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 khiển di động sẽ được nói đến trong phần tiếp theo. Chúng ta xét trường hợp 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 thể là RSVP hoặc LDP. Xét thấy tính nổi trội của RSVP trong môi trường hiện nay, chúng ta sử dụng RSVP là giao thức báo hiệu thiết lập đường.
Hình 2.12: Thiết lập đường chuyển 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.
Chuyển mạch di động, là thiết bị đang chạy giao thức định tuyến, duy trì cấu hình mạng và có đủ khả năng để 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 bằng tải đều được thực hiện trong mạng... Thông tin này được chuyển mạch di động sử dụng để báo hiệu cho các node đường lên trên đường dẫn để thiết lập nhãn cho đến tận node đích B.
Khi node đích đáp lại bằng bản tin RESV RSVP thì mỗi node đường xuống trong đường dẫn sẽ ghi lại nhãn này và tạo một thực thể chuyển tiếp nhãn. Khi node chuyển 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 chuyển 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 thể 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.
2.2.6.2. Điều khiển di động sử dụng MPLS
Trong mạng di động, cả node nguồn và node đích đểu có thể di chuyển, di chuyển 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 chuyển mạch di động này đến một chuyển mạch di động khác, hoặc (4) từ một mạng này sang một mạng khác.
Trong trường hợp 1, trạm gốc có thể vẫn giữ lại các nhãn đã được thiết lập giữa node di động và trạm gốc, và do đó có thể có rất ít gói bị mất. Trong trường hợp 2, khi mà đường dẫn được thiết lập trước đó (vượt ra khỏi phạm vi của chuyển mạch di động nguồn (đích)) vẫn không bị thay đổi thì cần phải thiết lập lại các đường dẫn từ chuyển mạch di động đến node di động thông qua một trạm gốc mới. Trong trường hợp 3, chuyển mạch di động cũ có thể 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 chuyển, tất cả các giao dịch nói trên chỉ cần diễn ra ở phía đích. Khi node đích di chuyển từ một FA này đến một FA khác, node này có thể 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 dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối giữa các node di động.
Không giống như IP di động cổ điển, node nguồn không cần phải biết địa chỉ IP 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 để tái đinh tuyến. Điều này có ưu điểm cực kỳ lớn cả về mặt duy trì chất lượng dịch vụ và mặt đẩy lên mạng hầu hết các luồng lưu lượng không được tái định tuyến.
2.3. Kết luận chương 2
Chương 2 đã đưa ra các vấn đề của IP di động hiện nay và giải pháp cho nó chính là MPLS trong môi trường không dây di động. Các vấn đề kỹ thuật của WMPLS đã được đưa ra như: Cấu trúc gói tin, giao thức định tuyến, mô hình mạng, phổ tần và thủ tục chuyển giao nói chung trong WMPLS. Phần tiếp của đồ án này sẽ trình bày một cơ chế quản lý di động cho WMPLS. Đó là cơ chế quản lý di động siêu nhỏ MPLS di động Micro.
CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WMPLS
Một trong những thách thức lớn cho các hệ thống di động thế hệ sau có liên quan đến vấn đề quản lý di động sao cho hiệu quả nhất có thể. Trong chương này sẽ đưa ra một cơ chế quản lý di động mới, được gọi là MPLS di động Micro, cơ chế này hỗ trợ cả quản lý di động lẫn QoS trong các mạng không dâyWMPLS.
3.1. Giới thiệu
Các bộ điều khiển di động đang hướng tới các mạng thế hệ ba và các mạng xa hơn nữa để hỗ 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 để 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 nhờ đó có thể chuyển giao các người dùng tại bất kỳ thời điểm nào.
IP di động là một chuẩn được đưa ra bởi IETF, nó có thể đáp ứng nhu cầu quản lý di động cơ bản trong các mạng không dây dựa trên IP. Về việc cung cấp tài nguyên, có ba kiến trúc khác nhau cung cấp các tài nguyên mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong Internet là: Các dịch vụ tích hợp-Intserv, Các dịch vụ phân biệt-Diffserv và chuyển mạch nhãn đa giao thức. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
IP di động định rõ một cơ chế cho phép một MN thay đổi điểm tham gia vào mạng mà không phải thay đổi địa chỉ IP của nó. Cả IPv4 và IPv6 đều được thảo luận bởi IETF. Mặc dù nghiên cứu trong phần này được dựa trên IPv4 di động, nhưng những thay đổi tương tự có thể được thực hiện trong IPv6.
Trong IP di động, một MN được ấn định một địa chỉ cố định trong mạng thường trú của nó, và sẽ mượn một địa chỉ tạm thời CoA trong bất kỳ mạng tạm trú nào. Đại diện thường trú HA trong mạng thường trú của MN sẽ duy trì ánh xạ giữa địa chỉ thường trú và CoA. CoA thường là địa chỉ IP của đại diện ngoại trú FA trong mạng ngoại trú hiện thời.
Các gói tin (được gửi từ một node trung chuyển CN trong mạng Internet và được định tới một MN) đầu tiên bị chặn lại bởi HA của MN, và sau đó được gửi qua đường hầm đến FA đang phục vụ hiện thời bằng cách sử dụng CoA của MN. Đường
định tuyến này sẽ làm tăng chi phí phân phát gói tin và hầu hết bị chỉ trích giống như một vấn đề định tuyến tay ba. Hơn nữa, IP di động còn có những vấn đề khác nữa như trễ chuyển 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 đẩy một vài tổ chức sử dụng kỹ thuật này trong hạ tầng không dây. Trong thực tế, bằng cách sử dụng các đường hầm MPLS được gọi là các đường chuyển 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 điểm thay đổi nhãn tại một node đơn trong mạng.
Việc thiết kế và tích hợp quản lý di động và cung cấp QoS 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. Đề xuất này bao gồm hai biến thể 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 chuyển giao nhanh (Fast-Handoff). FH-Micro xác định thủ tục thiết lập LSP trong một mạng con mà một MN có thể đi vào. Cơ chế này được đưa ra để giảm hiện tượng rớt dịch vụ bằng cách sử dụng các chức năng lớp liên kết L2.
Biến thể thứ hai được gọi là MPLS di động FC-Micro (gọi tắt là FC-Micro). FC
có nghĩa là chuỗi chuyển 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 chóng đến các vùng mới của chúng. Để đánh giá hiệu quả của các cơ chế này, chương 3 này đưa ra các kết quả phân tích về các tham số
chi phí báo hiệu, chi phí sử dụng liên kết và hiệu suất chuyển giao. Các kết quả bằng
số và mô phỏng cho thấy những đề xuất nói trên có thể giảm đáng kể chi phí cập nhật đăng ký và hỗ trợ trễ chuyển giao thấp và tỉ lệ mất gói thấp khi đem so sánh với các cơ chế khác hiện nay (như FMIP, MIP-RR. MPLS di động, và H-MPLS).
3.2. Một số 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 thể, cơ chế đăng ký miền cho IP di động (MIP-RR) đã được đưa ra để giảm số bản tin báo hiệu cho các mạng thường trú và giảm trễ báo hiệu bằng cách thực hiện
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 thể mở rộng cấu trúc này để 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.
Một giải pháp khác là cơ chế quản lý vùng miền phân tán cục bộ. Mục đích của cơ chế này là để giảm toàn bộ chi phí báo hiệu. Giả sử rằng mỗi FA có chức năng của cả FA và GFA. Tuy nhiên, giả sử này là phi thực tế. Hạn chế của phương pháp này khả năng ứng dụng bị giới hạn. Chú ý cơ chế này có thể được xem là một mở rộng của giao thức đăng ký miền IETF.
Cơ chế có liên quan nữa là cơ chế chuyển giao nhanh cho IP di động. Cơ chế này có tên viết tắt là FMIP (Fast-handoff for Mobile IP). FMIP cho phép một MN có thể nhanh chóng phát hiện ra rằng nó đã di chuyển vào một mạng con mới và nhận dữ liệu ngay khi sự tham gia vào mạng của nó được phát hiện bởi một Router truy nhập mới. Cơ chế này mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng thời gian thực và các ứng dụng nhạy cảm về QoS. Tuy nhiên chi phí cập nhật vùng trong FMIP có thể rất lớn, đặc biệt đối với các node di động có khả năng di động tương đối cao và khoảng cách dài đối với các HA.
MPLS di động là cơ chế tích hợp IP di động với các giao thức MPLS. Cơ chế này nhằm mục đích cải thiện khả năng xử lý chuyển tiếp dữ liệu IP di động bằng cách chuyển yêu cầu về đường hầm IP từ Đại diện thường trú sang Đại diện ngoại trú nhờ sử dụng các đường chuyển mạch nhãn LSP. Tuy nhiên một cơ chế như thế này không có khả năng ứng dụng cho di động Micro khi mà phạm vi của IP di động được dịch