Proxy MIPv6 và ứng dụng trong quá trình chuyển giao trong mạng di đông 3g WCDMA UMTS

Ngoài ra, sự bùng nổ về người sử dụng trên mạng Internet cũng khiến cho chúng ta phải đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng nếu chỉ sử dụng 32 bit địa chỉ của giao thức

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

HÀ NỘI - 2012

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ NHẬT THĂNG

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI MỞ ĐẦU

Mặc dù Internet đã phát triển với tốc độ rất nhanh, tuy nhiên nó vẫn không thể bắt kịp với nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều Hơn nữa, khách hàng trông đợi nhiều hơn ở Internet, không chỉ các dịch vụ truyền thống Mạng Internet hiện tại chủ yếu cung cấp các ứng dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET Mạng Internet ngày nay cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, có kế hoạch điều khiển nghẽn mạch linh hoạt và các đặc điểm bảo mật Ngoài ra, sự bùng nổ

về người sử dụng trên mạng Internet cũng khiến cho chúng ta phải đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng nếu chỉ sử dụng 32 bit địa chỉ của giao thức

IP phiên bản 4 Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động, nhu cầu truy cập Internet mọi lúc, mọi nơi đòi hỏi không gian địa chỉ Internet phải được mở rộng hơn nữa Những hạn chế đó đã thúc đẩy sự nghiên cứu phát triển cho một mạng Internet thế hệ mới trên toàn thế giới Với việc sử dụng PMIP - MIP Đại diện, các máy chủ có thể thay đổi địa chỉ của tập tin đính kèm vào Internet mà

không cần thay đổi địa chỉ IP.Không giống như MIP, chức năng này được thực hiện bởi mạng quản lý, nó sẽ có trách nhiệm theo dõi các chuyển động của máy chủ và bắt đầu tín hiệu yêu cầu khi máy chủ có thay đổi Tuy nhiên, trong trường hợp liên quan đến các giao diện mạng khác nhau, máy chủ cần sửa đổi tương tự như MIP để duy trì cùng một địa chỉ IP trên giao diện khác nhau Đây là một giao thức quản lý tính di động được tiêu chuẩn hóa bởi IETF và được xây dựng trên công nghệ truy cập của mạng di động như WiMAX, 3GPP, 3GPP2 và WLAN

Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS, khi đó PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái mới và không gián đoạn kết nối khi chuyển giao

Về nội dung, luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung về Proxy Mobile IP Chương 2: Giới thiệu về Proxy Mobile IPv6 Trình bày về thành phần, hoạt động của PMIPv4, điểm nổi bật của PMIPv6, đồng thời cũng trình bày về thành phần và hoạt động của PMIPv6

Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS Tính toán ước lượng độ trễ chuyển giao, so sánh khi sử dụng PMIPv6 với các giao thức khác Đánh giá khả năng sử dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS

Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo,TS Lê Nhật Thăng đã tận tình hướng dẫn và cung cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn này

vụ thuận tiện cho họ khi di chuyển.Mobile IP hoạt động ở lớp mạng, ảnh hưởng đến việc định tuyến các gói tin và có thể dễ dàng xử lý tính di động giữa các phương tiện truyền thông

1.1 CÔNG NGHỆ INTERNET VÀ GIAO THỨC IP

Về mặt công nghệ, mạng Internet kết nối các máy tính và các mạng với nhau sử dụng bộ giao thức TCP/IP Đây là một bộ giao thức nổi tiếng được sử dụng rất phổ biến Hiện nay mạng Internet đang sử dụng giao thức IPv4 IP là một giao thức không liên kết hoạt động ở tầng

mạng, nó cung cấp khả năng truyền các gói tin giữa các máy tính trên mạng Internet Giao thức IP được hỗ trợ bởi rất nhiều các giao thức lớp dưới như ATM, Frame Relay, ISDN, Ethernet và Token Ring Mặc dù TCP và IP được phát triển để cung cấp phương tiện truyền tải trên mạng, nhưng sau đó một số giao thức tầng ứng dụng đã được thêm vào TCP/IP để cung cấp các dịch vụ như email, Web Internet nhanh chóng được thương mại hoá sau khi

có sự xuất hiện của World Wide Web Số lượng nhà cung cấp phần mềm, thiết bị Internet, các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) ngày càng nhiều Thương mại điện tử đang là lĩnh vực phát triển nhất trong nền kinh tế Internet Số lượng người sử dụng Internet đang tăng rất nhanh

Mặc dù Internet đã phát triển với tốc độ rất nhanh, tuy nhiên nó vẫn không thể bắt kịp với nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều Hơn nữa, khách hàng trông đợi nhiều hơn ở Internet, không chỉ các dịch vụ truyền thống Mạng Internet hiện tại chủ yếu cung cấp các ứng dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, mail, truy nhập từ xa qua TELNET Mạng Internet ngày nay cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, có kế hoạch điều khiển nghẽn mạch

linh hoạt và các đặc điểm bảo mật Ngoài ra, sự bùng nổ

về người sử dụng trên mạng Internet cũng khiến cho chúng ta phải đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng nếu chỉ sử dụng 32 bit địa chỉ của giao thức

IP phiên bản 4 Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị di động, nhu cầu truy cập Internet mọi lúc, mọi nơi đòi hỏi không gian địa chỉ Internet phải được mở rộng hơn nữa Những hạn chế đó đã thúc đẩy sự nghiên cứu phát triển cho một mạng Internet thế hệ mới trên toàn thế giới

Trong mạng Internet truyền thống (IPv4), mỗi node mạng có một địa chỉ IP duy nhất xác định điểm kết nối với mạng Do vậy để nhận được thông tin, nó phải được đặt tại mạng tương ứng với địa chỉ đó Điều này gây ra hạn chế cho các đối tượng sử dụng đầu cuối có khả năng di động, mỗi khi đến một điểm truy cập mới phải thay đổi thông tin

về cấu hình IP Để giải quyết được thực trạng này, giao thức Mobile IP đã ra đời

1.2 TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP

1.2.1 Sự cần thiết của Mobile IP

Nếu node di chuyển, nó phải đăng ký địa chỉ IP khác, hoặc việc gửi gói tin phải thực hiện theo tuyến định

trước Cả hai giải pháp này đều không thể chấp nhận được Giải pháp đầu tiên làm cho node không thể duy trì được các kết nối lớp transport và các lớp cao hơn, phải gián đoạn thông tin; trong khi giải pháp thứ hai lại làm tăng đáng kể lưu lượng trên mạng, và vấn đề sử dụng tuyến đường đặc biệt như vậy không thể có được quy mô sử dụng rộng rãi Mobile IP giải quyết vấn đề di động bằng cách quản lý tương quan giữa địa chỉ nhà tĩnh và địa chỉ thay đổi của node di động (còn gọi là CoA) khi chúng ra khỏi mạng nhà Lớp transport cũng như là các lớp cao phía trên tiếp tục sử dụng địa chỉ nhà và cho phép chúng “phớt lờ” sự chuyển động đang xảy ra, tức là sự chuyển động của node di động được xem như trong suốt

Mobile IPv6 về cơ bản kế thừa các phần tử cấu trúc

và nguyên tắc hoạt động của Mobile IPv4 Tuy nhiên do được tích hợp hoàn toàn với giao thức IP nên nó có những cải thiện đáng kể so với phiên bản truyền thống Đó là việc

sử dụng các tác nhân ngoài không còn cần thiết nữa Với không gian địa chỉ rộng lớn, node di động (MN) dễ dàng nhận được một địa chỉ CoA đồng vị ở mạng ngoài thông qua các tính năng Neighbor Discovery hay Address Auto

 Node di động (MN): là một host hay router thay đổi

điểm kết nối từ một mạng này đến một mạng khác Node

di động trong Mobile IP có khả năng chuyển vị trí mà vẫn giữ nguyên địa chỉ IP Vì vậy, nó sẽ duy trì liên lạc với các node khác trong mạng từ bất kỳ vị trí nào chỉ với một địa chỉ IP duy nhất

 Tác nhân nhà (Home Agent - HA): là một router

tại mạng nhà của node di động làm nhiệm vụ truyền theo đường hầm các gói tin tới node di động khi nó ở nơi khác,

nó cũng lưu giữ thông tin về vị trí hiện tại của node di động

 Tác nhân ngoài (Foreign Agent - FA): là một

router tại mạng nơi node di động chuyển tới, nó cung cấp dịch vụ định tuyến cho những node di động đã đăng ký

FA có nhiệm vụ mở gói tin truyền theo đường hầm (detunnels) và gửi tới node di động Với các gói tin được

gửi từ node di động, FA sẽ đóng vai trò như router mặc định để đưa chúng vào mạng

Node di động được gán cho một địa chỉ IP cố định trên mạng nhà của nó Khi đi ra khỏi mạng nhà của nó, một địa chỉ CoA (Care of Address – chăm sóc địa chỉ) sẽ được liên kết với địa chỉ nhà này Node di động sử dụng địa chỉ nhà của nó như là địa chỉ nguồn cho tất cả các gói tin gửi đi

1.2.3 Hoạt động cơ bản của giao thức

Về cơ bản, Mobile IP là một phương thức được thực hiện theo các chức năng riêng rẽ nhau : phát hiện tác nhân (Agent Discovery), đăng kí (Registration) và truyền đường hầm (Tunneling)

 Phát hiện tác nhân: Các tác nhân nhà và tác

nhân ngoài có tể quảng bá khả năng có thể sử dụng trên các đường truyền mà chúng phục vụ Một node di động mới đến có thể gửi một bản tin khẩn nài (solicitation) yêu cầu quảng cáo từ phía các tác nhân đang hoạt động

 Đăng kí: Khi node di động ra khỏi mạng nhà, nó

sẽ đăng kí một chăm sóc địa chỉ (CoA) với tác nhân nhà Tùy thuộc vào phương pháp gán địa chỉ mà node di động

sẽ đăng kí trực tiếp với tác nhân nhà hoặc là thông qua tác nhân ngoài chuyển tiếp bản tin đăng kí đến tác nhân nhà

 Truyền đường hầm: Để các gói tin được chuyển đi đến node di động khi nó đang ở ngoài mạng nhà, tác nhân

nhà sẽ phải thiết lập một đường hầm để truyền các gói tim đến địa chỉ chăm sóc CoA

1.3 TÌM HIỂU VỀ PROXY MOBILE IP

1.3.1 Điểm nổi bật của Proxy Mobile IP so với Mobile

IP

Proxy MIP cung cấp chức năng Mobile IP cho các thiết bị di động chuyển vùng Nó hỗ trợ tính năng di động trong môi trường IP, cho phép người sử dụng có thể giữ cố định địa chỉ IP và duy trì các ứng dụng trong khi thực hiện chuyển vùng giữa các mạng IP Việc chuyển vùng riêng lẻ

có thể không khiến cho thuê bao bị mất phiên liên lạc hoặc kết nối Các chức năng mà Proxy MIP cung cấp không phụ thuộc vào bất kỳ khả năng phần mềm thiết bị đang hoạt động

1.3.2 Thành phần và hoạt động cơ bản của giao thức Proxy Mobile IP

Chức năng cơ bản của BMW (Broadband WirelessGateway), đóng vai trò PMIP client chính là tạo yêu cầu đăng ký IP di động RRQ (RegistrationRequest) on behalf of thuê bao, gửi tới HA và thực hiện truyền đường ngầm giữa FA và HA

Để thực hiện được chức năng trên, thì PMIP client cần thu thập tất cả các nhánh MIP liên quan qua cơ chế nhận thực EAP ( hoặc qua nhận thực thuê bao AAA) Server AAA trả về BWG một tập các nhánh chuẩn dịch vụ

di động Với các thông tin này client BWG/PMIP bắt đầu quá trình MIP RRQ tới HA Khi đó HA gửi trả lại bản tin RRP (Registration Reply), bao gồm thông tin về địa chỉ IP (HoA – Home Address) được gán cho MS, trả lại cho PMIP client Kết quả của quá trình MIP RRQ/RRP, PMIP client tương tác với FA thiết lập một đường truyền dữ liệu với tuyến đường ngầm đã giành trước dung lượng giữa FA

và HA

Nếu quá trình đăng ký MIP thành công, thì BWG thông báo cho MS gán địa chỉ IP qua DHCP hoặc cơ chế ARP

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong mạng Internet truyền thống (IPv4), mỗi node mạng có một địa chỉ IP duy nhất xác định điểm kết nối với mạng Do vậy để nhận được thông tin, nó phải được đặt tại mạng tương ứng với địa chỉ đó Điều này gây ra hạn chế cho các đối tượng sử dụng đầu cuối có khả năng di động, mỗi khi đến một điểm truy cập mới phải thay đổi thông tin

về cấu hình IP Để giải quyết được thực trạng này, giao thức Mobile IP đã ra đời Và để khắc phục được việc chuyển vùng riêng lẻ có thể không khiến cho thuê bao bị mất phiên liên lạc hoặc kết nối thì PMIP ra đời

2.1 PROXY MOBILE IPv4

2.1.1 Đăng ký ban đầu

Thủ tục đăng ký ban đầu được mô tả như hình 2.1 bên dưới

Hình 2 1 Thiết lập kết nối vào mạng

2.1.2 Thay đổi đăng ký

Thủ tục duy trì kết nối mạng diễn ra theo hình bên dưới

Hình 2 2 Duy trì kết nối mạng 2.1.3 Hỗ trợ chuyển giao

Thủ tục chuyển giao được mô tả như hình dưới

Hình 2 3 Chuyển giao AR

2.1.4 Hủy đăng ký

Thủ tục thực hiện hủy đăng ký theo hình bên dưới

Hình 2 4 Hủy bỏ đăng ký cho PMA trước đó 2.2 PROXY MOBILE IPv6

2.2.1 Tổng quan về hoạt động của giao thức Mobile IPv6

Giao thức Proxy MIPv6 hoạt động trên nền mạng tòan IP, quản lý tính di động của node di động, mà không cần sự tham gia của node di động trong bất kỳ hoạt động nào liên quan tới báo hiệu, giao thức PMIPv6 sẽ thực hiện điều đó Thực thể di động trong mạng sẽ theo dõi kiểm tra các chuyển động của node di động, và sẽ khởi tạo báo hiệu

di đông và thiết lập yêu cầu trạng thái định tuyến

Các cọc neo vị trí di động nội hạt_LMA (Local mobility anchor) chịu trách nhiệm cho việc duy trì trạng

thái node di động và là điểm cuối hình học trước khi vào mạng nhà của node di động.Cổng truy cập di động_MAG (Mobile Access Gateway) là đơn vị thực hiện quản lý di động cho một node di động, và nó nằm trên các liên kết truy cập màcác node di động đi qua MAG có trách nhiệm phát hiện chuyển động của node di động đi và đến từ liên kết truy cập, và nó bắt đầu đăng ký liên kết tới điểm di động nội hạt của node di động Có thể có nhiều LMA ở miền Proxy MIPv6 để phục vụ các nhóm khác nhau của các nút di động Các kiến trúc của một miền Proxy MIPv6 được hiển thị trong hình 2.5

Hình 2.5 Miền hoạt động của Proxy MIPv6

2.2.2 Quản lý cập nhật chính sách ràng buộc

Chính sách cập nhật ràng buộc thực hiện theo 14 bước Chi tiết nội dung từng bước được mô tả trong cuốn luận văn

2.2.3 Đăng ký chính sách ràng buộc ban đầu

Thực hiện đăng ký ràng buộc ban đầu theo 7 bước Chi tiết nội dung từng bước được mô tả trong cuốn luận văn

2.2.4 Mở rộng thời gian sống ràng buộc

Thực hiện mở rộng thời gian sống ràng buộc có hai trường hợp:

- Khi không chuyển giao

- Khi xảy ra chuyển giao

2.2.4.1 Khi không chuyển giao

Thực hiện theo 2 bước Chi tiết nội dung từng bước được mô tả trong cuốn luận văn

2.2.4.2 Khi có xảy ra chuyển giao

Thực hiện theo 5 bước Chi tiết nội dung từng bước được mô tả trong cuốn luận văn

2.2.5 Hủy đăng ký ràng buộc

Thực hiện theo 2 bước Chi tiết nội dung từng bước được mô tả trong cuốn luận văn

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trong chương 2 đã nghiên cứu chi tiết thành phần

và hoạt động của từng giao thức của PMIPv4 và PMIPv6 Điểm nổi bật của PMIPv6, hỗ trợ được IPv6, thủ tục thực hiện cụ thể và chi tiết, quản lý ràng buộc hơn PMIPv4

Chương 3:

ỨNG DỤNG CỦA PMIPv6 VÀO QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG DI ĐỘNG 3G WCDMA/UMTS

Nghiên cứu ứng dụng PMIPv6 trong quá trình chuyển giao trong mạng 3G WCDMA/UMTS, khi đó PMIPv6 hỗ trợ thiết bị di động nhanh chóng cập nhật trạng thái mới và không làm gián đoạn kết nối khi chuyển giao

3.1 QUÁ TRÌNH CHUYỂN GIAO

3.1.1 Trong thông tin di động 3G WCDMA/UMTS

Thông thường chuyển giao (HO: Handover) được hiểu là quá trình trong đó kênh lưu lượng của một UE được chuyển sang một kênh khác để đảm bảo chất lượng truyền dẫn

3.1.1.1 Chuyển giao cứng

Các thủ tục HO trong đó tất cả các đường truyền vô tuyến cũ của một UE được giải phóng trước khi thiết lập các đường truyền vô tuyến mới