Luận văn Công nghệ Mobile IP và giải pháp IP cho mạng thông tin di động GSM

LUËN V¡N TH¹C Sü Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi~~~~~~~~~oOo~~~~~~~~~ ®Ò tµi: c«ng nghÖ MOBILE IP – GI¶I PH¸P ip Ng­êi h­íng dÉn: : TS. NguyÔn ViÕt Nguyªn Ng­êi thùc hiÖn : NguyÔn Träng Th¬ Häc viªn Líp : §TVT - CH2000 Hµ NéI 2002. CHUY£N NGµNH: §IÖN Tö - VIÔN TH¤NG CHO M¹NG th«ng tin di ®éng GSM NỘI DUNG Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận Thông tin di động phát triển 1 tỉ thuê bao (2003) Dịch vụ Internet phát triển 1,2 triệu thuê bao (10/2002/VN) Nhu cầu về dịch vụ số liệu vô tuyến WEB, FTP, EMAIL, M-Commerce,… Kỹ thuật số và công nghệ vô tuyến phát triển Dịch vụ số liệu gói cho mạng GSM: GPRS Nhu cầu về dịch vụ chuyển vùng GIỚI THIỆU (1/2) GIỚI THIỆU (2/2) Mục tiêu của luận văn: Nghiên cứu triển khai dịch vụ chuyển mạch gói vô tuyến GPRS trên mạng GSM; triển khai dịch vụ chuyển vùng GPRS và chuyển vùng dựa trên công nghệ Mobile IP Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận TIẾP THEO KIẾN TRÚC MẠNG GSM BSS : Base Station Subsystem NSS : Network Switching Subsystem OSS : Operation and Support Subsystem Chuyển mạch kênh Thời gian thiết lập kết nối dài Dịch vụ số liệu tốc độ thấp: 9,6kb/s Dịch vụ SMS hạn chế độ dài bản tin: 160 ký tự Không hiệu quả trong quản lý tần số và tính cước CÁC DỊCH VỤ HIỆN TẠI CỦA GSM Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận TIẾP THEO Chuyển mạch gói Thời gian thiết lập kết nối nhanh Tốc độ tối đa: 171,2kb/s (8TS) Sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến Sử dụng giao thức Internet Cho phép kết nối với nhiều hệ thống khác Tính cước theo dung lượng dữ liệu truyền dẫn ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG GPRS KIẾN TRÚC MẠNG GPRS CÁC PHẦN TỬ MỚI ĐƯỢC BỔ XUNG NGĂN XẾP GIAO THỨC TRONG GPRS QUẢN LÝ DI ĐỘNG Liên kết GPRS Quản lý vị trí thuê bao GPRS Cập nhật cell Cập nhật RA Cập nhật RA/LA kết hợp QUẢN LÝ PHIÊN LÀM VIỆC Kích hoạt giao thức số liệu gói (PDP) Sửa đổi PDP Context: Thay đổi QoS Tạo 1 PDP Context (chứa địa chỉ IP của MS, QoS,…), được lưu tại MS, SGSN và GGSN Tạo liên kết logic giữa MS với PDN KẾT NỐI VỚI CÁC MẠNG IP Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận TIẾP THEO MẠNG ĐƯỜNG TRỤC GPRS (1/2) MẠNG ĐƯỜNG TRỤC GPRS (2/2) Gb: FrameRelay Kết nối trực tiếp điểm-điểm Mạng chuyển tiếp khung Gn, Gi, Gp: IP/PPP, IP/FR, IP/ATM, hoặc IP/Ethernet IP trên tất cả các giao diện Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận TIẾP THEO Kết nối qua VSGSN và HGGSN Tương tác SGSN – HLR Kết nối với đường trục liên mạng (Inter-PLMN) và quản lý địa chỉ Cổng truy nhập biên (BG-Border Gateway) Trao đổi dữ liệu DNS giữa các PLMNs và với máy chủ DNS gốc .gprs Kết nối qua VSSN và VGGSN Tương tác SGSN – HLR Phân bổ địa chỉ IP động cho thuê bao Chỉ sử dụng mạng đường trục GPRS nội bộ (Intra-PLMN) Không yêu cầu BG và quản lý địa chỉ CÁC TRƯỜNG HỢP CHUYỂN VÙNG GPRS Kết nối trực tiếp Tunnel qua mạng IP công cộng Các đường thuê riêng trực tiếp Mạng riêng ảo (VPN) Mạng chuyển vùng GPRS Chỉ cần một kết nối logic với GRX cục bộ là có thể là có thể cung cấp dịch vụ chuyển vùng với bất kỳ nhà khai thác nào khác Kết nối đơn giản, phạm vi chuyển vùng rộng Quản lý địa chỉ IP KẾT NỐI TRONG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC INTER-PLMN Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận TIẾP THEO Mỗi địa chỉ IP xác định duy nhất một điểm liên kết với Internet Để nhận được các gói tin, trạm di động (MN) phải nằm trên mạng xác định trong địa chỉ IP của nó Nếu MN chuyển đến mạng khách, các gói tin gửi cho MN vẫn được chuyển đến mạng gốc; Để có thể trao đổi thông tin, MN phải được cấu hình địa chỉ mới. GIỚI THIỆU Thay đổi địa chỉ IP Các kết nối bên trên lớp IP sẽ bị huỷ bỏ Trạm khác không biết địa chỉ mới của MN MN vẫn giữ nguyên địa chỉ IP (Home Address) dù thay đổi điểm liên kết với Internet. MN luôn được nhận dạng bởi địa chỉ này. MN được cấp thêm một địa chỉ phụ (COA: Care-Of Address) mỗi khi chuyển đến mạng mới không phải là mạng gốc của nó. Sự di động của MN hoàn toàn trong suốt đối với các lớp trên lớp IP; Nghĩa là các ứng dụng hoạt động như khi MN không di chuyển. Là giao thức dựa trên IP, Mobile IP có thể được triển khai trên bất kỳ mạng truy nhập nào, bao gồm cả mạng hữu tuyến và mạng vô tuyến. Các phiên bản Mobile IP Phiên bản 4 (RFC 2002) Phiên bản 6 (tiếp tục được chuẩn hoá) ĐẶC TRƯNG CỦA MOBILE IP Phát hiện đại lý MN nhận các bản tin quảng cáo đại lý theo định kỳ hoặc trực tiếp gửi đi yêu cầu tìm kiếm đại lý MN phát hiện sự dịch chuyển và nhận COA Đăng ký với đại lý gốc (HA) MN đăng ký COA với HA Nhận thực và cập nhật liên kết tại HA Tunneling (IP-in-IP, MHE, GRE) Định tuyến tam giác Tối ưu hoá đường đi (bổ xung vào giao thức IPv4) MOBILE IPv4 [RFC 2002] MN phát hiện sự dịch chuyển và nhận COA MN đăng ký COA với HA ĐỊNH TUYẾN TRONG MOBILE IPv4  Gói tin gửi cho MN được chuyển đến mạng gốc A.  HA nhận gói tin, đóng gói và chuyển tới COA của MN.  Từ MN, các gói tin được chuyển trực tiếp tới CN. Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận TIẾP THEO CÁC BƯỚC TRIỂN KHAI Bước 1: Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP Tích hợp chức năng FA vào chức năng GGSN (GFA) Bổ sung nút thực hiện chức năng HA Bổ sung máy chủ AAA (RADIUS…) Sử dụng chuỗi APN = “MIPv4FA” MN sử dụng COA và FA Bước 2: Tối ưu hoá đường đi Cài đặt một bộ định thời tại GGSN/FA để đệm các gói tin và duy trì kết nối trong một khoảng thời gian nhất định KIẾN TRÚC MẠNG GPRS HỖ TRỢ MOBILE IP THỦ TỤC ĐĂNG KÝ MOBILE IP TRONG GPRS TIẾP THEO Giới thiệu Chương 1: Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM Chương 2: GPRS-Giải pháp số liệu gói cho mạng GSM Chương 3: Giải pháp cho mạng đường trục GPRS Chương 4: Chuyển vùng trong GPRS Chương 5: Giao thức Mobile IP Chương 6: Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS Kết luận Ưu điểm của hệ thống Dịch vụ số liệu gói tốc độ cao và dịch vụ Internet Triển khai nhanh với phạm vi phủ sóng rộng Sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến Mobile IP cung cấp khả năng chuyển vùng với chi phí thấp Việc triển khai Mobile IP đơn giản, không ảnh hưởng đến kiến trúc hệ thống GPRS KẾT LUẬN (1/5) Ưu điểm của hệ thống (…tiếp) Cùng với các khả năng dùng IP hiện có, việc triển khai Mobile IP sẽ cung cấp giải pháp kết nối IP toàn diện cho hệ thống GPRS Cho phép các thiết bị Internet có thể sử dụng được thông qua nhiều mạng truy nhập khác nhau, bao gồm cả hữu tuyến và vô tuyến. KẾT LUẬN (2/5) KẾT LUẬN (3/5) Hạn chế của hệ thống Dung lượng cell hạn chế cho mọi thuê bao Tốc độ thực tế thấp hơn nhiều Giao thức GPRS phức tạp Ảnh hưởng của môi trường vô tuyến (lỗi, trễ, bảo mật…) Dựa trên IPv4 nên khó có thể đảm bảo QoS theo yêu cầu Định tuyến Mobile IPv4 chưa tối ưu Giao thức IPv4 giới hạn không gian địa chỉ KẾT LUẬN (4/5) Những đóng góp của luận văn Luận văn đã giới thiệu tổng quan lý thuyết về các vấn đề sau đây: Giới thiệu một số cấu trúc mạng GPRS/GSM Các giải pháp chuyển vùng GPRS Kết nối mạng sử dụng công nghệ Mobile IP và Internet Khuyến nghị về quản lý và phân bố địa chỉ IPv4 cho: Các nút mạng Các thiết bị đầu cuối di động Khả năng sử dụng Mobile IPv6 Triển khai Mobile IPv4 trên mạng GPRS KẾT LUẬN (5/5) Hạn chế của luận văn Chưa có đánh giá chất lượng dịch vụ (QoS) của hệ thống khi triển khai MobileIP Đường trục liên mạng mới chỉ đề xuất các giải pháp kết nối tổng quát Vấn đề bảo mật mạng chưa được đề cập chi tiết Chỉ đưa ra cách triển khai Mobile IPv4 trên một mạng tế bào GPRS Hướng phát triển tiếp theo Áp dụng trên các mạng GSM cụ thể ở Việt Nam Đánh giá QoS của hệ thống khi triển khai Mobile IP Triển khai Mobile IP trên các hệ thống khác như WLAN, UMTS,… và xây dựng kiến trúc mạng tối ưu, thống nhất; tiến tới cho phép triển khai trên bất kỳ hệ thống nào khác Bảo mật IP trên môi trường vô tuyến CHÂN THÀNH CẢM ƠN !