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
Khi node di động bắt đầu quá trình thiết lập đường dần, theo phương pháp hướng điều khiến, thì mỗi node di động sẽ cần phải có một cấu hình mạng hoàn tất và cần chạy một giao thức định tuyến như OSPF. Đây không phải là giải pháp tối ưu vì nó yêu cầu tài nguyên lớn cho mỗi node di động và mỗi node di động không cần biết thông tin cấu hình của mạng tại bất kỳ nơi nào mà chúng đang hoạt động. Tuy nhiên, việc sử dụng tất cả các ưu điếm của các giao thức định tuyến là rất cần thiết. Do đó, các giao thức định tuyến được chạy tại các trung tâm chuyến mạch di động và trên các giao diện liên mạng (giữa các mạng di động và không di động).
Nghiên cứu hoạt động chuyên tiêp IP, các đường chuyên mạch nhãn có thê được thiết lập giữa hai node/chuyển mạch biên của một mạng di động và có thể sử dụng đường dẫn này để tạo một đường hầm cho các gói tin IP đi qua. Các gói tin IP
Bất kỷ khi nào một node di động muốn thiết lập một đường chuyến mạch nhãn, thì một node chuyên mạch di động trong khu vực thường trú sẽ cung câp thông tin định tuyến rõ ràng cho node di động đó, vì vậy mà node di động có thể bắt đầu báo hiệu với một tuyến đường xác định.
Chuyến tiếp IP trong một node di động thường liên quan tới hai hoạt động riêng biệt, đó là tập hợp các gói tin IP vào một lớp chuyển tiếp tương đương FEC và ánh xạ FEC đó vào chặng tiếp theo trên đường dẫn. Hai hoạt động này được mỗi node di động thực hiện. MPLS từ đầu cuối đến đầu cuối sẽ để node di động ánh xạ các gói tin vào FEC và mã hóa FEC này thành một nhãn. Khi đường dẫn được thiết lập, các node di động trung gian (bao gồm các node thu phát gốc, và các trung tâm chuyến mạch di động) chỉ cần thực hiện thao tác thứ hai, ánh xạ nhãn vào chặng tiếp theo và thực hiện chuyến dịch nhãn thích hợp.
2.2.5.1. Thiết lập cuộc gọi MPLS trong mạng di động
Phần này sẽ chỉ ra các phần tử MPLS khác nhau có ảnh hưởng đến nhau như thế nào trong suốt quá trình thiết lập, sửa đối và sụp đô của một LSP. vấn đề điều khiển di động sẽ được nói đến trong phần tiếp theo. Chúng ta xét trường họp một node di động thiết lập một đường dẫn MPLS đến một node di động khác trong mạng. Giao thức báo hiệu được sử dụng có thế là RSVP hoặc LDP. Xét thấy tính
Hình 2.12: Thiết lập đường chuyến mạch nhãn trong một mạng di động Hình 2.12 chỉ ra một mạng di động có các LSP được thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối. Node di động A gửi một yêu cầu báo hiệu UNI đến trạm gốc cục bộ của nó. Trạm gốc cục bộ này ghi lại yêu cầu này và chuyển nó đến chuyển mạch di động. Chuyển mạch di động, là thiết bị đang chạy giao thức định tuyến, duy trì cấu
hình mạng và có đủ khả năng đế xác định được đường đến node đích căn cứ vào các node đích, vùng thường trú, ngoại trú hiện thời. Yêu cầu chất lượng dịch vụ, băng thông tổng cần thiết và cân bàng tải đều được thực hiện trong mạng... Thông tin này được chuyển mạch di động sử dụng đế báo hiệu cho các node đường lên trên đường dẫn đế thiết lập nhãn cho đến tận node đích B.
Khi node đích đáp lại bằng bản tin RESV RSVP thì mồi node đường xuống trong đường dẫn sẽ ghi lại nhãn này và tạo một thực thế chuyến tiếp nhãn. Khi node chuyến mạch di động đầu tiên nhận được bản tin RESV, nó sẽ thông báo cho trạm gốc đầu tiên và node A.
Trạm gốc đầu tiên phải kết nối nhiều luồng từ trạm gốc khác và gửi chúng đến một chuyến mạch di động. Điều này sẽ dẫn đến việc hình thành một phân cấp ngăn xếp nhãn, với hai lớp nhãn, một giữa các node di động và trạm gốc, và một nhãn khác giữa trạm gốc và chuyển mạch di động.
Khi đường dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối được thiết lập thì các node di động có thế bắt đầu phát các gói tin đã được gán nhãn, sau đó các gói tin này được định tuyến sẵn đến node đích.
Phần đường bị sập có thể được thông báo bởi node di động nguồn hay đích hoặc chính mạng đó. Trong hai trường hợp đầu, một bản tin TEAR được gửi tới mỗi node trên đường dẫn, và sau đó xóa bỏ các thực thể chuyển tiếp nhãn. Trong trường hợp thứ ba, giao thức định tuyến có trách nhiệm phân bổ các nhãn cũ và do đó cung cấp thông tin để đường dẫn bắt đầu sụp đổ, cả đường xuống và đường lên.
2.2.5.2. Điều khiển di động sử dụng MPLS
Trong mạng di động, cả node nguồn và node đích đểu có thể di chuyển, di chuyến từ (1) một trạm thu phát này đến một trạm thu phát khác, (2) từ một trạm gốc này đến một trạm gốc khác, (3) từ một chuyến mạch di động này đến một chuyển mạch di động khác, hoặc (4) tù’ một mạng này sang một mạng khác.
qua một trạm gốc mới. Trong trường hợp 3, chuyến mạch di động cũ có thế cung cấp thông tin về trạng thái hiện thời của LSP, nhưng những thông tin này cần được thay đổi và tái thiết lập giữa bộ định tuyến kế tiếp và chuyển mạch di động mới, thêm nữa cần phải thiết lập đường cho node di động. Trường hợp cuối cùng tương tự với trường hợp trạm gốc cũ cung cấp thông tin LSP, và do đó nó cho phép thiết lập đường dẫn mới cho node di động.
Trong trường hợp node đích di chuyến, tất cả các giao dịch nói trên chỉ cần diễn ra ở phía đích. Khi node đích di chuyến từ một FA này đến một FA khác, node này có thế cung cấp thông tin cho FA mới về FA cũ. Dựa trên các thông tin này FA mới có thể thiết lập đường xuống và lưu giữ đường dần từ đầu cuối đến đầu cuối giữa các node di động.
Không giống như IP di động co điến, node nguồn không cần phải biết địa chỉ ĨP ngoại trú hiện thời của node di động đích cũng như không phải gửi tất cả các gói tin IP đến HA của node đích đế tái đinh tuyến. Điều này có ưu điếm cực kỳ lớn cả về mặt duy trì chất lượng dịch vụ và mặt đấy lên mạng hầu hết các luồng lưu lượng không được tái định tuyến.
3.1. Giới thiện
Các bộ điều khiến di động đang hướng tới các các mạng có thể hồ trợ truy nhập dữ liệu tốc độ cao và các dịch vụ phức tạp, các dịch vụ này chủ yếu dựa trên giao thức liên mạng IP. Các mạng không dây dựa trên IP có những ưu điểm nhờ áp dụng trực tiếp kỹ thuật IP, nó cũng có các ứng dụng cho cả mạng có dây và không dây.
Hai vấn đề quan trọng vẫn tồn tại cần được giải quyết ngay cả khi các kỹ thuật IP được chọn làm ứng cử viên trong các mạng thế hệ sau, đó là: làm cách nào đế duy trì kết nối mạng và làm cách nào để đảm bảo cung cấp đầy đủ tài nguyên mạng cho các MN. Quản lý di động trong các hệ thống thông tin di động là vấn đề cực kỳ quan trọng để duy trì kết nối và nhò đó có thể chuyển giao các người dùng tại bất kỳ thời điểm nào.
giống như một vấn đề định tuyến tay ba. Hơn nữa, IP di động còn có những vấn đề khác nữa như trễ chuyến giao dài và tải trọng báo hiệu lớn cho các lần cập nhật đăng ký thường xuyên.
Mặt khác, những lợi ích đáng chú ý của MPLS về QoS, kỹ thuật lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ IP tiên tiến (như các mạng riêng ảo) đã thúc đấy một vài tố chức sử dụng kỹ thuật này trong hạ tầng không dây. Trong thực tế, bàng cách sử dụng các đường hầm MPLS được gọi là các đường chuyến mạch nhãn LSP, một mạng chồng lấn sẽ được tạo ra và được quản lý một cách có hiệu quả. Trong MPLS, việc xác định lại đường hầm xảy ra vào thời điếm thay đối nhãn tại một node đơn trong mạng.
Việc thiết kế và tích hợp quản lý di động và cung cấp ỌoS trong các mạng không dây thực sự là một thách thức. Một cơ chế quản lý di động mới, được gọi là MPLS di động Micro, đã được đề xuất. Cơ chế này hỗ trợ cả quản lý di động và QoS trong các mạng không dây. Đe xuất này bao gồm hai biến thê giao thức (Protocol Variant).
Biến thể thứ nhất được gọi là MPLS di động FH-Micro (gọi tắt là FH-Micro). FH
có nghĩa là chuyến giao nhanh (Fast-Handofĩ). FH-Micro xác định thủ tục thiết lập LSP trong một mạng con mà một MN có thê đi vào. Cơ chê này được đưa ra đê giảm hiện tượng rớt dịch vụ bằng cách sử dụng các chức năng lóp liên kết lớp 2.
Biến thể thứ hai được gọi là MPLS di động FC-Micro (gọi tắt là FC- Micro). FC có nghĩa là chuồi chuyến tiếp (Forwarding Chain), là một chuỗi các đường chuyển tiếp. FC-Micro được đưa ra để bám sát host di động trong miền một cách hiệu quả. Cơ chế này phù hợp với môi trường không dây có tỉ lệ di động cao, tại đó các gói tin cần được định tuyến lại một cách nhanh
3.2. Một sô giải pháp liên quan
Trong các mạng IP không dây có một số giải pháp khác nhau về di động Micro, mỗi giải pháp có ưu và nhược điểm của nó.
Cụ thế, co chế đăng ký miền cho IP di động (MIP-RR) đã được đưa ra đế giảm số bản tin báo hiệu cho các mạng thường trú và giảm trễ báo hiệu bằng cách thực hiện đăng ký cục bộ trong mạng miền. MIP-RR dựa trên việc quản lý di động phân cấp. Hầu hết các cập nhật đăng ký trong MIP-RR đều được tạo ra tại HA và kết thúc tại FA Gateway (GFA) của miền (vùng) khách hiện thời. Có thế mở rộng cấu trúc này đế chứa nhiều mức phân cấp của các FA dưới mức GFA. Tuy nhiên, phải sử dụng đường hầm đệ quy, và điều này khiến cho trễ lớn hơn và có ảnh hưởng đến tính linh hoạt của hệ thống.
H-MPLS (Hierarchical-MPLS) và một số cơ chế khác cố gắng cải thiện hiệu suất của MPLS di động bằng cách sử dụng các kiến trúc khác nhau. Mỗi miền MPLS sẽ có một đại diện ngoại miền FDA. FDA này tham gia vào việc hồ trợ di động nội miền. Tuy nhiên những cơ chế này không được đưa vào thực tế vì trễ báo hiệu cho cập nhật vùng có thế sẽ rất lớn. Khi trễ báo hiệu cập nhật vùng lớn sẽ dẫn đến xác suất rớt các dịch vụ (nhất là các dịch vụ thời gian thực) tăng, chi phí cập nhật đăng ký cũng tăng, số gói tin trong luồng bị mất lớn và chất lượng dịch vụ giảm nghiêm trọng. Chú ý rằng các gói tin trong luồng là các gói có thế bị mất trong suốt chu kỳ chuyến giao. Thêm vào đó, với tốc độ di động cao, hiệu suất hệ thống sẽ bị ảnh hưởng nặng nề bởi các đăng ký thường xuyên với FDA, điều này dẫn đến lưu lượng báo hiệu dư thừa và trễ dịch vụ lớn. Hơn nữa, hầu hết các cơ chế này đều coi rằng tất cả các trạm gốc BS là các thiết bị MPLS-aware. Một bất lợi thêm nữa mà chúng ta phải chịu khi thực hiện các cơ chế này là chi phí tăng nhiều và tính phức tạp bên trong mạng MPLS cũng tăng.
Hình 3.1. Kiến trúc của một mạng truy nhập không dây MPLS di động Micro
3.3.1. Thủ tục đăng kỷ trong MPLS di động Micro
Khi một MN di chuyến lần đầu tiên vào miền ngoại trú MPLS Micro di
động, nó sẽ gửi một bản tin Yều cầu đăng ký IP di động đến LER/FA gần nhất.
LER/FA này sẽ ghi lại địa chỉ thuờng trú của MN vào bảng định tuyến của nó và tiếp đó chuyến bản tin đăng ký nói trên đến LERG của miền này. Khi LERG nhận được bản tin đăng ký và biết được địa chỉ RCoA (Regional Care-of-Address), là địa chỉ tưong ứng với địa chỉ IP của LER/FA hiện thời, nó sẽ gửi một bản tin đăng ký đến HA của MN. LERG sử dụng địa chỉ IP của nó giống như địa chỉ CoA (Care-of- Address) đế thực hiện việc đăng ký toàn cục cho di động liên miền. Sau đó, LERG thiết lập một LSP giữa nó và LER/FA hiện thời có RCoA giống như lớp chuyến tiếp tương đương FEC. Cuối cùng, LERG chuyển bản tin trả lời đăng ký, được gửi từ HA, đến MN dọc theo đường LSP đã được thiết lập ở trên. Chú ý rằng các MN cùng nằm trên một mạng con và có liên quan đến các yêu cầu QoS giống nhau thì có thể sử dụng cùng LSP đã được thiết lập.
Bảng 3.1 minh họa bảng nhãn của LERG sau đăng ký. Giả sử rằng, địa chỉ
thường trú của MN là a.b.c.d, CoA của LERG là u.v.g.h và RCoA của LER/FA là
w.x.y.z, Hàng đầu tiên trong bảng 3.1 là nhãn liên kết của LSP được thiết lập từ LERG tới LER/FA. Khi LERG là LSR lối vào đối với LSP này, thì LERG sẽ thay đối hàng trong bảng nhãn của nó bằng cách sử dụng địa chỉ thường trú MN giống LERG có thê chuyên tiếp các gói tin được định sẵn cho địa chỉ thường trú của MN tới vùng hiện thời của nó trong mạng tạm trú. Hình 3.2 minh họa thủ tục đăng ký cho MN trong MPLS Micro di động.
MN LER/FA cũ LER/FA mới LERG HA
Hình 3.2. Đăng ký nút di động trong MPLS Micro di động
3.3.2. Hỗ trợ chuyển giao trong MPLS di động Micro
Trong phần này, trễ chuyển giao được định nghĩa là thời gian trôi qua từ thời điểm sự kiện chuyển giao được phát hiện cho đến thời điểm mạng con mới nhận được gói tin đầu tiên.
Cổng vào Nhãn lối vào FEC Cổng ra Nhãn lối ra
1 5 w.x.y.z — —
giao lớp 2. Mặt khác, chuyên giao ngoài xảy ra khi MN di chuyên giữa hai AP, trong đó AP mới và AP cũ nằm duới các LER/FA khác nhau. Loại chuyến giao này thường là chuyển giao lớp 3 và có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất chuyển giao hơn so với chuyên giao trong LER.
Mỗi khi xảy ra chuyển giao, LER/FA cũ sẽ được thông báo để lưu đệm các gói tin trong luồng lại (In-light). Hoạt động này là chung cho tất cả các biến thể giao thức. Thực tế, để giảm mất gói trong suốt quá trình chuyển giao, cơ chế chuyển giao
dựa vào một khái niệm mới được gọi là trigger lóp 2. Trigger lớp 2 là một báo hiệu
từ lớp 2 đế thông báo với lớp 3 rằng một chuyến giao lớp 2 sắp xảy ra. Khi cường độ báo hiệu nhận được tù’ phía AP hiện thời xuống dưới mức ngưỡng, thì MN gửi một “bản tin báo hiệu di chuyến” cho LER/FA hiện thời, đế thông báo với LER/FA đó rằng một chuyến giao lớp 2 sắp xảy ra. Theo cơ chế này thì ngay khi LER/FA nhận được bản tin báo hiệu, nó sẽ bắt đầu cơ chế bộ đệm.
3.3.2.1. Ch uyên giao trong LER
Khi liên lạc với BS hiện thời bị mất, MN sẽ gửi một bản tin báo hiệu Movement cho LER/FA hiện thời, LER/FA này sẽ khởi tạo cơ chế bộ đệm và lưu trữ các gói tin thuộc cùng một luồng dữ liệu. Sau đó, MN sẽ tìm kiếm giao diện vô