Hai giao thức được sử dụng trong mạng MPLS là giao thức phân bổ 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 đổi 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) để định nghĩa người sử dụng đầu cuối và giao thức RSVP mở rộng (E-RSVP) để thiết lập LSP.
Dưới đây sẽ trình bày về các mở rộng cho mỗi giao thức này.
2.2.3.1. Mở rộng cho CR- LDP
Cờ (2 bit) Nhãn (18 bit) CoS (3 bit) S (1 bit) TTL (8 bit) Control (8;16) CRC(8)
Phần mở rộng cho CR-LDP cần có các thông tin về CoS và tính di động để 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 để chứa thông tin kênh từ liên kết không dây. 0 Label Request (0x0401) (15 bits) Độ dài bản tin (2bytes) Message ID(4bytes) FEC TLV LSPID TLV (CR-LDP, bắt buộc) Traffic TLV (CR-LDP, tùy chọn)
Hình 2.3a: Mở rộng cho bản tin yêu cầu nhãn CR-LDP
0 Label Request (0x0400) (15 bits) Độ dài bản tin (2bytes) Message ID(4bytes) FEC TLV Label TLV
Label Request Message ID TLV Traffic TLV (CR-LDP, tùy chọn)
Hình 2.3b: Mở rộng cho bản tin liên kết nhãn CR-LDP
Trong CR-LDP, hệ thống không dây có thể thiết lập một LSP để hỗ 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 các dịch vụ LSR là CDR (Committed Data Rate), CBS (Committed Burst Size), PDR (Peak Data Rate), và PBS (Peak Burst Size). Trong các trường hợp mà FEC được sử dụng để 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.
2.2.3.2. Mở rộng cho RSVP
Phần mở rộng thêm cho RSVP được đưa ra để hỗ trợ cho việc định tuyến hiện LSP (ER-LSP). Khi giao thức RSVP được sử dụng để hỗ trợ việc thiết lập LSP WMPLS, thì cần phải tiến hành sửa đổi và bổ sung cho giao thức này để đáp ứng được những yêu cầu về điều khiển lưu lượng. Những sửa đổi và bổ sung chính rơi vào các vùng có thêm các tính năng điều khiển 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 thể thực hiện định tuyến
từng chặng để quyết định xem gửi bản tin PATH tới đâu. Do đó, RSVP cũng hỗ 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 hình 2.4b. Tiêu đề chung Session RSVP_HOP TIME-VALUE LABEL_REQUEST Các trường tùy chọn khác Sender Descriptor
Hình 2.4a: Khuôn dạng của bản tin PATH
Tiêu đề chung Session RSVP_HOP TIME-VALUE
STYLE flow descriptor list
Hình 2.4b: Khuôn dạng của bản tin RESV
Reserved (2 byte)
L3ID (2 byte)
Hình 2.5: Khuôn dạng của LABEL_REQUEST
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. Nếu những thay đổi thích hợp 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 thể 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 thể được sửa đổi để chứa các tham số lưu lượng và thông tin nhãn chuyển giao phản hồi về trạm gốc của mạng không dây.
Hình 2.6 dước đây đưa ra các thực thể trong SESSION của giao thức RSVP. Địa chỉ con trỏ cuỗi đường hầm IPv4 (4 byte)
ID của đường hầm mở rộng (4 byte)
Ơ
Hình 2.6a: Thực thể SESSION trong đường hầm LSP_IPv4
Địa chỉ con trỏ cuỗi đường hầm IPv6 (16 byte) Reserved (2 byte) ID của đường hầm (2 byte)
ID của đường hầm mở rộng (16 byte)
Hình 2.6b: Thực thể SESSION trong đường hầm LSP_IPv6 2.2.4. Lựa chọn phổ tần cho WMPLS
Như đã nói ở trên, WMPLS là dạng mở rộng của MPLS có dây, nhưng nó sử dụng các bước sóng vô tuyến mở thay vì sử dụng cáp.
Tại Hoa Kỳ, Cục quản lý tần số FCC đã quy định các tần số/bước 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 từ 18 đến 31 GHz. Ở các tần số cao hơn thì băng thông khả dụng lớn hơn vì khi này tốc độ truyền dẫn sẽ nhanh hơn. Những tần số cao có độ rộng phổ hẹp hơn và có tính động hơn so với các tần số thấp. Do đó, điều khiển truyền dẫn trong WMPLS được thực hiện dễ dàng hơn.
WMPLS kết nối trực tiếp với phần băng tần đã được ấn định bằng cách sử dụng các mặt phẳng quản lý và mặt phẳng điều khiển 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 thể hỗ trợ QoS cùng mức so với MPLS có dây.
Các hệ thống phổ 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 phổ tần. Có ba hệ thống phổ tần được đưa ra dưới đây:
UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) hoạt động không có giấy phép tại dải tần 2,4GHz và 5,8GHz. Nó ít tốn kém hơn so với các dạng phổ tần khác nhưng lại nhạy cảm với nhiễu. Nhiễu sẽ gây ra mất gói và độ tin cậy thấp.
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service) hoạt động tại tần số 2,5GHz. Nó hỗ trợ dịch vụ đa điểm, trong đó các người dùng truy nhập vào cùng một trạm gốc và chia sẻ băng thông từ cùng một cột thu phát như chỉ ra trong hình 2.7. Nhược điểm của MMDS là cần phải có tầm nhìn thẳng 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 hơn đối với các ứng dụng mức cao và băng thông rộng hơn, nhưng 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 điểm khác của LMDS là nó nhạy cảm với thời tiết và hạn chế về khoảng cách (xấp xỉ khoảng 3,2 km tính từ trạm gốc).
Hình 2.8: Cấu trúc mạng LMDS với nhiều anten bao phủ một vùng (có hơn một cột thu phát)
Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC)
Mặc dù mạng không dây có nhiều ưu điểm, nhưng chúng ta không thể quên rằng tỉ lệ lỗi bit của môi trường không dây cao; do đó cần thực hiện điều chỉnh lỗi ở mức độ cao hơn để có được độ tin cậy ổn định như mong muốn. Để giảm thiểu những thay đổi của môi trường không dây, cần phải sử dụng lớp MAC, và để 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 và lớp vật lý không dây.
2.2.5 Kỹ thuật WMPLS
WMPLS sử dụng giao thức hôi tụ truyền dẫn (TCP) để có thể thiết lập và giải phóng các kết nối, và để xóa bỏ cũng như tái thiết lập các kết nối khi các đầu cuối di động di chuyển. Khi này cần có sự quản lý cục bộ và một kiến trúc mạng vững chắc.
Để có thể thực hiện được WMPLS thì cần phải có một vài những thay đổi về mặt kỹ thuật. Những thay đổi này bao gồm: quản lý cục bộ, định tuyến, chuyển giao lưu lượng không dây động, và một vài thay đổi về kiến trúc mạng.
Quản lý 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 dùng và cung cấp dịch vụ cho các người dùng đó.
Để định vị một đầu cuối di động, mạng có thể xác định vùng định tuyến RA phục vụ đầu cuối đó thay vì tìm tất cả các trạm gốc có thể phải phục vụ đầu cuối đó.
Tất cả những gì cần thiết để xác định thành công một đầu cuối di động là cập nhật những thay đổi xảy ra trực tiếp với RA. Mỗi đầu cuối di động (host) sẽ được hỗ trợ bởi một đại diện thường trú HA. HA chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của đầu cuối (vị trí vùng). Để 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
Để giải quyết vấn đề di chuyển của đầu cuối di động, cần thực hiện ba bước 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: chuyển 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 chuyển giao trong WMPLS
Trong một mạng truyền thông di động, các Host di động (MHs) tiếp tục di chuyển 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 đổi 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 chuyển 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. Để có thể phân phát gói tin theo chuỗi 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 chuyển 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 trong LDP) tới BS2, yêu cầu kết nối tới LSR A. Khi MSO 1A là MSO kết nối trực tiếp với BS2, nó sẽ nhận bản tin PATH này (hoặc bản tin Yêu cầu nhãn trong LDP). Khi MSO 1A phát hiện ra rằng MSO GW là node chung tại đó các đường LSP gặp nhau, thì MSO 1A này sẽ chọn ra một đường để đến được MSO GW, ví dụ như: MSO 1A 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 1A 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 chuyển đi thông qua đường mới vừa được thiết lập, phần đường cũ từ MH qua BS1 đến MSO GW (MHBS1 MSO 1 MSO 2 MSO 2.1 MSO 2.2 MSO GW) chỉ ra trên hình 2.10 là đường đứt nét.
2.2.6. 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 cơ bản trong MPLS di động
Hình 2.10 chỉ ra một mô hình đơn giản của một mạng di động với các nhãn được phân bổ giữa một node trung chuyển và node di động đích trong một mạng ngoại trú. Hình này chỉ ra một ví dụ về vị trí mà các host di động đang tham gia trực tiếp vào mạng chuyển mạch nhãn. 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 chuyển mạch nhãn dễ hơn một chút so với phương pháp hướng điều khiển (control-driven), trong đó cần phải có các giao thức định tuyến.
Hình 2.11: Mạng di động MPLS
Khi node di động bắt đầu quá trình thiết lập đường dẫn, theo phương pháp hướng điều khiển, 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 điểm của các giao thức định tuyến là rất cần thiết. Do đó, các giao thức định tuyến được chạy tại các trung tâm chuyển mạch di động và trên các giao diện liên mạng (giữa các mạng di động và không di động).
Nghiên cứu hoạt động chuyển tiếp IP, các đường chuyển mạch nhãn có thể 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 có
thể được gán vào các đường chuyển mạch nhãn khác nhau dựa trên địa chỉ IP đích của chúng và tiêu chuẩn khác như các thuộc tính QoS.
Bất kỳ khi nào một node di động muốn thiết lập một đường chuyển mạch nhãn, thì một node chuyển mạch di động trong khu vực thường trú sẽ cung cấp 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.
Chuyển 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 chuyển mạch di động) chỉ cần thực hiện thao tác thứ hai, ánh xạ nhãn vào chặng tiếp theo và thực hiện chuyển dịch nhãn thích hợp.
2.2.6.1. 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 đổi và sụp đổ của một LSP. Vấn đề điều