HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRỊNH HỮU LỰC QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG IP Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1 MỞ ĐẦU
Thông tin di động đang là hình thức thông tin phổ biến nhất hiện nay. Với việc các
mạng di động đang dần chuyển lên 3G làm việc trong miền IP, các dịch vụ trong mạng di
động càng trở nên phong phú và đa dạng đáp ứng được những đòi hỏi ngày càng cao của
khách hàng. Trong việc phát triển mạng di động và các dịch vụ trên mạng di động một vấn
đề luôn được các nhà cung cấp hạ tầng mạng và dịch vụ quan tâm đó là vấn đề quản lý di
động.
Thuật ngữ quản lý di động (Mobility management) mang một nội dung tương đối
rộng liên quan đến các dữ liệu của thuê bao trong suốt quá trình di chuyển. Hiển nhiên, nếu
quy mô của mạng càng lớn, số lượng thuê bao càng nhiều, dữ liệu thuê bao càng phong phú
thì nhiệm vụ quản lý di động càng phức tạp.
Trong phạm vi của luận văn đã đưa ra những nhận xét tổng quan về quản lý di động,
phân loại các phương thức quản lý, các yêu cầu cơ bản trong quản lý di động. Nội dung
chính của luận văn là phân tích, so sánh một số giao thức quản lý di động cơ bản. Trên cơ sở
đó đề xuất những ứng dụng cho các giao thức này.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là mạng di động trên nền IP và vấn đề liên quan

1.3.2.1 Các dạng di động
Quản lý di động có thể phân loại theo tính di động như sau:
 Di động của thiết bị đầu cuối.
 Di động của mạng.
 Di động cá nhân
.

 Di động dịch vụ.
1.3.2.2 Các đặc điểm của tính liên tục dịch vụ
Tính di động có thể được phân loại theo tính liên tục của dịch vụ như sau:
3 Hình 1.2 Phân loại tính di động theo chất lượng dịch vụ
1.3.2.3 Lớp di động
Khái niệm lớp được sử dụng để phân loại phương thức quản lý di động.
 Di động theo chiều ngang: Đây là dạng di động nhưng vẫn sử dụng cùng công nghệ
truy nhập.
 Di động theo chiều dọc: Đây là dạng di động giữa các lớp khác nhau, và là dạng di
động có sự thay đổi về công nghệ truy nhập.
1.3.3 Các chức năng quản lý di động
1.3.3.1 Quản lý vị trí
Quản lý vị trí bao gồm hai chức năng cơ bản: đăng kí vị trí và phân phối cuộc gọi/tìm
gọi. Đăng kí ví trí là thủ tục đăng kí vị trí hiện thời khi thiết bị đầu cuối di động thay đổi
điểm gắn kết vào mạng. Chức năng phân phối cuộc gọi được thực hiện để phân phối các gói
tin tới di động đích và chức năng tìm gọi được sử dụng để tìm di động trong chế độ chờ.
1.3.3.2 Quản lý chuyển giao
Quản lý chuyển giao được sử dụng để cung cấp cho thiết bị đầu cuối di động phiên
liên tục mỗi khi thiết bị đầu cuối di động di chuyển sang các vùng mạng khác và thay đổi
điểm gắn kết vào mạng trong quá trình một phiên. Mục tiêu chính của chuyển giao suôn sẻ

- Quản lý di động giữa các mạng truy nhập cùng loại.
- Quản lý di động giữa các mạng truy nhập khác loại.
2.2.2 Quản lý di động giữa các mạng lõi (Inter-CN)
2.3 Các yêu cầu đối với quản lý di động
2.3.1 Các yêu cầu chung
2.3.1.1
Phối
hợp với các mạng dựa trên IP
2.3.1.2 Phân biệt giữa chức năng truyền tải và điều khiển
2.3.1.3 Cung cấp chức năng quản lý vị trí
2.3.1.4 Cung cấp các cơ chế nhận dạng người dùng/thiết bị
2.3.1.5 Hỗ trợ QoS
2.3.1.6 Phối hợp hoạt động với các cơ chế bảo mật và AAA đã thiết lập
2.3.1.7 Bảo mật thông tin vị trí
2.3.1.8 Hỗ trợ tính di động của mạng
2.3.1.9 Tối ưu hóa tài nguyên
2.3.1.10 Hỗ trợ IPv4/IPv6 và địa chỉ riêng/địa chỉ chung
2.3.1.11 Cung cấp tính di động dịch vụ và di động cá nhân
6

2.3.1.12 Khả năng truy nhập dữ liệu người dùng
2.3.1.13 Hỗ trợ nhiều loại đầu cuối di động
2.3.1.14 Duy trì thông tin ràng buộc
2.3.2 Yêu cầu quản lý di động giữa các mạng lõi (Inter-CNs)
2.3.2.1 Tính độc lập với các công nghệ mạng truy nhập
2.3.2.2 Phối hợp hoạt động hiệu quả với các giao thức quản lý di động hiện có
2.3.3 Yêu cầu quản lý di động giữa các mạng truy nhập
2.3.3.1 Tính độc lập từ các công nghệ mạng truy nhập
2.3.3.2 Cung cấp các cơ chế truyền ngữ cảnh cuộc gọi
2.3.3.3 Phối hợp hoạt động hiệu quả với các giao thức quản lý di động hiện có

vị trí di động. Quản lý vị trí yêu cầu các khả năng đặc thù sau:
 Cập nhật vị trí: là quá trình thiết bị di động cung cấp cho mạng biết vị trí hiện tại của
nó.
 Tìm kiếm vị trí: Là quá trình mạng tìm kiếm chính xác vị trí hiện tại của thiết bị di
động. Quá trình này thường được gọi là tìm gọi đầu cuối hoặc đơn giản là tìm gọi.
2.4.2.1 Các chiến lược cập nhật vị trí
 Cập nhật dựa vào thời gian.
 Cập nhật dựa vào sự di chuyển.
 Cập nhật dựa vào khoảng cách.
 Cập nhật dựa vào các tham số.
 Cập nhật ngầm
 Cập nhật xác suất
2.4.2.2 Tìm gọi
Các chiến lược tìm gọi có thể phân loại như sau:
 Blanket paging.
 Tìm gọi tuần tự.
 Các chiến lược tìm gọi khác: các chiến lược này không thể phân chia một cách rõ
ràng như hai chiến lược trên. Cụ thể là:
- Tìm gọi theo địa lý: Mạng dùng vị trí địa lý của di động để quyết định xem
nên gửi bản tin tìm gọi ở đâu.
- Tìm gọi theo nhóm: Khi mạng muốn tìm một di động, nó đặt một nhóm các di
động cùng với nhau thay vì chỉ tìm gọi một di động để xác định vị trí.
8

- Tìm gọi theo cá nhân: Mạng duy trì một khu vực tìm gọi riêng cho mỗi di
động cá nhân.
2.4.2.3 Tương tác giữa cập nhật vị trí và tìm gọi
Vấn đề cơ bản trong thiết kế và các giao thức cho các chiến lược cập nhật vị trí, tìm
gọi là làm thế nào để đạt được sự cân bằng như sau:
 Quá tải: lãng phí tài nguyên mạng cho cập nhật và tìm gọi.

 Điều khiển truy nhập mạng cho các di động khách.
 Thỏa thuận chuyển vùng giữa miền nhà di động và các miền khách.
 Tính liên tục phiên trong khi người dùng đi qua biên giữa các miền.
2.5 Kết luận chương
Chương này đã tìm hiểu về các vấn đề phân loại quản lý di động gồm có quản lý di
động trong cùng mạng lõi và giữa các mạng lõi. Các yêu cầu chung về quản lý di động, các
vấn đề cơ bản của quản lý di động như đánh tên, địa chỉ, quản lý vị trí, tìm gọi, chuyển giao,
chuyển vùng…Mỗi mạng có một đặc điểm khác nhau, các chiến lược quản lý cũng khác
nhau. Vì thế tùy vào quy mô, đặc điểm của mạng mà sử dụng chiến lược quản lý nào cho
phù hợp nhất, hiệu quả nhất. Quản lý di động trong mạng IP sẽ được tìm hiểu kỹ hơn trong
chương 3.
10

CHƯƠNG III: QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG IP
3.1 Giới thiệu chương
Các giao thức chuẩn hiện tại do IETF đưa ra cho quản lý di động trong các mạng
IPv4 thường đề cập tới MIPv4. MIPv4 cho phép một đầu cuối IP duy trì một địa chỉ IP cố
định và nhận thông tin mà không phải quan tâm tới vị trí hiện tại mà đầu cuối kết nối vào
mạng. Hiện tại IETF đang đưa ra một giao thức quản lý di động lớp IP cho các mạng IPv6
đó là MIPv6.
IETF cũng đưa ra các giao thức di động lớp IP hỗ trợ giảm trễ chuyển giao trong
mạng tại một khu vực địa lý hẹp như tòa nhà, tổ hợp nhà ở hoặc khu vực trung tâm. Các
giao thức này thường được biết đến như là các giao thức quản lý di động trong phạm vi hẹp
ví dụ như CIP, HAWAII, MIPv4 Regional Registration.
Nếu chỉ có các giao thức quản lý di động lớp IP đang có hoạt động riêng lẻ thì không
thể hỗ trợ tính di động của người dùng. Các giao thức quản lý di động lớp ứng dụng đã được
đề nghị để hỗ trợ cả di động đầu cuối và di động người dùng. Giao thức di động được
nghiên cứu phổ biến nhất trong lớp ứng dụng là SIP.
3.2 Đánh tên và địa chỉ các đầu cuối IP
Một địa chỉ IP của đầu cuối không chỉ đơn giản để xác định đầu cuối mà nó còn xác

Phương pháp 2: Sử dụng các tiền tố mạng. Một di động có thể phát hiện khi nào nó
di chuyển vào một mạng con IP mới bằng cách so sánh tiền tố mạng của mạng cũ với mạng
mới. Nếu tiền tố của hai mạng khác nhau di động đã đi vào một mạng con IP mới. Tuy
nhiên phương pháp này đòi hỏi di động phải biết được độ dài tiền tố của mạng cũ và các
mạng mới. Một FA có thể quảng bá độ dài tiền tố mạng của mạng con nội bộ trong bản tin
Agent Advertisement với phần mở rộng Prefix-Lengths Extension.
3.3.3 Rời khỏi mạng nhà
Hai vấn đề cần phải giải quyết để hỗ trợ MIPv4 khi một di động rời khỏi mạng nhà đó là:
 Sau khi một đầu cuối rời khỏi mạng nhà, các node khác trong mạng nhà có thể vẫn
lưu ánh xạ địa chỉ IP của di động với địa chỉ phần cứng trong ARP cache. Do đó,
chúng sẽ tiếp tục gửi các gói tin tới địa chỉ phần cứng của di động chứ không gửi tới
HA và gói tin sẽ bị mất. MIPv4 sử dụng Gratuitous ARP để giải quyết vấn đề này.
Một gói tin Gratuitous ARP là một gói ARP chuẩn được gửi từ một node để trigger
các node khác nhằm cập nhật ARP cache của chúng. Giao thức ARP chuẩn đòi hỏi
một node dùng thông tin chứa trong tất cả gói tin ARP mà nó nhận được để cập nhật
danh sách hiện có trong ARP cache của nó. Vì vậy một gói tin Gratuitous ARP có thể
là một gói tin ARP REQUEST.
12

 Nếu một node trong mạng nhà của di động không có địa chỉ phần cứng của di động
trong ARP cache của nó khi nó muốn gửi một gói tin tới di động, thì node này phải
dùng ARP để tìm kiếm địa chỉ phần cứng của di động. Tuy nhiên, di động lại đang ở
xa mạng nhà và không thể trả lời yêu cầu ARP REQUEST từ các node trong mạng
nhà.
3.3.4 Đi vào và ở lại trong một mạng khách
Khi đi vào một mạng khách di động phải yêu cầu một địa chỉ CoA từ mạng khách để
nhận các gói tin IP từ mạng khách. Sau đó di động phải đăng ký CoA mới với HA của nó.
Quá trình đăng ký này gọi là cập nhật vị trí và HA sẽ truyền đường hầm các gói tin tới địa
chỉ nhà sang địa chỉ CoA mới này.
MIPv4 định nghĩa hai loại bản tin đăng ký đó là:

hầm các gói tin đầu ra của di động từ CoA tới HA của di động. HA sau đó sẽ giải đóng gói
và định tuyến các gói tin ban đầu tới đích.
Sau khi đăng ký qua FA, di động khách có thể dùng một trong các cách sau để truyền
tin tới FA:
14

 Cách truyền trực tiếp: Di động chỉ rõ FA như là router mặc định của nó và xử lý gửi
các gói tin trực tiếp tới FA đó, có nghĩa là không cần đóng gói. FA nhận các gói tin
và truyền đường hầm trên đường đảo chiều tới HA.
 Đóng gói rồi mới truyền: Di động đóng gói tất cả gói tin gửi đi và gửi tới FA. FA
sau đó giải đóng gói và truyền đường hầm trên đường đảo chiều tới HA
3.4 MIPv4 Regional Registration
Một di động sử dụng giao thức MIPv4 cơ bản phải đăng ký với HA của nó mỗi khi
nó thay đổi địa chỉ CoA. Điều này có thể làm tăng trễ chuyển giao nếu mạng khách ở xa
mạng nhà. MIPv4 Regional Registration đã được đề xuất để giảm trễ chuyển giao. Hình 3.12 MIP Regional Registration
Một di động trong một miền khách sẽ có hai địa chỉ CoA:
 Địa chỉ GFA: Di động sẽ đăng ký địa chỉ GFA trong miền khách như là địa chỉ CoA
của nó với tác nhân nhà.
 Local CoA: Một Local CoA là một địa chỉ di động dùng để nhận các gói tin qua
mạng bên trong miền khách. Local CoA có thể là shared Local CoA hoặc co-located
Local CoA. Shared Local CoA là một địa chỉ của một FA ở cấp thấp nhất trong các
FA mạng khách và nó có thể truyền tin tới di động. Co-located Local CoA là một địa
chỉ IP local cùng đặt trên di động.
3.5 Giao thức khởi tạo phiên (SIP)
3.5.1 Tổng quan
15


3.6 Cellular IP
16

Cấu hình mạng CIP được minh họa trong hình 3.13. Nó gồm hai loại node mạng:
 Trạm gốc: Các trạm gốc là các node trong một mạng CIP và không có giao diện trực
tiếp với các mạng ngoài. Một trạm gốc có thể là một điểm truy nhập không dây, hỗ
trợ giao diện vô tuyến cho di động hoặc một router không có giao diện vô tuyến nào.
 Gateway Router: là một router kết nối một mạng CIP với các mạng IP ngoài.

Hình 3.13 CIP
3.6.1 Cellular IP Routing
CIP tích hợp quản lý vị trí với định tuyến. Mỗi lần di động gửi một gói tin cập nhật
tuyến hoặc bất kỳ gói tin nào, mạng CIP sẽ duy trì một tuyến đặc biệt đường xuống cho di
động và cập nhật tuyến này mà không cần một máy chủ riêng để quản lý vị trí. Mạng quản
lý vị trí của di động ẩn bằng cách duy trì cập nhật một tuyến đường xuống đặc biệt tới mỗi
di động.
3.6.2 Chuyển giao trong cùng mạng CIP
CIP hỗ trợ hai loại chuyển giao trong một mạng CIP: chuyển giao cứng và chuyển giao nửa
mềm.
 Chuyển giao cứng: được thực hiện bằng cách dùng chiến lược Break-before-Make.
Nghĩa là khi di động di chuyển từ một trạm gốc sang một trạm gốc khác, nó hiệu
17

chỉnh tần số vô tuyến theo trạm mới. Các gói tin đã được gửi tới trạm cũ sẽ bị mất.
Sau đó di động gửi một gói tin cập nhật tuyến tới router biên.
 Chuyển giao nửa mềm: cho phép di động nhận các gói tin từ trạm gốc cũ trước khi
mạng CIP thiết lập tuyến tới trạm gốc mới. Di động hiệu chỉnh tần số vô tuyến của
nó theo trạm mới, gửi một gói tin chuyển giao nửa mềm qua trạm mới tới router biên
sau đó nó hiệu chỉnh tần số vô tuyến trở lại theo trạm cũ ngay lập tức như vậy nó có
thể tiếp tục nhận các gói tin đã được gửi từ trạm cũ trong khi mạng đang thiết lập

Hình 3.16 Quá trình bật nguồn của di động trong miền HAWAII
3.7.2 Chuyển giao trong một miền HAWAII
HAWAII cung cấp hai kỹ thuật thiết lập đường cơ bản hỗ trợ chuyển giao:
 Forwarding Path Setup Scheme: Kỹ thuật này cho phép trạm gốc cũ chuyển tiếp các
gói tin người dùng tới trạm gốc mới (trạm gốc này sau đó sẽ gửi tới di động). Với kỹ
thuật này, một tuyến đặc biệt sẽ được thiết lập từ trạm gốc cũ tới trạm gốc mới. Khi
các gói tin gửi tới di động đi qua router giao cắt, chúng sẽ được chuyển tiếp bởi
router này tới trạm gốc mới để các gói tin đã được gửi tới trạm cũ sẽ được chuyển từ
trạm cũ sang trạm mới.
 Nonforwarding Path Setup Scheme: Với kỹ thuật này, các gói tin sẽ không được
chuyển tiếp từ trạm cũ tới trạm mới. Khi chúng được gửi tới router giao cắt, sẽ được
20

router này chuyển tiếp tới trạm gốc mới và sau đó gửi tới di động. Router giao cắt là
router có đường chuyển tiếp đặc biệt từ DDR đi qua cả trạm cũ và trạm mới.
3.7.3 Di chuyển vào các miền HAWAII khách

Hình 3.18 Chuyển giao giữa các miền HAWAII sử dụng MIP
3.7.4 Paging
Để hỗ trợ tìm gọi, HAWAII nhóm các trạm gốc vào các khu vực tìm gọi. Mỗi khu
vực được nhận dạng bởi một địa chỉ IP nhóm - IP Multicast Group Address (MGA) thuộc
một miền quản trị. Nói cách khác, các gói tin gửi tới địa chỉ nhóm này sẽ nằm trong miền
quản trị.
MGA nhận dạng vị trí khu vực tìm gọi hiện tại của di động.
21

 Giao diện hướng ra để gửi các gói tin tới di động.
 Để tìm gọi di động, một node mạng (router hay trạm gốc) sẽ cần đóng vai trò như là
một Paging Initiator. Paging Initiator có nhiệm vụ tạo ra bản tin tìm gọi và phát nhiều
hướng tới MGA của khu vực tìm gọi mà di động thực hiện cập nhật vị trí lần cuối, ví

chuyển tiếp các bản tin báo hiệu tới di động, hoặc gửi trả thông tin vị trí hiện tại của
di động cho host tương ứng biết để host này có thể liên lạc trực tiếp với di động.
Trong cả hai trường hợp, miễn là host tương ứng liên lạc được với di động, di động
có thể thông tin vị trí hiện tại cho host tương ứng. Từ đó thông tin giữa di động và
host tương ứng được gửi trực tiếp cho nhau không phải qua SIP home server.
 Với CIP các gói tin đến và đi từ một di động trước tiên được định tuyến tới router
biên sau đó mới được chuyển tiếp tới đích.
 Với HAWAII, các gói tin đến và đi từ một di động trước tiên được định tuyến tới
Domain Root Router sau đó mới được chuyển tiếp tới đích.

Hình 3.20 Mô hình đơn giản hóa quản lý di động sử dụng CIP và HAWAII
23

Điểm khác nhau:
 Cách thức các gói tin được truyền từ một thực thể giao thức di động này tới một thực
thể khác của các giao thức có sự khác biệt. Cụ thể là:
 Với MIP, MIPRR: HA dùng truyền đường hầm IP-in-IP truyền tin tới địa chỉ
CoA hiện tại của di động.
 Với SIP: Một SIP server sử dụng định tuyến IP thông thường và chuyển tiếp
các gói tin tới một SIP server khác hoặc tới ứng dụng đích của người dùng.
 Với CIP và HAWAII: sử dụng các truyến truyền đặc biệt lớp IP từ một điểm
mobility anchor point (với CIP điểm này là Gateway còn với HAWAII điểm
này là DDR) để truyền tin tới di động.
 Điểm khác thứ hai, là cách thức quản lý vị trí liên quan tới quản lý tuyến.
 Với MIP, MIPRR, SIP: quản lý vị trí độc lập với định tuyến lớp IP. Các server
tập trung (như MIP HA, SIP server) được dùng để duy trì thông tin vị trí. Các
gói tin từ một thực thể giao thức di động này tới thực thể khác được định
tuyến IP thông thường (đối với SIP) hoặc truyền đường hầm IP (với MIP và
MIPRR).
 Cellular IP and HAWAII tích hợp quản lý vị trí trong với định tuyến lớp IP