MOBILE IP 4g

Luận văn bước đầu tìm hiểu về giao thức Mobile IP và mạng di động 4G, cơ chế xác thực trong Mobile IP, tổ chức của luận văn gồm 3 chương cấu trúc như sau: Chương 1: Tổng quan về Mobile I

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGÔ THỊ THANH HUYỀN

MOBILE IP & 4G

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2009

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGÔ THỊ THANH HUYỀN

MOBILE IP & 4G

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM THẾ QUẾ

Hà Nội - 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Mobile IP & 4G” là công trình nghiên cứu

của riêng tôi, không sao chép của bất kỳ ai Nội dung của luận án đƣợc trình bày

từ những kiến thức tổng hợp của cá nhân, tổng hợp từ các nguồn tài liệu có xuất

xứ rõ ràng và trích dẫn hợp pháp Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này chƣa từng đƣợc công bố tại bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, và nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức

kỷ luật theo quy định

Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2009

Học viên thực hiện

Ngô Thị Thanh Huyền

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành tốt khóa luận này, ngoài nỗ lực nghiên cứu tìm hiểu, còn có

sự đóng góp không nhỏ của thầy giáo, bạn bè và gia đình của tôi

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Thế Quế, người thầy đã hướng dẫn tôi tận tình trong suốt quá trình làm luận văn

Bên cạnh đó, tôi nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn bè, người thân và các đồng nghiệp đã có những nhận xét, đánh giá, trao đổi và cung cấp cho tôi nhiều tài liệu tham khảo bổ ích giúp tôi hoàn thành tốt luận văn

Xin chân thành cảm ơn Trung tâm Dịch vụ khách hàng - Công ty Dịch vụ viễn thông đã tạo mọi điều kiện cho tôi được hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, nơi luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

Hà Nội, tháng 12/2009 Ngô Thị Thanh Huyền

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ i

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 2

1.1 Khái niệm cơ bản 2 1.2 Giao thức Mobile Ipv4 Error! Bookmark not defined 1.2.1 Phát hiện agent Error! Bookmark not defined 1.2.2 Đăng ký Error! Bookmark not defined

1.2.3 Tạo đường hầm Error! Bookmark not defined 1.3 Mobile Ipv6 Error! Bookmark not defined 1.3.1 Các tùy chọn trong Mobile Ipv6 Error! Bookmark not defined 1.3.2 Cấu trúc dữ liệu Error! Bookmark not defined 1.4 Cơ chế định tuyến gói tin trong Mobile IP Error! Bookmark not defined

1.4.1 Định tuyến gói tin bởi MN Error! Bookmark not defined

1.4.2 Định tuyến gói tin bởi HA Error! Bookmark not defined

1.4.3 Định tuyến gói tin bởi FA Error! Bookmark not defined

1.5 Đánh giá về Mobile Ipv4, Mobile Ipv6 Error! Bookmark not defined

1.5.1 Mobile Ipv4 Error! Bookmark not defined 1.5.2 Mobile Ipv6 Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ 4G Error! Bookmark not defined

2.1 Toàn cảnh hệ thống thông tin di động Error! Bookmark not defined 2.2 Hệ thống thông tin di động 4G Error! Bookmark not defined 2.3 Các đặc điểm công nghệ của 4G Error! Bookmark not defined

2.3.1 Hỗ trợ lưu lượng IP Error! Bookmark not defined 2.3.2 Hỗ trợ tính di động tốt Error! Bookmark not defined 2.3.3 Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau Error! Bookmark not defined 2.3.4 Không cần liên kết điều khiển Error! Bookmark not defined 2.3.5 Hỗ trợ bảo mật đầu cuối – đầu cuối Error! Bookmark not defined 2.4 Mô hình tham chiếu hệ thống di dộng 4G Error! Bookmark not defined 2.4.1 Miền dịch vụ và ứng dụng Error! Bookmark not defined 2.4.2 Miền nền tảng dịch vụ Error! Bookmark not defined 2.4.3 Miền mạng lõi chuyển mạch gói Error! Bookmark not defined

2.4.4 Miền truy cập vô tuyến Error! Bookmark not defined 2.5 Mô hình tham chiếu hệ thống di động 4G nhìn từ nền tảng dịch vụ Error! Bookmark not

defined

2.5.1 Sự thuận tiện cho người sử dụng Error! Bookmark not defined 2.5.2 Các dịch vụ tiên tiến Error! Bookmark not defined 2.5.3 Quản lý hệ thống Error! Bookmark not defined

not defined

3.1 Vai trò, vị trí của Mobile Ip trong 4G Error! Bookmark not defined 3.2 Quản lý di động tại tầng mạng Error! Bookmark not defined 3.2.1 Quản lý di động tại tầng mạng: Giải pháp cho Macromobility Error! Bookmark not

defined

3.2.2 Quản lý di động tại tầng mạng: Giải pháp cho Micromobility Error! Bookmark not

defined

3.3 An toàn và bảo mật trong Mobile IP Error! Bookmark not defined 3.3.1 Sử dụng các mở rộng xác thực (authentication extensions) Error! Bookmark not

defined

3.3.2 Xác thực thông qua trường Identification Error! Bookmark not defined

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc bản tin Agent Advertisement ……… 4

Hình 1.2 : Cấu trúc bản tin Agent Solicitation 6

Hình 1.3 Cấu trúc bản tin Registration Request ……… 8

Hình 1.4 : Cấu trúc bản tin Registration Reply ……… 9

Hình 1.5: Mobile Node đăng ký gián tiếp ………9

Hình 1.6: Mobile Node đăng ký trực tiếp ……… 10

Hình 1.7: Các cách để đặt một HA trên mạng chủ ………13

Hình 1.8: Định tuyến tam giác ……… 14

Hình 1.9: Định tuyến tối ưu ………15

Hình 2.1: Dịch vụ thông tin y tế ……….27

Hình 2.2 Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến ……… 28

Hình 2.3 Hệ thống định vị ……….29

Hình 2.4 Hệ thống đặt hàng di động ……….30

Hình 2.5 Hệ thống quản lý thực phẩm ……… 31

Hình 2.6 Hệ thống bảo hiểm rủi ro ……… 32

Hình 2.7 Hệ thống quản lý di động ………33

Hình 2.8 Mô hình tham chiếu hệ thống thông tin di động ……….37

Hình 2.9: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ ………40

Hình 2.10: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ : tiện nghi người dùng 42

Hình 2.11: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ : Các dịch vụ tiên tiến …….43

Hình 2.12: Mô hình tham chiếu nền tảng dịch vụ Quản lý hệ thống …………44

Hình 3.1: Vị trí của Mobile IP 45

Hình 3.2: Mobile IP trong mạng GPRS ………46

Hình 3.3: Mobile IP trong mạng WCDMA ……… 46

Hình 3.4: Kiến trúc mô hình mạng Mobile IP phân cấp ……….50

Hình 3.5: MN đăng ký với HA 50

Hình3.6 MN đăng ký tại vùng hoạt động 51

Hình 3.7 Thủ tục chuyển giao trong FMIPv6 ……… 54

Hình 3.8: Kiến trúc mạng HMIPv6 ……….58

MỞ ĐẦU

Mục tiêu của các mạng di động thế hệ tiếp theo là khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia ở mọi lúc, mọi nơi Mạng di động 4G hứa hẹn là mạng di động đón đầu được những yêu cầu của người sử dụng

Mạng thông tin di động thế hệ sau với công nghệ IP là bước phát triển đột phá từ mạng di động thế hệ 3G lên 4G Điều này đặt ra cho các nhà nghiên cứu cần tìm ra và hoàn thiện hạ tầng IP trong môi trường truyền dẫn không dây để tích hợp cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ băng hẹp và băng rộng, nhu cầu di chuyển kết nối liên tục tới người dùng Mobile IP hỗ trợ khả năng di động cho các đầu cuối trong khi vẫn sử dụng các dịch vụ như ở mạng IP cố định, do đó tích hợp Mobile IP vào mạng di động để có thể giải quyết vấn đề quản lý thuê bao di động mà vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ là vấn đề cần được nghiên cứu

Khi thuê bao di động thực hiện các dịch vụ băng rộng multimedia vấn đề mất an toàn thông tin cần được quan tâm, thông qua các cơ chế xác thực, mã khóa để đảm bảo cho người dùng là vấn đề cấp thiết cần phải thực hiện

Luận văn bước đầu tìm hiểu về giao thức Mobile IP và mạng di động 4G,

cơ chế xác thực trong Mobile IP, tổ chức của luận văn gồm 3 chương cấu trúc như sau:

Chương 1: Tổng quan về Mobile IP, cho một cái nhìn tổng thể về giao thức, các phiên bản Mobile Ipv4, Mobile Ipv6, về thuật toán chọn đường trong giao thức Mobile IP, qua đó đánh giá ưu điểm, nhược điểm của giao thức

Chương 2: Tổng quan về 4G, khái quát về mạng di động 4G, các thế hệ thông tin di động từ 1G - 3G Các đặc điểm cơ bản của 4G và các mô hình khuyến nghị

Chương 3: An toàn và bảo mật trong Mobile IP & 4G, cho biết vai trò của Mobile IP trong 4G, các cơ chế xác thực, đảm bảo an toàn cho Mobile IP

Cuối cùng tổng kết lại những kết quả đã đạt được của luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP

1.1 Khái niệm cơ bản

Mobile Ip là một giao thức của IETF giúp người dùng với thiết bị di động có thể di chuyển từ mạng này sang mạng khác với những địa chỉ IP subnet khác nhau

mà vẫn duy trì được kết nối đang diễn ra Mobile Ip trở thành giao thức không thể thiếu trong thế giới di động, trong công nghệ tương lai (công nghệ 4G) Mobile Ip

có rất nhiều mở rộng và phát triển khác nhau như Mobile Ipv4, Mobile Ipv6, Fast Mobile Ip, Multiple CoA Mobile Ip,…

Mobile Ip cho phép các node tiếp tục nhận dữ liệu mà không quan tâm đến vị trí kết nối của node vào mạng Internet Mobile Ip cung cấp các bản tin điều khiển cho phép các thành phần trong mạng cập nhật các bảng định tuyến một cách tin cậy Mobile Ip được triển khai mà không cần có bất cứ một yêu cầu nào với các tầng vật lý và liên kết dữ liệu, vì vậy Mobile Ip độc lập với các công nghệ truy cập không dây [3]

Một số khái niệm cơ bản trong Mobile Ip:

- Mobile Node (viết tắt là MN) nút di động: để chỉ một host hoặc một rounter thay đổi điểm kết nối từ mạng này sang mạng khác

- Home Agent (viết tắt là HA), khi MN di chuyển khỏi mạng thường trú (home network) nó cần một đại diện thay mặt, đại diện này là HA, vai trò của HA

là tạo đường hầm để chuyển tiếp gói tin đến MN khi nó rời khỏi mạng nhà và lưu trữ thông tin ví trí hiện tại của MN

- Foreign Agent (viết tắt là FA), khi MN di chuyển khỏi mạng thường trú nó phải có một địa chỉ tạm trú gọi là CoA (Care of Address) là địa chỉ IP có thể được

sử dụng để truyền các gói dữ liệu đến đích tương ứng với địa chỉ này theo những giao thức tìm đường cơ bản của IP MN thông báo địa chỉ CoA cho HA để biết địa điểm của MN, MN có địa chỉ này từ FA

- Correspondent Node (viết tắt là CN) là một node trong mạng có nhu cầu truyền thông với MN, CN không phải là một thành phần của Mobile Ip nhưng được đưa vào để mô tả hoạt động của giao thức

Nguyên tắc hoạt động của Mobile Ip

- Khi một MN ra khỏi mạng thường trú (home network), làm thế nào để MN biết là nó đã đi ra khỏi mạng cũng như tìm đại diện mới nếu đã ở mạng khách (foreign network)? HA và FA thường xuyên gửi gói tin quảng bá để thông báo khả năng của mình theo chu kỳ, do đó MN phát hiện ra nó đang ở mạng khác và tiến hành quá trình tìm kiếm đại diện tạm trú của nó

- Sau khi đã nhận được thông tin về FA, MN có thể bắt đầu liên lạc với FA

MN gửi yêu cầu đăng ký thông tin đến HA (ở đây là địa chỉ CoA, tùy theo phương thức kết nối mạng mà MN gửi đăng ký trực tiếp đến HA hoặc thông qua FA) để được lưu thông trong một thời gian, yêu cầu này có thể là cho phép hoặc từ chối

- Nếu HA cho phép nó sẽ làm việc như người được ủy nhiệm của MN Khi mạng gốc của MN nhận được các gói tín hiệu có địa chỉ đến là MN, HA sẽ nhận những gói tin này đóng gọi lại và tiếp tục gửi tới địa chỉ của FA mà MN đã đăng

ký FA sẽ mở các gói tin này và gửi tới MN vì nó biết MN đang ở đó một cách chính xác HA dùng phương pháp đóng gói để chuyển thông tin cho MN bằng cách dùng thêm phần mào đầu của gói và chuyển theo đường hầm đến MN

- Quá trình trên sẽ tiếp tục cho đến khi hết hạn đăng ký hoặc MN chuyển đến mạng mới Khi xảy ra hiện tượng hết hạn, MN phải đăng ký lại với HA của nó thông qua FA; khi MN chuyển đến mạng khác, nó gửi yêu cầu đăng ký mới qua

FA mới, trong trường hợp này HA sẽ thay đổi địa chỉ nhờ chuyển CoA của MN và

sẽ gửi tiếp các gói tin đã đóng gói tới địa chỉ nhờ chuyển CoA

- Khi MN trở về mạng thường trú, nó gửi một yêu cầu đăng ký lại đến HA thông báo nó đã ở mạng nhà để không thực hiện đường hầm và dọn bỏ các địa chỉ nhờ gửi trước

Như vậy có thể phân chia thành 3 chức năng tương đối cách biệt như sau:

- Phát hiện agent (agent discovery): qua chức năng này các HA và FA có thể quảng bá khả năng của mình trên mỗi liên kết mà nó cung cấp dịch vụ MN mới đến một mạng có thể gửi các yêu cầu nhận thông tin để qua đó xác định các agent

có khả năng phục vụ

- Đăng ký (registration): chức năng cung cấp cho MN khi hoạt động ở ngoài mạng nhà, MN sẽ đăng ký CoA của nó với HA Tùy thuộc vào phương thức kết nối mạng ở mạng khách mà MN sẽ gửi trực tiếp đăng ký đến HA hoặc thông qua trung gian chuyển tiếp là FA

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Nguyễn Phạm Anh Dũng (2002), Thông tin di động thế hệ ba, Học viên Công

nghệ Bưu chính Viễn thông

Tiếng Anh

2 Charles E.Perkins (1997), Mobile IP Design Principles and Practices,

Prentince Hall PTR

3 C Perkins (2002), Rfc 3344: IP Mobility Support for Ipv4, IETF

4 D.Johnson, C.Perkins and J.Arkko (2004), Rfc3375: Mobility Support in Ipv6,

IETF

5 Dave Wisley, Philip Eard Ley and Louise (2002), IP for 3G Networking Technologies for Mobile Communications, John Wiley & Sons

6 Harri Holma and Anti Toskala (2000), W-CDMA for UMTS, John Wiley &

Sons

7 Luis Correia (2006), Mobile Broadband Multimedia Networks, Elsevier

8 Michael A.Gallo and William M.Hancock (2001), Computer Comunications and Networking Technologies, Course Technology

9 Ramjee Prasad and Marina Ruggieri (2003), Technology Trends in Wireless Communication, Artech House Publishers

10 Savo G.Glisic (2006), Advance Wireless Networks 4G Technologies, John

Wiley & Sons

11 Shinsuke Hara and Ramjee Prasad (2003), Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications, Artech House

12 S.Gundavelli, K.Leung, V.Devarapalli, K.Chowdhury and B.Patil (2008),

Rfc5213: Proxy Mobile Ipv6, IETF

13 Vijay K.Gary (2007), Wireless Communications and Networking, Elsevier

14 William C.Y.Lee (1996), Mobile Communication Design Fundamental, John

Wiley & Sons

15 4G Mobile Communications Committee (2005), Towards the 4G Mobile Communications Systems

16 4G Mobile Communications Committee (2006), 4G Technical Survey Report – System Infrastructure

17 4G Mobile Communications Committee (2006), 4G Technical Survey Report – Service Platform