Luận văn tốt nghiệp Công nghệ nối mạng riêng ảo cho di động 3G (HV Công nghệ Bưu chính viễn thông) (1)

TRƯỜNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ...........
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài :
CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG RIÊNG ẢO CHO DI ĐỘNG 3G

GVHD

:

TS Nguyễn Phạm Anh Dũng

SVTH

:

Đoàn Hồng Huệ

LỚP

:

D01 ĐTVT

i


............, Tháng .... năm .......

MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC .......................................................................................................................i
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................iv
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ v
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG VÔ TUYẾN ............. 3
1.1. CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG SỐ LIỆU CHUYỂN MẠCH KÊNH VÀ
CHUYỂN MẠCH GÓI ............................................................................................... 3
1.2. SỐ LIỆU GÓI CDMA2000 ................................................................................. 5
1.2.1. Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000 ..................................................... 5
1.2.2. Triển vọng MS .............................................................................................. 8
1.2.3. Các mức di động của cdma2000 ................................................................. 10
1.2.4. AAA di động cdma2000 ............................................................................. 11
1.3. NỐI MẠNG SỐ LIỆU GÓI: GPRS VÀ MIỀN UMTS PS ............................... 14
1.3.1. Các phần tử GPRS....................................................................................... 14
1.3.2. Các phần tử UMTS ..................................................................................... 15
1.3.3. Kiến trúc hệ thống GPRS và miền UMTS PS ............................................ 16
1.3.4. Các khả năng dịch vụ của GPRS và miền UMTS PS ................................. 19
1.3.5. Đầu cuối GPRS và miền UMTS PS ............................................................ 20
1.4. KẾT LUẬN........................................................................................................ 21
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MVPN ........................................................................... 22
2.1. ĐỊNH NGHĨA VPN .......................................................................................... 22
2.2. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG NHẦM LẪN VỀ CÁC MẠNG RIÊNG ............. 23
2.2.1. Các mạng riêng đảm bảo an ninh ................................................................ 23
2.2.2. Các mạng riêng luôn luôn tin cậy ............................................................... 24
2.3. CÁC KHỐI CƠ BẢN CỦA VPN ...................................................................... 25
2.3.1. Điều khiển truy nhập ................................................................................... 25
2.3.2. Nhận thực .................................................................................................... 27
2.3.3. An ninh ........................................................................................................ 28
2.3.4. Truyền tunnel là nền tảng VPN ................................................................... 28

2.3.5. Các thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) ................... 32
2.4. PHÂN LOẠI CÔNG NGHỆ VPN .................................................................... 33
2.4.1. Phân loại theo phương pháp truyền tunnel.................................................. 34
2.4.2. Phân loại theo kiến trúc: Site-to-Site VPN và truy nhập từ xa ................... 39
2.5. CHUYỂN TỪ HỮU TUYẾN SANG VÔ TUYẾN VÀ DI ĐỘNG .................. 43
2.5.1. Tầm quan trọng của VPN trong môi trường số liệu gói vô tuyến............... 43
2.5.2. MVPN tự ý .................................................................................................. 45
2.5.3. MNPN bắt buộc ........................................................................................... 46

ii


2.6. KẾT LUẬN........................................................................................................ 47
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP MVPN CHO GPRS/UMTS VÀ CDMA2000 ................... 48
3.1. GIẢI PHÁP VPN CHO GPRS VÀ UMTS ....................................................... 48
3.1.1. Các giải pháp công nghệ số liệu gói ........................................................... 48
3.1.2. Kiểu IP PDP ................................................................................................ 51
3.1.3. Kiểu PPP PDP ............................................................................................. 56
3.1.4. Các thỏa thuận mức dịch vụ, SLA .............................................................. 60
3.1.5. Tính cước .................................................................................................... 61
3.1.6. Chuyển mạng .............................................................................................. 62
3.2. GIẢI PHÁP MVPN CHO CDMA2000 ............................................................. 65
3.2.1. Tổng quan mạng riêng cdma2000 ............................................................... 65
3.2.2. IP đơn giản (Simple IP) ............................................................................... 67
3.2.3. VPN dựa trên MIP....................................................................................... 70
3.2.4. Cấp phát HA trong mạng ............................................................................ 77
3.2.5. Quản lý địa chỉ IP đơn giản trong cdma2000 ............................................. 81
3.2.6. Nhận thực, trao quyền và thanh toán cho dịch vụ MVPN .......................... 83
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 89

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Cơ chế truyền tunnel số liệu gói vô tuyến ...................................................... 4
Hình 1.2. Thí dụ kiến trúc số liệu gói cdma2000 ........................................................... 6
Hình 1.3. Thí dụ các ngăn xếp giao thức của dịch vụ gói cdma2000 ............................ 7
Hình 1.4. Phân cấp di động cdma2000 ......................................................................... 10
Hình 1.5. Mạng lõi cdma2000 điển hình cùng với các hệ thống AAA ........................ 12
Hình 1.6. Kiến trúc GPRS ............................................................................................ 14
Hình 1.7. Kiến trúc UMTS ........................................................................................... 15
Hình 1.8. Kiến trúc ngăn xếp giao thức mặt phẳng người sử dụng GPRS và UMTS .. 17
Hình 2.1. Truyền tunnel trong nối mạng riêng ảo ........................................................ 29
Hình 2.2. Che đậy địa chỉ IP bằng tunnel ..................................................................... 30
Hình 2.4. VPN tự ý trên mạng TTDĐ 2G .................................................................... 35
Hình 2.5. VPN bắt buộc ............................................................................................... 37
Hình 2.6. Một số tùy chọn VPN móc nối (trong môi trường GPRS). .......................... 38
Hình 2.7. Extranet VPN động....................................................................................... 41
Hình 2.8. Truy nhập từ xa hữu tuyến sử dụng phương tiện hãng khác ........................ 42
Hình 2.9. VPN trong các môi trường vô tuyến ............................................................ 44
Hình 2.10. Cây phả hệ VPN ......................................................................................... 47
Hình 3.2. Kiến trúc IP với chế độ truy nhập dựa trên PCO ......................................... 53
Hình 3.3. DHCPv4 trong các hệ thống GPRS .............................................................. 55
Hình 3.4. PPP Relay sử dụng L2TP ............................................................................. 58
Hình 3.5. PPP kết cuối tại GGSN ................................................................................. 59
Hình 3.6. Kiến trúc hệ thống trả trước theo CAMEL giai đoạn 3 ................................ 62
Hình 3.7. Kiến trúc chuyển mạng GPRS ...................................................................... 63
Hình 3.8. Chuyển mạng GPRS với GGSN trong mạng khách ..................................... 65

Hình 3.12. Mô hình kiến trúc của IP VPN đơn giản .................................................... 68
Hình 3.13. Mô hình tham khảo giao thức IP VPN đơn giản ........................................ 69
Hình 3.14. Thiết lập kết nối IP VPN đơn giản ............................................................. 70
Hình 3.15. Các phương pháp MIP VPN ....................................................................... 71
Hình 3.16. Kiến trúc HA VPN công cộng .................................................................... 72
Hình 3.17. Ngăn xếp giao thức HA VPN công cộng ................................................... 73
Hình 3.18. Kiến trúc HA VPN riêng và ngăn xếp ........................................................ 75
Hình 3.19. Thiết lập HA động ...................................................................................... 80
Hình 3.20. Kiến trúc AAA dựa trên cdma2000 RADIUS và mô hình tham khảo giao
thức ............................................................................................................................... 84

iv


THUT NG V T VIT TT
A
AA

Acccess Accept

Chấp nhận truy nhập

AA

Agent advertisement

Quảng cáo tác nhân

AAA

Authentication,
Authorization and
Accounting

Nhận thực, trao quyền và
thanh toán

AC

Access Control

Điều khiển truy nhập

AH

Authentication Header

Tiêu đề nhận thực

ANSI

American National
Standard Institute

Viện nghiên cứu tiêu
chuẩn quốc gia Mỹ

AP

Access Point

Điểm truy nhập

APN

Access Point Name

Tên điểm truy nhập

ARQ

Automatic Repeat
Request

Yêu cầu phát lại tự động

AS

Agent sollicitation

Nài xin tác nhân

ASN

Abract Syntaxe Notation

Ký hiệu cú pháp trừu
t-ợng

ASP

Application Service
Provider

Nhà cung cấp dịch vụ ứng
dụng

ATM

Asynchronous Transfer
Mode

Chế độ truyền di bộ

Auth

Authentication

Nhận thực

AVP

Attribute-Value Pair

Cặp giá trị thuộc ngữ

BGP

Border Gateway
Protocole

Giao thức cổng biên

BSS

Base Station System

Hệ thống trạm gốc

BSSGP

BSS GPRS Protocol

Giao thức BSS GPRS

CA

Certificate Authority

Thẩm quyền chứng nhận

CAMEL

Customized Application
for Mobile Network
Enhanced Logic

ứng dụng khách hàng hóa
cho logic đ-ợc mạng di
động tăng c-ờng

b

C

v


CAP

CAMEL Application Part

Phần ứng dụng CAMEL

CC

Customer Churn

Xáo trộn khách hàng

CCoA

Collocated Care of
Address

Chăm sóc địa chỉ đ-ợc
đồng vị trí

CDMA

Code Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia
theo mã

CDR

Charging Data Record

Bản ghi số liệu tính c-ớc

CGF

Charging Gateway
Function

Chức năng cổng tính c-ớc

CHAP

Challenge Handshake
Authentication Protocol

Giao thức nhận thực bắt
tay khẩu lệnh

CLP

Cell Loss Priority

Ưu tiên mất tế bào

CN

Correspondent Node

Nút đối tác

CoA

Care of Address

Phần chăm sóc địa chỉ

COPS

Common Open Policy
Service

Dịch vụ chính sách mở
chung

CoS

Class of Service

Loại dịch vụ

CP

Captive Portal

Cổng bắt giữ

CRL

Certificate Revocation
List

Danh sách hủy bỏ chứng
nhận

CS

Circuit Switch(ed)

Chuyển mạch kênh

CSCF

Call Session Control
Function

Chức năng điều khiển
phiên cuộc gọi

CSD

Circuit-Switched Data

Số liệu chuyển mạch kênh

Dynamic Host
Configuration Protocol

Giao thức lập cấu hình
máy trạm động

d
DHCP

Giao
nhằm
đồng
đồng

DIAMETER

thức RADIUS cải tiến
định nghĩa quan hệ
cấp của các thực thể
cấp

DiffSrv

Differentiated Services

Các dịch vụ đ-ợc phân
loại

DLCI

Data Link Connection
Identifier

Nhận dạng kết nối liên
kết số liệu

DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DSCP

Differentiated Service

Điểm mã dịch vụ đ-ợc phân

vi


Code Point

loại

DSL

Digital Subscriber Line

Đ-ờng thuê bao số

DSLAM

DSL Access Multiplex

Ghép kênh DSL

DTM

Dual Transfert Mode

Hai chế độ truyền

EAP

Extensible
Authentication Protocol

Giao thức nhận thực mở
rộng đ-ợc

EHF

Extension Header Flag

Cờ chỉ thị sự tồn tại của
tr-ờng tiêu đề mở rộng

tiếp theo

ESP

Encapsulating Security
Payload

Tải tin đóng bao an ninh

FA

Foreign Agent

Tác nhân ngoài

FEC

Forwarding Equivalence
Class

Loại t-ơng đ-ơng định
tuyến

FL

Flow Label

Nhãn theo luồng (dòng
chẩy)

FQDN

Full Qualified Domain
Name

Tên miền đ-ợc hoàn toàn
phân loại

FR

Frame Relay

Chuyển tiếp khung

GERAN

GSM EDGE RAN

Mạng truy nhập vô tuyến
GSM EDGE

GGSN

Gateway GPRS Support
Node

Node hỗ trợ GPRS cổng

GMM

GPRS Mobility
Management

Quản lý di động GPRS

GMSC

Gateway MSC

MSC cổng

GPRS

General Packet Radio
Service

Dịch vụ vô tuyến gói
chung

GRE

Generic Routing
Encapsulation

Đóng bao định tuyến chung

GSM

Global System For
Mobile

Telecommunications

Hệ thống thông tin di
động toàn cầu

GTP

GPRS Tunneling Protocol

Giao thức truyền tunnel

e

f

g

vii


GPRS
GTP-C

GTP- Control Plane

Giao thức GTP mặt phẳng
điều khiển

GTP-U

GTP-User Plane

Giao thức GTP mặt phẳng
ng-ời sử dụng

GW

Gateway

Cổng

HA

Home Agent

Tác nhân nhà

HAAA

Home AAA

AAA nhà (xem AAA)

HLR

Home Location Register

Bộ ghi dịnh vụ th-ờng trú

HPMLN

Home PLMN

Mạng PLMN nhà

HSS

Home Subscriber Server

Server thuê bao nhà

IBGP

Internet Border Gateway
Protocol

Giao thức cổng biên
internet

IE

Information Element

Phần tử thông tin

IKE

Internet Key Exchange

Trao đổi khoá Internet

IMA

Inverse Multiplexing
ATM

ATM ghép kênh đảo

IMSI

International Mobile
Station Identifier

Nhận dạng thuê bao duy
nhất toàn cầu

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPCP

IP Configuration
Protocol

Giao thức lập cấu hình IP

IPIP

IP in IP

Giao thức IP trong IP

IPSec

IP Security

An ninh IP

ISP

Internet Service
Provider

Nhà cung cấp dịch vụ
Internet

IT

Information Technology

Công nghệ thông tin

IWF

Interworking Function

Chức năng t-ơng tác

IXC

Internet Exchange

Tổng đài internet

Layer Two Forwarding

Chuyển đi lớp 2

h

i

l
L2F

viii


L2TP

L2 Tunneling Protocol

Giao thức truyền tunnel
lớp 2

LAC

L2TP Access
Concentrator

Bộ tập trung truy nhập
L2TP

LCP

Link Control Protocol

Giao thức điều khiển liên
kết

LDAP

Lightweight Directory
Access Protocol

Giao thức truy nhập danh
mục trọng l-ợng nhẹ

LLC

Logical Link Control

Điều khiển liên kết logic

LNS

L2TP Network Server

Máy chủ mạng L2TP

LSP

Label Switched Path

Tuyến chuyển mạch theo
nhãn

Medium Access Control

Điều khiển môi tr-ờng

m
MAC
MD

Message Digest

Tóm tắt bản tin

MIP

Mobile IP

IP di động

MN

Mobile Node

Nút di động

MPLS

Multi-Protocol Label
Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao
thức

MSC

Mobile Services
Switched Center

Trung tâm chuyển mạch các
dịch vụ di động

MT

Mobile Termination

Kết cuối di động

MVPN

Mobile Virtual Private
Network

Mạng riêng ảo di động

NAI

Network Access
Identifier

Nhận dạng truy nhập mạng

NAS

Network Access Server

Máy chủ truy nhập mạng

NAT

Network Address
Translation

Biên dịch địa chỉ mạng

NCP

Network Control
Protocol

Giao thức điều khiển mạng

Operation
Administration and
Maintenance Center

Khai thác, quản trị và
bảo d-ỡng

n

o
OA&M

ix


Open Services
Architecture

Kiến trúc các dịch vụ mở

PAD

Packet Assembler and
Deassembler

Đóng và tháo bao gói

PAP

Password Authentication

Protocol

Giao thức nhận thực mật
khẩu

PC

PDP context

Ngữ cảnh PDP

PCF

Packet Control Function

Chức năng điều khiển gói

PCO

Protocol Configuration
Options

Các tùy chọn cấu hình

PCU

Packet Control Unit

Đơn vị điều khiển số liệu

PDCP

Packet Data Convergence
Protocol

Giao thức hội tụ số liệu
gói

PDN

Packet Data Network

Mạng số liệu gói

PDP

Packet Data Protocol

Giao thức số liệu gói

PDSN

Packet Data Serving
Node

Node phục vụ số liệu gói

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị số liệu giao thức

PE

Provider Edge

Biên nhà cung cấp

PIN

Personal
Identitification Number

Số nhận dạng cá nhân

PKI

Public Key
Infrastructure

Cơ sở hạ tầng khoá công
cộng

PLMN

Public Land Mobile
Network

Mạng di động mặt đất công

cộng

PMM

Packet Mobility
Management

Quản lý di động gói

POP

Point of Presence

Điểm đại diện

PPP

Point-to-Point Protocol

Giao thức điểm đến điểm

PS

Packet Switch(ed)

Chuyển mạch gói

Quality of Service

Chất l-ợng dịch vụ

Remote Authentication

Dịch vụ nhận thực ng-ời

OSA

p

q
QoS

r
RADIUS

x


Dial-in User Service

dùng quay số từ xa

RAN

Radio Access Network

Mạng truy nhập vô tuyến

RANAP

Radio Access
Application Part

Phần ứng dụng truy nhập
vô tuyến

RAS

Remote Access Server

Máy chủ truy nhập từ xa

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô
tuyến

RLP

Radio Link Protocol

Giao thức liên kết vô
tuyến

RNC

Radio Network
Controller

Bộ điều khiển mạng vô
tuyến

RP

RADIUS Proxy

Đại diện RADIUS

R-P

Radio-Packet

Vô tuyến-gói

RRP

Registration Response

Trả lời đăng kí

RRQ

Registration Request

Yêu cầu đăng kí

SA

security association

Liên kết an ninh

SAAL-NNI

Signaling ATM
Adaptation Layer
Network-to-Network
Interface

Giao diện mạng đến mạng
lớp thích ứng ATM của báo
hiệu

SAD

Security Association
Database

Cơ sở dữ liệu liên kết an
ninh

SCCP

Signaling Connection
Control Part

Phần điều khiển kết nối
báo hiệu

SCF

Service Charging
Function

Chức năng tính c-ớc dịch
vụ

SCTP

Stream Control
Transmission Protocol

Giao thức truyền dẫn điều
khiển luồng

SGSN

Serving GPRS Support
Node

Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SI

Simple IP

IP đơn giản

SIM

Subscriber Identity
Module

Modul nhận dạng thuê bao

SLA

Service Level Agreement

Thoả thuận mức dịch vụ

SM

Session Management

Quản lý phiên

SMS

Short Message Service

Dịch vụ bản tin ngắn hay

s

xi

nhắn tin
SNDCP

Subnetwork Dependent
Convergence Protocol

Giao thức hội tụ phụ
thuộc mạng con

SP

Security Police

Chính sách an ninh

SPD

Security Policy
Database

Cơ sở dữ liệu chính sách
an ninh

TDMA

Time Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia
theo thời gian

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TEID

Tunnel Endpoint
Identifier

Số nhận dạng đầu cuối
tunnel

TID

Tunnel Identifier

Số nhận dạng tunnel

TLS

Transport Layer
Security

An ninh lớp truyền tải

UMTS

Universal Mobile
Telecommunications
System

Hệ thống thông tin di
động toàn cầu

USIM

UMTS Subscriber
Identity Module

Modul nhận dạng thuê bao
UMTS

UTRAN

UMTS Terrestrial Radio
Access Network

Mạng truy nhập mặt đất
của UMTS

VAAA

Visited AAA

AAA khách (xem AAA)

VAS

Value Added Service

Dịch vụ giá trị gia tăng

VLR

Visitor Location
Register

Bộ ghi định vị tạm trú

VoIP

Voice Over IP

Thoại trên IP

VPI

Virtual Path Identifier

Nhận dạng tuyến ảo

VPLMN

Visited PLMN

PLMN khách

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

VR

Virtual Router

Router ảo

t

u

v

w

xii


WAN

Wide Area Network

M¹ng diÖn réng

WAP

Wireless Application
Protocol

Giao thøc øng dông v«
tuyÕn

WLAN

Wireless LAN

M¹ng LAN v« tuyÕn

WWW

World Wide Web

Web toµn cÇu

xiii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, thông tin di động đã trở thành một ngành công nghiệp viễn thông phát
triển nhanh nhất và phục vụ những yêu cầu trao đổi thông tin hữu hiệu nhất. Để đáp
ứng các nhu cầu về chất lượng và dịch vụ ngày càng nâng cao, mạng thông tin di động

ngày càng được cải tiến, cụ thể là xu hướng chuyển đổi từ hệ thống thông tin di động
thế hệ hai sang thế hệ ba. Mặc dù thông tin di động thế hệ hai (2G) đã sử dụng công
nghệ số nhưng vì là hệ thống băng hẹp và xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên
không thể đáp ứng được các kiểu dịch vụ mới như truyền số liệu tốc độ bit thấp và cao,
truy nhập Internet tốc độ cao, đa phương tiện, truyền video và các dịch vụ yêu cầu
băng thông lớn khác, vậy nên sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ thống thông
tin di động thế hệ ba (UMTS và CDMA2000) là một điều tất yếu.
Song song với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng thông tin di động là sự phát
triển liên tục của mạng Internet, mạng truyền số liệu lớn nhất và phổ biến nhất trên
toàn thế giới. Từ khi ra đời đến nay, mạng Internet đã tạo ra những thay đổi cơ bản
phong cách làm việc, khai thác thông tin và giải trí của con người.
Tính tại thời điểm gần đây số thuê bao sử dụng các dịch vụ vô tuyến trên toàn thế
giới là vào khoảng hơn một tỷ người. Bên cạnh đó số lượng các máy chủ Internet cũng
vào khoảng hơn 200 triệu host. Và theo những nghiên cứu gần đây, 80% người sử
dụng Internet thì cũng là các thuê bao sử dụng các dịch vụ di động, và 40% trong số họ
là những người sử dụng với các mục đích kinh doanh.
Như vậy không có gì ngạc nhiên khi ngày càng có nhiều người quan tâm hơn đến
dịch vụ truyền số liệu vô tuyến, gồm cả các ứng dụng thương mại và trao đổi thông
thường. Một trong những xu hướng phát triển hứa hẹn gần đây trong lĩnh vực thương
mại đó là việc sử dụng công nghệ nối mạng riêng ảo VPN trong các hệ thống truyền
thông số liệu để đảm bảo an ninh cho các kết nối tới các mạng riêng từ xa qua các hạ
tầng dùng chung không tin cậy, mà ở đây chính là mạng Internet.
Mạng riêng ảo VPN được định nghĩa không chặt chẽ là một mạng trong đó kết
nối khách hàng giữa các site được triển khai trên một hạ tầng cơ sở chia sẻ với cùng
các chính sách truy nhập và an ninh như một mạng riêng. Với việc phát hiện gần đây
về các hoạt động tiếp thị xung quanh thuật ngữ VPN, từ các công nghệ mới hỗ trợ
VPN, các sản phẩm và dịch vụ được cung cấp bởi VPN khiến cho chúng ta có suy nghĩ
rằng VPN là một công nghệ mới. Tuy nhiên VPN là khái niệm về công nghệ đã có hơn
10 năm và được sử dụng rất phổ biến trong thị trường công nghiệp viễn thông.
Một trong những ứng dụng mới nhất của VPN là MVPN, nghĩa là đưa công nghệ

VPN vào môi trường vô tuyến. Các mạng riêng ảo di động (MVPNs) cho phép truyền
thông riêng tư đảm bảo truyền thông an ninh qua các mạng di động dùng chung được
cung cấp bởi các nhà khai thác vô tuyến và các nhà cung cấp dịch vụ Internet không
dây. Nói cách khác, MVPN là sự phỏng tạo của các mạng số liệu di động an ninh riêng
dựa trên các phương tiện vô tuyến và di động an ninh dùng chung.
Ý nghĩa của các mạng MVPN đối với các khách hàng như sau:
 Đảm bảo an ninh khi truy nhập mạng với các hiệu năng dự kiến được
 Đảm bảo chỉ có những thành viên được phép mới được truy nhập tới các
mạng này.

Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời mở đầu

Ở Việt Nam, hệ thống GSM đã được đưa vào từ năm 1993 và đang hoạt động rất
hiệu quả. Tuy nhiên theo xu thế chung, việc nâng cấp lên mạng 3G là tất yếu trong bối
cảnh cạnh tranh trên thị trường mạng thông tin di động. Internet cũng chỉ mới phổ biến
vài năm gần đây và hiện nay cơ sở hạ tầng còn rất hạn chế. Tuy nhiên việc mở rộng thị
trường viễn thông và tin học cộng với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng chắc chắn sẽ
thúc đẩy Internet Việt Nam phát triển ngang tầm với các nước trong khu vực và trên
thế giới. Việc cung cấp tính năng di động có hiệu quả cho mạng Internet do đó chỉ còn
là vấn đề thời gian.
Chính vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp của mình tôi đã lựa chọn đề tài “Công nghệ
nối mạng riêng ảo di động MVPN cho 3G” nhằm tìm hiểu các giải pháp kĩ thuật, công
nghệ MVPN cho các hệ thống thông tin di động GPRS/UMTS và cdma2000. Hy vọng

rằng trong thời gian tới khi mạng thông tin di động thế hệ ba đã được triển khai rộng
rãi ở nước ta thì đồ án sẽ là một tài liệu hữu ích cho tất cả những ai quan tâm tới vấn
đề này.
Về nội dung đồ án được chia ra làm ba chương:
 Chương I: Trình bày tổng quan về các công nghệ nối mạng vô tuyến, bao gồm
các công nghệ chuyển mạch kênh và các công nghệ chuyển mạch gói trong
các hệ thống 2G và 3G, chủ yếu đi sâu thêm về nối mạng số liệu gói trong
cdma2000 và GPRS/UMTS PS
 Chương II: Trình bày về tổng quan VPN và MVPN. Phân loại công nghệ
VPN và chuyển từ hữu tuyến sang vô tuyến.
 Chương III: Là phần chính trong đó nêu ra các giải pháp MVPN cho các hệ
thống GPRS/UMTS và cdma2000.
 Kết luận: Tóm tắt lại những kiến thức đã thu được và một số hướng phát triển
trong tương lai.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với Tiến sĩ Nguyễn
Phạm Anh Dũng - Phó khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông, người thầy đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình học tập, nghiên cứu để
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị trong Công ty Dịch Vụ Viễn Thông GPC đã
tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình thực tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy các
cô khoa Viễn Thông I- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo mọi điều
kiện giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ học tập của mình.
Cuối cùng con xin chân thành cảm ơn ba mẹ, cảm ơn các bạn trong lớp D2001VT
và những người thân trong gia đình đã giúp đỡ, động viên con trong suốt 5 năm học
tập vừa qua.

Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

2

Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG VÔ
TUYẾN
1.1. CÁC CÔNG NGHỆ NỐI MẠNG SỐ LIỆU CHUYỂN MẠCH KÊNH
VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI
Với nối mạng số liệu vô tuyến CS, các kênh dành riêng được ấn định cho các thuê
bao dù họ có sử dụng hay không. Về mặt lý thuyết, điều này cung cấp băng thông hiệu
dụng lớn hơn cho các người sử dụng bằng cách dành riêng toàn bộ kênh cho từng
người sử dụng. Dịch vụ số liệu được cung cấp thông qua mô hình quay số vô tuyến
giống như truy nhập từ xa bằng quay số ở hữu tuyến. Người sử dụng quay một số điện
thoại liên kết với một NAS (Network Access Server) dùng cho một dịch vụ số liệu vô
tuyến đặc thù. Khi kết nối vật lý (kênh) đã được thiết lập giữa MS và NAS, PPP được
sử dụng để cung cấp dịch vụ liên kết đầu cuối-đầu cuối. Có thể kết cuối dễ dàng phiên
PPP của người sử dụng bằng cách sử dụng các kỹ thuật quay số đơn giản dựa trên các
ngân hàng modem hay RAS (Remote Access Server) bao gồm chức năng IWF
(InterWorking Function) với cập nhật phần mềm để nó phù hợp với môi trường vô
tuyến. Thông thường IWF cần kết cuối các giao thức truy nhập vô tuyến (RLP) và
tương tác với PSTN khi cần thiết. Trong một số trường hợp, IWF cũng có thể chuyển
PPP đến một mạng riêng sử dụng L2TP.
Khác với CS, các công nghệ nối mạng số liệu PS vô tuyến dựa trên hỗ trợ mạng
truy nhập vô tuyến để ghép kênh thống kê các phiên người sử dụng trên giao diện vô
tuyến. Các tài nguyên mạng số liệu gói chỉ được dùng trong thời gian truyền số liệu và
không được dùng trong các thời gian rỗi, vì thế hệ thống hiệu quả hơn vì mọi nguồn
lưu lượng có thể sử dụng các tài nguyên khi các tài nguyên này không bị nguồn khác
sử dụng. Ghép kênh thống kê là một tính chất quan trọng của tất cả các hệ thống nối

mạng số liệu gói. Ghép kênh thống kê làm cho các hệ thống nối mạng số liệu gói trở
nên hiệu quả hơn các hệ thống dựa trên CS, vì các hệ thống CS cung cấp kênh riêng
cho từng người sử dụng nên chúng không thể sử dụng hoàn toàn khi các mẫu truyền
dẫn số liệu có dạng cụm. Tuy nhiên điều này cũng có nghĩa là các người sử dụng dùng
chung các mạng phương tiện phải tranh chấp cho băng thông khả dụng, nên đôi khi
dẫn đến nghẽn, trễ và hiệu suất thông lượng trên một người sử dụng thấp hơn.
Tranh chấp truy nhập cho các tài nguyên dùng chung là vấn đề điển hình không chỉ
đối với các môi trường gói thông tin di động (TTDĐ) mà cả với WLAN. Trong các hệ
thống TTDĐ hỗ trợ truy nhập chế độ gói, để sử dụng hiệu quả các tài nguyên, các kênh
mang truy nhập vô tuyến chỉ được cấp phát tạm thời cho một người sử dụng. Sau một
khoảng thời gian không tích cực, MS chuyển vào chế độ rỗi (chẳng hạn trong GPRS)
hay chế độ ngủ (trong cdma2000). Chế độ này cho phép MS luôn có thể được kết nối
bằng cách gửi báo hiệu và số liệu đến địa chỉ lớp mạng của nó bằng cách sử dụng các
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

thủ tục cập nhật vị trí và tìm gọi, trong khi không tài nguyên dành riêng nào tích cực
để cho phép MS gửi và nhận số liệu. Khi cần nhận số liệu, MS được tìm gọi, nó "tỉnh
giấc" và phát đi yêu cầu thiết lập kênh mang vô tuyến để được phép thu số liệu. MS
cũng phát đi yêu cầu như vậy khi nó cần phát số liệu và khi không có kênh mang vô
tuyến được thiết lập.
Hỗ trợ nối mạng di động số liệu gói về mặt khái niệm giống nhau đối với các hệ
thống nối mạng số liệu vô tuyến khác. Nó dựa trên các cơ chế truyền tunnel khác nhau
như MIP (sử dụng trong cdma2000) và GTP (sử dụng trong GSM và UMTS), cả hai

cơ chế này sẽ được phân tích sau trong chương này. Mô hình truyền tunnel số liệu gói
chung này được cho ở hình 1.1. Các tunnel trên hình vẽ (được biểu thị bằng các đường
ngắt quãng đậm nét (cho các tunnel quá khứ) và các đường liên tục (cho các tunnel
hiện thời, tích cực) được thiết lập động giữa điểm nhập mạng vô tuyến hiện thời của
MS và một "điểm neo" tunnel hay mạng nhà, đóng vai trò như một cổng cho mạng số
liệu di động mà từ đó người sử dụng nhận được dịch vụ truy nhập. Vì MS thay đổi
động vị trí trong mạng (chẳng hạn di chuyển qua vùng địa lý nào đó từ một MSC này
đến một MSC khác hay đang ở biên MSC) các tunnel được thiết lập động giữa mạng
nhà của MS và mạng truy nhập vô tuyến khách.

BSC

BSC

Mạng
khách 1

Mạng nhà
(cổng)

Mạng
khách 2

Mạng
Internet/mạng
IP cá nhân

Tunnel được lập trước đây
Thiết bị di
động

BSC

Mạng truy nhập

Tunnel được lập hiện thời

Mạng
khách 3

Kết nối vật lý

Mạng lõi

Hình 1.1. Cơ chế truyền tunnel số liệu gói vô tuyến
Phần lớn các người sử dụng số liệu trước đây quen thuộc với truy nhập từ xa quay
số hữu tuyến đều không gặp khó khăn gì khi làm quen với các dịch vụ số liệu chuyển
mạch kênh vô tuyến. Điều này cho phép tốc độ tiếp nhận số liệu CS khá cao, mặc dù
băng thông nhỏ và các giới hạn khác của nó làm hạn chế mong muốn thường xuyên sử
dụng dịch vụ này và sử dụng nó trong thời gian dài. Tất cả các tính năng truy nhập
quay số hữu tuyến quen thuộc đều có trong nối mạng số liệu CS vô tuyến: Chuỗi mật
khẩu đăng nhập quen thuộc, khả năng truy nhập mạng hãng đơn giản bằng cách quay
các số điện thoại đặc thù, các thủ tục lập cấu hình tương tự trên các thiết bị client của
người sử dụng như máy tính xách tay.
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

1.2. SỐ LIỆU GÓI CDMA2000
Trong phần này chúng ta sẽ trình bầy kiến trúc số liệu gói liên kết với giao diện vô
tuyến cdma2000. Kiến trúc này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ vô tuyến di động
cung cấp các dịch vụ gói hai chiều sử dụng IP. Để cung cấp chức năng này, cdma2000
sử dụng hai phương pháp: Simple IP (IP đơn giản) và MIP (Mobile IP: IP di động).
Trong IP đơn giản, nhà cung cấp phải ấn định cho người sử dụng một địa chỉ IP
động. Địa chỉ này giữ nguyên không đổi khi người sử dụng duy trì kết nối với cùng
một mạng IP trong miền của nhà khai thác di động, nghĩa là cho đến khi người sử
dụng này không ra ngoài vùng phủ của một PDSN (Packet Data Serving Node: Nút
phục vụ số liệu gói). Tuy nhiên một địa chỉ IP mới phải nhận được khi người sử dụng
nhập vào một mạng IP khác, nghĩa là vào một vùng phủ của một PDSN khác. Dịch vụ
IP đơn giản không cho phép chứa bất kỳ sơ đồ truyền tunnel nào để cung cấp di động
trên lớp mạng như đã trình bầy trong phần đầu của chương này và chỉ hỗ trợ di động
trong các biên giới địa lý nhất định.
Lưu ý một trong các ưu điểm đáng kể của IP đơn giản và không giống như MIP, nó
không đòi hỏi phần mềm đặc biệt cài đặt trong trạm di động. Toàn bộ nhu cầu của MS
là các khả năng đầu cuối và ngăn xếp PPP giống như ngăn xếp được sử dụng để thiết
lập phiên quay số hữu tuyến, thường được kết hợp với các hệ điều hành hiện đại nhất
như PocketPC2002 và Windows XP.
Phương pháp truy nhập MIP phần lớn dựa trên [RFC2002], nay thay bằng
[RFC3220]. Trước hết trạm di động được nhập vào một PDSN phục vụ có hỗ trợ chức
năng FA và được ấn định địa chỉ IP bởi HA của nó. MIP cho phép MS duy trì địa chỉ
IP của mình trong thời gian phiên trong khi di chuyển trong mạng cdma2000 hay sang
mạng khác hỗ trợ MIP.
Đối với các MS tương thích với tiêu chuẩn TIA/EIA [IS-2000] được nối vào một
mạng cdma2000-1x, có thể thay đổi số liệu khả dụng giữa tốc độ số liệu cơ bản
9,6kbps và các tốc độ cụm sau: 19,2kbps; 38,4kbps; 76,8kbps và 153,6kbps.

Các cụm tốc độ cao hơn này được ấn định bởi cơ sở hạ tầng dựa trên nhu cầu của
người sử dụng và tính khả dụng của tài nguyên (cả băng thông vô tuyến lẫn các phần
tử hạ tầng). Các cụm dành cho một MS thường là đoạn thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây.
Khi này tài nguyên và tình trạng di động được đánh giá lại. Cấp phát cụm được thực
hiện độc lập với nhau trên đường lên và đường xuống.

1.2.1. Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000
Kiến trúc hệ thống số liệu gói cdma2000 được cho như hình 1.2.
Kiến trúc trên hình 1.2 bao gồm các phần tử sau:
+ MS có dạng máy cầm tay, PDA hay PCMCIA card trong máy tính sách tay/cầm
tay hỗ trợ Simple IP hay MIP client hay cả hai.
+ Cdma2000-1x RAN (Mạng truy nhập gói cdma2000-1x).
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến
AAA
server

AAA
server

Chuyển
mạch thoại

L

Máy di động số
liệu gói

BTS

BSC

Internet

R-P

PCF

PDSN
(FA)

MIP tunnel

HA

MSC

Hình 1.2. Thí dụ kiến trúc số liệu gói cdma2000
+ PCF (Packet Control Function: Chức năng điều khiển gói).
+ PDSN hỗ trợ chức năng FA trong trường hợp MIP.
+ HA (cho phương pháp truy nhập MIP).
Khi MS kết nối đến cdma2000 BTS, trước hết nó thiết lập kết nối đến một PDSN.
Trong trường hợp MIP, sau đó MS được kết nối đến HA phục vụ của mình bằng một
tunnel giữa PDSN/FA và HA được thiết lập bằng cách sử dụng MIP. Địa chỉ IP của
MS được ấn định từ không gian địa chỉ của HA của nó hoặc được cung cấp tĩnh hoặc

được ấn định động tại đầu mỗi phiên. Tại MIP mức cao, nhận thực và trao quyền
thường được thực hiện tại cả PDSN và HA bằng cách yêu cầu hạ tầng AAA. Trong
trường hợp Simple IP, địa chỉ phải được ấn định cho MS bởi PDSN và không được
cung cấp cố định trong MS. Nhận thực cho phương pháp truy nhập này chỉ dựa trên
PDSN.
Kết nối giữa MS và PDSN phục vụ của nó đòi hỏi thiết lập một lớp kết nối thứ hai
cho thông tin IP. Kết nối này được đảm bảo bởi giao thức PPP được định nghĩa bởi
[RFC1661] và hỗ trợ IPCP, LCP, PAP và CHAP. PPP được khởi đầu bởi MS trong
quá trình đàm phán kết nối và kết cuối bởi PDSN. Giữa mạng vô tuyến cdma2000 và
PDSN, lưu lượng PPP được đóng bao vào giao diện R-P (Radio-Packet). Thí dụ ngăn
xếp giao thức cdma2000 cho cả trường hợp Simple IP và MIP được cho ở hình 1.3.
PCF được cho trên hình vẽ là phần tử của mạng cdma2000 RAN chịu trách nhiệm
thiết lập giao diện R-P và xử lý. Nó thường được thực hiện như một phần tử của
cdma2000 MSC. (Ngoại trừ kiến trúc cdma2000-1xEVDO không dựa trên MSC). PCF
có thể được thực hiện ở đây như là một bộ phận của 1xEVDO RNC (RNC: Radio
Network Controller: Bộ điều khiển mạng hay BSC, tùy thuộc vào nhà cung cấp). Cũng
có thể có thực hiện PCF riêng. Sau khi kết nối lớp liên kết được thiết lập, PCF chỉ đơn
giản chuyển tiếp các khung PPP giữa thiết bị di động và PDSN. Một chức năng quan
trọng khác của PCF là hỗ trợ di động vi mô được thực hiện bằng cách cho phép MS
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

thay đổi PCF trong khi vẫn giữ MS gắn với cùng một PDSN và nhớ đệm số liệu của
người sử dụng khi đoạn nối vô tuyến ngủ được kết nối lại. ý nghĩa của tính năng này

sẽ được giải thích sau trong chương này.
Ống gói

L

Internet

R-P

TCP/
UDP

TCP/
UDP

IP

IP

IP

IP

PPP

PPP
GRE

L2

L2

L1

L1

AL
RLP
IS-2000

MN

IS-2000

L1

AL

AL

GRE

RLP

L2

L2

IP

IP

L1

L1

L1

L1

L1

BTS

BSC

PCF

Simple IP

Máy trạm

PDSN

MIP

Ống gói

L

Internet

Intranet

R-P

TCP/
UDP

TCP/
UDP

IP/
MIP
PPP
AL
RLP
IS-2000

IS-2000

L1

AL

AL

GRE

IP/

MIP
PPP
GRE

RLP

L2

L2

IP

IP

L1

L1

L1

L1

L1

IP/
MIP

IP/
MIP

IP

IP

L2

L2

L2

L2

L1

L1

L1

L1

BTS
BSC
MN
PCF
PDSN
Máy trạm
HA
AL: Adaptation Layer= lớp thích ứng được sử dụng để nhớ đệm thông tin khi một đường ngủ được kết nối lại
L1: Lớp vật lý
L2: Lớp liên kết

Hình 1.3. Thí dụ các ngăn xếp giao thức của dịch vụ gói cdma2000
Vai trò chính của PDSN trong kiến trúc cdma2000 là kết cuối các phiên PPP khởi
xướng từ MS và cung cấp chức năng FA (trong trường hợp dịch vụ MIP được yêu cầu)
hay truyền các gói IP đến chặng tiếp theo khi IP đơn giản được sử dụng. PDSN cũng
có nhiệm vụ nhận thực các người sử dụng và trao quyền cho họ đối với các dịch vụ
được yêu cầu. Cuối cùng PDSN chịu trách nhiệm thiết lập, duy trì và kết cuối kết nối
liên kết dựa trên PPP đến MS. Một cách tùy chọn, PDSN phải hỗ trợ tunnel ngược an
ninh đến HA.
Đối với dịch vụ Internet cơ sở sử dụng phương pháp truy nhập IP đơn giản, PDSN
ấn định một địa chỉ IP động cho MS, kết cuối liên kết PPP của người sử dụng và
chuyển các gói trực tiếp đến Internet thông qua router cổng mặc định trên mạng IP
đường trục của nhà cung cấp dịch vụ. Các bộ định thời PPP thông thường được sử
dụng và các gói từ MS có thể được kiểm tra để đảm bảo rằng MS đang sử dụng địa chỉ
IP mà PDSN ấn định cho nó (ngoài ra còn có các quy tắc lọc và các chính sách khác
mà PDSN có thể áp dụng trong chế độ IP đơn giản).
Đối với các phương pháp truy nhập MIP, PDSN thiết lập kết nối giao thức MIP đến
mạng nhà của MS (được thể hiện bởi HA chịu trách nhiệm để ấn định địa chỉ IP).
PDSN phải hỗ trợ một chức năng AAA client để hỗ trợ một phần nhận thực MS bởi
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

AAA server địa phương. Theo [IS835], PDSN cũng được yêu cầu hỗ trợ nén tiêu đề
TCP/TP Van Jacobson và ba giải thuật nén PPP: Stac LZS [RFC1974], MPPC

[RFC2118] và Deflate[RFC2394], giải thuật sau cùng được sử dụng nhiều nhất bởi các
MS dựa trên Linux và UNIX.
Giao diện R-P kết nối PCF và PDSN (còn được định bởi TIA/EIA là A10/A11) là
một giao diện mở dựa trên giao thức truyền tunnel GRE và được sử dụng để kết nối
mạng vô tuyến và PDSN. Giao thức giao diện R-P thực chất giống như MIP trong đó
PCF hoạt động như FA và PDSN hoạt động như HA (giao diện R-P sử dụng các GRE
tunnel cho mặt phẳng lưu lượng và các bản tin RRQ/RRP: Registration
Request/Registration Response cho báo hiệu). Có một số lý do để đưa ra giao diện R-P
hay nói một cách khác "tách riêng" các chức năng PCF và PDSN. Bằng cách hỗ trợ
giao diện R-P, các thiết bị di động dựa trên IP có thể đi qua các biên giới MSC mà
không ảnh hưởng lên tính liên tục của các phiên người sử dụng. Nói một cách khác,
nếu người sử dụng chuyển dịch vào một vùng phủ MSC, phiên người sử dụng không
bị cắt và người này không buộc phải kết nối lại đến MSC mới và nhận một địa chỉ IP
mới. Điều này được thực hiện bằng các chuyển giao PCF (PCF transfers) trong khi vẫn
giữ MS nối vào (neo vào) cùng một PDSN. Tuy nhiên điều này đòi hỏi rằng tất cả các
PCF phục vụ có kết nối mạng đến cùng một tập PDSN. Một mục đích khác để tách
PDSN ra khỏi PCF là để cho phép nhà cung cấp dịch vụ chọn các PDSN từ các nhà
cung cấp thứ ba khác với các nhà cung cấp các cơ sở hạ tầng cho họ như các MSC và
PCF. Vì thế R-P cho phép các hãng vô tuyến đưa ra các giải pháp PDSN đa nhà cung
cấp vào mạng của họ. Vì thế không ngạc nhiên là cộng đồng nhà khai thác hầu như tán
thành quá trình tiêu chuẩn hóa R-P này.

1.2.2. Triển vọng MS
Các cdma2000 MS có thể nhận thực cùng với HLR của nhà cung cấp dịch vụ cho
truy nhập vô tuyến và nhận thực với PDSN và HA bằng cách sử dụng các phương
pháp truy nhập IP đơn giản hay MIP cho truy nhập mạng số liệu. Các MS phải hỗ trợ
giao thức nối mạng PPP tiêu chuẩn và có khả năng hỗ trợ nhận thực dựa trên CHAP
trong giai đoạn nhận thực PPP cho dịch vụ IP đơn giản. Đối với dịch vụ MIP, MS
cũng phải hỗ trợ MIP client như mô tả trong [IS-835]. Trong chế độ này MS trao đổi
thông tin với HA qua PDSN phục vụ trong mạng khách. Nếu MS hỗ trợ một hay nhiều

tùy chọn thuật toán giải nén như MPPC hay Stac LZS hay Deflate, thì việc nén PPP có
thể đàm phán trong giai đoạn kết nối với PDSN, do vậy sẽ tối ưu hóa việc sử dụng tài
nguyên vô tuyến và tăng cường hiệu quả sử dụng thông qua tốc độ số liệu cao hơn.
1.2.2.1. Trạng thái ngủ
"Trạng thái ngủ" của MS trên đường truyền vô tuyến (theo định nghĩa của TIA [IS707A1]) cho phép hoặc MS hoặc MSC tạm ngưng kết nối đường truyền vô tuyến tích
cực sau một khoảng thời gian không tích cực để giải phóng giao diện vô tuyến và các
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

8


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

tài nguyên BTS đang phục vụ. Nếu hoặc MS hoặc PCF liên kết có các gói cần phát
trong khi ngủ, kết nối được tích cực trở lại và truyền dẫn lại tiếp tục. Các MS ngủ được
định nghĩa là các MS không có kết nối lớp liên kết tích cực đến PCF. Tất cả các MS
(tích cực hay ngủ) đều được đăng ký sử dụng phương pháp truy nhập MIP, có mặt
trong danh sách máy khách của PDSN và một ràng buộc với HA tương ứng. Cần chú ý
rằng trạng thái ngủ chỉ ảnh hưởng kết nối đường vô tuyến, trong khi đó thì các MS vẫn
còn giữ kết nối PPP với PDSN, và PDSN sẽ không quan tâm tới trạng thái của MN.
PDSN phục vụ các người sử dụng tại mạng khách hoạt động như một router mặc
định cho tất cả các người sử dụng di động được đăng ký (tích cực và ngủ) và duy trì
các tuyến máy trạm đến họ. Đối với chế độ MIP, PDSN/FA theo dõi thời gian còn lại
của khoảng thời gian đăng ký có hiệu lực (Registration Lifetime) cho từng MS trong
bảng định tuyến của nó và MS chịu trách nhiệm làm mới lại thời hạn của nó với HA.
Nếu MS không đăng ký lại trước khi hết hạn đăng ký, PDSN sẽ chấm dứt liên kết với
PCF phục vụ MS này và kết cuối phiên MS (và HA cũng làm tương tự nếu MS không
đăng ký lại qua một PDSN khác). Sau khi thời hạn đang ký của MS đã hết, PDSN/FA

sẽ dừng định tuyến các gói đến nó. Để nhận và gửi các gói, các MS ngủ phải chuyển
sang trạng thái tích cực. Giả sử bất kỳ một MS nào cũng có thể ở kiểu trạng thái ngủ
hoặc tích cực, PDSN nói chung không yêu cầu chỉ thị trạng thái của các liên kết PPP
tới MS ngoại trừ giá trị định thời trạng thái ngủ hiện thời đối với mỗi kết nối cụ thể.
Lưu lượng có thể hướng đến một liên kết ngủ tại bất kỳ thời điểm nào, buộc MS liên
quan phải chuyển sang trạng thái tích cực. Đối với các liên kết PPP tích cực mang lưu
lượng, PDSN kết cuối phiên PPP với MS và chuyển tiếp lưu lượng IP được đóng bao
đến MS từ HA hay từ MS đến HA qua truyền tunnel ngược. Tồn tại một tunnel riêng
cho mỗi HA dùng cho tất cả các người sử dụng đã đăng ký.
1.2.2.2. Các kiểu MS
Tồn tại hai kiểu cấu hình MS cơ bản: Mô hình chuyển tiếp và mô hình mạng.
Trong các MS mô hình chuyển tiếp (Relay Model), đầu cuối di động cdma2000 được
kết nối đến một đầu cuối số liệu cầm tay khác như máy tính xách tay, thiết bị tính toán
cầm tay hay đầu cuối số liệu đặt trong thiết bị nào đó khác. Máy thoại mô hình chuyển
tiếp không kết cuối bất kỳ lớp giao thức nào trừ lớp vật lý của cdma2000 (giao diện vô
tuyến) và các lớp RLP. Thiết bị đầu cuối số liệu đi kèm phải kết cuối tất cả các giao
thức lớp cao hơn (PPP, IP, TCP/UDP…).
MS mô hình mạng, ngoài giao diện vô tuyến, kết cuối tất cả các giao thức cần thiết
và không cần bất cứ thiết bị đầu cuối bổ sung nào. Bản thân máy thoại di động cung
cấp tất cả các khả năng hiển thị và đầu vào của người sử dụng cùng với các ứng dụng
để sử dụng mạng số liệu gói. Thí dụ về loại điện thoại này gồm cả "điện thoại thông
minh" và điện thoại "trình duyệt". Các thiết bị này thường có ứng dụng trình duyệt hay
dịch vụ tin học bên trong cùng với một màn hiện thị thông tin thu được từ Internet

Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

server. Các loại đầu cuối này có thể cung cấp khả năng kết nối tới một máy tính xách
tay kết cuối tới mạng số liệu thông qua một phiên PPP. Trong cấu hình này, chiếc điện
thoại có thể hỗ trợ các trình ứng dụng như trình duyệt nhỏ, đồng thời cũng cho sử dụng
với mục đích thông thường qua một điểm đầu cuối số liệu bên ngoài.

1.2.3. Các mức di động của cdma2000
Kiến trúc số liệu gói cdma2000 định nghĩa ba mức di động cho MS như mô tả ở
hình 1.4. Mức thứ nhất được trình bầy tại lớp vật lý bởi chuyển giao mềm hay bán
mềm giữa các BTS, trong khi MS neo giữ đến cùng một PCF. Điều này được thực hiện
bởi truy nhập vô tuyến cdma2000 và không nhìn thấy đối với cả PCF và PDSN.
Di động mức vật lý
Micro/Macro

Di động lớp mạng
( IP)

Di động lớp đoạn
liên kết

L

Giao diện R-P
PCF

PDSN
(FA)

PCF

PDSN
(FA)

PCF

PDSN
(FA)

HA

Simple IP
Mobile IP

Hình 1.4. Phân cấp di động cdma2000
Mức di dộng thứ hai được trình bầy bởi giao diện R-P trên lớp liên kết, mức này
cho phép chuyển giao trong suốt từ PCF đến PCF trong khi vẫn duy trì phiên tại cùng
một PDSN. Trong trường hợp này, hai tuỳ chọn được trình bầy trước đây sẽ xẩy ra:
Ngủ và tích cực. Trong trạng thái tích cực khi người sử dụng đi qua biên giới PCF,
chuyển giao xảy ra trong suốt đối với MS. MS tham gia vào chuyển giao bán mềm đến
BSC mới (hay MSC phụ thuộc vào nhà cung cấp), trong khi phiên số liệu vẫn neo đến
PCF gốc trong thời gian cuộc gọi và MS nằm trong trạng thái tích cực. Nói một cách
khác khi MS trong trạng thái tích cực, không xẩy ra thay đổi PCF phục vụ.

Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT
10


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

Khi MS trong trạng thái ngủ đi qua biên giới của một vùng phủ PCF, MS sẽ khởi
động tích cực lại tại một BSC (MSC) mới để thiết lập một kết nối PCF. Điều này dẫn
đến thay đổi PCF nhưng không nhất thiết PDSN. PCF mới sẽ tìm cách ấn định MS cho
PDSN đang phục vụ, Nếu PCF mới có kết nối đến PDSN này, thì MS và PDSN hoàn
toàn không bị tác động.
Mức di dộng thứ ba (lớp mạng) là chuyển giao giữa các PDSN dựa trên sử dụng
MIP. Giả sử MS đã đăng ký với HA và PDSN (MS đã được nhận thực bởi hai phần tử
này) để thiết lập IP tunnel cho lưu lượng cần truyền. Mỗi khi MS chuyển đến vị trí
được phục vụ bởi một PCF kết nối đến PDSN mới, MS nhận được một chỉ thị rằng cần
đăng ký với PDSN này. Đăng ký này cập nhật các bảng ràng buộc tại HA, vì thế tất cả
lưu lượng tiếp theo cho MS này sẽ định tuyến đến PDSN mới. Trong trường hợp này
liên kết PPP của MS bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi này trong khi lớp IP không thay đổi.
Và tính di động giữ nguyên không nhìn thấy đối với đối tác của MS.
Lưu ý rẳng kiểu chuyển giao cuối cùng không thể xẩy ra ở chế độ IP đơn giản. IP
đơn giản chỉ đảm bảo di động một phần thông qua hai mức đối với MS. Một trong
nhiệm vụ của giao diện R-P là đựa dịch vụ IP gần hơn đến hoạt động của dịch vụ MIP
cùng với việc giải quyết các vấn đề khác. Chẳng hạn nó giải quyết các tình trạng khi
MS thay đổi điểm nhập mạng của mình quá thường xuyên dẫn đến việc thiết lập MIP
tunnel gây ra quá nhiều thông tin bổ sung liên quan đến việc tăng các bản tin báo hiệu.
Một vấn đề khác thường được nhắc đến là trễ thiết lập tunnel mới dẫn đến các trễ và
các khoảng trống trong đó không thể truyền số liệu. Trễ này luôn có trong đường vòng
gây ra bởi MIP, vì yêu cầu đăng ký được gửi đến HA và trả lời được gửi trở lại PDSN.

1.2.4. AAA di động cdma2000
Cdma2000 cũng như đa số các hệ thống thông tin di động khác, hỗ trợ khái niệm
về các mạng nhà và các mạng khách. Một thuê bao cdma2000 có một tài khoản (thanh
toán) được thiết lập với một nhà khai thác vô tuyến, hãng cung cấp dịch vụ tiếng và số

liệu cho người sử dụng. Cũng hãng vô tuyến này có thể cung cấp mạng nhà cho thuê
bao di động. Mạng nhà lưu giữ lý lịch thuê bao và thông tin nhận thực. Khi người sử
dụng này chuyển mạng vào vùng lãnh thổ của nhà khai thác khác (mạng khách), nhà
khai thác này phải nhận được thông tin nhận thực và lý lịch dịch vụ đối với người sử
dụng này từ mạng nhà của thuê bao này.
Lý lịch phục vụ chỉ ra các tài nguyên vô tuyến nào người sử dụng được quyền sử
dụng như: Băng thông cực đại hay mức ưu tiên truy nhập. Trong cdma2000 các lý lịch
người sử dụng được lưu tại HLR đặt tại mạng nhà, tạm thời được lấy ra và lưu tại
VLR. HLR và VLR đều là các cơ sở dữ liệu dựa trên các cơ sở tính toán có khả năng
kháng lỗi. Các thủ tục tương tự thực hiện nhận thực việc truy nhập của người sử dụng
đến các mạng số liệu. Kiến trúc số liệu gói cdma2000 được mô tả trên hình 1.5. Kiến
trúc này dựa trên khái niệm các mạng số liệu nhà và mạng khách, được thể hiện bởi
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT
11


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương I: Tổng quan các công nghệ nối mạng vô tuyến

HA và PDSN và các server AAA mạng nhà và mạng ngoài như: RADIUS hay
DIAMETER được định nghĩa trong [RFC3141].
HLR

VLR
Mạng
SS7
AAA khách

AAA nhà

Mạng
AAA

R-P

L

MIP
BTS

MSC/BSC

Máy di động số
liệu cdma2000

PCF
Mạng khách

PDSN

IP
đ

ơn
g

HA

iản

Internet

Mạng nhà

Máy trạm

Hình 1.5. Mạng lõi cdma2000 điển hình cùng với các hệ thống AAA
MS yêu cầu dịch vụ số liệu trong các hệ thống cdma2000 sẽ bị nhận thực hai lần:
trên lớp vật lý và trên lớp liên kết. Nhận thực lớp vật lý (hay truy nhập mạng và thiết
bị đầu cuối người sử dụng) được thực hiện bởi hạ tầng HLR và VLR. Quá trình này
dựa trên IMSI được định nghĩa trong IS2000. Nhận thực trạm di động lớp liên kết
cdma2000 hay truy nhập mạng số liệu gói, được thực hiện bởi các cơ sở hạ tầng của
các server AAA và các client, trong đó các client được đặt trong các PDSN và các HA.
Quá trình này dựa trên NAI (Network Access Identifier) được định nghĩa bởi IETF
trong [RFC2486]. Đây là số nhận dạng có dạng user@homedomain (người sử
dụng@miền nhà) cho phép mạng khách nhận dạng AAA server mạng nhà bằng cách
chuyển nhãn "home-domain" (miền nhà) thành địa chỉ AAA IP. Hô lệnh từ PDSN
cũng cho phép bảo vệ khỏi các tấn công dựa trên cơ chế phát lại.
Ngoài ra, NAI cho phép phân phát liên kết an ninh MIP đặc thù để hỗ trợ nhận thực
PDSN/HA trong thời gian đăng ký di động, ấn định HA và chuyển giao giữa các
PDSN. Lưu ý rằng AAA của mạng số liệu sẽ nhận thực người sử dụng, không như
nhận thực lớp vật lý chỉ nhận thực MS. Vì thế người sử dụng muốn truy nhập đến các
mạng số liệu công cộng hay riêng phải thực hiện đăng nhập và mật khẩu giống như
những người sử dụng truy nhập số liệu từ xa, ngoài ra việc nhận thực thiết bị di động
xảy ra trong giai đoạn đăng ký. Điều này dẫn đến tạm dừng khi khởi đầu điện thoại
thường thấy ở hầu hết các người sử dụng máy thoại di động.
Đoàn Hồng Huệ - Lớp D01VT
12