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.
Có hai loại chuyển giao trong mạng truy nhập không dây, đó là: chuyển giao trong LER (Intra-LER) và chuyển giao ngoài LER (Inter-LER) (Gọi tắt là chuyển giao trong và chuyển giao ngoài). Chuyển giao trong xảy ra khi MN di chuyển giữa hai AP
được quản lý bởi cùng một LER/FA. Loại chuyển giao này cơ bản là chuyển giao lớp 2. Mặt khác, chuyển giao ngoài xảy ra khi MN di chuyển giữa hai AP, trong đó AP mới và AP cũ nằm dưới các LER/FA khác nhau. Loại chuyển giao này thường là chuyển giao lớp 3 và có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất chuyển giao hơn so với chuyển 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 lớp 2. Trigger lớp 2 là một báo hiệu từ lớp 2 để thông báo với lớp 3 rằng một chuyển giao lớp 2 sắp xảy ra. Khi cường độ báo hiệu nhận được từ phía AP hiện thời xuống dưới mức ngưỡng, thì MN gửi một “bản tin báo hiệu di chuyển” cho LER/FA hiện thời, để thông báo với LER/FA đó rằng một chuyển 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. Chuyển 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 tuyến cho BS mới. Nếu nó tìm được một giao diện, nó sẽ đăng ký tại lớp 2 với BS đó và đợi bản tin Quảng bá IP di động được gửi từ LER/FA hoặc là nó sẽ phát một bản tin Solicitation
(Bản tin Chào hỏi)IP di động. Trong bất kỳ trường hợp nào, MN cũng sẽ kiểm tra địa chỉ IP của LER/FA. Địa chỉ này phải giữ không đổi so với trước khi chuyển giao trong xảy ra, điều này đảm bảo rằng MN vẫn nằm dưới cùng một mạng con IP. Tiếp đó, MN sẽ phát một bản tin Cập nhật giao diện vùng tới mạng con mà nó thuộc về, vì vậy tất cả các trạm thuộc cùng một mạng con, đặc biệt là LER/FA hiện thời, phải cập nhật cache ARP (bộ nhớ phân giải địa chỉ). Trong trường hợp này, LER/FA hiện thời sẽ dừng cơ chế bộ đệm lại và chuyển tiếp các gói trong luồng được định sẵn cho MN đến
lưu ý rằng, không một bản tin nào được gửi tới LERG để chiếm được đường chung giữa nó và LER/FA. LERG sẽ tiếp tục sử dụng LSP cũ giữa nó và LER/FA hiện thời để gửi các gói tới MN. Bảng 3.2 minh họa bảng nhãn của một LER/FA sau chuyển giao LER nội miền.
Bảng 3.2: Bảng nhãn của một LER/FA sau khi chuyển giao trong LER
Cổng vào Nhãn lối vào FEC Cổng ra Nhãn lối ra
1 5 w.x.y.z --- ---
... ... ... ... ...
3.3.2.2. Chuyển giao ngoài LER
Trong trường hợp của chuyển giao ngoài, khi MN kiểm tra địa chỉ IP của LER/FA (nhận được từ bản tin Quảng bá), nó phát hiện ra rằng địa chỉ này khác với địa chỉ trước đó, điều đó có nghĩa là MN này đã đi vào một mạng con IP mới. Trong, MN sẽ gửi một bản tin Yêu cầu đăng ký tới LER/FA mới và thực hiện các bước giống hệt trong thủ tục đăng ký.
Tại cùng thời điểm gửi bản tin Yêu cầu đăng ký tới LER/FA mới, MN cũng gửi một bản tin Khai báo chuyển giao đến LER/FA cũ (thông qua LER/FA mới). Khi nhận được bản tin Khai báo chuyển giao, LER/FA cũ sẽ dừng cơ chế bộ đệm lại và chuyển tiếp các gói trong luồng (các gói này được định sẵn cho MN) tới mạng con mới. Do vậy, MN có thể nhận các gói tin từ LER/FA cũ (thông qua LER/FA mới) trước khi chuyển giao lớp 3 hoàn thành (ví dụ, trước khi nhận được bản tin Trả lời đăng ký từ LERG). Chú ý rằng không có bản tin nào được gửi tới HA của MN chỉ khi việc đăng ký miền với LERG được yêu cầu.
Bảng 3.3 minh họa bảng nhãn của LERG sau khi chuyển giao ngoài LER. RCoA của LER/FA cũ là w.x.y.z và RCoA của LER/FA mới là p.q.r.s.
Sau khi thiết lập được LSP mới, một hàng mới được chèn vào bảng nhãn của LERG như chỉ ra trong bảng 3.1. Sau khi chuyển giao ngoài hoàn tất, bảng nhãn mới của LERG được chỉ ra trong bảng 3.3, trong đó hàng 3 chỉ ra giá trị liên kết nhãn cho LSP từ LERG đến LER/FA mới. Số cổng đầu ra và giá trị nhãn đầu ra trong hàng thứ hai được thay đổi thành các giá trị tương ứng của hàng thứ ba, vì vậy các gói được định sẵn cho địa chỉ thường trú của MN có thể được gửi lại cho LER/FA mới.
Bảng 3.3: Bảng nhãn của LERG sau khi chuyển giao ngoài LER
Cổng vào Nhãn lối vào FEC Cổng ra Nhãn lối ra
2 --- w.x.y.z 1 7
2 --- a.b.c.d 1 (3) 7 (9)
2 --- p.q.r.s 3 9
... ... ... ... ...
Hình 3.3 dưới đây minh họa thủ tục báo hiệu khi chuyển giao ngoài LER xảy ra trong MPLS di động Micro.
Hình 3.3: Thủ tục chuyển giao ngoài LER trong MPLS Micro di động 3.3.3. Các cơ chế chuyển giao trong MPLS di động Micro
Như đã nói ở trên, MPLS di động Micro đưa ra hai cơ chế hỗ trợ quản lý di động là FH-Micro và FC-Micro. Dưới đây sẽ trình bày cụ thể về hai cơ chế này.
3.3.3.1. Cơ chế chuyển giao nhanh FH-Micro
Mục đích chính FH-Micro là để nhận biết trước chuyển giao ngoài LER lớp 3 bằng cách sử dụng các chức năng lớp 2 và để thiết lập LSP trước khi MN thực sự di chuyển vào một mạng con mới, mục đích này nhằm giảm hiện tượng phá hủy dịch vụ. Trong phần này nghiên cứu hai loại LSP: LSP chủ động và LSP bị động. LSP chủ động là LSP từ LERG đến LER/FA đang phục vụ hiện thời. LSP này thường được sử dụng để truyền dữ liệu. Còn LSP bị động là LSP từ LERG đến mạng con tiếp theo mà MN sẽ di chuyển vào. LSP này thường không được sử dụng cho đến tận khi nó được
FH-Micro sử dụng cơ chế phát hiện sự di chuyển thuộc lớp liên kết để dự đoán miền tiếp theo mà MN có thể đi đến. Như có thể nhìn thấy trong hình 3.4a, khi MN đi vào vùng giao nhau của các tế bào biên thuộc hai mạng con, nó sẽ nhận được một cảnh báo (Beacon) từ AP mới có thể (bước 1). Ngay lập tức, MN thông báo với LER/FA hiện thời về khả năng chuyển giao bằng cách gửi một bản tin báo hiệu Khởi đầu chuyển giao (Handoff initiate), trong đó có chứa địa chỉ MAC của AP mới (bước 2). Chú ý rằng trong trường hợp này, MN chưa được kết nối tới liên kết vô tuyến của mạng con mới và vẫn nằm trong kết nối với AP cũ.
Mỗi LER/FA có một bảng Liên kết hàng xóm chứa các địa chỉ IP và MAC của toàn bộ các AP là hàng xóm của nó. Do đó, khi LER/FA hiện thời nhận được bản tin báo hiệu Khởi đầu chuyển giao, nó sẽ nhìn vào bảng Liên kết hàng xóm của mình để lấy ra địa chỉ IP của LER/FA mới và sau đó thông báo với LERG về hoạt động chuyển giao có thể xảy ra (bước 3a). Ngay lập tức, LERG khởi đầu thủ tục thiết lập LSP với LER/FA mới trước khi chuyển giao lớp 3 xảy ra (ví dụ, trước khi MN nhận được bản tin quảng bá IP di động từ FA mới). Điều này có nghĩa là, FH-Micro sẽ tái thiết lập một LSP thụ động bổ sung giữa LERG và mạng con mới mà MN có thể đi vào (bước
4). Cùng thời điểm của bước 3a, LER/FA thông báo cho MN biết về địa chỉ RCoA
mới (địa chỉ IP của LER/FA mới) bằng cách sử dụng bản tin báo hiệu Quảng bá hàng xóm (Neighbor Advertisement) (bước 3b). Do vậy, MN có thể bắt đầu thủ tục đăng ký với LERG trước khi nhận được bản tin Quảng bá IP di động mới từ FA mới. Chú ý rằng việc đăng ký của MN với LERG chỉ được khởi tạo khi chuyển giao lớp 2 được thực hiện. Cụ thể, chuyển giao lớp 2 được khởi đầu bởi MN khi cường độ báo hiệu nhận được từ phía AP hiệu thời xuống dưới mức ngưỡng.
Hình 3.4a: Hoạt động của FH-Micro trước chuyển giao
Hình 3.4b dưới đây minh họa hoạt động FH-Micro trong quá trình chuyển giao.
Hình 3.4b: FH-Micro trong quá trình chuyển giao
hình 3.4b, bước 1). Khi chuyển giao lớp 2 đã hoàn tất thì chuyển giao lớp 3 được khởi đầu bởi MN, thậm chí trước khi MN nhận được bản tin quảng bá IP di động từ FA mới nếu MN hoàn toàn có thể nhận biết được RCoA mới (bước 2). FA mới chuyển bản tin
Yêu cầu đăng ký IP di động tới LERG (bước 3a) và thông báo với LER/FA cũ về sự
kiện chuyển giao này (bước 3b). Ngay khi LERG nhận được Yêu cầu đăng ký IP di
động, nó kích hoạt LSP bị động đã được tái thiết lập và lưu lượng sẽ được phân phát
thông qua LSP này (bước 4a). Mặt khác, khi LER/FA được thông báo về việc chuyển giao, thì các gói tin trong luồng được chuyển tiếp tới MN thông qua FA mới (bước 4b). Bằng cách sử dụng cơ chế chuyển giao nhanh, chúng ta có thể cải thiện hiệu suất chuyển giao của MPLS di động Micro và giảm hiện tượng phá hủy dịch vụ.
3.3.3.2. Cơ chế chuỗi chuyển giao: FC-Micro
Biến thể thứ hai được đưa ra để điều khiển tính di động cục bộ một cách hiệu quản được gọi là MPLS di động FC-Micro. Cơ chế này được dựa trên khái niệm chuỗi chuyển tiếp (một tập các đường chuyển tiếp). Trong kỹ thuật này, mỗi thời điểm mà MN di chuyển vào một mạng con mới thì RCoA được đăng ký với LER/FA cũ thay vì đăng ký với LERG, như chỉ ra trong hình 3.5. Bằng thủ tục này, LSP hiện thời giữa LERG và mạng con cũ sẽ được mở rộng từ FA cũ tới FA mới. Kết quả là một chuỗi chuyển tiếp các FA sẽ được tạo ra cho mỗi MN. Để làm được điều này, mỗi MN phải duy trì một bộ đệm để lưu trữ các địa chỉ IP của các LER/FA khách. Các gói tin di chuyển đến MN này sẽ bị FA đầu tiên trong chuỗi chặn lại (được gọi là FA chủ), tận dụng ưu điểm của LSP hiện thời giữa LERG và LER/FA chủ, và sau đó được chuyển đi dọc theo chuỗi FA tới MN. Dễ dàng nhận thấy rằng một cơ chế như thế này có thể gây ra trễ không mong muốn do chuỗi FA dài.
Để tránh chuỗi chuyển tiếp dài, chúng ta thiết lập một ngưỡng độ dài ký hiệu là Lth (chỉ thị số lần dịch chuyển). Khi đạt được đến ngưỡng, MN sẽ đăng ký với LERG và xóa toàn bộ địa chỉ trong bộ đệm của nó. Nghĩa là chuỗi chuyển tiếp MN sẽ được làm mới và LER/FA khách mới trở thành FA chủ mới. Chú ý rằng cơ chế này cho phép giảm đáng kể các bản tin cập nhật đăng ký được gửi bởi MN tới LERG. Các đăng ký LERG này được thay thế bởi các cập nhật chuỗi chuyển tiếp đơn giản (các cập nhật cục bộ). Hơn nữa, cơ chế như thế này sẽ phù hợp với các MN có tính di động cao, tại đó các gói dữ liệu cần được chuyển tiếp nhanh chóng tới các vùng mới của chúng.
Hình 3.5: Hoạt động của FC-Micro
Hoạt động cơ bản của cơ chế MPLS di động FC-Micro được miêu tả trong hình 3.5. Trong trường hợp này, MN di chuyển từ mạng con 1 đến mạng con 4. Giả sử rằng ngưỡng độ dài của chuỗi chuyển tiếp là 3. Khi MN di chuyển đến mạng con 2, nó sẽ đăng ký RCoA mới tại LER/FA1 trước đó, chính là LER/FA chủ. Tương tự khi MN di chuyển vào mạng con 3, nó thông báo RCoA mới cho LER/FA2 trước đó. Trong trường hợp này, các gói dữ liệu của MN sẽ bị chặn lại bởi LERG và được gửi tới LER/FA chủ bằng cách sử dụng LSP hiện thời giữa LERG và LER/FA1. Sau đó, các gói tin sẽ được chuyển tiếp dọc theo chuỗi FA đến MN. Nhờ vậy, chi phí cập nhật vùng giảm đi nhiều vì khoảng cách giữa hai LER/FA lân cận thường ngắn hơn khoảng cách giữa một LER/FA và LERG. Ngưỡng độ dài chuỗi chuyển tiếp đạt được khi MN đăng ký với LERG và cập nhật RCoA mới của nó tới gốc của miền. Cùng thời điểm đó, LER/FA4 mới trở thành FA chủ của chuỗi chuyển tiếp tiếp theo. Cơ chế MPLS di động FC-Micro có thể được miêu tả bởi mã giả như sau.
%Các thủ tục đăng ký vùng
Khởi tạo i=0;
IF (Địa chỉ này có sẵn trong bộ đệm)
Lấy ra từ bộ đệm hàng (rg) của mạng con này;
i=rg;
ELSE
Ghi lại địa chỉ LER/FA mới vào bộ đệm;
i=i+1;
ENDIF IF (i<Lth)
LER/FA mới đăng ký với LER/FA cũ; ELSE
LER/FA mới đăng ký với LERG;
MN thông báo với LER/FA cũ về chuyển giao; Xóa toàn bộ các địa chỉ trong bộ đệm;
i=0;
ENDIF ENDIF
%Các thủ tục phân phát gói tin
IF (Các gói tin của MN bị chặn lại bởi LERG)
Chuyển mạch các gói tin đến LER/FA chủ bằng cách sử dụng hoán đổi nhãn;
IF (LER/FA không phải là LER/FA đang phục vụ MN)
Chuyển mạch lại các gói tin đến LER/FA tiếp theo của chuỗi chuyển tiếp;
ENDIF
LER/FA đang phục vụ hiện thời xóa bỏ nhãn và gửi các gói tin đến MN; ENDIF
3.3.4. Phân tích và ước lượng hiệu suất
Phần này phát triển các mô hình phân tích để có được hiệu suất chuyển giao, hiệu suất sử dụng liên kết và hàm chi phí cập nhật đăng ký của hai cơ chế FH-Micro và FC-Micro so với các cơ chế: FMIP, MIP-RR, MPLS di động và H-MPLS.
Đối với mô hình phân tích đơn giản, xét một cây nhị phân đầy đủ với LERG là gốc, như chỉ ra trong hình 3.6.
Hình 3.6: Cây nhị phân đầy đủ độ sâu ℓ của một mạng truy nhập
Độ sâu ℓ của một cây nhị phân có N node là [log2N] +1. Điều đó có nghĩa là,
một cây nhị phân đầy đủ có độ sâu ℓ thì có 2ℓ-1 node (bao gồm cả LERG, LSR và LER/FAs), ℓ ≥1, và số mạng con hay số node nhánh (LER/FA) là 2ℓ-1. Thêm nữa, giả sử rằng khả năng di động của các node di động bị giới hạn về hai hướng (hướng tiến và hướng lùi). Điều này có nghĩa là một MN nằm trong mạng con i, chỉ có thể di chuyển tới hai mạng con lân cận là i+1 hoặc i-1 với xác suất bằng nhau p (p=1/2).
Dưới đây là các tham số sẽ được sử dụng trong phần phân tích này.
Các tham số:
ts: Thời gian kết nối phiên trung bình
tr: Thời gian cư trú FA trung bình
Tad: Khoảng thời gian cho một FA gửi các quảng bá
Nh: Số chuyển giao trung bình trong một phiên (ví dụ: Nh=ts/tr)
Nf: Số lần thay đổi chuỗi chuyển tiếp trong một phiên (ví dụ: Nf=Nh/Lth)
Bw: Băng thông của liên kết có dây.
Bwl: Băng thông của liên kết không dây.
Lw: Trễ của liên kết có dây (trễ truyền dẫn)
λ: Tốc độ truyền dẫn gói đường xuống.
su: Kích thước trung bình của một bản tin báo hiệu cho cập nhật đăng ký
sl: Kích thước trung bình của một bản tin nhãn cho thiết lập LSp
hx-y: Số hop trung bình giữa x và y trong mạng có dây
Cfn: Chi phí cập nhật vùng giữa một FA và HA (hop×kích thước bản tin)
Cfg: Chi phí cập nhật vùng giữa một LER/FA với LERG (hop×kích thước bản
tin)
Cff: Chi phí cập nhật vùng giữa hai LER/FA lân cận (hop×kích thước bản tin)
lfh: Tải lưu lượng có liên quan đến thủ tục thiết lập LSP giữa một FA và HA