỗi, khuôn dạng tiêu đề WMPLS sẽ không có trường Control và
trường CRC. Đe xác định khuôn dạng cho nhãn khi này thì hai bit đầu tiên của
trường Nhãn được thiết lập bằng không đế biểu thị rằng trường Control và trường
CRC không được sử dụng. (Hình 2.2a)
Trong trường Control, chỉ ra ở hình 2.2b, N(S) là số thứ tự gói/khung đang
gửi và N(R) là số thứ tự khung yêu cầu phát lại tự động hoặc số thứ tự khung báo
nhận điều khiển luồng, số bit của N(S) và N(R) phụ thuộc vào giá trị của Cò’ (bảng
2.1). Trong đó, đối với các dịch vụ tốc độ truyền tải thấp, N(R) và N(S) chỉ có 3 bit,
và ngược là sẽ là 7 bit. Sử dụng càng nhiều bit số thứ tự sẽ cho phép cửa sổ điều khiển luồng được thiết lập càng rộng để hỗ trợ việc truyền dẫn chuỗi khung tốc độ cao. Tùy chọn này có khả năng điều khiến luồng và điều khiến lỗi từ đầu cuối đến đầu cuối hoặc điều khiến trên tùng chặng khi cần thiết dựa trên cơ sở gói được dán nhãn. Truông Control của phần tiêu đề WATM gồm các chức năng điều khiển luồng và lỗi. Trong các ứng dụng của mạng tùy biến di động, cần thiết phải có tùy chọn của điều khiến luồng và lỗi trên từng chặng. WATM không có khả năng điều khiển luồng và lỗi trên từng chặng, chức năng điều khiển này được chuyển sang cho các người sử dụng đầu cuối quản lý, hoặc nếu sử dụng mô hình chồng lấn, điều
Hình 2.2a. Tiêu đề WMPLS khi không có trường Control và CRC Hình 2.2b. Tiêu đề WMPLS có trường Control và CRC Bảng 2.1 và 2.2 dưới đây chỉ ra ý nghĩa các bit trong tiêu đề WMPLS
Bảng 2.1. Giá trị các bit cờ trong tiêu đề gói tin WMPLS
Bảng 2.2. Các bit điều khiến báo nhận lỗi và điều khiến luồng trong tiêu đề WMPLS
2.2.3. Giao thức sử dụng trong WMPLS
Hai giao thức được sử dụng trong mạng MPLS là giao thức phân bô nhãn LDP và giao thức giành trước tài nguyên RSVP. Khi tiến hành mở rộng MPLS sang miền không dây, người ta đã tiến hành sửa đối hai giao thức này để có thể hỗ trợ các dịch vụ WMPLS. Mạng WMPLS sử dụng giao thức LDP ràng buộc lỏng (CR-LDP) đê định nghĩa người sử dụng đầu cuối và giao thức RSVP mở rộng (E-RSVP) đế
thiết lập LSP.
Dưới đây sẽ trình bày về các mở rộng cho mồi giao thức này.
2.2.3.1. Mở rộng cho CR- LDP
Phần mở rộng cho CR-LDP cần có các thông tin về CoS và tính di động đế có thể thực hiện các dịch vụ WMPLS. Việc mã hóa bản tin Label Request cần phải được mở rộng với thông tin về nhãn và CoS của mạng WMPLS. Thêm vào đó, việc mã hóa bản tin liên kết nhãn CR-LDP cũng cần được mở rộng đế chứa thông tin
Message ID(4bytes) FEC TLV LSPID TLV (CR-LDP, bắt buộc) Label (0x0400) (15 bits)
Request Độ dài bản tin (2bytes)
Message ID(4bytes) FEC TLV
Label TLV
Label Request Message ID TLV
Traffíc TLV (CR-LDP, tùy chọn)
ình 2.3b: Mở rộng cho bản tin hên kêt nhãn CR-LDP Trong CR-LDP, hệ thống không dây có thể thiết lập một LSP để hồ trợ các ứng dụng WMPLS thông qua trường FEC TLV hoặc Traffic TLV, phần xác định các tham số lưu lượng được chứa trong bản tin báo hiệu. Các tham số của TE cho
PDR (Peak Data Rate), và PBS (Peak Burst Size). Trong các trường hợp mà FEC được sử dụng đế báo hiệu kết nối LSP cho WMPLS, thì CoS sẽ được báo nhận thay vì xác định các tham số về tốc độ dữ liệu.
2.2.3.1. Mở rộng cho RSVP
Phần mở rộng thêm cho RSVP được đưa ra đế hỗ trợ cho việc định tuyến hiện LSP (ER-LSP). Khi giao thức RSVP được sử dụng để hồ trợ việc thiết lập LSP WMPLS, thì cần phải tiến hành sửa đôi và bổ sung cho giao thức này đế đáp ứng được những yêu cầu về điều khiến lưu lượng. Những sửa đổi và bố sung chính roi vào các vùng có thêm các tính năng điều khiến lưu lượng và các vùng phải giải quyết các vấn đề tranh chấp. Giao thức RSVP đã sửa đổi hỗ trợ các LSP định tuyến hiện (ER-LSP) chặt và lỏng. Đối với phần định tuyến lỏng trong ER-LSP, có thế thực hiện định tuyến từng chặng đế quyết định xem gửi bản tin PATH tới đâu. Do đó, RSVP cũng hồ trợ phương thức định tuyến từng chặng theo yêu cầu đường xuống.
Bản tin PATH và RESV trong giao thức RSVP được chỉ ra trong hình 2.4a và 2.4b.
Tiêu đề chung Session RSVPHOP TĨME-VALUE LABELREQUEST Các trường tùy chọn khác Sender Descriptor
Hình 2.4a. Khuôn dạng của bản tin PATH
Tiêu đề chung
Session
STYLE
flow descriptor list
Hình 2.4b. Khuôn dạng của bản tin RESV
(2 byte) (2 byte)
Hình 2.5. Khuôn dạng của LABELREỌUEST Phần bôi đen là các trường chứa thông tin mở rộng cho WMPLS để đưa vào các đặc tính mong muốn. Phần Yêu cầu nhãn (Label Request) là một phần của bản tin PATH. Neu những thay đối thích họp được thực hiện trên phần nhãn này thì nó có thể được sử dụng để xác định kết nối WMPLS có nhãn đang được yêu cầu. Trong phần Yêu cầu nhãn này, các phần của trường Reserved có thế được sử dụng để báo hiệu liên kết WMPLS và cũng có thể hoạt động giống như con trỏ địa chỉ chuyển giao di động và điều khiển thông tin. Các phần Session (và phần Sender Descriptor) có thế được sửa đối đế chứa các tham số lưu lượng và thông tin nhãn chuyến giao phản hồi về trạm gốc của mạng không dây.
Địa chỉ con trỏ cuỗi đường hầm IPv4 (4 byte)
Reserved (2 byte) ID của đường hầm (2 byte)
ID của đường hầm mở rộng (4 byte)
Hình 2.6a. Thực thể SESSION trong đường hầm LSP_IPv4
—-~---*---—---
\---
Reserved (2 byte)———---*---
Hình 2.6b. Thực thể SESSION trong đường hầm LSP_IPv6
2.2.4. Lựa chọn phổ tần cho WMPLSHoạt động của WMPLS: Hoạt động của WMPLS:
Hình dưới đưa ra mô hình mạng WMPLS được kết nối với nhau và kết nối với mạng MPLS có dây như thế nào. Mô hình này được xây dựng bằng cách kết nối
Tại Hoa Kỳ, Cục quản lý tần số FCC đã quy định các tần số/buớc sóng vô tuyến mở và cấp giấy phép truyền dẫn WMPLS. Các người dùng không dây sẽ sử dụng các băng tần này và do đó đảm bảo được QoS cho các người dùng WMPLS. Các băng tần hiện nay tập trung tại các tần số 2,5; 5,8; 10,5; 24; 28; 38; và 48 GHz.
Vì các dịch vụ vệ tinh cố định sử dụng các tần số thuộc băng Ku nên WMPLS sử
dụng tần số tù' 18 đến 31 GHz. Ớ các tần số cao hon thì băng thông khả dụng lớn hon vì khi này tốc độ truyền dẫn sẽ nhanh hon. Những tần số cao có độ rộng phố hẹp hơn và có tính động hơn so với các tần số thấp. Do đó, điều khiến truyền dẫn trong WMPLS được thực hiện dễ dàng hơn.
WMPLS kết nối trục tiếp với phần băng tần đã được ấn định bằng cách sử dụng các mặt phang quản lý và mặt phang điều khiến không dây. Sau khi có được kết nối, các
thiết bị đầu cuối của kết nối này sẽ bắt đầu thông tin với nhau thông qua mạng đường trục MPLS có dây/không dây. Khi quá trình trao đổi thông tin kết thúc, kết nối sẽ bị ngắt
và băng tần vô tuyến đã được cấp phát sẽ được giải phóng cho các người dùng WMPLS
khả dụng. WMPLS có thế hỗ trợ QoS cùng mức so với MPLS có dây.
Các hệ thống phố tần cho WMPLS: Với các công nghệ truy nhập không dây băng rộng tốc độ cao thì một trong những vấn đề quan tâm chính là phố tần. Có ba hệ thống phố tần được đưa ra dưới đây:
một trạm gốc và chia sẻ băng thông từ cùng một cột thu phát như chỉ ra trong hình 2.7. Nhược điếm của MMDS là cần phải có tầm nhìn thắng từ người dùng đến trạm gốc. Cây cối, tòa nhà cao tầng, và địa hình sẽ cản trở đường liên kết trong môi trường truyền dẫn đó.
Hình 2.7. Cấu trúc mạng MMDS với một anten bao phủ một vùng
LMDS (Local Multipoint Distribution System): Hoạt động tại dải tần từ 28
đến 40GHz. Hệ thống này cho độ tin cậy cao hon đối với các ứng dụng mức cao và băng thông rộng hơn, nhung thiết bị lại đắt tiền hơn. Do vậy sẽ phải có các cột thu phát nằm giữa các vùng phục vụ, như miêu tả trên hình 2.8. Một nhược điếm khác của LMDS là nó nhạy cảm với thời tiết và hạn chế về khoảng cách (xấp xỉ khoảng
â Ểà Ểà “■ éà >ìỂfe> Ếà EB ồ ồ â EB â â â ồ ồ
Hình 2.8. Cấu trúc mạng LMDS với nhiều anten bao phủ một vùng Lớp điều khiến truy nhập môi trường (MAC)
mức độ cao hơn đê có được độ tin cậy ôn định như mong muôn. Đê giảm thiêu những thay đôi của môi trường không dây, cân phải sử dụng lớp MAC, và đê thực hiện việc điều chỉnh lỗi bit chúng ta phải sử dụng lớp Liên kết dữ liệu.
Hình 2.9 miêu tả các lớp của WMPLS từ lớp mạng (Network Layer) đến lớp vật lý không dây (Wireless Physical Layer). Lớp liên kết vô tuyến (Radio Link Layer) và lớp MAC không dây (Wireless MAC Layer) được đặt ở giữa lớp mạng
Đầ u cuố i không dây
Hình 2.9. Kiến trúc lớp WMPLS
2.2.5. Kỹ thuật WMPLS
WMPLS sử dụng giao thức hôi tụ truyền dẫn (TCP) đế có thế thiết lập và giải phóng các kết nối, và đê xóa bỏ cũng như tái thiết lập các kết nối khi các đầu cuối di động di chuyến. Khi này cần có sự quản lý cục bộ và một kiến trúc mạng vững chắc.
Đế có thế thực hiện được WMPLS thì cần phải có một vài những thay đối về mặt kỹ thuật. Những thay đối này bao gồm: quản lý cục bộ, định tuyến, chuyến giao lưu lượng không dây động, và một vài thay đổi về kiến trúc mạng.
Quản lỷ cục bộ
Mạng phải có chức năng quản lý cục bộ để có thể biết được đường di chuyển của các đầu cuối di động. Do đó, mạng sẽ có được thông tin về vị trí của các người
Tất cả những gì cần thiết đế xác định thành công một đầu cuối di động là cập nhật những thay đôi xảy ra trực tiếp với RA. Mỗi đầu cuối di động (host) sẽ đuợc hồ trợ bởi một đại diện thuờng trú HA. HA chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của đầu cuối (vị trí vùng). Đe biết chính xác hơn về vị trí của mình, đầu cuối phải cần đến sự trợ giúp của đại diện ngoại trú FA. Trên thực tế FA là bộ định tuyến gần với host nhất.
Chuyển giao
Đe giải quyết vấn đề di chuyển của đầu cuối di động, cần thực hiện ba buớc sau đây: 1- định vị đầu cuối, 2- tái định tuyến: thiết lập một kết nối bằng cách xác định một đường đi mới đến một RA mới tại đó đầu cuối đang đi vào, 3- chuyển giao: chuyến luồng dữ liệu qua đường mới vừa thiết lập ở trên và thoát ra khỏi đường cũ mà không gây ảnh hưởng đến kết nối đó.
Thủ tục chuyên giao trong WMPLS
Trong một mạng truyền thông di động, các Host di động (MHs) tiếp tục di chuyến tới các trạm trạm gốc khác nhau (BSs). Do đó, một phần của tuyến đường trong mạng truyền thông di động sẽ tiếp tục thay đối và sẽ là phần định tuyến hiện lỏng của toàn bộ tuyến chuyển mạch nhãn LSP.
Một khái niệm mới trong phần đó là văn phòng chuyến mạch nhãn di động (MSO). MSO là một bộ định tuyến trong mạng truyền thông di động, nó hỗ trợ truy nhập điểm tới các MHs. Một MSO tại biên của mạng truyền thông di động và mạng đường trục được gọi là MSO cổng (MSO GW).
Giả sử rằng MSO GW biết rõ topo mạng và có khả năng thực hiện xuyên đường. Đe có thế phân phát gói tin theo chuồi trong quá trình chuyển giao, WMPLS phải làm việc với các giao thức báo hiệu như LDP, RSVP và RSVP-TE. Giả sử một MH hiện đang được kết nối với một Router chuyến mạch nhãn (LSR A) thông qua một trạm gốc BS1 và nó cần được chuyển giao tới BS2, thủ tục chuyển giao mềm được thiết lập như sau. MH gửi một bản tin PATH (hoặc một bản tin yêu cầu nhãn
MSO 1 A-» MSO 2A^ MSO 2.1A-» MSO 2.2A^ MSO GW. Do đó, toàn bộ phần đường từ MH thông qua BS2 là MH-» BS2-» MSO lA-» MSO 2A-» MSO 2.1A-> MSO 2.2A^ MSO GW. Một bản tin PATH (hay bản tin Yêu cầu nhãn trong LDP) được gửi bởi MH sẽ đi qua tuyến đã chọn thông qua các node có mặt trên tuyến đó cho tới khi đến được MSO GW. Phần đường từ MSO GW đến LSR A được duy trì cố định.
Sau đó MSO GW sẽ gửi bản tin RESV (hay bản tin Ánh xạ nhãn trong LDP) qua tuyến đường đã chọn tới MH. Tại tất cả các Node sẽ diễn ra việc cấp phát và dành trước tài nguyên. (Trong LDP, dự trữ tài nguyên diễn ra cùng với bản tin Yêu cầu Nhãn). Các nhãn cũng được gán cho các liên kết riêng lẻ trong một LSP mới. Cùng với bản tin RESV, MSO GW cũng sẽ gửi một bản tin PATH (hay bản tin Yêu cầu Nhãn trong LDP) để thiết lập một đường dẫn từ MSO GW đến MH. MH gửi trả lại bản tin RESV (hay bản tin Ánh xạ nhãn trong LDP). Sau đó, LSP từ MH đến MSO GW sẽ được cấp phát tài nguyên và các liên kết riêng lẻ sẽ được gán nhãn. Khi tuyến đường này thiết lập thành công, các gói dữ liệu sẽ được chuyên đi thông qua đường mới vừa được thiết lập, phần đường cũ từ MH qua BS1 đến MSO GW (MH^BSl-> MSO l-» MSO 2^ MSO 2.1-» MSO 2.2^ MSO GW) chỉ ra trên
Hình 2.10. Thiết lập đường với thủ tục chuyến giao WMPLS
2.2.5. Mạng MPLS di động
Mạng MPLS di động là một giải pháp nhằm hỗ trợ các mạng không dây dựa trên MPLS. Dưới đây đưa ra mô hình và một số vấn đề co bản trong MPLS di động Hình 2.10 chỉ ra một mô hình đơn giản của một mạng di động với các nhãn
ngoại trú. Hình này chỉ ra một ví dụ về vị trí mà các host di động đang tham gia trực tiếp vào mạng chuyến mạch nhăn. Theo phương pháp hướng dữ liệu (data-driven) trong đó node di động khởi tạo yêu cầu nhãn dựa trên các luồng lưu lượng, việc host tham gia vào chuyến mạch nhãn dễ hơn một chút so với phương pháp hướng điều khiến (control-driven), trong đó cần phải có các giao thức định tuyến.
Foreign Netvvork - FN1
Hình 2.11: Mạng di động MPLS