Quản lý di động trong mạng IP

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

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ NGỌC GIAO


Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Hữu Trung
Phản biện 2: TS. Nguyễn Quốc Tuấn






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: 11h ngày 11 tháng 05 năm 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

đến nó là quản lý di động.
Đối tượng nghiên cứu: các giao thức quản lý di động
Phương pháp nghiên cứu: tìm hiểu lý thuyết kết hợp với các ứng dụng cụ thể các giao
thức quản lý di động đang được áp dụng trên mạng di động của nhiều nước.
Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS. Lê Ngọc Giao đã tận tình hướng dẫn và cung
cấp cho em nhiều tài liệu phục vụ việc hoàn thiện luận văn này.
2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG
1.1 Giới thiệu chương
Nhu cầu quản lý di động xuất phát từ nhu cầu hội tụ vào mạng cố định và sự phát
triển liên tục của mạng. Do vậy cần xác định yêu cầu về quản lý di động để cung cấp khả
năng di động cho người dùng sử dụng dịch vụ suôn sẻ nhất. Chương này sẽ tìm hiểu về các
vấn đề sau:
- Quản lý di động là gì?
- Các vấn đề cần quan tâm đối với quản lý di động như: môi trường mạng, các dạng di
động, các đặc điểm của tính liên tục dịch vụ, lớp di động.
- Các chức năng quản lý di động như: quản lý vị trí, quản lý chuyển giao.
1.2 Quản lý di động là gì?
Quản lý di động (mobility management): là các chức năng được sử dụng để quản lý
thuê bao di động đang truy nhập vào mạng địa phương (mạng khách) mà không phải mạng
nhà của thuê bao đó. Các chức năng này bao gồm việc giao tiếp với mạng nhà để thực hiện
nhận thực, cấp quyền, cập nhật vị trí và tải thông tin về người dùng.
1.3 Các vấn đề cần quan tâm đối với quản lý di động
1.3.1 Môi trường mạng
Trong mạng NGN có rất nhiều công nghệ truy nhập hữu tuyến/vô tuyến mới và đang
tồn tại được hỗ trợ như WLAN, xDSL và các mạng 2G/3G Mỗi kiểu mạng truy nhập được
kết nối tới mạng lõi NGN để cung cấp cùng các loại dịch vụ như nhau cho người dùng,
không phụ thuộc vào kiểu mạng truy nhập.
1.3.2 Các đặc điểm chung về quản lý di động

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

là giảm thiểu sự gián đoạn dịch vụ do mất dữ liệu và trễ trong quá trình chuyển giao. Hầu
hết các giao thức quản lý di động thực hiện quản lý chuyển giao cùng với cơ chế quản lý vị
trí thích hợp. Tùy theo vùng chuyển giao như đã được đề cập, các dạng chuyển giao có thể
được phân loại thành “chuyển giao trong một mạng truy nhập”, trong đó di động di chuyển
trong vùng phủ của cùng một mạng truy nhập trong mạng NGN, và “chuyển giao giữa các
mạng truy nhập hoặc các mạng lõi khác nhau”, trong đó di động thay đổi hệ thống truy nhập
cho các phiên đang thực hiện.
4

1.4 Kết luận chương
Chương này đã tìm hiểu khái niệm về quản lý di động cũng như các vấn đề cơ bản
cần quan tâm đối với quản lý di động như môi trường mạng, các dạng di động, các đặc điểm
của tính liên tục dịch vụ, lớp di động, các chức năng quản lý di động như: quản lý vị trí,
quản lý chuyển giao.

5

CHƯƠNG II: PHÂN LOẠI, YÊU CẦU VÀ CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN
TRONG QUẢN LÝ DI ĐỘNG
2.1 Giới thiệu chương
Chương này sẽ 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…Đây là những vấn đề rất quan trọng giúp cho các nhà cung cấp dịch vụ chọn
lựa các chiến lược quản lý một cách hiệu quả cả về mặt kỹ thuật và kinh tế để mang lại dịch
vụ tốt nhất cho người sử dụng.
2.2 Phân loại quản lý di động
2.2.1 Quản lý di động trong cùng mạng lõi (Intra-CN)
 Quản lý di động “Intra-AN”
 Quản lý di động “Inter-AN”

- 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

2.3.3.4 Cung cấp chức năng quản lý chuyển giao đem lại các dịch vụ suôn sẻ
2.3.3.5 Hỗ trợ phương thức lựa chọn mạng động dựa trên chính sách
2.3.4 Yêu cầu quản lý di động trong cùng mạng truy nhập
2.3.4.1 Cung cấp các cơ chế truyền ngữ cảnh cuộc gọi
2.3.4.2 Cung cấp chức năng quản lý chuyên giao đem lại các dịch vụ suôn sẻ
2.4 Các vấn đề cơ bản trong quản lý di động
Tính di động có thể có các dạng khác nhau:
 Di động thiết bị đầu cuối: Di động thiết bị đầu cuối là khả năng đáp ứng cho thiết bị
đầu cuối của người sử dụng tiếp tục truy nhập mạng khi thiết bị di chuyển.
 Di động người dùng: Cho phép người dùng tiếp tục truy nhập mạng dưới cùng nhận
dạng người dùng khi người dùng di chuyển. tính năng này cũng bao gồm khả năng
cho phép người dùng từ các thiết bị di động khác nhau nhưng dùng chung nhận dạng
thuê bao.
 Di động của mạng: Khả năng của mạng bao gồm các nốt di động được kết nối mạng
với nhau, để thay đổi điểm gắn kết (dưới dạng đơn vị mạng) vào mạng tương ứng tùy
theo chuyển động của chính mạng đó.
 Di động dịch vụ: Đây là tính di động áp dụng cho một dịch vụ cụ thể, tức là khả
năng của một đối tượng di động để sử dụng dịch vụ cụ thể (đã đăng kí) mà không
phụ thuộc vào vị trí của người dùng và thiết bị được sử dụng.
2.4.1 Ảnh hưởng của việc đánh tên và địa chỉ trong quản lý di động
7

Các mạng IP ngày nay, các ứng dụng cung cấp thuật toán đánh tên người dùng riêng
của chúng. Ví dụ, người dùng e-mail được nhận dạng bởi địa chỉ e-mail. Các người dùng
SIP được nhận dạng bởi SIP URI. Nếu một nhà cung cấp dịch vụ yêu cầu người dùng đăng
ký với nhà cung cấp đó trước khi người dùng được phép truy nhập dịch vụ, người dùng có
thể đăng ký với một tên tùy ý. NAI có thể đóng vai trò như một số nhận dạng đầu cuối độc
lập với tên người dùng duy nhất.
2.4.2 Quản lý vị trí
Quản lý vị trí là một quá trình cho phép mạng duy trì cập nhật thông tin liên quan tới

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.

 Hiệu năng
 Độ phức tạp.
2.4.3 Chuyển giao
Chuyển giao là một quá trình mà một di động thay đổi từ một điểm kết nối mạng này
tới điểm kết nối mạng khác trong cùng miền quản trị của cùng một mạng. Ví dụ, một di
động có thể thay đổi các kênh vô tuyến của nó từ một trạm gốc tới một trạm khác hoặc từ
băng tần này sang băng tần khác trên cùng một trạm gốc. Chuyển giao trong mạng không
dây dựa trên IP là một vấn đề rộng hơn là thay đổi kênh vô tuyến di động từ một trạm gốc.
Đầu tiên, chuyển giao trong mạng không dây dựa trên IP có thể xảy ra ở các lớp giao
thức khác nhau.
Thứ hai, chuyển giao ở mỗi lớp giao thức có thể xảy ra trong các kịch bản khác
nhau. Ví dụ, chuyển giao trong lớp IP có thể là:
 Chuyển giao giữa các mạng con.
 Chuyển giao trong mạng con.
 Chuyển giao giữa các router.
Thứ ba, chuyển giao có thể là chuyển giao cứng hoặc mềm tùy thuộc vào cách thức
di động nhận dữ liệu người dùng từ mạng trong suốt quá trình chuyển giao.
Có hai cách cơ bản để thực hiện một chuyển giao cứng đó là:
 Make-before-Break: Di động thiết lập kết nối mạng thông qua một điểm kết nối mới
trước khi nó ngắt kết nối mạng cũ của nó.
 Break-before-Make: Di động ngắt kết nối mạng hiện tại và sau đó thiết lập kết nối
mạng qua điểm kết nối mới.
Để nhận biết chuyển giao mềm cần có các khả năng sau:
 Chọn lựa và truyền dữ liệu.
 Đồng bộ nội dung dữ liệu.
9

2.4.4 Chuyển vùng
Chuyển vùng là quá trình mà một người dùng di chuyển sang một miền khách. Để hỗ
trợ chuyển vùng cần có thêm các khả năng sau:

 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

định duy nhất điểm kết nối mạng IP của node di động. Thông thường, một địa chỉ IP có vai
trò để nhận dạng đầu cuối đó.
IETF đã đưa ra định nghĩa nhận dạng truy nhập mạng (NAI) để nhận dạng một đầu
cuối di động hoặc người dùng mà không cần quan tâm vị trí hiện tại của của đầu cuối hay số
lượng địa chỉ IP mà đầu cuối có thể có.
NAI có dạng username@realm. Trong đó username nhận dạng đầu cuối, phần realm
nhận dạng tên miền Internet của máy chủ truy nhập mạng NAS.
3.3 MIPv4
3.3.1 Tìm kiếm tác nhân
Để đầu cuối di động có thể liên kết với một tác nhân di động MIPv4 như HA hay FA,
thì nó trước hết cần biết địa chỉ IP của tác nhân.
Quá trình đầu cuối di động tìm kiếm các tác nhân di động và nhận thông tin từ các
tác nhân này được gọi là tìm kiếm tác nhân MIPv4. Di động sẽ nhận được thông tin hệ
thống và các dịch vụ của các tác nhân thông qua các bản tin quảng bá Agent Advertisement.
11

Các bản tin này có thể được phát quảng bá theo chu kỳ tới tất cả di động hoặc phát tán bằng
bất kỳ cách nào mà nhà cung cấp mạng thấy có thể. Đầu cuối di động không phải đợi một
cách bị động các bản tin quảng bá này. Nó cũng có thể lấy bản tin Agent Advertisement từ
các tác nhân di động bằng cách gửi một bản tin Agent Solicitation tới địa chỉ phát quảng bá
224.0.0.11. Mọi tác nhân di động đều phải trả lời khi nhận được bất kỳ bản tin Agent
Solicitation nào.
3.3.2 Phát hiện sự di chuyển
Phương pháp 1: Sử dụng trường thời gian sống trong các bản tin Agent
Advertisement. Mỗi bản tin Agent Advertisement có một trường thời gian sống cho biết
khoảng thời gian tồn tại của bản tin . Với mỗi tác nhân gửi bản tin Agent Advertisement di
động sẽ lưu đệm thời gian sống của bản tin Agent Advertisement cuối cùng mà nó nhận
được cho tới khi thời gian sống hết. Nếu di động không nhận được thêm bản tin Agent
Advertisement mới nào từ cùng một tác nhân trong khoảng thời gian sống còn lại đó thì nó
sẽ cho rằng nó mất kết nối với tác nhân di động đó.

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:

 Yêu cầu đăng ký: Registration Request
 Trả lời đăng ký: Registration Reply

Hình 3.6 Các luồng tin báo hiệu đăng ký MIPv4
13

3.3.5 Trở lại mạng nhà
Khi một di động quay lại mạng nhà, nó cần được đảm bảo rằng các gói tin gửi tới địa
chỉ nhà của nó bây giờ sẽ chuyển trực tiếp tới nó thay vì gửi tới HA của nó. Cụ thể cần thực
hiện hai bước sau:
Gán kết địa chỉ IP với địa chỉ phần cứng lưu đệm tại các node trong mạng nhà cho di
động quay trở về cần được cập nhật để các node này bắt đầu gửi các gói tin trực tiếp tới di
động chứ không gửi qua HA nữa.
Di động trở lại mạng nhà cần thông tin cho HA của nó biết rằng nó quay trở lại mạng
nhà để HA có thể xóa trạng thái nó đang duy trì cho di động.
3.3.6 Mobile-Home Authentication Extension
Việc chứng thực các bản tin yêu cầu và trả lời đăng ký dựa trên Phần mở rộng chứng thực
nhà cho di động.

Hình 3.9 Định dạng bản tin Mobile-Home Authentication Extension
3.3.7 Đảo chiều đường hầm
Khi một di động gửi các gói tin IP trong một mạng khách, địa chỉ IP nguồn trong các
gói tin đầu ra có thể không nằm trong không gian địa chỉ IP sử dụng trong mạng khách. Ví
dụ, địa chỉ IP nguồn có thể là địa chỉ nhà của di động. Hiện nay ngày càng nhiều router trên
mạng Internet sử dụng thông tin thêm vào địa chỉ IP đích để lựa chọn định tuyến. Chẳng
hạn, một router truy nhập IP trong mạng khách có thể từ chối bất kỳ gói tin nào có địa chỉ IP
nguồn không nằm trong không gian địa chỉ IP của mạng khách. Kết quả là các gói tin đầu ra
từ một di động khách có thể không được đi qua router truy nhập IP dùng bộ lọc đầu vào
trong mạng khách.
Đảo chiều đường hầm cung cấp một giải pháp cho vấn đề nêu trên. Nó truyền đường

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

Giao thức khởi tạo phiên SIP được IEIF đưa ra để hỗ trợ cho điều khiển đa phiên trên
nền IP như là giao thức báo hiệu. Chi tiết về SIP được đưa ra trong IETF RFC 3261. SIP là
giao thức điều khiển lớp ứng dụng, nó có thể thiết lập, sửa đổi và kết thúc đa phiên. SIP sử
dụng SIP URI, là địa chỉ tương tự như địa chỉ e-mail. Nó hoạt động độc lập ở dưới các giao
thức lớp vận chuyển như giao thức điều khiển truyền TCP, giao thức gói dữ liệu người dùng
UDP và SCTP.
SIP cũng cung cấp chức năng quản lý vùng cho di động dựa trên việc đăng ký của
người sử dụng với SIP registrar. Khi tác nhân người sử dụng SIP di chuyển vào trong vùng
của mạng mới, nó sẽ đăng ký vị trí hiện tại của mình với cơ sở dữ liệu vị trí qua SIP
registar. Dữ liệu về vị trí sẽ được tham chiếu bởi SIP proxy server hoặc gửi trực tiếp tới
server trong quá trình tạo tác nhân người dùng (UA) hoặc ngắt phiên khởi tạo. Các thực thể
chức năng SIP bao gồm tác nhân người sử dụng UA, proxy server, redirect server, registrar
và dữ liệu vị trí. Bản tin SIP được phân ra làm 2 loại: yêu cầu (request) được gửi từ client
tác nhân người dùng (UAC) tới server tác nhân người dùng UAS và đáp ứng (response)
chứa đựng tình trạng của yêu cầu.
3.5.2 Quản lý di động dựa trên SIP
SIP cung cấp chức năng quản lý vị trí cho thiết bị đầu cuối di động. Khi thiết bị đầu
cuối di động di chuyển vào trong một mạng mới, nó phải đăng ký vị trí hiện tại bằng cách
gửi một bản tin (message) SIP REGISTER tới SIP registrar. Registrar có thể từ chối hoặc
chấp nhận yêu cầu. Trong trường hợp chấp nhận yêu cầu, máy chủ SIP sẽ cập nhật vào cơ
sở dữ liệu vị trí với các thông tin mới. Khi DI ĐộNG di chuyển vào trong một mạng mới
hoặc một hệ thống mới, thủ tục đăng ký SIP được lặp lại để cập nhật vị trí. Các thông tin về
vị trí cập nhật cũng sẽ được tham chiếu tới proxy server trong quá trình tạo UA hoặc ngắt
kết khởi tạo phiên. SIP cơ bản không cung cấp chức năng quản lý chuyển giao suôn sẻ. Do
đó, phiên SIP sẽ bị ngắt khi DI ĐộNG thay đổi mạng IP do địa chỉ TCP/UDP socket sẽ
không hợp lệ để cho việc thay đổi địa chỉ IP Tuy nhiên, SIP có thể sử dụng kết hợp với các
chức năng quản lý chuyển giao khác như:
 Mobile IP (MIP)
 Cellular IP (CIP) (hoặc các giao thức di động cục bộ khác)
 mSCTP (trong lớp truyền tải)

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

đường xuống tới trạm mới.
3.6.3 Paging

Hình 3.14 Tìm gọi trong mạng CIP
Để hỗ trợ tìm gọi, CIP nhóm các trạm gốc trong các khu vực tìm gọi như trong hình 3.14.
Khi một di động ở trạng thái rỗi đi qua biên vùng tìm gọi nó cập nhật vị trí với mạng bằng
cách gửi một gói tin cập nhật tìm gọi (paging-update packet) tới router biên. Gói tin cập
nhật này chính là gói tin ICMP. Nó được gửi tới router biên và chuyển tiếp bởi các trạm gốc
hop-by-hop tới các router biên.
3.7 HAWAII
HAWAII tổ chức một mạng thành các miền, như trong hình 3.15. Một miền HAWAII gồm
ba loại node mạng:
18


Hình 3.15 HAWAII
 Trạm gốc (BS): là một node mạng hỗ trợ giao diện vô tuyến hoặc các chức năng vô
tuyến đặc biệt khác.
 Router: được sử dụng để kết nối giữa các trạm gốc.
 Domain Root Routers (DRRs): được dùng để kết nối một miền HAWAII với các
mạng IP ngoài như mạng Internet.
3.7.1 Di động bật nguồn trong miền nhà HAWAII của nó
Khi di động bật nguồn trong miền nhà HAWAII, nó có thể phải yêu cầu cấp một địa chỉ IP
từ miền nhà nếu nó chưa có địa chỉ nào. Sau đó miền nhà HAWAII thiết lập môt tuyến
chuyển tiếp đặc biệt từ DDR tới di động để truyền tin.
Sau khi di động có địa chỉ IP, quá trình khởi tạo tuyến chuyển tiếp đặc biệt trong miền
HAWAII (gọi là quá trình bật nguồn) được minh họa như trong hình 3.16.
19

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

dụ như phát tới tất cả trạm gốc trong khu vực tìm gọi. Mỗi trạm gốc trong khu vực
tìm gọi sẽ lần lượt gửi một bản tin tìm gọi qua vô tuyến tới tất cả di động mà nó phục
vụ. Paging Initiator cũng có nhiệm vụ lưu đệm các gói tin được gửi tới di động ở
trạng thái rỗi khi di động đang được tìm gọi.
3.8 So sánh MIP, MIPRR, SIP, CIP và HAWAII
Đầu tiên so sánh kiến trúc quản lý di động cơ bản sử dụng trong các mạng trên để
truyền gói tin tới các thiết bị di động và quản lý thay đổi đường truyền tin tới một thiết bị di
động. ví dụ mô hình cho Mobile IP gồm HA, FA, và thiết bị di động là các thực thể giao
thức di động. Các node mạng khác trên đường truyền như router IP trung gian, tương tác
với các thực thể di động trên không dùng mobile IP nên không được coi là thực thể giao
thức di động.
Kiến trúc quản lý di động cơ bản dùng trong MIP, MIPRR, và SIP mô tả trong hình 3.19
dưới đây:

Hình 3.19 Mô hình đơn giản hóa quản lý di động sử dụng MIP, MIPRR và SIP
Điểm giống nhau:
Trong hình này SIP Mobility chỉ có SIP home server, không có proxy SIP server có thể
được sử dụng bởi các mạng khách. Điểm giống nhau cơ bản của tất cả phương thức quản lý
di động trong các hình trên đó là chúng đều sử dụng chiến lược Phân phối chuyển tiếp để
truyền các gói tin báo hiệu, các gói tin người dùng hoặc cả hai tới di động. Đặc biệt một
22

điểm gắn kết di động (mobility anchor point) được dùng để theo dõi vị trí của di động và
chuyển tiếp các gói tin cho di động. Ví dụ:
 Với MIP và Mobile IP Regional Registration các gói tin gửi tới một di động trước
tiên được định tuyến tới tác nhân nhà của di động sau đó mới được truyền đường
hầm tới di động.
 Với SIP: trước khi host tương ứng biết vị trí hiện tại của đích đến, nó luôn luôn gửi
các bản tin báo hiệu khởi tạo SIP tới SIP home server đích. Tùy thuộc vào loại SIP
server sử dụng trong mạng nhà của di động đích, SIP home server có thể hoặc

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

mà không dùng các máy chủ riêng để quản lý. Thay vào đó, mạng ngầm duy
trì vị trí của di động bằng cách cập nhật tuyến truyền đặc biệt tới mỗi di động
ở trạng thái hoạt động.
 Điểm khác thứ ba, là ở chỗ tìm gọi được hỗ trợ khi nào và bằng cách nào.
 MIP và MIPRR không hỗ trợ tìm gọi.
 Cellular IP và HAWAII đều định nghĩa các thủ tục tìm gọi riêng của từng giao
thức
3.9 Kết luận chương
Chương này đã tìm hiểu về các giao thức quản lý di động trong mạng IP như MIP, MIPRR,
SIP, CIP và HAWAII. Đây là những giao thức đặc trưng nhất cho quy mô các loại mạng
khác nhau. Ví dụ như MIP cho mạng quy mô lớn, CIP và HAWAII hỗ trợ quản lý IP trong
phạm vi hẹp hơn. Chương này cũng đã phân tích và so sánh các giao thức quản lý di động
đang được áp dụng trong thực tế. Từ đó có thể lựa chọn các trường hợp ứng dụng khác nhau
đối với từng giao thức cụ thể.