đánh giá các giải pháp tối ưu hóa chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều đường truyền trên các mạng không dây di động hỗn hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Bùi Minh Đức



ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA
CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG
NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG
KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP




KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin





HÀ NỘI - 2010


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Bùi Minh Đức


ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA
CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG
NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN TRÊN CÁC MẠNG
KHÔNG DÂY DI ĐỘNG HỖN HỢP



KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hƣớng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Hoài Sơn





HÀ NỘI - 2010


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Công nghệ - Đại
học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 4 năm
học qua để em có đủ kiến thức hoàn thành khóa luận này.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoài Sơn – ngƣời đã nhiệt
tình động viên, giúp đỡ em trong quá trình định hình, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận
này.

Em xin cảm ơn sự nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến của các anh, chị
và các bạn trong nhóm nghiên cứu của thầy Nguyễn Hoài Sơn trong suốt quá trình nghiên
cứu và hoàn thành khóa luận này.
Xin gửi lời cảm ơn thiết tha nhất tới những ngƣời thân trong gia đình đã tạo điều
kiện và động viên cho con/em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận này.
Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành khóa luận này với tất cả nỗ lực của bản thân, xong
luận văn sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô tận tình chỉ bảo cho
em những sai lầm cần khắc phục của mình. Một lần nữa em xin gửi tới tất cả mọi ngƣời
lời cảm ơn chân thành nhất.
Hà Nội, tháng 05 năm 2010
Sinh viên
Bùi Minh Đức

TÓM TẮT
Khóa luận tìm hiểu một số giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng
thông các đƣờng truyền. Mục đích chính của khóa luận là đánh giá các giải pháp tìm hiểu
ở các khía cạnh nhƣ việc hỗ trợ cho quá trình chuyển giao dọc cũng nhƣ việc tận dụng
băng thông các đƣờng truyền.
Để đánh giá các giải pháp tìm hiểu khóa luận tiến hành thiết lập môi trƣờng thí
nghiệm, đƣa ra các kịch bản thí nghiệm đo đạt và đánh giá các giải pháp đó trong nhiều
kịch bản khác nhau nhằm đƣa ra đƣợc cái nhìn thực tế cho các giải pháp đó. Từ các kết
quả đo đạt đƣợc trong quá trình thực nghiệm khóa luận cũng tiến hành so sánh, lập biểu
đồ để chỉ ra những ƣu nhƣợc điểm của từng giải pháp so sánh chúng với nhau khi áp dụng
thực tế. Để thuận tiện cho quá trình kiểm tra đánh giá, khóa luận cũng tiến hành mô tả chi
tiết quá trình làm thí nghiệm, các bƣớc, thao tác thực hiện khi tiến hành các thí nghiệm
cần thiết.

Mục Lục
Phần Mở Đầu 1
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN 4
1.1. Tổng quan về mạng không dây 4
1.2. Mobile IP và việc hỗ trợ di động 6
1.3. Tổng quan về chuyển giao 12
1.4. Chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 17
1.4.1 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động 17
1.4.2 Vấn đề kết hợp băng thông các đƣờng truyền 20
CHƢƠNG 2 – CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN GIAO DỌC KẾT HỢP BĂNG THÔNG
NHIỀU ĐƢỜNG TRUYỀN 22
2.1. Giải pháp hỗ trợ chuyển giao dọc đồng thời kết hợp băng thông nhiều đƣờng
truyền. 22
2.2. Giải thuật DC(Distribution Counter). 25
2.3. Giải thuật lập lịch cho gói tin hỗ trợ cho chuyển giao dọc kết hợp băng thông nhiều
đƣờng truyền. 28
CHƢƠNG 3 – ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP BẰNG THỰC NGHIỆM 32
3.1. Mục tiêu đánh giá 32
3.2. Hệ thống thí nghiệm 33
3.3. Các kịch bản thí nghiệm 34

3.3.1. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về hỗ trợ chuyển giao dọc 34
3.3.2. Kịch bản thí nghiệm đánh giá các giải pháp về việc kết hợp băng thông nhiều
đƣờng truyền 36
3.4. Tiến hành thí nghiệm 38
3.4.1. Thiết lập hệ thống thí nghiệm 38
3.4.2. Thực hiện các thí nghiệm. 39
CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP 40
4.1. Kết quả triển khai thí nghiệm 40
4.1.1. Kết quả các thí nghiệm đánh giá việc kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền40
4.1.2. Kết quả đánh giá các giải pháp với việc chuyển giao dọc 44
4.2. Đánh giá các giải pháp dựa trên thực tiễn 46
4.2.1. Giải thuật chia đều 46
4.1.2. Giải thuật lập lịch động 47
4.1.3. Giải thuật DC 47
CHƢƠNG 5 – KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 49
Kết luận 49
PHỤ LỤC 50
1. Cầu hình địa chỉ IP và định tuyến cho các máy 50
2. Cầu hình hạn chế băng thông và độ trễ cho từng kết nối. 52
3. Cài đặt ftp-server và ftp-client ở CN và MN 53
CHÚ THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Hình 1: Định tuyến tam giác trong Mobile IP 10
Hình 2: Định tuyến mobile IPv6 11
Hình 3: một ví dụ về chuyển giao cứng 13
Hình 4: một ví dụ về chuyển giao mềm. 13
Hình 5: một ví dụ về chuyển giao ngang. 14
Hình 6: Một ví dụ về chuyển giao dọc 15
Hình 7: Hệ thống mạng 4G 18
Hình 8: Mô hình mạng đề xuất 22
Hình 9: sử dụng DC đánh giá khả năng chuyển gói tin của kết nối 26
Hình 10: Mô hình lập lich kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 28
Hình 11: Hoạt động của giải thuật lập lịch động 29
Hình 12: Lƣu đồ trao đổi gói tin giữa Mobile Agent và Mobile Node 30
Hình 13: Mô hình hệ thống thí nghiệm 33
Hình 14:Bố trí thí nghiệm hỗ trợ chuyển giao dọc 35
Hình 15: Bố trí thí nghiệm hỗ trợ kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền 37
Hình 16 : Biểu đồ so sánh các giải thuật khi sử dụng 1 đƣờng truyền có dây và một đƣờng
truyền không dây. 41
Hình 17: Đồ thị so sánh các giải pháp khí sử dụng 2 đƣờng truyền có dây. 42
Hình 18: so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 2 đƣờng truyền có cùng băng thông. 43
Hình 19: Biểu đồ so sánh 3 giải thuật khi sử dụng 3 đƣờng truyền cùng một lúc 44
Hình 20: biểu đồ miêu tả giải thuật chia đều với việc hỗ trợ chuyển giao dọc 45
Hình 21: giải thuật lập lịch động với chuyển giao dọc. 45
Hình 22 giải thuật DC với chuyển giao dọc 46



DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt
Dạng đầy đủ
1.
GSM
Global System for Mobile Communications
2.
MN
Mobile Node
3.
HA
Home Agent
4.
CN
Correspondent Node
5.
FA
Foreign Agent
6.
3G
3
th
Generation
7.
4G
4
th
Generation
8.
IPv4
Internet Protocol version 4

9.
IPv6
Internet Protocol version 6
10.
HoA
Home of Address
11.
CoA
Care of Address
12.
WLAN
Wireless LAN
13.
GPRS
General Packet Radio Service
14.
CDMA
Code Division Multiple Access
15.
WLAN
Wireless Local Area Network
1

Phần Mở Đầu
Với sự hỗ trợ của các công nghệ mạng không dây ngƣời sử dụng đầu cuối ngày này
không còn bị bó buộc với dây dẫn vật lý để có thể kết nốivới mà thay vào đó, họ có thể
dùng song vô tuyến, hồng ngoại… Điều này giúp cho ngƣời dùng có thể kết nối với nhau
ngay cả ở những nơi không thể sử dụng dây dẫn vật lý và quan trọng hơn là họ có thể di
chuyển trong khi vẫn đang tiến hành trao đổi thông tin. Việc giải quyết các bài toán liên
quan đến các vấn đề các nút mạng di chuyển trong khi vẫn đang kết nối chính vì thế ngày

càng trở lên quan trọng với sự gia tăng mạnh mẽ của số lƣợng ngƣời dùng đầu cuối di
động và nhu cầu đƣợc duy trì các phiên ứng dụng trong khi ngƣời dùng thay đổi địa điểm
truy cập Internet.
Các thiết bị đầu cuối càng ngày càng đƣợc trang bị nhiều giao diện mạng cùng với
đó là sự xuất hiện của nhiều công nghệ mạng không dây khác nhau. Hơn nữa, sự phát
triển của mạng 4G[5] trong tƣơng lai sẽ cung cấp một môi trƣờng phủ sóng chồng chéo
hỗn hợp của nhiều mạng không dây sử dụng các công nghệ mạng khác nhau, cung cấp các
dịch vụ khác nhau. Những điều kiện trên làm nảy sinh yêu cầu chuyển giao giữa các
mạng không dây khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu dịch vụ của các ứng dụng trên thiết bị
di động. Bên cạnh đó là yêu cầu về duy trì các kết nối vào Internet trong quá trình di
chuyển thiết bị từ vị trí này sang vị trí khác; từ vùng mạng này sang vùng mạng khác.
Giao thức IP ban đầu chƣa giải quyết đƣợc vấn đề này, do đó yêu cầu cần thiết là phải đƣa
ra giải pháp hỗ trợ chuyển giao cho thiết bị của ngƣời dùng sử dụng giao thức IP hiện tại.
Mặt khác, các ứng dụng yêu cầu băng thông truyền tải lớn nhƣ các ứng dụng thời
gian thực, truyền tin đa phƣơng tiện,…xuất hiện ngày càng nhiều với băng thông yêu cầu
ngày càng cao. Việc sử dụng một đƣờng truyền duy nhất tại một thời điểm cho tất cả các
ứng dụng trên thiết bị không những làm giảm khả năng đáp ứng băng thông mà còn sử
dụng một cách không tối ƣu các tài nguyên về đƣờng truyền ra Internet của thiết bị. Từ đó
vấn đề đƣa ra cần giải quyết là làm sao kết hợp đƣợc băng thông của nhiều đƣờng truyền
khác nhau tại cùng một thời điểm để làm tăng khả năng đáp ứng băng thông cho các ứng
dụng trên thiết bị di động và giảm thiểu khả năng kết nối bị gián đoạn khi tín hiệu của một
trong các đƣờng truyền bị mất.
2

Đã có nhiều giải pháp đƣợc đƣa ra để tối ƣu hóa việc chuyển giao dọc kết hợp với
băng thông nhiều đƣờng truyền nhằm tận dụng đƣợc tối đa băng thông của các đƣờng
truyền cũng nhƣ hỗ trợ tốt cho quá trình chuyển giao dọc.
Với các vấn đề nêu trên, đề tài này sẽ tập trung giải quyết hai vấn đề chính: Thứ
nhất, tìm hiểu các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều
đƣờng truyền. Trong phần này sẽ đi sâu để tìm hiểu cách thức, ý tƣởng, khả năng triển

khai cũng nhƣ hiệu năng lý thuyết của từng giải pháp sẽ tìm hiểu . Thứ hai, Đánh giá các
giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc kết hợp với băng thông nhiều đƣờng truyền về mặt
tận dụng băng thông các đƣờng truyền cũng nhƣ khẳ năng hỗ trợ chuyển giao dọc trong
thực tế.
Để thực hiện đƣợc hai nhiệm vụ trên khóa luận sẽ tiến hành việc xem xét và đánh
giá các giải pháp qua thực tế thí nghiệm. Bằng cách mô tả chi tiết quá trình thí nghiệm
cũng nhƣ các kịch bản thực hiện, tiến hành đo đạt các thông số nhằm đảm bảo có đƣợc cái
nhìn chính xác nhất khi so sánh các giải pháp trong thực tế mà quan trọng nhất là so sánh
các giải pháp về việc hỗ trợ chuyển giao dọc và hiệu quả sử dụng khi kết hợp băng thông
nhiều đƣờng truyền.
Nội dung khóa luận sẽ đƣợc trình bày dƣới 5 chƣơng:
 Chƣơng 1 trình bày tổng quan về mạng không dây, vấn đề kết hợp băng
thông nhiều đƣờng truyền, bên cạnh đó là vấn đề chuyển giao dọc, ý nghĩa
tầm quan trọng của chuyển giao dọc và kết hợp băng thông trong mạng
không dây
 Chƣơng 2 sẽ giới thiệu về các giải pháp tối ƣu hóa việc chuyển giao dọc và
kết hợp băng thông cũng nhƣ đƣa ra cái nhìn tổng quan về các giải pháp đó
 Chƣơng 3 sẽ đƣa ra chi tiết quá trình thí nghiệm, các kịch bản thí nghiệm
cũng nhƣ cách thức đo đạt và đánh giá, đồng thời cũng nêu mục đích của thí
nghiệm tiến hành .
 Chƣơng thứ 4 sẽ trình bày về kết quả thí nghiệm thu đƣợc đồng thời đánh giá
các giải pháp tối ƣu hóa chuyển giao dọc với kết hợp băng thông nhiều
đƣờng truyền qua thực tế thí nghiệm.
3

 Chƣơng 5 là chƣơng tổng kết lại về toàn bộ khóa luận và đề xuất hƣớng phát
triển tiếp theo của khóa luận. Các tài liệu tham khảo của khóa luận này đƣợc
liệt kê trong phần cuối cùng của khóa luận.

4

CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về mạng không dây
Ngày nay, việc kết nối các thiết bị đầu cuối với nhau nhƣ máy tính để bàn, máy tính
xách tay, máy in , máy quét hay các thiết bị cá nhân khác nhằm chi sẻ các tài nguyên, dữ
liệu giữa chúng đang ngày càng phổ biến. Công nghệ không dây sử dụng sóng điện tử để
truyền thông tin qua lại từ điểm này tới điểm khác, công nghệ này có thể ứng dụng cho
máy tính và các thiết bị khác nhƣ điện thoại di động hay thiết bị gia dụng… có thể kết nối
với nhau. Sau khi IEEE[4] định nghĩa các chuẩn 802.11 cho mạng không dây vào những
năm 1990, mạng không dây dựa trên nền tảng IP có điều kiện phát triển rộng rãi cho các

ứng dụng thƣơng mại cũng nhƣ cá nhân. Mạng không dây bộc lộ nhiều lợi điểm vƣợt trội
đủ để thuyết phục ngƣời dùng chấp nhận nó nhƣ là một sự thay thế hợp lý với mạng có
dây truyền thống. Trong các lợi điểm này có thể kể đến nhƣ khả năng di động của thiết bị,
khả năng kết nối liên tục khi di chuyển, khả năng thích ứng với mạng truyền thống, dễ
dàng thi công , lắp đặt và mở rộng . Đặc biệt là việc ứng dụng nó dễ dàng vào môi trƣờng
không có khả năng kéo dây cắm vật lý. Các trƣờng đại học, sân bay và hầu hết các khu
công cộng hiện nay đều ứng dụng sự thuận lợi của công nghệ không dây vào mục đích
truy cập mạng; rất nhiều doanh nghiệp, nhiều thành phố đang phát triển các mạng không
dây cho riêng họ…Mạng không dây đang trở nên ngày càng phổ biến với mục đích truy
cập tại nhà và giá thành của chúng đang giảm nhanh chóng trong những năm gần đây.
Có một số mạng dữ liệu không dây khá phổ biến nhƣ mạng điện thoại vô tuyến, các
mạng CPDP( Cellular Digital Packet Data), GPRS (General Packet Radio Service). Một
số mạng không dây khác đƣợc thiết lập dựa trên chính các kết nối ở lớp vật lý của chúng,
sử dụng các ăngten đƣợc lắp đặt trong các thiết bị cầm tay để liên lạc với các ăngten thu
phát song khác nhƣ mạng 802.11. Có một vài mạng khác là sự kết hợp của các thiết bị
nhỏ với một khoảng cách gần nhƣ là mạng Bluetooth.
Đã có nhiều nghiên cứu đƣợc xây dựng và đánh giá trên mạng không dây trong các
năm gần đây, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung trên lĩnh vực làm tăng hiệu quả thực
thi của mạng. Các nghiên cứu này hiện nay vẫn đang đƣợc tiếp tục với các kết quả đáng
ghi nhận nhƣ sự tăng tốc độ đƣờng truyền không dây lên tới vài Gigabyte một giây. Một
vài nghiên cứu lại tập trung giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lƣợng cho thiết bị trong quá
trình truyền tin. Các nghiên cứu này đã đạt đƣợc một số thành tựu đầy ý nghĩa và đang
đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị mạng không dây hiện nay (các laptop đều có cơ
5

chế tiết kiệm năng lƣợng là một ví dụ của việc ứng dụng các thành tựu này trong thực tế).
Bên cạnh đó lại có những nghiên cứu giải quyết vấn đề quan trọng khác của mạng không
dây là vấn đề bảo mật. Trong thời gian qua các nhà nghiên cứu tập trung khá nhiều trên
khái niệm hỗ trợ di động cho mạng không dây và vấn đề kết hợp các đƣờng truyền khác
nhau cho việc duy trì kết nối và chất lƣợng dịch vụ của kết nối.

Dƣới góc độ của đề tài này khái niệm mạng không dây tập trung chủ yếu vào công
nghệ mạng không dây dựa trên mạng IP (chuyển mạch gói), không tập trung về các công
nghệ mạng chuyển mạch kênh.






















6

1.2. Mobile IP và việc hỗ trợ di động
Khi kết nối Internet ngày càng trở nên phổ biến thì tính di động là một nhân tố
quan trọng không thể thiếu của mạng không dây. Tính di động cho phép ngƣời dùng duy

trì các kết nối đã có của họ, cũng nhƣ khả năng kết nối tới một máy tính khác ngay cả khi
họ thay đổi điểm truy cập mạng trong quá trình di chuyển. Tính di động trong một mạng
không dây phải đảm bảo một vài yêu cầu cơ bản:
 Phải có khả năng xác định đúng địa chỉ IP hiện thời của thiết bị, vị trí của nó
trong mạng Internet (thuộc mạng nào quản lý).
 Phải có khả năng giúp đỡ thiết bị có thể duy trì các kết nối đang có ngay cả khi
di chuyển giữa các vùng mạng khác nhau.
Phải biết đƣợc việc thay đổi vị trí kết nối của thiết bị.
Hai khái niệm cơ bản của tính di động trong mạng không dây là tự do di chuyển
(roaming) và chuyển giao (handovers).
Roaming có thể đƣợc định nghĩa là sự di chuyển của thiết bị di động từ mạng này
sang một mạng khác và sử dụng tín hiệu sóng của mạng đích khi tín hiệu sóng của mạng
ban đầu bị mất. Roaming không đảm bảo cho thiết bị di động giữ đƣợc các kết nối đã có
của họ vì nó ngắt toàn bộ các kết nối trƣớc khi chuyển giao (break before make). Để đạt
đƣợc mục đích này các nhà cung cấp dịch vụ mạng phải cho phép một thiết bị ở vùng
mạng khác kết nối và truy cập các dịch vụ trong mạng của họ.
Handover là một quá trình chuyển giao một kết nối hiện có từ kênh truyền vật lý
này sang kênh truyền vật lý khác. Handover đƣợc chia làm hai loại chính là nội miền và
liên miền. Chuyển giao nội miền là di chuyển một kết nối từ kênh truyền này sang một
kênh truyền khác trong cùng một mạng, trong khi đó chuyển giao liên miền là việc di
chuyển một kết nối từ mạng này sang mạng khác.
Trong cấu trúc địa chỉ Ipv4 đều giả định rằng mỗi một node đều có một địa chỉ IP
duy nhất dùng để kết nối với các node khác trên Internet. Trong trƣờng hợp một node
thay đổi điểm truy cập mạng(đổi sang một mạng khác) mà vẫn muốn duy trì những kết
nối hiện có thì có thể dùng một trong 2 cơ chế sau:


 Node đó sẽ thay đổi địa chỉ IP khi kết nối vào một mạng khác
 Có một cơ chế định tuyến đặc biệt lan truyền với kết cấu định tuyến trên
Internet

7

Cả 2 cơ chế này đều khó có thể chấp nhận vì những hạn chế của nó . Với cơ chế 1
thì sẽ không thể thực hiện việc duy trì các kết nối ở tầng cao hơn. Còn cơ chế thứ 2 thì rõ
ràng sẽ làm phức tạp vấn đề lên rất nhiều. Vì vậy yêu cầu là có một giao thức mới có khả
năng mở rộng và dễ dàng khi một node di động trong mạng internet. Giao thức Mobile IP
là giao thức của IETF giúp cho các thiết bị di động có thể di chuyển từ mạng này sang
mạng khác mà vẫn giữ nguyên đƣợc các kết nối hiện có.
Là một sự mở rộng của giao thức IP, Mobile IP [1] cung cấp cho Mobile Node khả
năng duy trì các kết nối của nó khi di chuyển giữa các vùng mạng mà vẫn giữ nguyên địa
chỉ IP của nó. Mobile IP hỗ trợ tính di động cho tầng IP và nó hoàn toàn trong suốt đối
với các ứng dụng ở tầng cao hơn. Là một chuẩn kết nối đƣợc đề xuất trong rfc 3344,
Mobile IP có các thành phần cơ bản nhƣ sau
 Mobile Node(MN): một host hoặc một router có thể di chuyển trong mạng
Internet mà vẫn giữ nguyên đƣợc các phiên kết nối của nó
 Home agent (HA): một router ở home network của MN nơi lƣu trữ danh
sách các mobile node đƣợc đăng kí. HA sẽ nhận các gói tin đến mobile
node và gửi chúng đến mobile node khi mobile node đi ra khỏi mạng
thƣờng trú. HA cũng lƣu trữ các thông tin về vị trí hiện tại của MN
 Foreign Agent( FA): Một router ở mạng tạm trú của MN. Nó cung cấp các
dịch vụ định tuyến cho moblie node trong khi mobile node đó vẫn đƣợc
đăng kí ở mạng tạm trú này. FA sẽ nhận gói tin từ HA đƣợc yêu cầu gửi
đến cho MN đến với MN. Các gói tin từ MN đi ra vẫn đƣợc định tuyến nhƣ
các gói tin bình thƣờng khác.
 Care of Address(CoA): là một địa chỉ IP dùng để xác định vị trí hiện thời
(mạng tạm trú hiện thời) của MN.
 Collocated CoA : một địa chỉ IP ngoài đƣợc gán tạm thời cho MN.
 Correspondent Node (CN); là một node đang có kết nối tới MN.
 Home address : một địa chỉ cố định đƣợc cấp cho mỗi node.
 Tunnel : là đƣờng hầm dùng để chuyển dữ liệu từ HA đến FA trong trƣờng

hợp MN đang ở mạng tạm trú.
Trong Mobile IP có các dịch vụ đƣợc sử dụng để đảm bảo cho giao thức có thể
hoạt động hiệu quả. Ta có thể kể ra một vài dịch vụ tƣơng ứng nhƣ sau
 Agent discovery : Các HA, FA thƣờng xuyên gửi các gói tin quảng bá để
thông báo về sự hiện diện cũng nhƣ các dịch vụ mà nó cung cấp. Dựa vào
8

các gói tin quảng bá thu đƣợc đó các node có thể biết đƣợc mình đang ở
trong vùng quản lý của Agent nào và yêu cầu kết nối tới agent tốt nhất
 Registration: Khi đang ở một mạng tạm trú nó sẽ đăng kí địa chỉ CoA với
home agent của mình. Phụ thuộc vào phƣơng thức kết nối mobile node có
thể đăng kí trực tiếp hoặc thông qua FA.
 Tunneling; Một tiến trình mà mobile IP sẽ tạo một đƣờng hầm truyền các
gói dữ liệu. Trong tiến trình tunneling các HA sẽ đóng gói các gói dữ liệu
sử dụng một cách tiếp cận IP-within-IP. Các HA sẽ thêm vào tiêu đề các
gói tin gửi đến cho MN một địa chỉ IP nữa chính là địa chỉ CoA của MN.
FA khi nhận đƣợc các gói tin đã đƣợc đóng gói này sẽ chỉ đơn giản là loại
bỏ phần thông tin thêm vào trong quá trình tunnling và chuyển phần còn lại
cho MN. Nếu nhƣ sử dụng collocated CoA thì HA sẽ gửi gói tin đóng gói
trực tiếp cho MN và MN sẽ tự động mở gói dữ liệu đã đóng gói đó.
Quá trình hoạt động của Mobile IP đƣợc chia thành các bƣớc cơ bản nhƣ sau :
 Mobility Agent (HA,FA): quảng bá sự hiện diện của chúng bằng các gói tin
quảng bá (Agent Advertisement Messages- AAM). Môt node có thể chọn
bất cứ một Agent nào để yêu cầu kết nối nếu nó nhận đƣợc (AAM) từ agent
đó bằng cách gửi một gói tin Agent solicition message.
 Mobile node dựa vào sự quảng bá của các Mobility Agent để xác định xem
nó có đang ở trong home network hay là forgein network.
 Nếu mobile node xác định nó đang ở home network thì nó sẽ không cần sử
dụng các dịch vụ mobility nữa. Nếu nó trở lại sau khi đã đăng kí ở mạng
tạm trú khác nó sẽ tiến hành đăng kí lại với HA bằng các gói tin registration

request và reply.
 Khi một node xác định nó đang ở forgein network nó sẽ nhận đƣợc một Coa
từ forgein network đó. Đia chỉ CoA có thể đạt đƣợc bằng cách thông qua
gói tin quảng bá của FA hoặc bằng một vài cơ chế khác nhƣ
DHCP(colocated CoA).
 Mobile node tiến hành điều khiển bằng cách đăng kí địa chỉ CoA với home
agent có thể bằng cách trực tiếp hoặc gián tiếp qua FA.
 Các gói tin gửi tới Home address của mobile node sẽ đƣợc HA cắt ra gửi
qua quá trình tunnling tới địa chỉ CoA của Mobile node. Điểm cuối nhận
gói tin này (địa chỉ CoA) có thê là FA hoặc là mobile node tùy theo phƣơng
9

thức đăng kí vời FA , cuối cùng gói tin này đƣợc chuyển tới cho mbile
node.
 Ngƣợc lại các gói tin gửi từ mobile node sẽ đƣợc định tuyến thông thƣờng
mà không cần phải đi qua HA.
 Khi không ở trong mạng thƣờng trú mobile IP sử dụng giao thức đƣờng
ngầm để làm ẩn home address từ sự xen vào của các router giữa HA và FA.
Đƣờng ngầm này kêt thúc bởi địa chỉ CoA của mobile node. Địa chỉ CoA
phải có thể nhận các gói tin IP nhƣ bình thƣờng Tại CoA gói tin ban đầu
đƣợc lấy ra từ đƣờng hầm và phân phối tới cho mobile node.
Moblie IP cung cấp 2 cơ chế khác nhau để Moblie Node có đƣợc địa chỉ CoA
(collocated Address)
 Địa chỉ CoA đạt đƣợc thông qua gói tin quảng bá của FA. Trong trƣờng hợp
này thì CoA chính là 1 trong các địa chỉ của FA do vậy FA đóng vài trò là
điểm cuối trong đƣờng hầm sẽ tiến hành mở gói và lấy gói dữ liệu bên trong
gửi cho mobile node. Cơ chế này có ƣu điểm là đồng thời cho phép nhiều
node sử dung chung một CoA. Điều này làm tiết kiệm không gian địa chỉ
IPV4.
 Địa chỉ CoA đạt đƣợc bằng một vài cơ chế bên ngoài nhƣ là dhcp . trong

trƣờng hợp này địa chỉ CoA đƣợc gọi là colocated CoA và đƣợc gán trực
tiếp cho mobile node. Do vậy các mobile node là điểm cuối trong đƣờng
ngầm và tự thực hiện việc mở gói để lấy dữ liệu cho mình. Cơ chế này có
ƣu điểm là cho phép mobile node thực hiện các chức năng mà không cần
FA, dẫn đến việc là không cần triển khai FA trong mạng. Tuy nhiên cơ chế
này gặp một số khó khăn nhƣ nó yêu cầu một lƣợng lớn địa chỉ IP trong các
forgein network dành cho các mobile node ghé thăm.
10


Hình 1: Định tuyến tam giác trong Mobile IP
(Hình trên được trích từ bài báo Mobility support for IP based Network)
Cùng với sự khan hiếm của địa chỉ IPv4 và sự ra đời của IPv6, trong mobile Ipv6
ngƣời ta không còn dung khái niệm FA nữa. Không giống với mobile ipv4, mobile Ipv6
sử dụng một gói tin với header có khả năng mở rộng ở đó chứa cả 2 địa chỉ home address
và CoA cùng với thông tin xác thực để làm đơn giản hóa việc routting tới mobile node và
thực hiện định tuyến tối ƣu bằng một cách an toàn. Trong khi đó quá trình tìm kiếm địa
chỉ CoA vẫn đƣợc yêu cầu một MN sử dụng một địa chỉ cấu hình tự động khộng đƣợc
công nhận và chức năng tìm kiếm hàng xóm để lấy đƣợc địa chỉ colocated CoA. Mobile
Ipv6 cũng xử dụng cơ chế đƣờng ngầm ip-within-ip để gửi dữ liệu tới cho MN. If một CN
biêt đƣợc địa chỉ CoA của MN nó có thể gửi dữ liệu trực tiếp cho MN.
11


Hình 2: Định tuyến mobile IPv6
(Hình trên được trích từ bài báo Mobility support for IP based Network)
Mobile-IP là một giao thức mở rộng cho giao thức IP hiện tại và là một phần
không thể thiếu trong thế giới di động, đặc biệt là trong tƣơng lai với sự xuất hiện của
mạng di động thế hệ thứ 4G. Sự có mặt của Mobile-IP nói riêng và việc hỗ trợ di động
trong mạng không dây nói chung là một trong những yếu tố vô cùng có ý nghĩa trong xu

hƣớng tính toán di động. Số lƣợng của các nghiên cứu trong lĩnh vực ứng dụng Mobile-IP
và các nghiên cứu về hỗ trợ di động cho mạng không dây đang chứng minh cho ý nghĩa
của tính di động trong mạng không dây hiện nay.








12

1.3. Tổng quan về chuyển giao
Chuyển giao (handoff, handover) là một thuật ngữ đƣợc dùng nhiều trong các hệ
thống thông tin di động nhƣ GSM, CDMA,UTMS,WLAN, Chuyển giao là quá trình
chuyển một phiên truyền ứng dụng từ một đƣờng liên kết cũ sang một đƣờng liên kết mới
khi liên kết mới đó khả dụng. Chuyển giao cho phép một thiết bị cuối đang thực hiện việc
trao đổi thông tin thay đổi điểm truy cập mạng mà vẫn đảm bảo duy trì quá trình trao đổi
thông tin đó. Ta có thể lấy một ví dụ trong mạng điện thoại di động GSM, chuyển giao sẽ
xảy ra khi một thuê bao di động đang kết nối hay truyền dữ liệu di chuyển từ vùng phủ
sóng của trạm này sang vùng phủ sóng của một trạm khác mà vẫn duy trì đƣợc kết nối
hay việc truyền dữ liệu đó.
Việc di chuyển của các nút mạng có thể xảy ra giữa các vùng phủ sóng khác nhau
của cùng một công nghệ mạng hoặc giữa các vùng phủ sóng của các công nghệ mạng
khác nhau. Tùy vào cơ chế chuyển giao mà ngƣời ta chia ra thành các loại chuyển giao
khác nhau. Một số khái niệm chuyển giao phổ biến hay đƣợc nhắc đến bao gồm: Chuyển
giao cứng (hard handoff) và chuyển giao mềm (softhandoff); chuyển giao ngang
(horizontal handoff) và chuyển giao dọc (vertical handoff).
Chuyển giao cứng là cơ chế chuyển giao mà ở đó các kết nối đang có sẽ bị ngắt

trƣớc khi thiết bị đầu cuối chuyển sang một vùng phủ sóng mới. Sau khi tiến hành chuyển
sang một vùng mạng mới các kết nối cũ đƣợc thiết lập lại tại vùng mạng mới này.
Khác với chuyển giao cứng, trong chuyển giao mềm, các kết nối hiện có vẫn đƣợc
duy trì nhờ vào cơ chế “chuyển trƣớc khi ngắt”. Trong trƣờng hợp này, các vùng phủ
sóng của các vùng mạng thƣờng chồng lấn lên nhau, do đó, tại các khu vực chồng lấn của
các vùng phủ sóng này các thiết bị đầu cuối có thể dễ dàng bắt đƣợc sóng của các vùng
mạng khác nhau. Nhờ đó, thiết bị đầu cuối sẽ lựa chọn mạng nào mà nó cho là tốt nhất
thiết lập kết nối thay thế cho các kết nối ở vùng mạng cũ. Trong chuyển giao mềm ngƣời
ta có thể thiết lập đồng thời nhiều kết nối từ nhiều mạng khác nhau sau đó lựa chọn mạng
nào phù hợp cho quá trình truyền tin hoặc khi một kết nối bị ngắt thì sẽ ngay lập tức đƣợc
thay thế bằng một đƣờng truyền mới.
13


Hình 3: một ví dụ về chuyển giao cứng

Hình 4: một ví dụ về chuyển giao mềm.
Chuyển giao cứng và chuyển giao mềm thƣờng đƣợc dùng trong các mạng điện
thoại di động. Chuyển giao cứng không đảm bảo cho chất lƣợng cuộc gọi bằng chuyển
giao mềm, tuy nhiên nó lại có lời điểm là tiết kiệm đƣợc tài nguyền mạng hơn do không
phải thiết lập sẵn một kênh kết nối trong vùng mạng mà thiết bị đầu cuối có thể di chuyển
tới.
Khái niệm chuyển giao cứng và chuyển giao mềm đứng trên khía cạnh của việc tạo
và duy trì các kết nối nhƣ thế nào trong quá trình chuyển giao, nó không quan tâm tới việc
chuyển giao đó là giữa các mạng có cùng công nghệ, cùng dải địa chỉ hay không. Do đó
hai khái niệm này không mâu thuẫn với khái niệm chuyển giao ngang và chuyển giao dọc,
những khái niệm đƣợc đƣa ra dựa trên việc xem xét công nghệ mạng giữa các mạng mà
thiết bị chuyển giao qua lại.
14

Chuyển giao ngang là việc chuyển giao kết nối giữa các mạng khác nhau sử dụng
cùng một công nghệ mạng, ví dụ chuyển giao từ mạng 802.11a tới 802.11a, từ 802.11b tới
802.11b,…Việc chuyển giao này diễn ra khi thiết bị di chuyển qua lại giữa vùng phủ sóng
của các Access Point trong cùng một WLAN hoặc trong tƣơng lai là việc di chuyển giữa
vùng phủ sóng của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau nhƣng sử dụng chung một công
nghệ mạng.


Hình 5: một ví dụ về chuyển giao ngang.
Chuyển giao ngang bao gồm ba giai đoạn chính đó là : theo dõi chất lƣợng đƣờng
truyền, ra quyết định chuyển giao và thực hiện chuyển giao.
Trong suốt quá trình liên lạc, cái thiết bị đầu cuối luôn đo năng lƣợng thì trạm phát
sóng ( ví dụ nhƣ một Access Point) mà nó kết nối và các trạm xung quanh. Dựa trên một
chính sách nào đó nếu giá trị đo đƣợc nhỏ hơn một một ngƣỡng đã đƣợc quy định trƣớc
thì thiết bị cuối sẽ ra quyết định chuyển giao phiên làm việc của thiết bị cuối sang trạm
phát sóng mà nó cho là tốt nhất (dựa trên một chính sách nào đó đƣợc thực hiện). Thiết bị
đầu cuối này sẽ thiết lập kênh truyền ở mạng mới, các kênh truyền dành cho nó ở mạng
cũ sẽ đƣợc giải phóng.

15

Chuyển giao dọc là việc chuyển giao giữa các vùng phủ sóng sử dụng các công
nghệ mạng khác nhau hoặc không cùng một nhà cung cấp mạng Ví dụ nhƣ một thiết bị
cá nhân PDA đƣợc trang bị cả hai loại giao diện mạng sử dụng công nghệ mạng WLAN
và GPRS. Ngƣời dùng PDA đang sử dụng giao diện WLAN truy cập vào mạng Internet.
Khi ngƣời dùng di chuyển từ vùng phủ sóng WLAN sang vùng phủ sóng GPRS và cƣờng
độ sóng WLAN giảm dần tới mực nhỏ hơn một ngƣỡng cho phép nào đó, một cơ chế chế
chuyển giao dọc sẽ đƣợc thực hiện ở tầng liên kết nhằm duy trì các ứng dụng đang thực
hiện ở cá tầng phía trên. Tuy nhiên, để có thể thực hiện việc chuyển giao dọc thì cần phải
có các cơ chế hỗ trợ phù hợp dọc giữa các mạng mà Mobile Node di chuyển qua lại. Dƣới

đây là hình ảnh một ví dụ về chuyển giao dọc giữa hai lại mạng là GPRS và WLAN.

Hình 6: Một ví dụ về chuyển giao dọc
Ngày nay, một thiết bị đầu cuối thƣờng đƣợc trang bị nhiều hơn một loại giao diện
mạng và các vùng phủ sóng của các mạng thƣờng tồn tài hỗn hợp chồng lấn, đan xen lên
nhau thì việc chuyển giao dọc cho phép ngƣời dùng đầu cuối có thể di chuyển qua lại giữa
các mạng khác nhau trong khi vẫn duy trì kết nối và các phiên truyền dữ liệu ở tần trên.
Việc chuyển giao còn đem lại tính an toàn cho các phiên truyền ứng dụng trong trƣờng
hợp một giao diện mạng nào đó đột nhiên mất tín hiệu thì phiên kết nối hay truyền dữ liệu
có thể đƣợc duy trì bởi một giao diện mạng khác khả dụng hơn.
16

Khái niệm chuyển giao ngang và chuyển giao dọc không mâu thuẫn với hai khái
niệm chuyển giao cứng và chuyển giao mềm. Trong mỗi hình thức chuyển giao ngang
hoặc dọc đều có thể thấy sự xuất hiện của chuyển giao cứng hoặc mềm. Ví dụ một quá
trình chuyển giao ngang giữa hai Access Point khác nhau có thể diễn ra theo một trong
hai cách thức tùy thuộc vào cài đặt của ngƣời dùng trong việc hỗ trợ chuyển giao. Cách
thức thứ nhất là ngắt toàn bộ các kết nối hiện có ở Access Point thứ nhất trƣớc khi chuyển
giao và khởi động lại các kết nối này khi đã chuyển giao sang Access Point thứ hai. Cách
thức thứ hai là tiếp tục duy trì các kết nối hiện có ở Access Point thứ nhất khi chuyển
giao sang Access Point thứ hai bằng cách thay đổi cách thức định tuyến gói tin tới thiết bị
của ngƣời dùng.
Tƣơng lai của các hệ thống không dây di động đều dựa trên kiến trúc IP với sự hỗ
trợ của nhiều công nghệ mạng khác nhau. Trong thế giới mạng không dây nhƣ vậy, việc
hỗ trợ chuyển giao giữa các kết nối mạng khác nhau là một vấn đề rất quan trọng. Đặc
biệt, chuyển giao dọc đã và đang là xu thế nghiên cứu phát triển của ngành truyền thông
trên toàn thế giới và đang dần đƣợc chuẩn hóa bởi các tổ chức nhƣ 3GPP [2], 3GPP2 [3],
IEEE [4],… Khi chuyển giao dọc giữa nhiều kết nối mạng khác nhau đƣợc đảm bảo,
ngƣời ta có thể nghĩ tới vấn đề sử dụng đồng thời các kết nối để đảm bảo duy trì tính khả
dụng của các kết nối tốt hơn và đồng thời tăng băng thông cho các kết nối hiện có.

Chƣơng tiếp theo của đề tài sẽ trình bày chi tiết hơn về vấn đề chuyển giao dọc và sử
dụng kết hợp băng thông của các đƣờng truyền khác nhau cho mục đích vừa trình bày.







17

1.4. Chuyển giao dọc và vấn đề kết hợp băng thông nhiều đƣờng truyền
1.4.1 Chuyển giao dọc trong mạng không dây di động
Chuyển giao là một vấn đề vô cùng quan trọng, là chìa khóa cho thế giới không dây
di động phát triển. Không giải quyết đƣợc bài toán chuyển giao thì sẽ không có tính di
động trong mạng không dây.
Thực tế chỉ ra rằng không có một cộng nghệ mạng đơn lẻ nào có thể cung cấp một
dịch vụ truyền tin có băng thông cao, vùng phủ sóng rộng và độ trễ thấp cho một số lƣợng
lớn ngƣời sử dụng. Do đó, việc phủ sóng chồng chéo các loại mạng khác nhau đang ngày
càng trở lên phổ biến, điều này giúp cho ngƣời dùng đầu cuối có thể sử dụng nhiều dịch
vụ truyền tin cùng một lúc và phù hợp với chi phí bỏ ra.
Trong những năm gần đây, mạng 3G đã đƣợc triển khai ở nhiều quốc gia trên thế
giới trong đó có Việt Nam. Mạng 3G sử dụng công nghệ UMTS (Universal Mobile
Telecommunications Systems) có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ truyền dữ liệu thấp
và trung bình, do đó không thể đáp ứng đƣợc các dịch vụ đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao
nhƣ điện thoai có hình, mobile TV, hay điện thoại hội nghị. Tuy nhiên ƣu điểm của
UMTS là nó cung cấp một mạng có vùng phủ sóng rộng và cho phép ngƣời dùng đầu cuối
có thể di chuyển với tốc độ khá cao. Ngƣợc lại với mạng 3G, WLAN tuy bị hạn chế về
vùng phủ sóng nhƣng lại cung cấp tốc độ truyền tải khá cao và giá thành dịch vụ rẻ hơn
so với giá thành dịch vụ mạng 3G.

Khi mà công nghệ mạng di động thế hệ thứ ba 3G chƣa đƣợc phát triển rộng rãi thì
ngƣời ta đã bắt đầu nói về công nghệ 4G . Mạng 4G là hội tụ của nhiều công nghệ mạng
hiện có nhƣ: Các công nghệ mạng 2G, 3G, WiMAX, Wi-Fi, IEEE 802.20, IEEE 802.22,
vệ tinh, các công nghệ WiMAX 802.16m, Wibro, UMB,… trong một hệ thống chung dựa
trên nền IP. Do đó, mạng 4G trong tƣơng lai là một môi trƣờng mạng đa công nghệ với
nhiều nhà cung cấp dịch vụ mạng khác nhau.