tìm hiểu về giao thức mobile IP và mạng di động 4g

LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành tốt bản báo cáo này, ngoài nỗ lực nghiên cứu tìm hiểu, còn có

sự đóng
góp không nhỏ của thầy giáo, bạn bè và gia đình của tôi.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Đào Ngọc Tú , người thầy đã

hướng dẫn
tôi tận tình trong suốt quá trình làm báo cáo.
Bên cạnh đó, tôi nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn bè, và các thầy cô giáo
đã có những nhận xét, đánh giá, trao đổi và cung cấp

cho tôi nhiều tài liệu tham khảo bổ ích
giúp em hoàn thành tốt bản báo cáo này.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hải phòng,ngày 3/4/2014
Sinh viên:Hoàng Thị Thu Hiền
1
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4
MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP 6
1.Giới thiệu Mobile Ip 6
1.1.Khái niệm cơ bản 6
1.1.1.Một số khái niệm cơ bản trong Mobile IP 6
1.1.2.Sử dụng Mobile IP 7
1.2.Các chuẩn và đặc trưng 7
1.2.1. Các chuẩn trong Mobile IP 7
1.2.2. Các đặc trưng của Mobile IP 7

1.2.3.Các phiên bản 7
1.3.Nguyên lí hoạt động của giao thức 8
1.3.1.Agent Discovery 8
1.3.2.Registration 9
1.3.3.Data Transfer 11
1.4. An toàn và bảo mật trong Mobile IP 13
1.4.1.Sử dụng các mở rộng xác thực(authentication extensions) 12
1.4.2.Xác thực thông qua trường Identification…………… 15
CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN VỀ 4G…………………………………………… 18
2.1.Toàn cảnh hệ thống di động……………………………………………19
2.1.1.Khái quát…………………………………………………… 19
2.1.2.Hệ thống thông tin di động 4G…………………………………25
2.2.Các đặc điểm công nghệ của 4G……………………………………… 33
2.2.1.Hỗ trợ lưu lượng IP …………………………………………….33
2.2.2.Hỗ trợ tính di động tốt……………………………………… 33
2
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
2.2.3.Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau ………………….33
2.2.4.Không cần liên kết điều khiển………………………………….34
2.2.5.Hỗ trợ bảo mật đầu cuối – đầu cuối…………………………….35
CHƯƠNG3:TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI MOBILE IP VÀ 4G 36
3.1.Tình hình triển khai ở Việt Nam 36
3.2.Tình hình triển khai trên thế giới 37
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………….39
3
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Tên đầy đủ
MN Mobile Node

HA Home Agent
FA Foreign Agent
CoA Care of Address
CN Correspondent Node
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1:Cách thức gửi gói tin đến MN 8
Hình 1.2:Mô hình Agent Discovery 8
Hình 1.3:Mô hình Registration Request 10
Hình 2.1:Quá trình phát triển của thông tin 21
Hình 2.2: Dịch vụ thông tin y tế 27
Hình 2.3 Hệ thống cung cấp nội dung tiên tiến 28
Hình 2.4: Hệ thống địnhvị

29
Hình 2.5:Hệ thống đặt hàng di động 30
Hình 2.6: Hệ thống quản lý thực phẩm……………………………………… 32
Hình 2.7: Hệ thống quản lý di động………………………………………………32
4
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
MỞ ĐẦU
Mục tiêu của các mạng di động thế hệ tiếp theo là khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch
vụ thoại, truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia ở mọi lúc, mọi nơi.Mạng di
động 4G hứa hẹn là mạng di động đón đầu được những yêu cầu của người sử dụng.
Mạng di động thế hệ sau với công nghệ IP là bước phát triển đột phá từ mạng di động thế hệ 3G
lên 4G. Điều này đặt ra cho các nhà nghiên cứu cần tìm ra và hoàn thiện hạ tầng IP trong môi trường
truyền dẫn không dây để tích hợp cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ băng hẹp và băng rộng, nhu cầu
di chuyển kết nối liên tục tới người sử dụng. Mobile IP hỗ trợ khả năng du động cho các đầu cuối trong
khi vẫn sử dụng các dịch vụ như trong mạng Mobile IP cố định, do đó tích hợp Mobile IP vào mạng di
động để có thể giải quyết các vấn đề quản lí thuê bao di động mà vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ
là vấn đề cần được nghiên cứu.

Khi thuê bao di động thực hiện các dịch vụ băng thông multimedia ,vấn đề mất an toàn thông tin
cần được quan tâm , thông qua các cơ chế xác thực,mã khóa để đảm bảo cho người dùng là vấn đề câp
thiết cần phải thực hiện.
Bản báo cáo bước đầu tìm hiểu về giao thức Mobile IP và mạng di động 4G, cơ chế xác thực trong
Mobile IP, tổ chức của luận văn gồm 3 chương cấu trúc như sau:
Chương 1:Tổng quan về Mobile IP,cho một cái nhìn tổng thể về giao thức, các phiên bản Mobile
Ipv4,Mobile Ipv6, về thuật toán chọn đường trong giao thức Mobile IP, qua đó đánh giá ưu điểm, nhược
điểm của giao thức.
Chương 2:Tổng quan về 4G, khái quát về mạng di động 4G, các thế hệ thông tin di động từ 1G-
3G. Các đặc điểm cơ bản của 4G và các mô hình khuyến nghị.
Chương 3:Tình hình triển khai Mobile IP và 4G trên thế giới
Cuối cùng tổng kết lại những kết quả đã đạt được của bản báo cáo.
5
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MOBILE IP
1.Giới thiệu Mobile IP
1.1.Khái niệm cơ bản
Mobile IP lả một giao thức của IETF giúp người dùng với thiết bị di động có thể di chuyển từ
mạng này sang mạng khác với những địa chỉ IP subnet khác nhau mà vẫn duy trì được kết nối đang diễn
ra. Mobile IP trở thành giao thức không thể thiếu trong thế giới di động, trong công nghệ tương lai(công
nghệ 4G). Mibile IP có rất nhiểu mở rộng và phát triển khác nhau như Mobile Ipv4, Mobile Ipv6, Fast
Mobile IP,…
Mobile IP cho phép các node tiếp tục nhận dữ liệu mà không quan tâm đến vì trí kết nối của
node vào mạng Internet. Mobile IP cung cấp các bản tin điều khiển cho phép các thành phần trong
mạng cập nhật các bảng định tuyến một cách tin cậy. Mobile IP được triển khai mà không cần có bất cứ
một yêu cầu nào với các tầng vật lí và liên kết dữ liệu, vì vậy Mobile IP độc lập với các công nghệ truy
cập không dây.
IP di động (Mobile IP) là một chuẩn do nhóm chuyên trách kỹ thuật Internet (Internet Engineering
Task Force - IETF) đề xuất và được trìnhbày cụ thể trong tài liệu RFC 3344 và RFC 5944 (RFC 5944
mới được công bố vào tháng 11/2010).

1.1.1.Một số khái niệm cơ bản trong Mobile IP:
- Mobile IP Node(viết tắt là MN) nút di động : để chỉ 1 host hoặc 1 router thay đổi điểm kết
nối từ mạng này sang mạng khác.
- Home Agent (viết tắt là HA), khi MN di chuyển khỏi mạng thường trú (homework) nó cần
một đại diện thay mặt, đại diện này là HA, vai trò của HA là tào đường hầm để chuyển tiếp
gói tin đến MN khi nó rời khỏi mạng nhà và lưu trữ thông tin vị trí hiện tại của MN.
- Forein Agent ( viết tắt là FA), khi MN di chuyển khỏi mạng thường trú nó phải có một địa
chỉ tạm trú gọi là CoA(Care of Address) là địa chỉ IP có thể được sử dụng để truyền các gói
dữ liệu đến đích tương ứng với địa chỉ này theo những giao thức tìm đường cơ bản của IP.
MN thông báo địa chỉ CoA cho HA để biết địa điểm của MN, MN có địa chỉ này từ FA.
- Corespondent Node ( viết tắt là CN) là một node trong mạng có nhu cầu truyền thông với
MN, CN không phải là một thành phần của Mobile IP nhưng được đưa vào để mô tả hoạt
động của giao thức.
1.1.2.Sử dụng Mobile IP:
IP di động được xây dựng nhằm mục đích cho phép người dùng với thiết bị di động của mình có
thể di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà vẫn tiếp tục duy trì các dòng thông tin đang diễn ra. Cùng
với sự phát triển của công nghệ mạng 4G, Mobile IP vẫn đang được nghiên cứu và cải tiến nhằm đảm
bảo tính di động của thiết bị trong thế hệ mạng tương lai. Chúng tôi hy vọng rằng nội dung bài này sẽ
giúp các bạn nắm bắt được nguyên lý hoạt động và một số vấn đề cơ bản của mobile IP.
6
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
Trong thiết kế của giao thức IP, mỗi thiết bị khi nối kết vào mạng sẽ được gắn kết với một địa chỉ
IP nhất định. Đây được xem như điểm nối vật lý của thiết bị với mạng internet. Khi trao đổi dữ liệu trên
mạng các thiết bị được giả định là không thay đổi địa chỉ IP. Nếu một nút liên lạc CN (Correspondent
Node) gửi gói tin đến nút di động MN (Mobile Node) thì trước tiên gói tin sẽ được định tuyến đến mạng
thường trú HN (Home Network) của MN mà không phụ thuộc vào vị trí hiện tại của MN. Sau đó, IP di
động đảm nhiệm việc chuyển tiếp gói tin này đến cho MN để duy trì dòng thông tin không bị gián đoạn
giữa hai thiết bị.
1.2.Các chuẩn và đặc trưng
1.2.1 Các chuẩn trong Mobile IP :

- Approved by the Internet Engineering Steering Group (IESG) in June 1996; published
proposed standard in Nov. 1996
- Mobile IP is an IETF proposed standard solution for
mobility at Layer 3 IP
• RFC2002/3220 - Mobile IP
• RFC2003 and RFC2004 - Tunnel encapsulation
• RFC2005 - Mobile IP applicability
• RFC2006 - Mobile IP MIB
- Associated RFCs
• RFC1701 GRE – Generic Routing Encapsulation
• RFC3024 - Reverse Tunneling for Mobile IP
1.2.2 Các đặc trưng của Mobile IP :
Mobile IP hỗ trợ khả năng di động ở lớp IP (lớp mạng) cho các thiết bị đầu cuối với hai đặc
trưng cơ bản sau :
• Sự di động hoàn toàn trong suốt đối với các ứng dụng bên trên lớp IP. Nghĩa là các ứng
dụng được thực hiện giống như khi thiết bị đầu cuối không di chuyển.
• Là giao thức dựa trên IP nên Mobile IP có thể được triển khai trên bất kỳ mạng truy
nhập nào, bao gồm cả các mạng hữu tuyến (PSTN, ISDN, Ethernet, xDSL,…) và
vô tuyến (WLAN, GPRS, UMTS…).
1.2.3 Các phiên bản : MIPv4, MIPv6, Hierarchical MIP, Fast MIP, NEMO …
- MIPv4 : Giải pháp di động cho mạng sử dụng IPv4. Giao thức Internet phiên bản 4 (Internet
Protocol version 4) là phiên bản thứ 4 trong quá trình phát triển các của các giao thức. Hiện nay,
MIPv4 vẫn đang được sử dụng rộng rãi nhất.
7
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
- MIPv6 : Giải pháp di động cho mạng sử dụng IPv6. Địa chỉ IP sử dụng 128 bit để mã hóa dữ
liệu, nó cho phép sử dụng nhiều địa chỉ hơn so với Ipv4.
1.3.Nguyên lí hoạt động của giao thức Mobile IP
Chắc hẳn các bạn sẽ thắc mắc làm thế nào để MN xác định nó đã di chuyển khỏi mạng thường
trú hay chưa cũng như tìm kiếm FA mới ở mạng tạm trú. Vấn đề này sẽ được HA và FA giải

quyết bằng cách định kỳ gửi thông điệp quảng bá trên các mạng cục bộ của chúng, MN tiếp nhận
các gói tin này và xác định được những thông tin cần thiết. Quá trình này được biết đến với tên là
Agent Discovery.Vậy thì cách thức mà Mobile IP thực hiện để duy trì được dòng dữ liệu liên tục
khi thiết bị di chuyển đến mạng khác với địa chỉ IP mới như thế nào. Để trả lời câu hỏi này,
chúng ta phải xem cách thức gửi gói tin đến MN khi chúng ở mạng tạm trú trong hình minh họa
số 1 bên dưới:
Hình 1.1:Cách thức gửi gói tin đến MN
1.3.1.Agent Discovery

Hình1.2:Mô hình Agent Discovery
-Các tác nhân di động (HA/FA) có thể quảng bá sự có mặt của mình trên mỗi
tuyến mà nó cung cấp dịch vụ. Một MN khi mới đến, cũng có thể gửi đi bản tin tìm kiếm tác
8
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
nhân trên tuyến mà nó liên kết tới. Bất kỳ agent nào khi nhận được yêu cầu này sẽ trả lời
bằng bản tin quảng cáo tác nhân (Mobility Agent Advertisements) hay thông điệp báo
hiệu (Beacon messages).
- MN sẽ lắng nghe các thông điệp này để tiến hành đăng ký.
+ Trong hình trên MR sẽ phát đi các thông điệp tìm kiếm tác nhân đến tuyến
có

địa chỉ là 224.0.0.2
+ FA phản hồi thông điệp từ MR kèm theo CoA.
+ Sau khi nhận được quảng cáo tác nhân, MR sẽ xác định tác nhân này là HA/FA.
+ Nếu là FA (tức MN đang ở ngoài phạm vi của HA) thì nó sẽ tiến hành đăng ký.
Ngược lại thì Mobile IP không cần thiết sử dụng.
1.3.2.Registration :
Khi ra khỏi mạng gốc, MN phải đăng ký CoA với HA. Tuỳ thuộc vào phương thức
liên kết với FA, MN có thể đăng ký trực tiếp với HA hoặc gián tiếp thông qua FA (FA
chuyển tiếp các bản tin đăng ký giữa MN và HA).

 Registration Request :
9
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
Hình 1.3:Mô hình Registration Request
- MN nhận COA từ quảng cáo tác nhân và tiến hành gửi yêu cầu đăng
ký (RRQ).
- RRQ của MN bao gồm địa chỉ nhà do HA cung cấp và key chia sẻ giữa
MN và HA để xác thực.
- FA chứng thực yêu cầu, đồng thời chuyển tiếp RRQ đến HA. Do đó
MN thông báo cho HA địa chỉ care-of hiện thời của nó bằng việc gửi yêu cầu đăng
ký qua FA.
10
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
- HA kiểm tra tính đúng đắn của RRQ và tính xác thực của MN thông qua từ khóa
riêng (message diggest). Nếu sai, HA gửi phản hồi cho MN thông qua FA. Ngược
lại, HA sẽ tạo một bảng liên kết giúp sơ đồ hóa địa chỉ nhà và địa chỉ cae- of của MN.
 Mobility Binding Table
Maintained on HA of MN
o Maps MN’s home
address with its
current COA
Visitor List
o Maintained on FA
serving an MN
o Maps MN’s home
address to its MAC
address and HA
address
1.3.3.Data Transfer :
Sau khi đăng ký thành công, các gói tin gửi đến MN trên mạng gốc sẽ được

HA đóng gói và chuyển tiếp (tunnel) tới CoA hiện thời của MN. Ba phương thức
đóng gói có thể sử dụng đó là: IP-in-IP, MHE và GRE.
 Đóng gói và tối ưu hóa (Encapsulation & Optimization) :
Dữ liệu gửi đến MN (gồm data và địa chỉ IP nhà của MN) được đóng lại
thành một gói mới bao gồm data gốc và 2 header (outer và inner). Các gói dữ
liệu này có thể được nén lại để giảm dung lượng và tăng tốc độ truyền tải.
Các gói này sau đó được HA gửi đến FA. Tại đây FA sẽ bỏ đi outer
header rồi gửi cho MN. Cuối cùng gói dữ liệu khi đến MN sẽ được lược bỏ
inner header, chỉ còn lại data gốc ban đầu.
11
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
 Định tuyến (Routing) :
Các gói tin gửi đi từ MN được chuyển trực tiếp tới nơi gửi (CN -
Correspondent Node). Tuy nhiên, các gói tin gửi cho MN luôn được định
tuyến qua HA. Vấn đề này được gọi là định tuyến tam giác.
Việc tối ưu hoá đường đi được thực hiện trên giao thức IPv4: mỗi CN sẽ
duy trì một kho chứa liên kết, chứa địa chỉ care-of của các MN. Khi đó các
gói tin sẽ được “chuyển tiếp” trực tiếp từ CN đến địa chỉ care-of hiện thời của
MN.
 Chuyển tiếp (Tunneling) :
Sau khi định tuyến, HA sẽ sẽ tạo nên 2 đường thông tin nối giữa HA với FA và
giữa FA với MN (hay HA với MN).
Khi CN gửi dữ liệu cho MN, nó sẽ được đưa đến HA. Dữ liệu sẽ được
đóng gói với header là địa chỉ của HA và FA. Khi đưa đến FA, dữ liệu được
gỡ bỏ header địa chỉ HA rồi chuyển tiếp đến MN. Tại MN các header sẽ được gỡ
bỏ chỉ còn dữ liệu nguyên vẹn ban đầu.
Một khi MN gửi thông điệp đăng ký mới (tức khi MN chuyển vùng),
định tuyến cũ sẽ bị vô hiệu. Còn trong trường hợp MN đang ở nhà thì bảng liên
kết và việc chuyển vùng không còn cần thiết.
12

MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
Dữ liệu mà CN gửi đến MN sẽ được chuyển tiếp qua HA, ngược lại dữ
liệu từ MN sẽ được chuyển trực tiếp cho CN.
1.4. An toàn và bảo mật trong Mobile IP
Liên kết không dây là liên kết đặc biệt rất dễ bị nghe trộm và bị tấn công từ bên
ngoài và các kiểu truy nhập khác.
Phần dữ liệu của Mobile Node khi truyền đường hầm (tunnel) tới địa chỉ COA
(Care-of-Address) cũng dễ bị tấn công. Mobile IP cũng sử dụng APR, đây là kẽ hở mà
những kẻ tấn công có thể xâm phạm trái phép vào quá trình trao đổi giữa các node,
cũng chính là vấn đề bảo mật được đặt ra trong Internet hiện nay. Giao thức Mobile IP
được xây dựng trên nền là giao thức TCP/IP, do vậy nó cũng sử dụng tất cả các biện
pháp bảo mật dữ liệu như giao thức TCP/IP và ngoài ra còn sử dụng thêm một số
phương pháp trong đó xem xét phương pháp xác thực trong quá trình đăng kí.
An toàn và bảo mật là những yêu cầu tối quan trọng trong quá trình đăng kí
trong Mobile IP. Vì trong quá trình này có thể có các dạng tấn công sau:
-Giả mạo MN:Một trạm giả mạo sẽ phát ra bản tin, yêu cầu đăng kí với địa chỉ
Haddr của một MN hợp lệ, điều này sẽ làm cho mọi bản tin thay vì đến MN hợp lệ sẽ
đến trạm giả mạo.
-Giả mạo FA: một trạm giả mạo FA sẽ gửi các quảng cáo đến các trạm tỏng mạng
để thu hút luồng dữ liệu đến MN , hơn nữa, FA giả mạo có thể tự động gửi các bản
đăng kí hoặc trả lời đến MN hoặc FA để qua đó nhận trái phép dữ liệu.
Để giải quyết vấn đề chống giả mạo Mobile IP đặt các cơ chế xác thực,bao gồm:
-Sử dụng các mở rộng xác thực.
-Sử dụng các trường Identification.
1.4.1.Sử dụng các mở rộng xác thực(authentication extensions)
Mở rộng xác thực được thực hiện giữa 2 bên truyển thông(MN-FA,FA-HA,HA-
MN). Các mở rộng xác thực được chèn vào trong thông điệp đăng kí giúp cho hai bên
kiểm tra tính xác thực.
Có tất cả ba mở rộng xác thực được định nghĩa cho Mobile IP cơ bản,tất cả đều
cho phép đưa thêm vào cơ chế xác thực khác trong quá trình đăng kí:

-Mở rộng xác thực MN-HA.
- Mở rộng xác thực MN-FA. Mỗi mở rộng bao gồm một SPI chỉ ra liên kết an
ninh di động, liên kết an ninh này chứa các thông tin bí mật cần thiết để tính xác thực có
trong mở rộng. Ngoài ra cần lưu ý rằng chỉ có duy nhất một trường mở rộng cho hai
thực thể bất kì trong số MN,HA,FA.
Để xây dựng được các mở rộng xác thực này, mỗi đối tượng:MN, FA, HA được
yêu cầu có khả năng hỗ trợ một liên kết an ninh di động(mobility security association)
13
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
đối với các thực thể di động, liên kết này được đánh chỉ số bởi Chỉ số tham số an
ninh(security parameters index-viết tắt là SPI )và địa chỉ IP.
Tính toán các giá trị mở rộng xác thực:
Việc tính toán dựa trên SPI thỏa thuận giữa hai đối tác cần xác thực. SIP trong
bất kì các mở rộng xác thực nào cũng định nghĩa cơ chế an ninh được sử dụng để tính
toán giá trị xác thực và được dử dụng bởi bên nhận để kiểm tra giá trị này. Cụ thể, SIP
sẽ lựa chọn giải thuật, chế độ và khóa xác thực được sử dụng để tính giá trị xác thực.
Để đảm bảo sự phối hợp giữa các thể hiện khác nhau của giao thức Mobile IP, mỗi thể
hiện được yêu cầu liên kết bất kì giá trị SPI nào lớn hơn 255 với các thuật toán và chế
độ xác thực sẽ thực hiện.
Thuật toán xác thực mặc định được sử dụng trong Mobile IP là MD5(Message
Digest 5) với chế độ prefix+suffix, nghĩa là “bí mật” được chèn vào trước và sau dữ liệu
mà nó xác thực. Kết quả của tính toán mặc định là 128bit MD của thông điệp đăng kí,
và kết quả này là việc tính toán dựa theo giải thuật MD5 với đầu vào là các dữ liệu sau:
(1)Thông tin mật được định nghĩa bởi liên kết an ninh di động giữa các node và
bởi giá trị SPI được chỉ ra trong mở rộng xác thực.
(2) Các trường header của thông điệp yêu cầu đăng kí và trả lời đăng kí.
(3)Các mở rộng đứng trước đó.
(4)Kiểu ,độ dài và SPI có trong bản thân các mở rộng.
(5)Thông tin bí mật.
Chú ý rằng bản thân trường xác thực, UDP header,IP header không được đưa

vào tính toán giá trị xác thực. Giá trị xác thực này sẽ được chèn vào mở rộng xác thực,
khi nhận được thông điệp,phía nhận sẽ căn cứ vào SPI, tính toán lại giá trị này và so
sánh:nếu nhận, ngược lại sẽ loại bỏ.
Khuôn dạng của một trường mở rộng như sau:
-Type:32 Mở rộng xác thực MN-HA
- Mở rộng xác thực MN-HA.
- Mở rộng xác thực MN-FA
-Mở rộng xác thực FA-HA Length:4 cộng với độ dài của giá trị xác
thực(authenticator)SPI:4byte.
Authenticator:độ dài biến đổi phụ thuộc vào thuật toán SPI quy định.
1.4.2.Xác thực thông qua trường Identification
Nếu trên mạng có một từ giả mạo trong suốt quá trình đăng kí, tác từ đó có thể
thu thập mọi thông tin cần thiết cho đăng kí đó, bao gồm cả dữ liệu xác thực, dữ liệu
xác thực này có thể được sử dụng lại trong một lần nào đó, vì vậy cần có một trường dữ
14
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
liệu mà giá trị thay đổi ngẫu nhiên giữa các lần gửi thông điệp, đó chính là trường
Identification. Sử dụng trường Identification HA sẽ biết được chắc chắn rằng yêu cầu
mà nó nhận được là một yêu cầu mới, không phải là yêu cầu mà kẻ tấn công sử dụng
lại. Việc xác định Identification phụ thuộc vào việc lựa chọn chiến lược bảo vệ chống
sử dụng lại(replay protection), có hai chiến lược:
-Chiến lược sử dụng Time stamps:
Nền tảng của chiến lược này là việc, các node sẽ chèn dữ liệu về thời gian hiện
tại vào trong thông điệp, và khi bên nhận được thông điệp sé kiểm tra xem thời gian có
trọng thông điệp có gần với thời gian hiện tại ở bên nhận hay không. Vì vậy , hai bên
cần phải đồng bộ đồng hồ, việc này được thực hiện theo một cơ chế có xác thực được
định nghĩa bởi cơ chế an ninh giữa hai bên.
Nếu timestamp được sử dụng, trường Identification sẽ được kích thước 64bit có
khuôn dạng được quy định theo giao thức NTP(Network Time Protocol) 32 bit thấp là
thời gian chèn vào, 32 bit còn lại được sinh ngẫu nhiên. Tuy nhiên, 64 bit này phải có

giá trị lớn phù hợp thì sẽ gây khó khăn trong việc cập nhật thông tin di động.
Identification được cho là hợp lệ:nếu thời gian trong 32 bit thấp gần với đồng hồ
của HA và lớn hơn tất cả timestamp đã được gửi trước đó. Sau đó khi trả lời,HA sẽ sao
trường identification này vào thông điệp trả lời. Tuy nhiên, nếu sai:chỉ có 32 bit thấp
được sao, còn 32 bit cao là thời gian của đồng hồ của HA giúp cho MN đồng bộ lại
đồng hồ(chú ý :MN chỉ đồng bộ lại khi mà 32 bit thấp của thông điệp trả lời trùng với
32 bit thấp của thông điệp yêu cầu mà MN đã gửi đi).
Phương pháp bảo vệ chống phát lại(replay protection) dựa trên timestamp là
phương pháp hay được sử dụng. Ngoài ra những node này cũng có thể sử dụng phương
pháp bảo vệ dựa trên Nonce.
Bảo vệ chống phát lại(replay protection) được sử dụng giữa Mobile Node và
trạm gốc của Node là một phần của liên kết bảo mật di động MSA(Mobile
SecurityAssociation). Mobile Node và trạm gốc của Node phải thống nhất phương pháp
bảo vệ chống phát lại(replay protection),thông thường là dùng trường nhận
dạng(Identification), cấu trúc của trường nhận dạng phục thuộc vào phương pháp sử
dụng trong bảo vệ chống phát lại.
Bất kể sử dụng phương pháp nào thì các bit có thứ tự thấp hơn 32 của trường
nhận dạng của trả lời đăng kí đều mang cùng một giá trị giống như trong yêu cầu đăng
kí. Trạm ngoài sử dụng các bit này và địa chỉ gốc của Mobile Node có các trả lời tương
ứng với các yêu cầu của đăng kí. Mobie Node sẽ kiểm tra xem các bit có thứ tự thấp
hơn 32 của trả lời đăng kí giống với các bit mà Node gửi tới yêu cầu đăng kí hay không,
nếu không đúng thì trả lời này bị hủy bỏ.
Giá trị trường nhận dạng trong yêu cầu đăng kí mới không được giống như yêu
cầu đăng kí có ngay trước đó và tránh không nên lặp lại trong khi Mobile Node và trạm
gốc cùng sử dụng cùng một phạm vi bảo vệ.
15
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
Nguyên tắc cơ bản cách thức bảo vệ dùng timestamp là Node tạo bản tin sẽ chèn
thêm thời gian hiện tại của ngày và Node nhận bản tin sẽ kiểm tra độ chính xác của
timestamp này với thời gian của chính nó. Rõ ràng hai Node về thời gian phải được

đồng bộ một cách tương ứng. Như với bất kì bản tin nào, bản tin đồng bộ thời gian có
thể được cơ chế nhận thực xác nhận bảo vệ tránh khỏi sự xáo trộn. Cơ chế này do phạm
vi bảo mật giữa hai Node quyết định.
Nếu sử dụng timestamp, Mobile Node sẽ dùng trường nhận dạng tới 64 bit,các
giá trị có cấu trúc như được đề cập trong NTP(Network Time Protocol,RFC 1035).Tuy
nhiên ,nên lưu ý rằng khi sử dụng timestamp, trường nhận dạng 64 bit được sử dụng
trong yêu cầu đăng kí từ Mobile Node bắt buộc phải có giá trị lớn hơn giá trị trường
nhận dạng trong bất kì yêu cầu đăng kí trước đó, vì trạm gốc cũng sử dụng trường này
như trường thứ tự tuần tự. Khi không có số thứ tự tuần tự như vậy, Mobile Node có khả
năng làm bản sao của yêu cầu đăng kí trước đó đến trạm gốc bị chậm(trong thời gian
đồng bộ thời gian trạm gốc yêu cầu) và như vậy yêu cầu này sẽ yêu cầu không đúng lúc
và do vậy làm thay đổi địa chỉ động đã đăng kí hiện thời của Mobile Node.
Khi nhận yêu cầu đăng kí với mở rộng có xác nhận Mobile Home, trạm gốc bắt
buộc phải kiểm tra tính hợp lệ của trường nhận dạng. Để hợp lệ, timestamp trong
trường nhận dạng phải đủ gần đúng với thời gian của trạm gốc và timestamp này phải
lớn hơn tất cả các timestamp được chấp nhận trước đó dành cho các Mobile Node yêu
cầu đăng kí.
Nếu timestamp hợp lệ,trạm gốc sẽ copy toàn bộ trường nhận dạng vào trả lời
đăng kí mà nó sẽ gửi lại Mobile Node. Nếu timestamp không hợp lệ trạm gốc chỉ copy
32 bit thấp và cung cấp các bit có số thứ tự lớn hơn 32 có từ thời gian ngày của chính
nó. Trong trường hợp này, trạm gốc sẽ loại bỏ đăng kí này bằng cách đáp lại với mã số
133 trong trả lời đăng kí.
Mobile Node sẽ kiểm tra xem các bit có số thứ tự thấp hơn 32 của trường nhận
dạng trong trả lời đăng kí giống với trường nhận dạng trong đăng kí bị loại bỏ, trước
khi sử dụng các bit có số thứ tự cao hơn để đồng bộ lại đồng hồ.
-Chiến lược sử dụng Nonce:
Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng Nonce để bảo mật trả lời trong mỗi bản tin
gửi tới Node B, Node A kèm theo một con số ngẫu nhiên và Node A kiểm tra xemtrong
bản tin tiếp sau tới Node A, Node B có gửi lại con số tương tự hay không. Cả hai bản
tin đều sử dụng một mã số xác nhận để tránh sự biến đổi do kẻ tấn công gây ra. Cùng

lúc đó Node B có thể gửi Nonce của chính nó trong tất cả các bản tin tới Node A(Node
A sẽ lặp lại như vậy), do đó Node B có thể xác minh là nó đang nhận bản tin mới.
Trạm gốc có thể có những cách để tính các số ngẫu nhiên có ích như các nonce.
Trạm gốc cài một nonce mới như các bit có số thứ tự dưới 32 của trường nhận dạng
trong bản tin yêu cầu đăng kí vào các bit tương tự của trường nhận dạng trong trả lời
16
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
đăng kí. Khi Mobile Node nhận trả lời đăng kí đã đượcxác nhận từ trạm gốc, Node lưu
các bit có số thứ tự lớn hơn 32 của yêu cầu đăng kí tiếp theo.
Mobile Node chịu trách nhiệm tạo các 32 bit thấp của trường nhận dạng trong
mỗi yêu cầu đăng kí. Các Node cần tạo nonces của chính nó. Tuy nhiên.Node có thể sử
dụng bất kì biện pháp thích hợp,kể cả nhân đôi giá trị ngẫu nhiên mà trạm gốc gửi.
Phương pháp chọn nonce do Mobile Node quyết định, bởi vì nó là node kiểm tra
giá trị hợp lệ đó trong trả lời đăng kí. Các bit cao và các bit thấp hơn 32 của trường xác
nhận được chọn phải khác với các giá trị trước đó của chúng. Trạm gốc sử dụng 32 bit
cao và Mobile Node sử dụng giá trị mới cho 32 bit thấp cho mỗi bản đăng kí. Trạm
ngoài sử dụng giá trị có số thứ tự thấp hơn và địa chỉ gốc của Mobile Node để các trả
lời đăng kí phù hợp với các yêu cầu chưa hoàn thành.
Nếu bản tin đăng kí bị từ chối vì một nonce không hợp lệ,trả lời đăng kí luôn
luôn cung cấp cho Mobile Node một Nonce mới để sử dụng trong đăng kí tiếp theo, do
vậy thủ tục nonce tự nó đồng bộ. Trong các bản tin trao đổi(bản tin yêu cầu và bản tin
trả lời ) giữa một cáp node Mobile IP sử dụng các giá trị an toàn bảo mật di động MSA
có cấu trúc như sau:
-Type
-Length=4 cộng với số lượng các bytes trong chỉ số xác nhận.
-SPI:chỉ số tham số bảo mật(Security Parameter Index) 4 bytes.
-Authentication: độ dài biến đổi
Trong đó các giá trị của Type như sau:
Type =32 là chỉ phần mở rộng cần xác nhận MSA Mobile-Home
Type =33 là chỉ phần mở rộng cần xác nhận MSA Mobile-Foreign

Type =34 là chỉ phần mở rộng cần xác nhận MSA Foreign-Home
Đối với trường xác nhận dùng để thực hiện việc xác nhận các bản tin. Thuật toán
để mã hóa sử dụng tại đây là thuật toán mã hóa MD5 với kích thước là 128 bit.
Phương pháp mã hóa là mã phần trước hoặc phần sau số liệu sẽ bị xáo trộn bởi
từ mã 128 bit có nghĩa là MD5 được sử dụng theo phương pháp tiền tố+hậu tố.
Trạm nào cũng được hỗ trợ phương pháp xác nhận sử dụng MD5 và cỡ từ mã là
128 bit hoặc lớn hơn, với sự phân bổ mã từ theo quy định cụ thể. Nhiều thuật toán xác
nhận, phương thức phân bổ từ mã và kích thước từ mã, kiểu từ ãm như dùng mã
Random cũng đượ sử dụng để hỗ trợ.
17
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN VỀ 4G
Nhu cầu trao đổi dữ liệu,sử dụng dịch vụ đa phương tiện,nhu cầu giải trí(nghe
nhạc,xem phim,chơi game…) trên thiết bị di động ngày càng tăng khi điều kiện sống của
chúng ta tăng. Trước nhu cầu đó, các chuẩn về hệ thống thông tin di động 3.5G,4G đã
được nghiên cứu và phát triển. Năm 2006, ở Nhật Bản,Hãng viễn thông NTT DoCoMo
đã triển khai thành công và đưa vào khai thác hệ thống di động 3.5G
HSDPA(High Speed).Hệ thống HSDPA được mở rộng, phát triển từ hệ thống di
động thứ 3(W-CDMA : Wideband Code Division Multiple Access), cho tốc độ đường
truyền xuống là 14Mbps, đường lên 5,7 Mbps(trên lí thuyết). Còn với hệ thống 4G, theo
thứ nghiệm mới nhất của hãng viễn thông NTT DoCoMo(Nhật Bản), cho tốc độ 5Gbps
ở môi trường trong nhà(indoor), và tốc độ 100Mbps ở môi trường ngoài trời trên đối
tượng chuyển động tốc độ 250 km/h.
Với sự bùng nổ về tốc độ của hệ thống di động di động 4G, thì hệ thống 4G sẽ
được ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Hệ thống 4G sẽ cung cấp
rất nhiều dịch vụ như :dịch vụ cung cấp nội dung tiên tiến, dịch vụ chăm sóc sức khỏe,
dịch vụ đặt hàng di động, thương mại di động, phòng chống thiên tai…
Hiện nay, ở nước ta đang tồn tại đồng thời nhiều thế hệ của hệ thống di
động(2G,2.5G,3G). Việc triển khai hệ thống di động 4G vẫn đang là vấn đề trong tương
lai. Nhưng trước những xu thế phát triển chung về công nghệ viễn thông, đặc biệt là

công nghệ thông tin di động, thì việc tìm hiểu hệ thống di động 4G là cần thiết.
2.1.Toàn cảnh hệ thống di động
2.1.1.Khái quát
Thông tin di động luôn không ngừng phát triển và ngày càng đòi hỏi các kĩ thuật
tiên tiến và công nghệ cao. Ý tưởng về sự liên lạc tức thời mà không quan tâm đến
khoảng cách là một trong những giấc mơ lâu đời nhất của loài người và giấc mơ đó
đang ngày càng trở thành hiện thực nhờ sự trợ giúp của kĩ thuật và công nghệ. Việc sử
dụng sóng vô tuyến để truyền thông tin diễn ra lần đầu tiên vào cuối thế kỉ 19. Kể từ đó
nó trở thành một công nghệ được ứng dụng rộng rãi

trong thông tin quân đội và sau này
là thông tin vô tuyến công cộng.
Sau nhiều năm phát triển, thông tin di động đã trải qua những giai đoạn

phát
triển quan trọng. Từ hệ thống thông tin di động tương tự thế hệ thứ nhất

đến hệ
thống thông tin di động số thế hệ thứ hai, hệ thống thông tin di động băng

rộng thế hệ
thứ ba đang được triển khai trên phạm vi toàn cầu và hệ thống thông

tin di động đa
phương tiện thế hệ thứ tư đang được nghiên cứu tại một số nước.
18
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
Dịch vụ chủ yếu của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai là

thoại

còn dịch vụ thế hệ ba và thứ tư phát triển về dịch vụ dữ liệu và đa phương

tiện.
Các hệ thống thông tin di động tế bào số hiện nay đang ở giai đoạn thế hệ

thứ
hai cộng (2.5G), thế hệ thứ ba và thế hệ thứ ba cộng (3.5G). Để đáp ứng các

nhu cầu
ngày càng tăng của các dịch vụ thông tin di động nên ngay từ đầu

những năm 90
người ta đã tiến hành nghiên cứu hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ ba. Liên hiệp
Viễn thông Quốc tế bộ phận vô tuyến (ITU-R) đã thực hiện

tiêu chuẩn hoá cho hệ
thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở Châu Âu,

Viện Tiêu chuẩn Viễn thông
Châu Âu (ETSI) đã thực hiện tiêu chuẩn hoá phiên

bản của hệ thống này với tên gọi
là UMTS (Universal Mobile

Telecommunication System: Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu). Hệ thống

mới này làm việc ở dải tần 2GHz và cung cấp nhiều loại

dịch vụ bao gồm từ các

dịch vụ thoại, số liệu tốc độ thấp hiện có đến các dịch vụ số
liệu tốc độ cao,

video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể lên
tới 2Mbps.

Tốc độ cực đại này chỉ có ở các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ với
tốc độ

14,4Kbps sẽ được đảm bảo cho thông tin di động thông thường ở các ô macro.
Người ta cũng đang nghiên cứu các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư có

tốc độ
cho người sử dụng khoảng 2Gbps. Ở hệ thống di động băng rộng (MBS)

thì các sóng
mang được sử dụng ở các bước sóng mm, độ rộng băng tần 64MHz

và dự kiến sẽ nâng
tốc độ của người sử dụng đến STM-1 [1].
Hiện nay, trên các quốc trên thế giới ở hầu hết các nước đã triển khai hệ
thống di động 3G. Theo thống kê của hai hãng Informa Telecom & Media và

WCIS
and 3G America, hiện nay có 181 hãng cung cấp dịch vụ trên 77 quốc gia

đã đưa vào
khai thác dịch vụ các mạng di động thế hệ 3 của mình. Với hệ thống

di động 3.5G
(HSDPA) thì có đến 135 hãng cung cấp dịch vụ trên 63 quốc gia

đã cung cấp các
dịch vụ của hệ thống di động 3.5G. Hệ thống tiền 4G (Pre-4G)

là WiMax cũng đã
được triển khai và đưa vào khai thác dịch.
Thời kỳ đầu, khi mới triển khai, hệ thống di động thế hệ thứ nhất mới chỉ
cung cấp cho người sử dụng dịch vụ thoại, nhưng nhu cầu về truyền số liệu tăng

lên
đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho

mạng và
cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trên cơ sở khai thác mạng hiện có.

Từ đó các nhà
khai thác đã phải triển khai các hệ thống di động 2G, 2.5G để

cung cấp dịch vụ
truyền số liệu tốc độ cao hơn. Cùng với Internet, Intranet đang

trở thành một trong
những hoạt động kinh doanh ngày càng quan trọng, một

trong các hoạt động này là
xây dựng các công sở vô tuyến để kết nối các cán bộ

“di động” với xí nghiệp hoặc
công sở của họ. Ngoài ra,tiềm năng to lớn đối với các công nghệ mới
19
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
các công nghệ mới là cung cấp trực tiếp tin tức và các thông tin khác cho các

thiết
bị vô tuyến sẽ tạo ra các nguồn lợi nhuận mới cho nhà khai thác. Do vậy,

để đáp ứng
được các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh, đồng

thời đảm bảo tính
kinh tế thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (GSM,

PDC, IS-136 và
cdmaOne) đã từng bước chuyển đổi sang hệ thống thông tin di

động thế hệ thứ ba.
Khi mà nhu cầu về các dịch vụ đa phương tiện chất lượng

cao tăng mạnh, mà tốc độ
của hệ thống 3G hiện tại không đáp ứng được thì các

tổ chức viễn thông trên thế giới
đã nghiên cứu và chuẩn hóa hệ thống di động

4G.
Quá trình phát triển của thông tin di dộng từ thế hệ thứ nhất đến thế hệ thứ

tư
được mô tả như sau:
Hình 2.1:Quá trình phát triển của thông tin
Trong đó
+ TACS (Total Access Communication System): Hệ thống thông tin truy

nhập
tổng thể.
+ NMT900 (Nordic Mobile Telephone 900): Hệ thống điện thoại di động

Bắc
Âu băng tần 900MHz.
+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ điện thoại di động
tin
.
+ SMR (Specialized Mobile Radio): Vô tuyến di động chuyên dụng.
+ GSM(900) (Global System for Mobile): Hệ thống thông tin di động toàn cầu
băng tần 900MH
20
MOBILE IP VÀ MẠNG 4G
+ GSM(1800): Hệ thống GSM băng tần 1800MHz.
+ GSM(1900): Hệ thống GSM băng tần 1900MHz.
+ IS-136 (Interim Standard – 136): Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA
cải

tiến do AT&T đề xuất.
+ IS-95 (CDMA) (Interim Standard – 95 CDMA): Tiêu chuẩn thông tin
di

động CDMA cải tiến của Mỹ (do Qualcomm đề xuất).

+ GPRS (Genneral Packet Radio System): Hệ thống vô tuyến gói chung.
+ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution): Những tốc độ số
liệu

tăng cường để phát triển GSM.
+ cdma2000 1x: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 1.
+ WCDMA (Wideband CDMA): Hệ thống CDMA băng rộng.
+ cdma2000 Mx: Hệ thống cdma2000 giai đoạn 2.
+ HSPA (High Speed Packet Access): Hệ thống di động truy cập gói tốc
độ

cao. Hệ thống HSPA được chia thành 3 công nghệ sau:
- HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): Hệ thống truy cập gói
đường xuống tốc độ cao.
- HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): Hệ thống truy cập gói
đường lên tốc độ cao.
- HSODPA (High Speed OFDM Packet Access): Hệ thống truy cập gói
OFDM tốc độ cao.
+ Pre-4G: các hệ thống tiền 4G, gồm có WiMax và WiBro (Mobile
Wimax).
+ WiMax: Worldwide Interoperability for Microwave Access
+ WiBro: Wireless Broadband System: Hệ thống băng rộng không dây
Có thể khái quát một số nét chính của các công nghệ thông tin di động từ

1G
đến 3G như sau:
-Thế hệ thứ nhất 1G:
Thế hệ thông tin di dộng 1G là các hệ thống tương tự, sử dụng kỹ thuật đa

truy

nhập phân chia theo tần số FDMA, bắt đầu xuất hiện vào đầu thập niên 80

và hoạt
động cho đến khi bị thay thế bởi các thế hệ 2.
Các chuẩn công nghệ phổ biến nhất của thế hệ này là: Hệ thống điện thoại

di
động cao cấp (AMPS – Advance Mobile Phone System) phát minh bởi Bell

Labs và
cài đặt tại Mỹ năm 1982. Phiên bản được sử dụng tại châu Âu của

AMPS có tên
TACS (Total Access Communication System)
- Thế hệ thứ hai 2G:
Thế hệ thứ hai 2G xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,

sử
dụng kỹ thuật phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ này nền công

nghệ
thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả vềsố lượng thuê bao và các dịch vụ gia
tăng. Các mạng thế hệ thứ hai cho phép truyền dữ liệu hạn chế trong

khoảng từ 9.6kbps
đến 19.2 kbps, chủ yếu sử dụng cho mục đích thoại và là các

mạng chuyển mạch kênh.
Không có một chuẩn chung nào cho 2G nhưng chủ yếu các hệ thống 2G

dựa
trên các chuẩn công nghệ sau:
D- AMPS (Digital AMPS): được sử dụng tại Bắc Mỹ và đang dần được

thay thế
bởi GSM / GPRS và CDMA2000. D-AMPS sử dụng kênh AMPS sẵn

có và cho phép
chuyển đối giữa các hệ thống số và tương tự trong cùng một khu

vực diễn ra AMPS
chia mỗi cặp kênh 30kHz thành 3 khe thời gian và nén dữ

liệu thoại theo các phương
pháp số. Hệ thống số cũng làm cho các cuộc gọi trở

nên an toàn hơn cho người sử
dụng các phương pháp mã mật.
GSM (Global System for Mobile Comunication): Các hệ thống triển

khai
GSM được sử dụng rất rộng rãi trên thế thời (trừ Bắc Mỹ và Nhật). Hệ

thống GSM
dồn kênh phân chia tần số được sử dụng, với mỗi đầu cuối di động

truyền thông trên
một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn

(chênh lệch 80MHz

trong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ

thống, phương pháp dồn
kênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp

tần số, làm tăng khả năng cung
cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên,

các kênh GSM rộng hơn các kênh
AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM

cung cấp độ truyền dữ liệu cao hơn D-
AMPS.
CDMA (Code Division Multiple Access): D-AMPS và GSM là các hệ

thống
tương đối truyền thống, chúng sử dụng cả hai công nghệ FDM và TDM để

chia phổ tần
số ra thành các kênh và các kênh này được gán với các khe thời

gian. CDMA sử
dụng công nghệ đa truy cập thông qua mã. Nhờ công nghệ này

mà CDMA có thể
nâng cao dung lượng cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong

một cell cao hơn hẳn so
với 2 công nghệ trên. Thông qua Qualcomm, CDMA đã

phát triển và trở thành một
giải pháp công nghệ tốt nhất và trở thành nền tảng

của các hệ thống di động thế hệ
thứ 3.
PDC (Personal Digital Cellular): là chuẩn được phát triển và sử dụng duy

nhất tại
Nhật Bản. Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA. Chuẩn

PDC được
NTTDoCoMo đưa vào triển khai trong dịch vụ Digital MOVA vào

tháng 3/1993.
PDC sử dụng tần số mạch gói là 28.8kHz, 3 khe thời gian, đạt tốc

độ chuyển mạch
kênh là 9.6kbps và chuyển mạch gói là 28.8kHz. PDC hoạt

động hai băng tần
800MHz và 1.5GHz.
Cải tiến từ các mạng 2G, các mạng 2.5G như GPRS sử dụng chuyển mạch

kênh cho
thoại và chuyển mạch gói cho dữ liệu, đã trở nên phổ biến vì phương

thức chuyển
mạch gói sử dụng băng thông hiệu quả hơn rất nhiều, băng thôngtốc độ tối đa lên tới
171.2kbps (thực tế là 33kbps). Trong hệ thống này, tất cả

các gói tin của mỗi người
dùng đều cạnh tranh băng thông với nhau và người

dùng chỉ bị tính cước cho lượng
dữ liệu được gửi đi.
- Thế hệ thứ ba 3G:
Tiếp theo, các mạng 3G đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểm

của
các mạng 2G và 2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và không tương thích giữa các

công nghệ
như TDMA và CDMA giữa các nước.
Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200 (International Mobile
Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm chính được mong

đợi
đem lại bởi hệ thống 3G là:
-Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao
-Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, )
-Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình,

nghe nhạc, )
-Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, )
-Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự

tương thích toàn
cầu giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy

cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps,

nhưng thực
tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất

khó, vì vậy chỉ có
các người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng

thông kết nối này, còn
khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng

ô tô sẽ là 144Kbps.
Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ
thống IMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên

toàn
thế giới. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ

đạo:
UMTS (W-CDMA) và CDMA2000[1,6,13].
UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-
CDMA, là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống

GSM
muốn chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được

quản lý bởi
3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách

nhiệm cho các
công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz,

cho phép các cuộc
gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống

UMTS và GSM đã có.
CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối

với
các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000

được quản
lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.

CDMA2000 có
tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. Hệ thống

CDMA2000 không có khả
năng tương thích với các hệ thống GSM hoặc D-

AMPS của thế hệ thứ 2.
Hiện nay, đã có nhiều nỗ lực hướng đến thống nhất hai chuẩn này thành

một
chuẩn chung, nhưng thực tế thì vấn đề ngăn cản tiến trình thống nhất này

không đến

từ các vấn đề kỹ thuật công nghệ mà chủ yếu từ vấn đề trong các lĩnh

vực nhạy cảm
như: kinh tế, chính trị.
Các ích lợi đem lại từ việc triển khai 3G là không thể chối cãi, tuy nhiên,

các
khó khăn trong việc duy trì nguồn ngân sách cho triển khai các hệ thống này

(chi phí
mua quyền sử dụng băng tần (licese),chi phí triển khai hệ thống)trong

bối cảnh suy
thoái kinh tế thế giới đã cản trở việc triển khai 3G tại nhiều quốc

gia. Hiện tại chỉ có
Nhật Bản và Hàn Quốc đã triển khai thành công các hệ thốngđiện thoại di động thế hệ
3.
2.1.2.Hệ thống thông tin di động 4G
Cũng giống như các thuật ngữ 2G hay 3G, 4G chỉ là một từ viết tắt của cụm từ
"fourth generation" (thế hệ thứ 4) để thuận tiện cho các chương trình marketing của các
nhà mạng. Dịch vụ viễn thông hay kết nối không dây sử dụng công nghệ này thực ra rất
khác biệt nhau và phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ nhưng thông thường, một
mạng không dây sử dụng công nghệ 4G sẽ có tốc độ nhanh hơn mạng 3G từ 4 đến 10
lần.
Công nghệ: Hiện thế giới đang tồn tại 2 chuẩn công nghệ lõi của mạng 4G là
WiMax và Long Term Evolution (LTE). WiMax là chuẩn kết nối không dây được phát
triển bởi IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) còn LTE là chuẩn do
3GPP, một bộ phận của liên minh các nhà mạng sử dụng công nghệ GSM. Cả WiMax và
LTE đều sử dụng các công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả năng bắt sóng và hoạt

động của thiết bị, mạng lưới. Tuy nhiên, mỗi công nghệ đều sử dụng một dải băng tần
khác nhau.
Hệ thống di động thế hệ thứ tư (4G) dự kiến sẽ đưa vào sử dụng, khai thác

vào
khoảng năm 2012. Với sự đột phá về tốc độ và dung lượng, hệ thống di

động 4G
sẽ cung cấp những dịch vụ phục vụ sâu hơn vào đời sống sinh hoạt

thường nhật,
công việc cũng như có sự tác động lớn đến lối sống của chúng ta

trong tương lai gần.
Cụ thể hơn trong từng khía cạnh của cuộc sống được trình

bày dưới đây.
Trong giáo dục, nghệ thuật, khoa học
Nhờ có sự ưu việt của hệ thống 4G, sự tiên tiến của thiết bị đầu cuối, học

sinh,
sinh viên, các nhà nghiên cứu khoa học có thể trao đổi thông tin hình ảnh,

thoại, và
các thông tin cần thiết cho việc học tập, nghiên cứu mà không có rào

cản nào về
khoảng cách cũng như ngôn ngữ. Thiết bị đầu cuối di động của hệ

thống di động thế

hệ 4G (điện thoại cầm tay, đồng hồ đeo tay ) có tích hợp

camera, có chức năng
thông dịch ngôn ngữ tự động giúp họ trao đổi thông tin

trực tiếp, học sinh, sinh viên
có thể nhận những chỉ dẫn từ giáo viên từ xa
Giải trí
Hệ thống di động 4G được sử dụng cho hệ thống tải nội dung, trò chơi và

âm
nhạc/video. Những trò chơi hình ảnh động có thể được truy cập ở bất cứ nơi

nào trên
hệ thống. Những nội dung cực kì phong phú đa dạng về nhạc và phim

trong hệ thống
có thể tải ngay lập tức ở bất cứ nơi đâu, vào bất cứ thời gian nào.
Truyền thông hình ảnh
Hệ thống di động 4G cũng được ứng dụng trong việc trao đổi thông tin giữa

các
điểm cách xa nhau. Một đoạn phim của một sự kiện thể thao có thể được gửi

bởi máy
quay gắn trên một máy thu phát cầm tay và được gửi đi tức thời cho các

thành viên
trong gia đình ở nước ngoài hoặc ở xa.
Thương mại di động

Hệ thống di động 4G được ứng dụng trong trao đổi và thoả thuận mua bán

hàng
hoá. Bằng cách đơn giản là giữ thiết bị di động cầm tay theo tấm quảng cáo

hoặc trên
tạp chí, người sử dụng có thể thu được những thông tin liên quan về

sản phẩm, từ đó
có thể đặt hàng và thanh toán bằng tài khoản thông qua thiết bị

di động.
Cuộc sống thường nhật
Công nghệ xác thực cá nhân tiên tiến cho phép người sử dụng mua những

hàng
hóa đắt tiền một cách an toàn và thanh toán bằng tài khoản thông qua mạng

di động.
Dữ liệu được tải từ các thiết bị di động có thể được sử dụng như là các

thẻ thanh toán,
thẻ ra vào, thẻ thành viên thay cho các loại thẻ cá nhân: thẻ

ngân hàng (ATM,
Visa Card ), thẻ ra vào công ty, hộ chiếu (PassPort) .v.v.

Các dịch vụ di động cũng
được sử dụng trong nhiều trường hợp của cuộc sống,

ví dụ như tải chương trình tivi
trên các máy chủ đặt tại gia đình lên thiết bị di

động và xem chúng khi đi ra ngoài,
hoặc sử dụng thiết bị cầm tay di động để

điều khiển Robot từ xa.
Y tế và chăm sóc sức khoẻ
Công nghệ di động thế hệ thứ tư được sử dụng trong y tế và chăm sóc sức
khoẻ. Những dữ liệu về sức khoẻ có thể tự động gửi đến bệnh viện theo thời

gian
thực từ các thiết bị mang theo trên người của bệnh nhân, nhờ đó các bác sĩ

có thể thực
hiện việc kiểm tra sức khoẻ hoặc xử lý tức thì các tình trạng khẩn

cấp.
Điều trị trong các tình trạng khẩn cấp
Phương tiện truyền thông di động được sử dụng cho cấp cứu khẩn cấp ngay

sau
khi tai nạn giao thông xảy ra. Vị trí của vụ tai nạn sẽ được thông báo tự động

bằng
cách sử dụng thông tin định vị, khi đó các bác sĩ tại trung tâm y tế đưa ra

các chỉ dẫn
sơ cứu cho bệnh nhân thông qua việc quan sát bệnh nhân trên màn

hình. Các dữ liệu
y tế cũng được truyền ngay lập tức đến các xe cứu thương

hoặc bệnh viện thông
qua mạng di động.
Ứng dụng trong thảm họa thiên tai
Hệ thống di động đóng vai trò là thiết bị thông tin quan trọng trong trường

hợp
xảy ra thảm họa thiên tai, cho phép truyền đi hình ảnh thực trạng của các

khu vực
xảy ra thảm hoạ. Do đó tại những nơi thảm họa không diễn ra, tất cảlãnh đạo chính
phủ, các nhà quản lý, các phương tiện truyền thông đại chúng và

người dân nói chung
có thể chia sẻ thông tin [15].
Các dịch vụ mà hệ thống di động 4G cung cấp có thể kể đến như sau
[15,16,17]:
 Dịch vụ cung cấp thông tin y tế