đồ án kỹ thuật điện điện tử Trường hợp MS sử dụng cùng một GGSN trên mỗi PLMN trong suốt quá trình kết nối

Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
*-* *-*
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Khoá: Khoa:……
Ngành:
1. Đầu đề thiết kế :



2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:












3. Các loại bản vẽ đồ thị (Ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước bản vẽ):

- 1 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội


4. Cán bộ hướng dẫn:
Phần Họ tên cán bộ




5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế:
KẾT QUẢ ĐIỂM ĐÁNH GIÁ:
- Quá trình thiết kế:
- Điểm duyệt :
- Bản vẽ thiết kế :
Ngày tháng 5 năm 2005 Ngày tháng 5 năm 2005
CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký tên ghi rõ họ tên) (Ký tên ghi rõ họ tên)
Ngày tháng 5 năm 2005 Ngày tháng 5 năm 2005
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SINH VIÊN ĐÃ HOÀN THÀNH
(Ký tên ghi rõ họ tên) (Và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa)

- 2 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

*-*
BẢN NHẬN XÉT THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Khoá: Khoa:……
Ngành:
Cán bộ hướng dẫn :
Cán bộ duyệt thiết kế:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:





2. Nhận xét của người duyệt:









Ngày tháng 5 năm 2005
Người duyệt ký
- 3 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội

MỤC LỤC

trang
Lời nói đầu…………………………………………………………….…….8
Phần I Nghiên cứu công nghệ Mobile IP…………………….…………………9
Chương I Sự bùng nổ thông tin di động……………… …………………… 10
1.1Mạng điện thoại di động……… ………………….………………… 10
1.1.1Tiêu chuẩn GSM………………………………………………… 12
1.1.2 Hoạt động của GSM.……… ……………….………………….13
1.1.3Các tiêu chuẩn đang được phát triển…………………….………14
1.2 Bổ sung dịch vụ truyền số liệu…………………………………………16
1.2.1Các phần tử GPRS………………………………………………17
1.2.2Hoạt động của GPRS……………………………………………19
1.2.3Các lựa chọn cấu hình triển khai……………………………… 21
a. Kết nối trực tiếp…………………………………………………23
b. Kết nối gián tiếp……………………………………… ……….24
Chương II Tổng quan về công nghệ IP……………………………………….26
2.1 Giới thiệu……… …………………………………………………….26
2.2 Bộ giao thức TCP/IP…….………………….…………………………27
2.2.1 Ưu điểm của bộ giao thức TCP-IP……….……………………… 27
2.2.2 Mô hình tham chiếu TCP-IP………………………………………27
2.2.3 Tầng mạng………………….…………….………………….……32
2.2.4 Tầng Internet……………… …………… ………………………33
a. Gói tin IP…………………….………………………………… 33
b. Gói tin ICMP…….…………… ……………………………… 36
c. Gói tin ARP……………….……………………… ……………37
2.2.5 Tầng giao vận………………………… …………………………38
a. Giao thức không kết nối UDP…………………………………38
b. Giao thức điều khiển truyền tin TCP…………………………40
2.2.6 Tầng ứng dụng……………………… ………………………….44
a. Dịch vụ tên miền DNS……….………….……………………44
b. Đăng nhập từ xa Telnet……………….………………………44

c. Thư điện tử Email…………………………………………….44
d. Giao thức truyền tệp FTP…….……….………………………45
2.2.7 Cơ chế địa chỉ Internet…………………………………………45
a. Địa chỉ lớp A………………………………………………….46
b. Địa chi lớp B………………………………………………….46
c. Địa chỉ lớp C…………………….……………………………47
2.2.8 Subnet và Subnet Mask…………………………………………47
- 4 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
2.3 Vấn đề định tuyến trong mạng IP………………………………….48
2.3.1 Định tuyến trực tiếp……………………………………………49
2.3.2 Định tuyến gián tiếp……………… ………………………….50
Chương III Tổng quan về Mobile IP…………………………………………52
3.1 Giới thiệu về công nghệ Mobile IP…………………………………52
3.2 Các yêu cầu và mục tiêu của Mobile IP….…………………………53
3.2.1 Các yêu cầu mà Mobile IP phải đáp ứng…….…………………53
3.2.2 Các mục tiêu của Mobile IP…………………… …………… 54
3.3 Tổng quan về Mobile IP……………………………………………54
3.3.1 Các thành phần chính của mạng Mobile IP……………………55
3.3.2 Các khái niệm cơ bản…………………………….…………….56
3.3.3 Các đặc tính của Mobile IP……………………… ………… 58
3.3.4 Các thủ tục được thực hiện trong Mobile IP……………….….59
Chương IV Hoạt động của Mobile IP………………………………………62
4.1 Quảng bá và phát hiện đại lý…… ……………………………… 62
4.1.1 Quảng bá đại lý……………………………………………… 62
a. Mở rộng quảng bá đại lý di động…………………………… 64
b. Mở rộng độ dài tiền tố mạng………….………………………66
c. Byte đệm mở rộng………………………….…………………66
4.1.2 Bản tin tìm kiếm đại lý……………………… ………………67

4.1.3 Hoạt động của đại lý di động…………………………………67
4.1.4 Hoạt động của Mobile Node…………… ………………… 69
4.2 Đăng ký đại lý……………………………………….……….……69
4.2.1 Bản tin yêu cầu đăng ký…………………………… ……….72
4.2.2 Bản tin trả lời yêu cầu đăng ký……….………………………74
4.2.3 Phần mở rộng đăng ký…………………… …………………76
4.2.4 Một số lưu ý đối với MN……………………… ……………77
4.2.5 Một số lưu ý đối với FA………………………………………79
4.2.6 Một số lưu ý đối với HA………… …………………………80
4.3 Phân phối dữ liệu………………………………………………… 81
4.3.1 Đóng gói IP-in-IP…………………………………………… 83
4.3.2 Đóng gói IP đơn giản………………………………………….85
4.3.3 Đóng gói định tuyến đa năng GRE………………………………86
4.4 Hoạt động định tuyến trong Mobile IP……………………………….88
4.4.1 Định tuyến gói tin Unicast……………………….………………88
a. Đối với MN………………………………………………………88
b. Đối với FA……………………………………………………….88
c. Đối với HA…………………………………………….…………89
4.4.2 Định tuyến gói tin Broadcast……………….……………………90
4.4.3 Định tuyến gói tin Multicast………………… …………………90
4.4.4 Định tuyến tối ưu…………………………………………………90
4.4.5 Mobile Router……………………………………………………91
Chương V Mobile IP version 6…………………………………….…………93
- 5 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
5.1 Tổng quan công nghệ IPv6………………………………………… 93
5.1.1 Những thay đổi từ IPv4 lên IPv6……………………………… 94
5.1.2 Tiêu đề IPv6…………………………………… ………………95
5.2 Tổng quan về Mobile IPv6……………………………………………96

5.2.1 Hoạt động cơ bản của Mobile IPv6………………………… …96
a. Phát hiện sự di chuyển…………………………………………96
b. Đăng ký với đại lý gốc…………………………………………97
c. Quá trình định tuyến…….…… ………………………………97
5.2.2 Giao thức IPv6 mới……………….……………………………99
5.2.3 Bản tin ICMP IPv6 mới……………… ………………………99
5.2.4 Khái niệm một số thuật ngữ……………… …………………100
5.3 Quản lý liên kết trong Mobile IPv6……………….…………………100
5.4 Cơ chế phát hiện đại lý gốc trong Mobile IPv6…… ……………….101
5.5 So sánh Mobile IPv4 với Mobile IPv6……………….………………104
 Phần II Ứng dụng………………………………………………………106
Chương VI Ứng dụng của Mobile IP vào việc truyền số liệu trong
mạng thông tin di động……………………………………………………107
6.1 Triển khai Mobile IP trên mạng CDMA 2000 ………………………107
6.2 Triển khai Mobile IP trên mạng GPRS ………………………………110
6.2.1 Bước 1 -Hỗ trợ dịch vụ Mobile IP………………………………110
6.2.2 Bước 2 -Tối ưu hoá đường đi…………………… …………….113
Kết luận………………………………………………………………………….115
Bảng tra cứu từ viết tắt……………………………………………………… 116
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………….118
- 6 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
LỜI NÓI ĐẦU
Trong một xã hội ngày càng năng động và phát triển như hiện nay thì nhu
cầu trao đổi và nắm bắt thông tin là vô cùng quan trọng . Hình thức trao đổi thông
tin ngày càng đa dạng và đòi hỏi chất lượng cao.Trên thế giới một đất nước mà
phát triển thì không thể nào mà không xét đến sự phát triển cơ sở hạ tầng thông tin
của quốc gia đó .Nước ta luôn coi nghành viễn thông là một nghành thuộc cơ sở
hạ tầng ,được ưu tiên để đào tạo cơ sở cho phát triển kinh tế .

Hai xu hướng mang tính toàn cầu trong thế giới công nghệ hiện nay chính
là Internet và thông tin di động .Chúng làm thay đổi cách con người tiếp cận và có
được thông tin trong một vài chục năm trở lại đây.Cùng với các thông tin quan
trọng ,các dịch vụ mới đều được triển khai trên mạng Internet và việc sử dụng
rộng rãi các thiết bị thông tin di động thì nhu cầu có được một kết nối Internet
thường xuyên cũng xuất hiện .
Trong khuôn khổ bản báo cáo này em tập trung vào nghiên cứu công nghệ
Mobile Ip và ứng dụng của Mobile IP vào việc truyền số liệu trong mạng thông tin
di động .
Nội dung của báo cáo thực tập chia làm hai phần chính (bao gồm 6
chương)
 Phần I Nghiên cứu công nghệ Mobile IP
 Chương I Sự bùng nổ thông tin di động
 Chương II Tổng quan về công nghệ IP
 Chương III Tổng quan về Mobile IP
 Chương IV Hoạt động của Mobile IP
 Chương V Mobile IP version 6
 Phần II Ứng dụng
- 7 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
 Chương VI Ứng dụng của Mobile IP vào việc truyền số liệu trong
mạng
Mục đích của quyển đồ án này là đưa ra những cái nhìn tổng quan về
công nghệ Mobile IP đồng thời đưa ra ứng dụng của Mobile IP vào việc
truyền số liệu trong mạng thông tin di động.
Vì thời gian có hạn cũng như sự hạn chế về kiến thức, nên quyển đồ án
khó tránh khỏi những sai xót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của
thầy cô giáo và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Quyết đã chỉ bảo và giúp đỡ em

hoàn thành bản báo cáo này.Em xin cảm ơn!



Hà Nội ,tháng 2 năm 2006
Sinh viên
Nguyễn Đăng Đức
- 8 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
PHẦN I
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MOBILE IP
- 9 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
Chương I
SỰ BÙNG NỔ THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1MẠNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
Tốc độ phát triển mạng điện thoại di động là đáng ghi nhận. Trong vòng hơn
20 năm nó đã trở thành đối thủ cạnh tranh với mạng cố định đã phát triển tới 100
năm để đạt tới trạng thái hiện tại. Người ta dự báo sẽ có một tỷ máy điện thoại di
động được sử dụng vào năm 2003.
Sự phát triển nhanh như mạng điện thoại di động - với tốc độ phát triển điển
hình là 40% năm – chắc chắn các dịch vụ mới sẽ phát triển cho cộng đồng rất
nhiều người sử dụng . Chính điều đó là động lực để phát triển dịch vụ dữ liệu vào
khả năng thoại hiện có . Để hiểu điều này sẽ xảy ra như thế nào , ta hãy xem bức
tranh về mạng hiện tại và cho thấy mạng đó sẽ phát triển như thế nào để hỗ trợ
dịch vụ dữ liệu di động .
Hai yếu tố hạn chế bất kì hệ thống nào dựa trên truyền dẫn vô tuyến là : nguồn
tài nguyên phổ tần số hữu hạn và công nghệ hiện có để khai thác nguồn tài nguyên

này . Giới hạn đầu tiên đã được khắc phục phần nào khi Viện nghiên cứu Bell
(Bell Labs) phát minh ra kĩ thuật sử dụng lại tần số vào những năm 1950 .Nhưng
phải đến đầu những năm 1980 với sự ra đời của bộ vi xử lí phát minh này mới
được triển khai trong các mạng và thiết bị thực tế .
Công nghệ tế bào cho phép sử dụng có hiệu quả phổ tần số bằng cách chia
vùng phủ sóng địa lý thành các vùng nhỏ (hoặc tế bào) ,mỗi vùng có trạm gốc
riêng . Các tế bào được ghép nhóm vào thành các cụm (cluster) và các kênh vô
tuyến được phân bổ cho mỗi cụm tương ứng với một quy luật không đổi , lặp đi
lặp lại trong vùng phủ sóng .
- 10 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
Số lượng các tế bào trong cụm càng nhỏ thì số kênh và tuyến trong một cụm
càng lớn và do đó khả năng truyển tải lưu lượng của các tế bào càng lớn .Song có
một nhược điểm là khoảng cách giữa các cụm càng gần thì nhiễu giữa các cụm
càng lớn . Tỷ số giữa khoảng cách lặp trên bán kính tế bào và của cường độ tín
hiệu nhiễu đối với mỗi cấu hình được trình bày hình dưới và bảng 1.1 .
Một mô hình lặp tế bào điển hình
Bảng 1.1 : Hướng dẫn lập quy hoạch cho các mô hình lặp tế bào
Số lượng các tế bào 4 7 12
Khoảng cách lặp/bán kính tế bào 3.5 4.6 6.0
Tín hiệu nhiễu(dB) 13.7 19.4 24.5
Do không có điểm kết nối cố định tới một mạng di động và để hỗ trợ chuyển
vùng giữa các tế bào , tất cả các mạng di động cần triển khai một số hình thức
quản lí vị trí . Các mạng tế bào được chia thành các miền quản lí gọi là các vùng
định vị nhằm nhận dạng (tương đối ) khu vực mà người gọi đang đứng .Miền quản
lý sẽ giữ các bản ghi thuê bao của một khách hàng trong một cơ sở dữ liệu thường
trú (home database) và cơ sở dữ liệu này được dùng cho cả việc kết nối cuộc gọi
- 11 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức

Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
và thanh toán .Bất cứ sự chuyển giao nào cần thiết giữa các tế bào trong một cuộc
gọi được giải quyết bằng việc xử lí cuộc gọi trong phạm vi mạng .
Một số công nghệ hệ thống vô tuyến hiện đang được sử dụng .Các hệ thống
tương tự cũ bao gồm hệ thống truyền thông truy nhập toàn bộ ( TACS- Total
Access Communication System) và Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ( APMS
– Advanced Mobile Phone System) .Các hệ thống số được đưa ra gần đây bao
gồm hệ thống truyền thông di động toàn cầu (GSM – Global System for Mobile
Communications) và DCS-1800 (hiện giờ gọi là GSM-1800) .GSM cũng xuất hiện
trên băng tần 1900 MHz (GSM-1900) ở Bắc Mỹ ,Chi Lê ,gần đây đã được qui
định cho băng tần 450 MHz ở một số nơi .GSM chịu sự cạnh tranh của các hệ
thống IS-136 và IS-95 .Tiêu chuẩn IS-136 triển khai kĩ thuật vô tuyến giống
GSM ,còn IS-95 khai thác kĩ thuật vô tuyến trải phổ . Ở đây chúng ta sử dụng
GSM bởi vì có rất nhiều nhu cầu về dịch vụ dữ liệu di động dựa trên công nghệ
GSM , cho tới nay đây là công nghệ di động tế bào số quan trọng nhất .
1.1.1 Tiêu chuẩn GSM
GSM sử dụng độ rộng băng tần 200 kHz cho mỗi kênh độc lập và trong
phạm vi mỗi kênh cho tốc độ bit là 270 kbit/s. Luồng bit được chia thành một
chuỗi các khung với một mẫu lặp với tốc độ 217 lần/giây. Mỗi khung có khe
thời gian .Mỗi khe thời gian có độ dài 0.577 m/s và tương đương với 156.25
bit.
Các bít chứa trong mỗi khe thời gian được bổ sung một số bit mào đầu
(overhead bits) ,một vài mẫu cố định và theo chu kỳ các bit được phân bổ cho
bản thân tín hiệu. Các mẫu cố định cho phép các bộ điều chỉnh trong phạm vi
toàn hệ thống thích ứng các đặc tính của tín hiệu vô tuyến còn các bit mào đầu
cho phép kiểm soát cuộc thoại từ máy cầm tay tới trạm gốc.
GSM mã hoá tín hiệu tiếng nói tại tốc độ 13 kbit/s và tín hiệu này bảo vệ
chống lỗi bằng cách cho thêm một số bit bổ sung vào luồng tín hiệu truyền
dẫn. kết quả tốc độ dữ liệu toàn bộ là 22,8 kbit/s .
- 12 -

Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
Tần số phân bổ cho hầu hết các hệ thống GSM là từ 900 đến 960 MHz cho
các trạm gốc và 890 đến 915 MHz cho các máy cầm tay . Các băng tần 1800
đến 1880 MHz cho các trạm gốc và 1710 đến 1785 MHz cho máy cầm tay đã
được giành cho việc triển khai GSM – 1800.
1.1.2 Hoạt động của GSM
Cấu trúc của một mạng GSM
Một thiết bị GSM hoạt động giống như hệ thống di động tương tự đã được
thiết lập (hình trên) . Thứ nhất , máy cầm tay liên lạc với trạm gốc gần nhất và
sau đó là bộ điều khiển trạm gốc. Bộ điều khiển trạm gốc này xác định vị trí
hiện tại của máy cầm tay ở đâu . Bộ điều khiển trạm gốc được kết nối với một
trung tâm chuyển mạch di động có thể liên lạc với các trung tâm chuyển mạch
di động khác cũng như mạng cố định . Trong một tiến trình gọi , liên lạc đến
máy cầm tay được duy trì thông qua một trạm gốc phù hợp . Tính liên tục của
cuộc gọi được thể hiện thông qua thanh ghi định vị tạm trú, đảm bảo tất cả các
cuộc gọi đang đàm thoại được theo dõi và kết nối tới các trạm gốc phù hợp
- 13 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
.Bản thân các trạm gốc được triển khai trong một tổ chức tế bào theo địa lý sao
cho máy cầm tay có thể được liên lạc liên tục.
Ngoài các khía cạnh giám sát của hệ thống, một số các hình thức kiểm soát
khác cũng được triển khai . Một thanh ghi nhận dạng thiết bị được duy trì sao
cho hệ thống biết cái gì có thể hoặc không có thể được kết nối tới mạng .Một
bộ thanh ghi nhận thực chứa đựng chi tiết các mô- đun nhận dạng thuê bao có
thể chấp nhận được (có các thẻ được đưa vào các máy di động cầm tay ).Một
bộ đăng ký vị trí thường trú chứa các thông tin về lớp dịch mà một khách hàng
cụ thể được phép sử dụng.
1.1.3 Các tiêu chuẩn đang được phát triển

Nếu dự báo bức tranh tương lai các công nghệ của hệ thống vô tuyến thì có
thể nhận thấy sự hội tụ giữa các mạng di động và cố định hiện đang được khai
thác thông qua một sáng kiến với các tên gọi khác nhau là Truyền thông di
động quốc tế (IMT- 2000), Dịch vụ viễn thông di động toàn cầu (UMTS-
Universal Mobile Telecommunication Services) hoặc di động thế hệ thứ ba
(3G –Third Generation Mobile). Các giấy phép khai thác hệ thống thông tin di
động thế hệ thứ ba đã được cấp ở một số nước nhưng các dịch vụ vẫn chưa
được cung cấp nên các ý kiến thảo luận về triển vọng tương lai vẫn còn tiếp tục
.Cho đến nay , chúng ta sử dụng tiêu chuẩn GSM đã được thiết lập như một
chuẩn. Tình trạng của một số các công nghệ và tiêu chuẩn của các ứng cử viên
khác cho mạng di động được trình bày trong bảng 1.2.
- 14 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
Bảng 1.2 :Một số công nghệ ứng cử viên
Cho dịch vụ dữ liệu di động

Công nghệ Thời điểm Chú thích
UMTS
Tốc độ dữ liệu nâng cao
cho phát triển
GSM(toàn cầu)
(EDGE-Enhanced Data
rate for GSM
Evulation)
Đa truy nhập phân chia
theo thời gian (TDMA-
Time Division Multiple
Access)
Đa truy nhập phân chia

theo mã (CDMA- Time
Division Multiple
Access)(IS-95-B)
Dữ liệu chuyển mạch
kênh tốc độ cao
(HSCSD- High Speed
Circuit-Switched Data)
Giao thức truy nhập vô
tuyến (WAP- Wireless
Access Protocol)
2003
2001
Hiện nay
Hiện nay
Hiện nay
Hiện nay
Một tiêu chuẩn toàn cầu thực thụ có
thể có lợi thế rất lớn so vói GPRS
Một biến thể kém chặt chẽ hơn của
GSM cung cấp dữ liệu tốc độ cao
hơn nhưng đòi hỏi thiết bị vô tuyến
mới và các thiết bị được nâng cấp
Được thiết lập ở Mỹ không thể thay
thế đến khi UMTS ra đời .TDMA
đang hội tụ với GSM trong các công
nghệ dịch vụ vô tuyến chuyển mạch
gói chung và EDGE.
Phiển bản CDMA của chuẩn mở rộng
GPRS của GSM
Hệ thống chuyển mạch kênh chỉ đòi

hỏi nâng cấp phần mềm của GSM
nhưng lại yêu cầu đổi mới các thiết bị
người tiêu dùng
Bổ sung tính năng trình duyệt Web
và thư điện tử vào các máy di động
WAP.
Ngoài ra còn có rất nhiều mạng điện thoại di động trị giá nhiều tỷ USD
khác . Thậm chí còn có nhiều công nghệ cho mạng cục bộ vô tuyến(LAN) và
mạng truy cập cá nhân (PAN-Personal Access Network).Do vậy , chúng tôi sẽ
giới thiệu các phần tử cơ bản cần thiết để liên kết cho máy di động tới các máy
tính cung cấp dịch vụ của nó.
- 15 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
1.2 BỔ SUNG DỊCH VỤ TRUYỀN SỐ LIỆU
Sự phát triển của Internet đã thúc đẩy sự phát triển của một số công nghệ
truy nhập dữ liệu nhanh cho điện thoại di động .Và gần đây, dữ liệu được
truyền qua mạng GSM giống như cách mà một máy tính gọi đến số kết nối của
một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Kết nối là một kết nối dành riêng mà
người sử dụng được gắn vào mạng trong thời gian cuộc gọi. Tốc độ kết nối
thông thường bị giới hạn ở 14.4 kbit/s. GSM thế hệ thứ hai đã đưa ra chuẩn
Dịch vụ vô tuyến chuyển mạch gói chung (GPRS) cho phép thiết bị di động
gửi và nhận các gói tin mà không cần một kết nối dành riêng .
Công nghệ dữ liệu chuyển mạch gói lại rất quan trọng bởi vì các gói cung
cấp một kết nối tức thời và thông suốt từ một máy di động tới Internet hoặc tới
mạng intranet công ty. Điều này cho phép tất cả các ứng dụng Internet hiện có
như thư điện tử ,trình duyệt Web được khai thác thuận lợi mà không phải quay
số vào một ISP. Các dịch vụ như BT Gennie là ví dụ cho khả năng này .
Từ quan điểm của nhà cung cấp mạng , ưu điểm của cách tiếp cận chuyển
mạch gói như GPRS là nó chỉ sử dụng phương tiện dùng chung mà trong

trường hợp này là một phổ tần số quí hiếm ,trong thời gian dữ liệu thực sự
được truyền hoặc được nhận .Điều này có nghĩa là nhiều người sử dụng chung
một kênh vô tuyến và hứa hẹn việc sử dụng hiệu quả phổ tần số vô tuyến.
Ngược lại , các kết nối chuyển mạch kênh hiện tại cho phép người sử dụng gửi
và nhận các gói tin của họ qua các kết nối dành riêng trong toàn bộ thời gian
gọi bất kể họ thực tế có đang gửi hay nhận dữ liệu không .Do nhiều ứng dụng
có thời gian trống trong một phiên liên lạc nên lãng phí là khó thể tránh khỏi
đối với các kết nối chuyển mạch kênh, đặc biệt khi các ứng dụng trở nên phi
đối xứng .Với dữ liệu chuyển mạch gói ,người sử dụng sẽ chi trả tiền cho
lượng dữ liệu họ thực tế liên lạc và không trả tiền cho thời gian trống. Thời
gian bị lãng phí trong các kết nối giành riêng có thể cho người dùng khác dùng
sử dụng chung dải tần số đó. Trong thực tế ,với GPRS ,người dùng có thể được
- 16 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
kết nối “ảo” nhiều giờ tại một thời điểm ,nhưng chỉ trả cước “kết nối” một cách
khiêm tốn.
Một khía cạnh thú vị của GPRS là nó đạt được tốc độ cao như thế nào khi
mà dữ liệu chuyển mạch kênh ngày nay bị giới hạn ở mức 9.6 hoặc 14.4 kbit/s.
GPRS sử dụng chung một kênh vô tuyến như một cuộc gọi thoại ,một kênh
rộng 200kHz. Kênh vô tuyến này truyển tải một luồng tín hiệu vô tuyến số gốc
271 kbit/s. Đối với các cuộc gọi thoại ,luồng tín hiệu này được chia thành 8
luồng dữ liệu riêng rẽ ,mỗi luồng tốc độ 34 kbit/s. Ngoài phần tiêu đề của giao
thức và sửa lỗi ,khoảng 14 kbit/s nên kết quả là một nhóm người sử dụng có
thể đạt tốc độ cao nhất lên tới 100 kbit/s.
Nhưng không phải tất cả các kênh thoại phải được sử dụng. Trong thực
tế ,việc triển khai kinh tế nhất sẽ là giới hạn băng thông cung cấp cho mỗi
người sử dụng , để giành một phần dung lượng dự phòng cho các mục đích
khác .Tiêu chuẩn GPRS định nghĩa một cơ chế mà một máy di động có thể yêu
cầu lượng băng thông cần thiết tại thời điểm nó thiết lập một phiên liên lạc dữ

liệu.
1.2.1 CÁC PHẦN TỬ GPRS
Để mạng GSM trong hình trên hỗ trợ GPRS ,một số phần tử mới cần bổ
sung vào các mạng hiện tại như trình bày trong hình dưới đây. Trong hình
này ,dữ liệu gói chuyển giữa mạng Internet với thiết bị đầu cuối di động dọc
theo đường GGSN, SGSN và đường BSC/BTS .Lưu ý rằng các phần tử chuyển
mạch kênh đã được thiết lập vẫn giữ nguyên ,SGSN, GGSN là thiết bị bổ sung
chứ không phải thiết bị thay thế .Tất cả lưu lượng hiện tại chuyển giữa thiết bị
đầu cuối và mạng điện thoại công cộng thông qua MSC và BSC/BTS.
Các phần tử mới được trình bày trong sơ đồ không phải các khối mang tính
khái niệm trong một bức tranh – chúng tồn tại và có sẵn từ hầu hết các nhà
cung cấp lớn .Các công ty như Nortel Networks ,Nokia và Lucent đã tích tất cả
các chuyển mạch hiện có của họ với khả năng định tuyến được cung cấp trong
- 17 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
SGSN và GGSN .Chức năng thực tế của các phần tử được trình bày trong hình
dưới như sau :
• PCU : Giao diện giữa trạm vô tuyến gói (BTS/BSC) nơi mà các gói tin
đi vào và đi ra khỏi mạng trên một kênh liên kết đồng bộ ,định hướng
kết nối và giao diện mạng chuyển mạch gói (gọi là giao diện Gb) có tính
chất đồng bộ và phi kết nối .PCU thường được đặt bên trong BSC tại
nơi của một trong những card trung kế của BSC.
• GGSN :Thiết bị này giữ thông tin định tuyến cho những người sử dụng
GPRS và cung cấp cổng giao diện ngoài tới Internet và tới các mạng
chuyển mạch gói bên ngoài khác (như mạng X.25 được sử dụng trong
nhiều ứng dụng tài chính ).
• SGSN : Đây là thiết bị truyền số liệu tương đương với trung tâm chuyển
mạch di động (MSC – Mobile Switch Centre) và bộ đăng ký tạm trú
(VLR – Visitor Location Register).

Nó cung cấp chức năng quản lí di động và nhận thực cũng như định
tuyến các gói tin .
Các phần tử và giao diện chính của một mạng GPRS
Từ hình trên ta có một vài nhận xét sau: Thứ nhất mạng GPRS chỉ tạo
thành một phần của dịch vụ dữ liệu toàn trình .Thứ hai ,hình này chỉ cho
- 18 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
thấy một nhà khai thác di động. Bức tranh tổng thể về dịch vụ dữ liệu di
động chưa thể hiện rõ cho đến khi các tương tác với các nhà khai thác ,thiết
kế của mạng IP lõi và bản chất của các dịch vụ cần cung cấp được thể hiện
rõ ràng .
1.2.2 Hoạt động của GPRS
Khi hoạt động một thiết bị GPRS làm việc giống như một điện thoại
di động chuẩn - cả hai liên lạc với một trạm gốc và cơ sở hạ tầng gắn kèm
cung cấp tính năng xác thực ,kết nối và dịch vụ. có một số khác biệt lớn
,tuy nhiên , khác biệt chính là GPRS cho phép người sử dụng “được kết
nối” liên tục tới mạng .
Thay vì gửi dữ liệu tới một đích cố định, kết nối quay số , GPRS cho
phép các gói dữ liệu được chèn vào một luồng kết nối thường trực .Các gói
tin từ những người sử dụng khác nhau trong một tế bào được đan xen sao
cho dung lượng truyền dẫn luôn có được chia sẻ mà không có khe thời gian
định trước thường trực được phân bổ cho một cá nhân. Do đó, dung lượng
có thể được phân bổ khi cần thiết và giải phóng khi không cần.
Tốc độ dữ liệu GSM là 14.4 kbit/s thông qua một kết nối cố định
được thay thế trong GPRS bằng cách truy cập lên tới 8 khe thời gian với
dung lượng kết hợp vào khoảng 14.4 kbit/s cho mỗi khe .Tốc độ dữ liệu
chính xác phụ thuộc vào các điều kiện vô tuyến .Dung lượng này có được
đến mức nào thì có thể biến đổi khác nhau .Các phiên bản GPRS khác nhau
có các đặc tính khác nhau .Ví dụ, GPRS lớp 8 ( class 8 GPRS) có thể xử lí

tới 5 khe thời gian kế tiếp nhau , 4 khe cho nhận và một khe cho phát tín
hiệu ,cho tốc độ dữ liệu về lên tới 50 kbit/s .Lớp 12 (class 12) cho phép bất
kì tổ hợp nào của 5 khe thời gian giữa thu và phát .
Tất cả các gói tin được truyền dẫn trên các khe thời gian được gửi từ
trạm gốc (BTS) bằng nút mạng hỗ trợ dịch vụ GPRS ( SGSN). Một SGSN
có thể hỗ trợ nhiều trạm gốc . Như đã đề cập ở trên , SGSN truy tìm tất cả
các máy di động trong phạm vi vùng phục vụ của nó .Khi một thiết bị di
- 19 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
động gửi tới gói dữ liệu ,chúng đi qua SGSN tới GGSN ,tại đây các gói
được biến đổi để truyền qua mạng ,mạng đó có thể là Internet ,X.25 hoặc
một mạng riêng . Các gói tin nhận từ Internet (nghĩa là gói IP) gửi đến máy
di động được nhận bởi GGSN ,chuyển tiếp đến SGSN phù hợp và sau đó
gửi tới người sử dụng di động .
Để chuyển tiếp các gói tin cho nhau ,SGSN và GGSN bọc gói chúng
bằng một giao thức chuyên dùng được gọi là giao thức đường hầm GPRS
(GTP – GPRS Tunnel Protocol) hoạt động trên nền giao thức TCP/IP
chuẩn. Chi tiết của SGSN và GGSN đều không nhìn thấy và không liên
quan đến người sử dụng là những người chỉ đơn giản cảm thấy một kết nối
IP thông suốt nó mới chỉ xảy ra dưới phương thức vô tuyến .
Các giao thức và thủ tục đã được thiết lập để quản lí cách thức mà
một thiết bị di động truy nhập và làm việc với một mạng GPRS. Chúng khá
phức tạp – các tiêu chuẩn liên quan( đặc biệt là ETSI ,EN 301 204 – mô tả
dịch vụ GPRS) cho chúng ta một nền tảng đặc biệt .Bây giờ chúng ta cần
nhấn mạnh cụ thể về sự tương tác giữa thiết bị di động với mạng bởi vì
chúng liên quan trực tiếp đến các nội dung tiếp theo.
Thứ nhất là cách thức mà thiết bị di động nhận biết về nó .Tác
nghiệp này gọi là một “gắn kết” (attach) sẽ thiết lập một liên kết logic giữa
thiết bị với SGSN.Tác nghiệp gắn kết cũng tồn tại trong các mạng di động

chuyển mạch kênh truyển thống trong đó nó được sử dụng để làm cho
mạng biết vị trí và việc nhận thực của máy điện thoại di động. Kết nối chỉ
được thiết lập khi máy di động cần chuyển lưu lượng qua giao diện vô
tuyến .cũng giống như khi nhận thực và xác định vị trí của thiết bị, thủ tục
gắn kết thiết lập địa chỉ của thiết bị di động .Một giải pháp cho vấn đề này
là phân bổ một địa chỉ IP tĩnh ; được gọi là đánh địa chỉ PDP tĩnh trong các
thông số kĩ thuật của GPRS .Địa chỉ PDP tĩnh thường được giữ lại HLR
(mặc dù có thể giữ nó trong mo-dun nhận dạng thuê bao hay SIM card của
máy di động). Giải pháp thay thế là địa chỉ IP tạm thời có thể được phân bổ
- 20 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
.Địa chỉ này được gọi là địa chỉ động có thể được liên kết với thiết bị di
động trong khoảng thời gian xác định bởi một vài sự kiện .Ví dụ, khi kết
thúc một phiên liên lạc hoặc thời điểm người sử dụng đi khỏi điểm cố định
của anh ta có thể kích hoạt sự cấp phát một địa chỉ động khác .
Có một số giải pháp khác nhau cho địa chỉ động .Nó được phân bổ
bằng mạng di động khách hoặc mạng thường trú của người sử dụng .Nó có
thể được cấu trúc theo bất kỳ khuôn dạng địa chỉ IP nào .
Thứ hai là nút GGSN của GPRS sẽ phải kết nối tới một vài thiết bị
trên mạng khác (ví dụ : một bộ định tuyến ranh giới thông qua giao diện Gi
để kết nối tới Internet ) .Bên cạnh kết nối vật lý ,giao thức được sử dụng tại
giao diện mạng này cần được xem xét như phần của một thiết kế mạng tổng
thể. Một số lựa chọn và cân đối khác nhau trong lĩnh vực này cũng cần
được xem xét kỹ.
Khi vấn đề đánh địa chỉ và kết nối đã được xem xét dường như
GPRS đã cho phép vận chuyển “thông suốt” các gói tin , nghĩa là “thương
mại điện tử tiêu chuẩn “với khả năng chuyển vùng bổ sung. Tuy nhiên ,
một số vấn đề cơ hội thực tế cũng cần được xem xét ở mức này .
1.2.3 Các lựa chọn cấu hình triển khai

Với nhiều điểm linh hoạt như vậy , các nhà khai thác di động ,các
nhà cung cấp dịch vụ và các mạng công ty có thể đóng vai trò khác nhau
trong việc hỗ trợ người sử dụng chuyển vùng phù hợp với cấu hình
mạng .Cho đến nay , chúng ta chưa đề cập xem ai cung cấp bit hoặc các bit
mạng .Trong thực tế ,điều này có tác động lớn đến cách thức dịch vụ được
cung cấp .
Thực tế ta xem xét triển vọng cho một nhà khai thác di động hiện tại
cung cấp giao diện vô tuyến cho các nhà khai thác và trở thành nhà khai
thác mạng ảo di động (MVNO – Mobile Virtual Network Operator) cho
một nhà cung cấp dịch vụ .Điều này thật hấp dẫn vì nhà khai thác di động
- 21 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
không phải xây dựng mạng dữ liệu riêng họ - họ chỉ đơn giản “bám vào”
một mạng đã có như một mạng con có mục đích đặc biệt.
Trong trường hợp này, một số tình huống có thể xảy ra .Nếu ta đứng
tại giao diện Gi (là điểm linh hoạt giữa mạng di động của chúng ta và mạng
IP) và xem xét quyền sở hữu và kết nối thì có bốn tình huống cơ bản như
trình bày trong hình như sau :
Lựa chọn I : Truy nhập mạng IP cơ bản cho các khách hàng của
riêng nhà khai thác di động của mình ;
Lựa chọn II : Truy nhập mạng IP cơ bản cho các khách hàng của nhà
khai thác di động khác ,những đơn vị sử dụng mạng di động (nghĩa là hỗ
trợ cho các khách hàng chuyển vùng)
Quyền sở hữu toàn trình và các khả năng kết nối
Lựa chọn III :Như trong lựa chọn I nhưng tới một mạng intranet
hoặc một ISP mà không trực tiếp được kết nối tới mạng di động .
- 22 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội

Lựa chọn IV : Như trong lựa chọn II nhưng tới một mạng intranet
hoặc một ISP mà không trực tiếp được kết nối mạng tới mạng di động.
Hai lựa chọn đầu tiên trong danh sách có nghĩa là nhà khai thác di
động có sự kiểm soát nào đó đối với phiên liên lạc toàn trình (kết nối trực
tiếp) .Hai lựa chọn tiếp theo có nhà khai thác di động cách biệt hơn, phụ
thuộc vào một bên thứ ba để hoàn thành dịch vụ (kết nối không trực
tiếp ) .Ta có thể đánh giá ưu điểm ,nhược điểm của cả hai trường hợp tổng
quát này.
a. Kết nối trực tiếp
Tại điểm này ,cần làm rõ sự khác biệt khi người sử dụng đang ở
mạng thường trú hay tạm trú .Một khi nút GPRS đã chấp nhận người sử
dụng ,người đó đã gắn kết về mặt logic tới cùng một GGSN (có thể có sự
khác biệt trong các hồ sơ người sử dụng là thuê bao của các mạng khác
nhau ).
Khi khách hàng riêng của mạng di động muốn truy nhập tới một
mạng IP được kết nối trực tiếp ,địa chỉ được phân bổ cho các thiết bị di
động của họ có thể được xử lí hoặc bởi nút GPRS hoặc bởi ISP được kết
nối trực tiếp. Điều này phụ thuộc vào vị trí chức năng DHCP được đặt ở
đâu .Một người sử dụng vãng lai sẽ có một địa chỉ do mạng thường trú của
anh ta phân bổ.
Đối với cả người sử dụng vãng lai hoặc thường trú , nút GPRS sẽ
phải nhận trách nhiệm xác thực thiết bị di động trước khi nó kết nối tới một
mạng IP bên ngoài .Và có thể mạng này từ chối kết nối đối với một số
người sử dụng nhất định (ví dụ những người có địa chỉ IP không hợp lệ)
hoặc có thể ngắt kết nối (ví dụ chúng gửi một lưỡng dữ liệu nhiều hơn so
với thoả thuận).
Nhà khai thác di động và /hoặc nhà cung cấp dịch vụ IP ở xa có thể
cần triển khai bức tường lửa để bảo vệ các mạng tương ứng của họ .Các đặc
tính của bức tường lửa cần được thống nhất (ví dụ : có được phép truyền
- 23 -

Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
FTP hay không). Trong trường hợp này ,đây là một vấn đề chính sách khi
cả hai phía có chung sở hữu.
b. Kết nối gián tiếp
Trong hai trường hợp cuối đã được liệt kê ,cần một con đường hầm
giữa nút GPRS và ISP hoặc intranet được kết nối gián tiếp .Các đặc tính
của đường hầm cần được thống nhất giữa nhà khai thác di động với ISP
.Thực tế ,đây có thể đơn giản một tuyến chuyển tiếp khung hoặc kênh
thuê .Thực sự ,lựa chọn (trong hình trên) thường là giải pháp ưa chuộng bởi
vì nút GPRS có thể phục vụ như một tuyến truy nhập thay thế đến một
mạng dùng riêng.
Trong cả hai trường hợp ,khi số lượng người sử dụng tăng lên ,có thể
cần đưa một kết nối phức tạp hơn vào mạng IP .Ví dụ , có thể sử dụng một
hệ thống phân cấp các bộ định tuyến kết nối để cung cấp một số đường
hầm.Do số lượng đường hầm lớn ,người thiết kế cần đảm bảo chất lượng
đường hầm .Bên cạnh đó ,nhà khai thác di động có thể đảm bảo sự công
bằng giữa những người sử dụng (những người có thể có các đặc tính dịch
vụ được thống nhất khác nhau đặc biệt là tốc độ kết nối ).
Trong lựa chọn IV ở hình trên có thể không có đường hầm trực tiếp
tới mạng intranet hoặc ISP (nghĩa là khi các gói tin được chuyển đường
hầm từ GGSN) ,thiết bị di động được cho một địa chỉ thuộc về
ISP/intranet .Trong trường hợp này ,GGSN cần một liên kết tới máy chủ
phân bổ địa chỉ (ví dụ máy chủ DHCP hoặc máy chủ khu vực) thuộc về ISP
hoặc intranet cho việc xác thực và cấu hình giao thức .
Hầu hết các thảo luận nêu trên liên quan đến phân phối dịch vụ .Các
vấn đề nêu ra cần được giải quyết bởi một thoả thuận giữa nhà khai thác di
động với nhà cung cấp mạng IP hoặc bằng thiết kế của nút GPRS và mạng
IP .Ngay cả khi nhà khai thác di động muốn kết nối tới một vài mạng IP
,việc lập cấu hình các kết nối cần thiết là tương đối dễ dàng .

- 24 -
Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Đăng Đức
Nghiên cứu công nghệ Mobile IP Lớp Điện tử 2-CĐ1-K46ĐHBK Hà Nội
Trong thực tế ,lựa chọn đơn giản nhất là kết nối trực tiếp của người
sử dụng của nhà khai thác di động (bất kể họ là thường trú hay chuyển vùng
từ nhà cung cấp dịch vụ khác ) tới mạng IP .
Chương II
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IP
- 25 -