Bài viết này đưa ra một đề án quản lý di động mới cho dịch vụ liên tục trong mạng thế hệ sau dựa trên IP. Đề án đưa ra các hỗ trợ di động cục bộ cũng như di động toàn cục, khắc phục các vấn đề từ các đề án hiện có, như PMIPv6 hoặc MIPv6. Bài viết này chứng minh đề án đưa ra có thời gian chuyển giao thấp so với những cái khác bằng việc sử dụng phân tích số.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
Phương Án Hỗ Trợ Quản Lý Di Động Cục
Bộ Và Toàn Cục Trong Mạng NGN
Giảng viên : TS Lê Anh Ngọc
Nhóm 2 lớp : Đ6 ĐTVT2
Khoá : 2011-2016
Sinh viên:
1. Hoàng Khắc Chung
2. Bùi Đức Cường
3. Lê Mạnh Cường
4. Nguyễn Văn Biên
Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Nhóm 2: BitTorrent Page 1
Trang 2Lời Mở Đầu
Phương pháp quản lý di động là một trong những vấn đề quan trong trong mạng NGN và sự chuyển giao phải có trễ làm nhỏ nhất Do đó nhóm 2 xin trình bày đề tài “Phương án hỗ trợ quản lý di động cục bộ và toàn cục trong mạng NGN” Bài của nhóm em còn nhiều bất cập nhóm em mong thầy có thể giúp nhóm em hoàn thiện tốt hơn Nhóm em xin cảm ơn thầy
Trang 3Mục Lục
Trang 4Hình Ảnh
Trang 5Các Từ Viết Tắt
ETRI Electronics and Telecommunications Research
Institute CBNU Chonbuk National University
ITU-T International Telecommunication Union -
Telecommunication Standardization Sector 3GPP The 3rd Generation Partnership Project
IETF Internet Engineering Task Force
NETLMM WG Network-based Localized Mobility Management
Working Group
MPLS Multiprotocol Label Switching
AMIS Access Independent Mobility Service
Trang 6Tóm tắt
Bài viết này đưa ra một đề án quản lý di động mới cho dịch vụ liên tục trong mạng thế hệ sau dựa trên IP Đề án đưa ra các hỗ trợ di động cục
bộ cũng như di động toàn cục, khắc phục các vấn đề từ các đề án hiện có, như PMIPv6 hoặc MIPv6 Bài viết này chứng minh đề án đưa ra có thời gian chuyển giao thấp so với những cái khác bằng việc sử dụng phân tích số
I Giới thiệu
Sự phát triển của hệ thống không dây thế hệ sau, được mô tả bởi truyền thông liên tục trên thế giới và hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện khác nhau, đã được gia tăng cùng với sự phát triển của internet không dây Bởi vậy, sự đa dạng của các đề án di động được nghiên cứu ở các viện nghiên cứu và các trường đại học như ETRI và CBNU cũng như tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế như ITU-T, 3GPP, IETF[1][2]
Đặc biệt, IETF đã đưa ra các nghiên cứu khác nhau về di động cũng như Moblie IP (MIP) để tiếp tục một phiên IP MIP hỗ trợ di động cho phiên người dùng nhưng nó có một vài vấn đề như độ trễ bàn giao, sự tiêu thụ năng lượng, tổn hao gói cao, mào đầu báo hiệu, và một chức năng MIPv6 mở rộng trong Ipv6 stack của MN Bởi vậy, IETF NETLAMM WG
đã phát triển Proxy MIP (PMIP) để giải quyết các vấn đề của MIP PMIPv6,
là một phương án dựa trên mạng quản lý di động , hỗ trợ di động cho các nút IPv6 với sự giúp đỡ của các quản lý di động proxy trong mạng Với giao thức, một MN có thể cung cấp liên tục dịch vụ mà không có bất kỳ chức năng di động Một khi giao thức được triển khai, nó không cần thiết làm bất
kỳ thay đổi nào trên MN cho việc di động Tuy nhiên PMIPv6 sử dụng MIP
để hỗ trợ MM toàn cục giữa các mạng truy nhập khá nhau (Ans) bởi vì nó được thiết kế để cung cấp MM cục bộ ở trong một AN Cho nên, nó có cùng các vấn đề của MIP [2][3][4][5][6]
ETRI và CBNU đã làm (thi hành) dich vụ di động độc lập truy nhập (AIMS), nó là một đề án quản lý di động sử dụng MPLS cho dịch vụ liên
Trang 7tục Nó cung cấp các tín hiệu báo hiệu nhanh chóng bằng chuyển mạch L2.5 dựa trên MPLS LSP Tuy nhiên AIMS có thể được sử dụng cho di động toàn cục Tuy nhiên, một nghiên cứu cho quản lý di động cục bộ trong AIMS cần thiết trong tương lai
Các đề án hiện nay được nêu ở trên hỗ trợ quản lý di động bị hạn chế Các đề án di động mới hỗ trợ tính di động không phụ thuộc vào sự chuyển động của MM nên được phát triển bởi các nghiên cứu trong tương lai
Trong bài viết này, chúng tôi đưa ra một đề án quản lý di động mới có thể hỗ trợ di động cục bộ cũng như di động toàn cục trong NGN Đề án này
có ý muốn làm sáng tỏ các vần đề của các đề án hiện nay và làm giảm thời gian trễ cần thiết trong quá trình chuyển giao (giảm thời gian trễ chuyển giao)
Phần còn lại của bài viết này được tổ chức như sau Phần 2 mô tả các công trình liên quan về PMIPv6 và AIMS Tiếp theo, phần 3 trình bày đề án được đưa ra Phần 4 cho thấy kết quả của phân tích hiệu suất Cuối cùng, kết luận được đưa ra ở phẩn 5
II Các công trình liên quan
Phần này giới thiệu PMIPv6 của IETF và AIMS của ETRI và CBNU
Nó giải thích được cái nhìn tổng quan của mỗi đề án liên quan đến kiến trúc mạng, các phần tử mạng và hoạt động di động
A PMIPv6
PMIPv6 là 1 thiết kế để hỗ trợ cho mạng dựa trên mạng quản lý di động đã được chấp nhận là một tiêu chuẩn bởi IETF PMIPv6 là 1 thiết kế
để hỗ trợ cho mạng dựa trên mạng quản lý di động đã được chấp nhận là một tiêu chuẩn bởi IETF Trong PMIPv6, một MN không tham gia vào bất
kỳ tính di động IP liên quan đến báo hiệu và mạng chịu trách nhiệm quản lý tính di động IP thay mặt cho MN
Tên miền PMIPv6 có hai thực thể chức năng mạng được gọi là Local Mobility Agent (LMA) và Mobile Access Gateway (MAG) LMA , là một
HA cục bộ của MN tổ chức tiền tố mạng home của MN, quản lý ràng buộc liên kết và chuyển tiếp lưu lượng truy cập của MN đến và đi từ MN khi nó
Trang 8di chuyển trong miền PMIPv6 MAG là một thực thể mạng xử lý tất cả các báo hiệu liên quan đến di động thay mặt cho MN Các MN được kết nối với miền PMIPv6 thông qua MAG Nó theo dõi các chuyển động của MN, xác thực và khởi tạo báo hiệu di động cần thiết với LMA Hơn nữa, MAG thiết lập một tuyến hai chiều với các LMA cho việc cho phép các MN sử dụng một địa chỉ từ tiền tố mạng nội bộ của chính nó[6]
Hình 1 cho thấy kiến trúc của 1miền PMIPv6.Khi một MN đầu tiên đi vào một miền PMIPv6 và gắn vào một liên kết truy cập, MAG quyết định xem MN được xác thực cho miền PMIPv6 đó hay không Sau khi xác thực thành công, MAG ghi lại vị trí của MN cho LMA sử dụng thông báo Proxy Binding Update (PBU) Khi nhận được PBU, LMA phân bổ một HNP, tạo
ra một mục bộ nhớ đệm ràng buộc cho MN, và gửi các thông tin phản hồi đăng ký bắt buộc , thông báo Proxy Binding Update, bao gồm cả HNP Tại thời điểm này, một tuyến kênh có hướng được thiết lập giữa LMA và MAG cho truyền đưa gói Đường hầm này được chia sẻ bởi nhiều MN được kết nối tới cùng MAG và LMA Đường hầm này chỉ được giải phóng khi chỉ một trong hai tuyến không còn hoạt động hoặc khi MN không chia sẻ đường hầm Khi MN di chuyển đến một khu vực MAG mới, MAG mới thực hiện đăng ký vị trí mới với LMA, và tuyến khác được thiết lập giữa LMA và MAG mới cho MN [3]
Hình 1 Kiển trúc cho mạng PMIPv6
Trang 9Khi một MN đang ở trong một miền PMIPv6, mạng phục vụ gán một tiền tố mạng home duy nhất, và tiền tố này luôn luôn theo MN bất cứ nơi nào nó di chuyển trong miền PMIPv6 [6]
Trang 10B AIMS
AIMS là một đề án quản lý di động dựa trên MPLS đã được nghiên cứu tại ETRI và CBNU tại Hàn Quốc
Hình 2 cho thấy kiến trúc của mạng AIMS Hệ thống kiểm soát thông tin di động (MICS), quản lý địa chỉ trung tâm, quản lý địa chỉ MAC, địa chỉ
IP cố định (IP_PA), và đỉa chỉ IP động (IP_LA) của MN cũng như địa chỉ IP của quản lý điều khiển bàn giao (HCA) , và quản lý các thông tin ràng buộc liên quan đến thông tin liên lạc giữa MN và nút thông tin (CN) HCA, quản
lý địa chỉ cục bộ, quản lý địa chỉ MAC, IP_PA, và IP_LA của MN, đóng gói
và truyền dữ liệu Điểm truy cập (AP) chuyển tiếp địa chỉ MAC tới HCA khi một MN đi vào khu vực của nó Các LSPs giữa HCAs và MICS được sử dụng để truyền thông báo báo hiệu quản lý di động [1]
Trong trường hợp đăng ký vị trí ban đầu, khi một MN số 1 khu AP#1, AP#1 lấy địa chỉ MAC của MN và sau đó gửi thông điệp báo cáo đến HCA#1 HCA #1 tạo ra một bản ghi cho MN tại địa chỉ của nó, và gửi thông điệp đăng ký với MICS, gửi thông điệp thông tin địa chỉ (với IP_LA của MN) cho MN Và MICS tạo ra một bản ghi cho MN trong bảng quản lý địa chỉ trung tâm của nó (C-AMT) MICS có địa chỉ MAC và IP_LA của MN, cũng như địa chỉ IP của HCA#1 Trong quá trình xử lý của MICS, MN gửi thông điệp ACK thông tin địa chỉ (với IP_PA của MN) tới HCA # 1 để đáp lại với địa chỉ thông tin từ HCA #1 Khi HCA # 1 nhận thông điệp ACK thông tin địa chỉ, nó sẽ gửi thông điệp cập nhật địa chỉ (với IP_PA của MN)
để cho MICS [1]
Trong trường hợp chuyển giao giữa ANs khác nhau, khi một MN dời
từ AN # I đến AN # 2, AP # 2 bắt địa chỉ MAC của MN và gửi báo cáo vị trí cho HCA #2 HCA#2 tạo nên một bản ghi cho MN trong L-AMT của
nó, ghi địa chỉ MAC của MN và IP_LA, và gửi thông điệp đăng ký vị trí đến MICS, gửi thông điệp thông tin địa chỉ cho MN Các MICS cập nhật các bản ghi của MN trong C-AMT của nó, và gửi thông điệp báo cáo địa chỉ cho các HCA# 2, lúc gửi thông điệp báo cáo địa chỉ khác cho HCA # 3 để giữ kết nối với MN Kết quả là, việc chuyển giao nhanh chóng của MN có thể được hỗ trợ bởi các HCA và MICS [I]
Trang 11Hình 2 Kiến trúc cho mạng AIMS
III Đề xuất
Phàn này trình bày các cấu hình mạng và các luồng thông điệp của phương án đề xuất cho việc cung cấp tính di động liền mạch trong NGN Phương án đề xuất dựa trên một nghiên cứu hiện có đã hoạt động trước đó [1] So sánh với [1], phương án đề xuất hỗ trợ di động cụ bộ và giảm chức năng của MN cho tính di động Luồng thông điệp cho việc hỗ chợ có 3 thủ tục liên quan đến đăng ký vị trí ban đầu, chuyển giao cục bộ và chuyển giao toàn cục
A Cấu hình mạng
Hình 3 cho biết kiến trúc của phương án đề xuất
Trang 12Hình 3 Kiến trúc cho mạng của phương án đề xuất Máy chủ điều khiển thông tin di động, đây là đơn vị quản lý địa chỉ trung tâm, quản lý di động toàn cục giữa các ANs khác nhau và thông tin bắt buộc liên quan đến truyền thông giũa MN và CN Trong HCA, đây là đơn vị quản lý địa chỉ cục bộ, quản lý di động cục bộ ở trong một AN Sau
đó, PMA được kết nối đầu tiên với MN trong mạng LSPs giữa HCAs và MICS được sử dụng để truyền thông điệp báo hiệu MM
B Đăng ký vị trí ban đầu
Hình 4 thể hiện thủ tục đăng ký vị trí ban đầu
Hình 4 Thủ tục đăng ký vị trí ban đầu
Trang 13Khi một MN đi vào một vùng cục bộ trong một AN, MN được kết nối với PMA-1 bằng liên kết L2 Tiếp theo, PMA-1 gửi thông điệp đăng ký vị trí tời HCA-1 HCA-1 tạo một bản ghi cho MN trong bảng quản lý di động cục bộ (L-MMT) của chính nó, và gửi thông điệp đăng ký vị trí tới MICS Sau đó, MICS tạo một bản ghi cho MN trong bảng quản lý di động lõi (C-MMT) MICS có địa chỉ MAC của MN và địa chỉ IP PMA-1, cũng như địa chỉ IP của HCA-1 Sau quá trình xử lý, MICS gửi thông điệp Ack đăng ký
vị trí tới HCA-1 Tại thời điểm này, HCA-1 phân bổ HoA của MN và sau đó thông báo địa chỉ cho MICS Đồng thời, nó gửi thông điệp Router Advertisement
C Chuyển giao cục bộ
Hình 5 cho biết thủ tục chuyển giao trong trường hợp MN di chuyển trong một AN
Hình 5 Thủ tục chuyển giao cục bộ Khi một MN di chuyển từ PMA-l cho PMA-2, MN được kết nối với PMA-2 bằng liên kết L2 Tiếp theo, các PMA-2 gửi thông điệp đăng ký vị trí đến HCA-l HCA-I xác định các thông tin của MN được lưu trữ trong các L-MMT Sau đó, với thông điệp Ack đăng ký vị trí, nó gửi HoA của MN và
Trang 14các địa chỉ IP của PMA đó là Home-PMA (H-PMA) của MN tới PMA-2.
Và PMA-2 gửi thông điệp Router Advertisement với HoA của MN và địa chỉ IP của PMA-I
D Chuyển giao toàn cục
Hình 6 cho biết thủ tục chuyển giao trong trường hợp MN di chuyển giữa các AN khác nhau
Hình 6 Thủ tục chuyển giao toàn cục Khi một di chuyển MN từ HCA-I của HCA-2, MN được kết nối với PMA-3 bằng lien kết L2 Tiếp theo, các PMA-3 gửi thông điệp đăng ký vị trí tới HCA-2 HCA-2 tạo nên một bản ghi cho MN trong L-MMT của nó,
và gửi thông điệp đăng ký vị trí đến MICS MICS xác định các thông tin của
MN lưu trong C-MMT Sau đó, với thông điệp Ack đăng ký vị trí Ack, nó gửi HoA của MN và địa chỉ IP của PMA-I nó là H-PMA của MN đến
HCA-2 Và HCA-2 gửi Router Advertisement đến PMA-3 Sau đó, PMA-3 sẽ gửi thông điệp Router Advertisement với HoA của MN và địa chỉ IP của PMA-l
IV Phân tích hiệu suất
Phần này trình bày phân tích hiệu suất cho phương án hiện nay và phương án đề xuất chúng ta so sánh phương án đề xuất với PMIP về độ trễ
Trang 15chuyển giao khi một MN di chuyển giữa các mạng không đồng nhất Trong trường hợp của chuyển giao toàn cục, PMIP theo hoạt động MIP
Chúng ta xem xét liên kết cấu trúc mạng tương tự cho phân tích hiệu suất của 2 phương án [7][8][9][10] Trong tường hợp của PMIP, nó được coi là HA tồn tại trong mạng lõi bởi vì nó hỗ trợ di động giữa các mạng không đồng nhất, đặc biệt trong môi trường NGN
Và chúng ta chỉ xem xét thời gian xử lý của thành phần mạng trong thời gian chuyển giao vì chúng ta giả sử thời gian chuyền là giống nhau cho tất cả các phương án Phân tích hiệu suất, chúng ta sử dụng mô hình xếp M/M/1, và tổng thời gian xử lý của mỗi thành phần trong mạng phụ thuộc vào số các lớp
Theo [1][11][12] cho là tập hợp các thông điệp xử lý trong phần tử mạng x, và việc sử dụng một phần tử x, , thu được bằng
Khi và là tốc độ đến trung bình và tốc độ phục vụ trung bình của thông điệp của loại 1 Chúng ta giả định rằng tốc độ đến trung bình của thông điệp 1 là như nhau cho tất cả các thông điệp trong một phần tử mạng Giả định này hàm ý
Trong đó là tốc độ đến trung bình của bất kỳ thông điệp nào trong phần tử mạng x Từ biểu thức (1) và (2), thời gian lưu trú trung bình của tin nhắn 1 trong phần tử mạng x, , thu được bằng
Chúng ta định nghĩa tổng thời thời gian phục vụ trong phần tử mạng
x,
Đó là, là thời gian dành cho xử lý tất cả các thông điệp đến trong phần tử mạng x trong mỗi kịch bản Tổng thời gian phục vụ trong mỗi kịch bản, S, sau đó được thể hiện như
Trang 16Trong đó E là tập các phần tử mạng, Vì vậy, tổng thời gian phục vụ cho mỗi phương án được trình bày trong bảng 1 (a) gói thời gian phục vụ lớp MAC (b) gói thời gian phục vụ trong MAC và lớp mạng (c) gói thời gian phục vụ bởi cơ sở dữ liệu hoạt động cộng với thời gian phục vụ
Chúng ta giả sử rằng thời gian xử lý mỗi mào đầu của lớp trong một phần tử mạng là trong tỉ lệ của mào đầu IP, và trễ thời gian xử lý cơ sở dữ liệu (DB) trong bảng 2 là giống như thời gian xử lý của mào đầu IPv6 Chúng ta lấy trễ xử lý trong mỗi lớp từ thời gian xử lý của mỗi mào đầu lớp [1][11], và thời gian phục vụ mỗi phần tử mạng theo lợi phần tử có thể được tính toán như bảng 2
Lấy tốc độ tới tham chiếu của một thông điệp ở một phần tử mạng cho mỗi kịch bản là �, chúng ta định nghĩa tỉ lệ xuất hiện cuộc gọi hiệu quả, , của một thông điệp
Từ biểu thức (3) và (6), tổng thời gian xử lý của mỗi phương án được trình bày trong bảng 3, trong đó n là số bước nhảy giữa truy nhập và phần tử mạng lõi Chúng ta giả định rằng n là 5 và phỏng đoán thời gian trễ chuyển giao của mỗi phương án
Trang 17Hình 7 cho biết trễ chuyển giao của phương án đề xuất thấp hơn so với PMIP
Hình 7 Thời gian trễ chuyển giao và tốc độ chuyển giao
V Kết luận
Bài báo này đề xuất một mô hình quản lý di động mới cho dịch vụ liền mạch trong mạng NGN dựa trên mạng IP Phương án đữa ra hỗ trộ di động cục bộ và toàn cục, như PMIP hoặc MIP Về việc so sánh hiệu suất giữa phương án hiện tại và phương án đề xuất, chúng ta tính toán thời gian trễ chuyển giao của hai phương án sử dụng hệ thống xếp hàng M/M/1 Kết quả của phân tích số, phương pháp đề xuất cho hiệu xuất tốt hơn PMIP trong thời gian trễ chuyên giao
Trong các công việc tương lai, chúng ta cần xem xét và định nghĩa nhiều giá trị tham số chính xác hơn cho việc đánh giá hiệu suất Sau đó, chúng ta sẽ xem xét hiệu suất liên quan đến các yếu tố khác nhau ngoại trừ thời gian trễ chuyển giao
