Công nghệ mạng riêng ảo di động và khả năng ứng dụng cho mạng di động GSM và CDMA

B GIÁO D C VÀ ðÀO T O
TRƯ NG ð I H C BÁCH KHOA HÀ N I

LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

CÔNG NGH M NG RIÊNG O DI ð NG
VÀ KH NĂNG

NG D NG CHO M NG DI ð NG GSM VÀ CDMA

NGÀNH: CÔNG NGH THÔNG TIN
MÃ S :
NGUY N NG C THÀNH

Ngư i hư ng d n khoa h c: GS.TS. NGUY N THÚC H I

HÀ N I 2006


i

M cl c
Thu t ng và ch vi t t t ...................................................................... iii
L i nói đ u.............................................................................................vi
Chương 1 T ng quan các h th ng thơng tin di đ ng..............................1
1.1 S li u chuy n m ch gói trong CDMA2000 .....................................4
1.1.1 Ki n trúc h th ng s li u gói CDMA2000 ........................................................... 5
1.1.2 Thi t b đ u cu i di ñ ng MS (Mobile station) ...................................................... 8
1.1.3 Các m c di ñ ng c a CDMA2000 ........................................................................ 9
1.1.4 AAA(Authentication, Authorization and Accounting) di ñ ng CDMA2000 ........ 11

1.2 S li u chuy n m ch gói trong GSM và UMTS: GPRS và mi n
UMTS PS .............................................................................................13
1.2.1 Các ph
1.2.2 Các ph
1.2.3 Các kh
1.2.4 ð u cu

n t GPRS .............................................................................................. 13
n t UMTS ............................................................................................. 15
năng d ch v c a GPRS và mi n UMTS PS .......................................... 17
i cho GPRS và mi n UMTS PS .............................................................. 17

1.3 K t lu n ..........................................................................................18
Chương 2 Cơ s n n t ng MVPN .........................................................19
2.1 ð nh nghĩa VPN..............................................................................19
2.2 Các kh i cơ b n c a VPN ...............................................................19
2.3 Phân lo i công ngh VPN ...............................................................23
2.4 VPN trong môi trư ng s li u gói vơ tuy n di đ ng........................27
2.5 K t lu n ..........................................................................................31
Chương 3 Gi i pháp VPN trên CDMA2000 .........................................32
3.1 Truy nh p m ng s li u riêng CDMA2000 .....................................32
3.2 IP ñơn gi n......................................................................................33
3.2.1 Ki n trúc VPN d a trên IP ñơn gi n.................................................................... 34
3.2.2 K ch b n VPN d a trên IP ñơn gi n .................................................................... 36

3.3 VPN d a trên MIP ..........................................................................37
3.3.1 Phương pháp HA VPN công c ng....................................................................... 38
3.3.2 HA VPN riêng ................................................................................................ 41

3.4 C p phát HA trong m ng CDMA2000............................................43

3.4.1 M i quan h gi a c p phát HA và PDSN ............................................................ 43
3.4.2 C p phát HA ñ ng .............................................................................................. 46

3.5 Qu n lý ñ a ch IP trong CDMA2000..............................................48
3.5.1 n ñ nh ñ a ch VPN c a IP ñơn gi n.................................................................. 49
3.5.2 n ñ nh ñ a ch VPN c a MIP............................................................................. 50

3.6 Xác th c, y quy n và k toán cho d ch v MVPN.........................50
3.6.1 Ki n trúc AAA trong CDMA2000 ...................................................................... 51
3.6.2 Môi gi i AAA trong CDMA2000 ....................................................................... 52
3.6.3 Nhìn t phía MIP VPN ....................................................................................... 53
3.6.4 Nhìn t phía VPN IP đơn gi n ............................................................................ 54

3.7 K ch b n tri n khai..........................................................................55


ii

Chương 4 Gi i pháp VPN trên GSM/GPRS và UMTS .........................58
4.1 Các gi i pháp công ngh s li u gói................................................58
4.2 D ch v truy c p m ng ki u IP PDP................................................61
4.3 D ch v truy c p m ng ki u PPP PDP.............................................67
4.4 Các th a thu n m c d ch v (Service Level Agreements) ...............72
4.5 Tính cư c........................................................................................74
4.6 Chuy n m ng (Roaming) ................................................................75
4.7 K ch b n tri n khai MVPN..............................................................78
Chương 5 Th trư ng và kh năng tri n khai MVPN ............................82
5.1 Th trư ng MVPN...........................................................................82
5.2 Mơ hình MVPN tham kh o đ xu t cho Vi t Nam..........................84
K t lu n ................................................................................................88

Tài li u tham kh o ................................................................................89


iii

Thu t ng và ch vi t t t
3GPP

3rd Generation Partnership Project

ð án các ñ i tác th h ba

AAA

Authentication, Authorization and
Accounting

Xác th c, y quy n và K toán

ANSI

American National Standard
Institute

Vi n Tiêu chu n qu c gia M

ASP

Application Service Provider

Nhà cung c p d ch v

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Ch ñ truy n d b

BGP

Border Gateway Protocole

Giao th c c ng biên

BSC

Base Station Controller

B ñi u khi n tr m g c.

BSS

Base Station System

H th ng tr m g c.

BTS

Base Transceiver Station

Tr m thu phát g c.

CAMEL

Customized Application for Mobile
Network Enhanced Logic

ng d ng khách hàng hóa cho logic
đư c m ng di ñ ng tăng cư ng

CDMA

Code Division Multiple Access

ða truy nh p phân chia theo mã

CDR

Charging Data Record

B n ghi s li u tính cư c

CHAP

Challenge Handshake
Authentication Protocol

Giao th c xác th c b t tay

CS

Circuit Switch

Chuy n m ch kênh

DLCI

Data Link Connection Identifier

Nh n d ng k t n i liên k t s li u

DTM

Dual Transfert Mode

Ch ñ truy n kép

EAP

Extensible Authentication Protocol

Giao th c xác th c m r ng

ESP

Encapsulating Security Payload

T i tin đóng gói an ninh

ETSI

European Telecommunications
Standard Institute

Vi n Tiêu chu n vi n thơng châu Âu

FA

Foreign Agent

Tác t ngồi

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Node h tr GPRS c ng

GPRS

General Packet Radio Service

D ch v vơ tuy n gói chung

GRE

Generic Routing Encapsulation

ðóng gói đ nh tuy n chung

GSM

Global System For Mobile
Telecommunications

H th ng thông tin di đ ng tồn c u

ng d ng


iv

GTP

GPRS Tunneling Protocol

Giao th c truy n tunnel GPRS

HA

Home Agent

Tác t nhà

HLR

Home Location Register

B ghi ñ nh v nhà

IBGP

Internet Border Gateway Protocol

Giao th c c ng biên internet

IMSI

International Mobile Station
Identifier

Nh n d ng th bao di đ ng tồn c u

IPCP

IP Configuration Protocol

Giao th c l p c u hình IP

IPIP

IP in IP

Giao th c IP trong IP

IPSec

IP Security

An ninh IP

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung c p d ch v Internet

IWF

Interworking Function

Ch c năng tương tác

L2TP

Layer 2 Tunneling Protocol

Giao th c truy n tunnel l p 2

LAC

L2TP Access Concentrator

B t p trung truy nh p L2TP

LCP

Link Control Protocol

Giao th c ñi u khi n liên k t

LLC

Logical Link Control

ði u khi n liên k t logic

LNS

L2TP Network Server

Máy ch m ng L2TP

MIP

Mobile IP

IP di ñ ng

MPLS

Multi-Protocol Label Switching

Chuy n m ch nhãn ña giao th c

MSC

Mobile Services Switched Center

Trung tâm chuy n m ch các d ch v di

ñ ng

MT

Mobile Termination

K t cu i di ñ ng

MVPN

Mobile Virtual Private Network

M ng riêng o di ñ ng

NAI

Network Access Identifier

Nh n d ng truy nh p m ng

NAS

Network Access Server

Máy ch truy nh p m ng

NAT

Network Address Translation

Biên d ch ñ a ch m ng

NAT-T

NAT Traversal

NAT c i ti n

PAP

Password Authentication Protocol

Giao th c nh n th c m t kh u

PAT

Port Address Translation

Biên d ch ñ a ch c ng

PCF

Packet Control Function

Ch c năng đi u khi n gói

PCO

Protocol Configuration Options

Các tùy ch n c u hình


v

PDP

Packet Data Protocol

Giao th c s li u gói

PDSN

Packet Data Serving Node

Node ph c v s li u gói

PDU

Protocol Data Unit

ðơn v s li u giao th c

PIN

Personal Identitification Number

S nh n d ng cá nhân

PKI

Public Key Infrastructure

Cơ s h t ng khố cơng c ng

PLMN

Public Land Mobile Network

M ng di đ ng m t đ t cơng c ng

PS

Packet Switch(ed)

Chuy n m ch gói

QoS

Quality of Service

Ch t lư ng d ch v

RADIUS

Remote Authentication Dial-in User
Service

D ch v xác th c ngư i dùng quay s
t xa

RAN

Radio Access Network

M ng truy nh p vô tuy n

RAS

Remote Access Server

Máy ch truy nh p t xa

RIL3

Radio Interface Layer 3

L p 3 giao di n vô tuy n

RLC

Radio Link Control

ði u khi n liên k t vô tuy n

RLP

Radio Link Protocol

Giao th c liên k t vơ tuy n

RNC

Radio Network Controller

B đi u khi n m ng vơ tuy n

R-P

Radio-Packet

Vơ tuy n-gói

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút h tr GPRS ph c v

SIM

Subscriber Identity Module

Th nh n d ng thuê bao

SLA

Service Level Agreement

Tho thu n m c d ch v

TDMA

Time Division Multiple Access

ða truy nh p phân chia theo th i gian

TE

Terminal Equipment

Thi t b ñ u cu i

TIA

Telecommunication Industry
Association

Hi p h i công nghi p vi n thông (M )

TLS

Transport Layer Security

An ninh l p giao v n

UMTS

Universal Mobile
Telecommunications System

H th ng thông tin di đ ng tồn c u

VCI

Virtual Channel Identifier

Nh n d ng kênh o

VLR

Visitor Location Register

B ghi ñ nh v t m trú

VPI

Virtual Path Identifier

Nh n d ng tuy n o

WAP

Wireless Application Protocol

Giao th c ng d ng vô tuy n


vi

L i nói đ u
VPN đã đư c s d ng r ng rãi trong công ngh n i m ng
trong nhi u năm.

các d ng khác nhau

ng d ng m i nh t c a VPN là MVPN, tuy hãy cịn non tr và

cịn nhi u v n đ chưa ñư c gi i quy t, c v k thu t l n kinh doanh. Nhưng
chương trình khung đã ñư c ñ nh nghĩa r ng rãi và cũng ñã có các tri n khai
nhi u d ng khác nhau.
ð ñ m b o tăng trư ng l i nhu n, các nhà cung c p d ch v di đ ng tìm ki m
các cơng ngh và phương th c m i ñ ñ u tư. Trong nh ng năm g n ñây h lưu tâm
r t nhi u đ n các d ch v Internet có ti m năng sinh ra nh ng l i nhu n ñáng k .
ðây chính là lý do c a nh ng ñ u tư t n ph ñ t ti n vào các công ngh truy nh p
vô tuy n th h ti p theo có ti m năng h tr t c ñ s li u cao cho các d ch v
Internet: đó là h th ng thơng tin di ñ ng th h 3 (3G) GPRS, UMTS, và
CDMA2000. S pha tr n kh năng tho i di ñ ng truy n th ng v i các d ch v
truy n b n tin và d a trên v trí là các d ch v h a h n nh t. Các h th ng này ph i
cung c p cho ngư i s d ng kh năng truy nh p cá nhân an ninh ñ n các m ng s
li u riêng, các c ng ñ ng cùng cơng vi c ho c s thích c v kinh doanh l n gi i trí.
u c u cao đ i v i d ch v này d n ñ n nhu c u cung c p k t n i m ng riêng
o di ñ ng (MVPN) c a các nhà cung c p d ch v . MVPN đư c coi là chìa khóa
trao đ i thơng tin kinh doanh gi a ngư i s d ng di ñ ng và m ng s li u riêng an
ninh thơng qua mơi trư ng Internet. MVPN có th đ nh nghĩa như là s mô ph ng
c a m ng s li u di ñ ng an ninh riêng d a trên các phương ti n vô tuy n và di
đ ng an ninh dùng chung.
T các phân tích nêu trên, lu n văn " CÔNG NGH M NG RIÊNG O DI ð NG
VÀ KH

NĂNG

NG D NG CHO M NG DI ð NG GSM VÀ CDMA" nghiên c u các

gi i pháp k thu t, công ngh MVPN cho h th ng thơng tin di đ ng và kh năng
ng d ng trong s n xu t và kinh doanh.
Lu n văn chia thành 5 chương. Chương 1 và 2 nghiên c u t ng quan các h
th ng thơng tin di đ ng và cơ s n n t ng MVPN. Chương 3 và 4 nghiên c u các


vii

gi i pháp MVPN cho thơng tin di đ ng (GSM/GPRS, UMTS và CDMA2000).
Chương th 5 nghiên c u th trư ng, các kh năng tri n khai và mô hình đ xu t v i
Vi t Nam.
Do n i dung c a ñ tài liên quan ñ n r t nhi u cơng ngh và đ c p nhi u v n ñ
nên m i m c ñư c trình bày m t cách tóm lư c các đ c đi m chính và có chú thích
các tiêu chu n ki n ngh liên quan. ð ng th i n i dung nghiên c u ñ tài tương ñ i
r ng nên ch c ch n không tránh kh i h n ch và thi u sót. R t mong đư c s đóng
góp ý ki n c a th y cô và các b n.
Tôi xin g i l i c m ơn chân thành t i GS TS Nguy n Thúc H i ñã ñ nh hư ng
nghiên c u và giúp đ tơi r t nhi u trong quá trình th c hi n lu n văn này.

Hà N i Tháng 11 năm 2006


1

Chương 1 T ng quan các h th ng thông tin di đ ng
Các h th ng thơng tin di đ ng (cịn g i là cơng ngh t bào) cung c p d ch v

s li u dư i hai phương th c chuy n m ch kênh và chuy n m ch gói.
Trong m ng s li u chuy n m ch kênh vô tuy n (CS), các kênh dành riêng ñư c
n ñ nh cho các thuê bao dù h có s d ng hay khơng. D ch v s li u đư c cung
c p thơng qua mơ hình quay s vơ tuy n (gi ng truy nh p t xa quay s h u tuy n).
Ngư i s d ng quay s ñi n tho i liên k t t i m t NAS (Network Access Server)
dùng cho d ch v s li u vô tuy n ñ c thù. Khi k t n i v t lý (kênh) ñư c thi t l p
gi a MS (Mobile Station) và NAS, PPP (Point-to-Point Protocol) cung c p d ch v
liên k t ñ u cu i-đ u cu i. Có th d dàng k t cu i phiên PPP ngư i s d ng, b ng
các k thu t quay s ñơn gi n d a trên ngân hàng modem hay RAS (Remote Access
Server) có b sung thêm ch c năng IWF (InterWorking Function) v i nâng c p
ph n m m phù h p v i môi trư ng vô tuy n. IWF k t cu i các giao th c truy nh p
vô tuy n RLP (Radio Link Protocol) và tương tác v i PSTN (Public Switched
Service Telephone Network) khi c n. Tri n khai VPN d a trên CS không ph i là
hư ng chính trong tương lai, do v y s khơng đư c đ c p đ n trong lu n văn này.
Các công ngh m ng s li u chuy n m ch gói vơ tuy n (PS) d a trên h tr
m ng truy nh p vô tuy n ñ ghép kênh th ng kê các phiên ngư i s d ng. Nó h tr
truy n d n s li u d ng c m (19,2kbps ; 38,4kbps ; 76,8kbps ; 153,6kbps), và các
tài nguyên m ng ch ñư c s d ng trong th i gian truy n s li u và không s d ng
trong th i gian r i. Do đó giúp cho h th ng ho t ñ ng hi u qu hơn. ði u đó cũng
có nghĩa là ngư i s d ng trong các m ng ña phương ti n dùng chung ph i tranh
ch p băng thông kh d ng, nên ñôi khi d n ñ n ngh n, tr và hi u su t thông lư ng
trên m t ngư i s d ng th p hơn.
Tranh ch p truy nh p các tài nguyên dùng chung là v n đ đi n hình trong các
h th ng thơng tin di đ ng (TTDð) chuy n m ch gói. ð s d ng hi u qu các tài
nguyên, các kênh truy nh p vơ tuy n ch đư c c p phát t m th i cho ngư i s d ng.
Sau m t kho ng th i gian không tích c c, MS chuy n vào ch đ r i (trong GPRS)


2

hay ch ñ ng (trong CDMA2000). Ch ñ này cho phép MS ln đư c k t n i
b ng cách g i báo hi u và s li u ñ n ñ a ch l p m ng c a nó thơng qua các th t c
c p nh t v trí và tìm g i, và khơng tài nguyên dành riêng nào cho phép MS g i và
nh n s li u lúc này. Khi c n nh n s li u, MS đư c tìm g i, nó "t nh gi c" và phát
đi u c u thi t l p kênh mang vô tuy n (radio bearer) ñ ñư c phép thu s li u. MS
phát ñi yêu c u gi ng như v y khi nó c n phát s li u và khi khơng có kênh mang
vơ tuy n s n sàng thi t l p.

Hình 1.1 Cơ ch truy n tunnel s li u gói vơ tuy n

Trong các h th ng thơng tin di đ ng, v khái ni m, cơng ngh h tr n i m ng
di ñ ng s li u PS ngư i s d ng là gi ng nhau. Nó d a trên các cơ ch truy n
tunnel khác nhau như MIP (trong CDMA2000) và GTP (trong GSM và UMTS).
Các tunnel ñư c thi t l p ñ ng gi a đi m nh p m ng vơ tuy n t c th i c a MS và
m t "ñi m neo" tunnel hay m ng nhà, ñ ng th i đóng vai trị như m t c ng cho
m ng s li u di ñ ng mà t đó ngư i s d ng nh n đư c d ch v truy nh p. Vì các
MS thay ñ i ñ ng v trí trong m ng (di chuy n t m t MSC (Mobile Switching
Center) này ñ n m t MSC khác hay ñang

biên MSC), nên các tunnel ñư c thi t

l p ñ ng gi a m ng nhà c a MS và m ng truy nh p vô tuy n khách.
V i công ngh m ng s li u PS, do thi u s n xu t ñ u cu i hàng lo t và th
nghi m t n kém nên th i gian ti p nh n d ch v ch m hơn d tính. Ngư i s d ng
cũng có th k t n i thư ng xuyên hay theo yêu c u ñ n m ng Internet hay m ng s
li u riêng. Tuy nhiên nó địi h i có các quy ñ nh trư c gi a m ng s li u riêng và
nhà khai thác.


3

Cơng ngh thơng tin di đ ng, hi n nay ñã tr i qua ba th h :
GENERATIONS

1G

2G

2.5 G

Systems

NMT,
TACS,
AMPS

TDMA IS-136, GPRS,
GSM, CDMA CDMA2000-1X,
IS-95, HSCSD, EDGE
CDPD

Voice/data
technology

Circuit voice, Circuit voice,
circuit dial- circuit dial-up
up data
data

Theoretical data

rate.

2.4–9.6 Kbps 9.6 -19.2 Kbps 9.6 -144 Kbps;
28.8 Kbps
70–473 Kbps

Circuit voice,
circuit/packet
data (Internet, IP
services)

3G
CDMA2000-3X,
CDMA2000-1X EV-DO
UMTS, Enhanced
EDGE
Circuit/packet voice,
circuit data and
highspeed packet data
(multimedia, all IP
option)
144Kbps-2Mbps;
144Kbps-2Mbps;
256Kbps-2.4Mbps

Expected average 2.0–9.0 Kbps 9.0–19.0 Kbps 9.0–300 Kbps
data throughput

60–1000 Mbps;

Radio Access
Technology

TDMA, CDMA, WCDMA, TD-SCDMA

FDMA

TDMA,
CDMA

TDMA, CDMA

B ng 1 Các đ c tính c a các h th ng thơng tin di đ ng [4]

Th h th nh t (1G) truy n tín hi u tho i tương t d a trên FDMA (Frequency
Division Multiple Access) v i m ng lõi d a trên TDM (time-division multiplexing).
1G ñư c các nư c Tây Âu s d ng trong th i kỳ ñ u.
Th h th hai (2G) ñư c thi t k cho tri n khai qu c t (cung c p kh năng
chuy n vùng qu c gia) v i các đ c tính m nh như tính tương thích, kh năng
chuy n m ng, và s d ng truy n t i tho i ñã ñư c s hóa trên giao di n vơ tuy n.
H th ng 2G đi n hình: GSM (Global System for Mobile Communications) và
cdmaOne (tiêu chu n TIA [IS95]). Công ngh m ng lõi c a 2G có th là s li u
chuy n m ch kênh ho c chuy n m ch gói.
H th ng 2,5G là bư c đ m ti n tri n t 2G lên 3G. Nó có công ngh truy n d n
vô tuy n c a 2G và có t c đ d li u đ n 144kbps c a 3G. ði n hình là GPRS.
M t h th ng TTDð th h th ba (3G) ph i ñáp ng các yêu c u c a ITU:
• Ho t đ ng t i m t trong các d i t n s ñã n ñ nh cho các d ch v 3G.


4

• Ph i cung c p d ch v s li u m i cho ngư i s d ng, bao g m multimedia,
đ c l p v i cơng ngh giao di n vơ tuy n.
• Ph i h tr truy n d n s li u di ñ ng t i 144kbps cho ngư i s d ng di ñ ng
t c ñ cao và ñ n 2Mbps (v lý thuy t) cho ngư i di ñ ng t c đ th p.
• Ph i cung c p d ch v s li u gói.
• Ph i đ m b o tính đ c l p m ng lõi v i giao di n truy nh p vô tuy n.
Hình 1.1 cho th y con đư ng phát tri n c a các h th ng thông tin di đ ng.

Hình 1.1 Con đư ng phát tri n c a các h th ng thơng tin di đ ng [4]

1.1 S li u chuy n m ch gói trong CDMA2000
Ph n này s trình bày ki n trúc s li u gói liên k t v i giao di n vơ tuy n
CDMA2000. Ki n trúc này đư c mô t trong khuy n ngh 3GPP2 và các tiêu chu n
TIA [IS835] và [TS115], cho phép các nhà cung c p d ch v vô tuy n di ñ ng
CDMA2000 ñưa ra d ch v s li u gói hai chi u s d ng giao th c IP. Có hai
phương pháp đư c s d ng: Simple IP (IP ñơn gi n) và MIP (IP di ñ ng).
Trong IP ñơn gi n, nhà cung c p ph i n ñ nh cho ngư i s d ng m t ñ a ch IP
ñ ng. ð a ch này gi ngun khơng đ i khi ngư i s d ng duy trì k t n i v i cùng
m t m ng trong mi n nhà khai thác di ñ ng, nghĩa là ngư i s d ng v n trong vùng
ph c a m t PDSN (Packet Data Serving Node). M t ñ a ch IP m i ph i nh n ñư c
khi ngư i s d ng nh p vào m t m ng IP khác (vùng ph c a PDSN khác).


5

Uu ñi m n i tr i c a IP đơn gi n (so v i MIP) là khơng địi h i cài ñ t ph n
m m ñ c bi t trong MS. Tuy nhiên IP ñơn gi n ch h tr di ñ ng trong m t vùng
biên gi i ñ a lý nh t ñ nh (vùng ph c a m t PDSN).
Phương pháp truy nh p MIP d a trên [RFC3220]. Trư c h t MS ñư c nh p vào

m t PDSN ph c v có h tr ch c năng FA (Tác t ngồi) và ñư c n ñ nh ñ a ch
IP theo HA (Tác t nhà) c a nó. MIP cho phép MS duy trì đ a ch IP c a mình trong
th i gian phiên khi di chuy n trong m ng CDMA2000 hay sang m ng khác h tr
MIP.
Các MS tương thích v i tiêu chu n TIA/EIA [IS-2000] đư c k t n i vào m ng
CDMA2000-1x, có th thay ñ i t c ñ s li u kh d ng gi a t c ñ cơ b n 9,6kbps
và t c ñ c m. T c ñ c m này ñư c n ñ nh b i cơ s h t ng, d a trên nhu c u
ngư i s d ng và tính kh d ng c a tài nguyên (c băng thông vô tuy n l n các
ph n t h t ng). Tùy thu c vào tài ngun và tình tr ng di đ ng ñư c ñánh giá t i
m t th i ñi m, t c đ c m thích h p s ñư c c p cho m t MS. C p phát c m ñư c
th c hi n ñ c l p v i ñư ng lên và ñư ng xu ng d li u c a m t MS.
1.1.1 Ki n trúc h th ng s li u gói CDMA2000
Ki n trúc h th ng s li u gói CDMA2000 mơ t

hình 1.2, g m các ph n t

sau:
• MS có d ng máy c m tay, PDA hay PCMCIA card trong máy tính xách
tay/c m tay h tr Simple IP hay MIP client hay c hai.
• CDMA2000-1x RAN (M ng truy nh p gói CDMA2000-1x).
• Ch c năng đi u khi n gói PCF (Packet Control Function).
• PDSN h tr ch c năng tác t ngoài FA (phương pháp truy nh p MIP).
• Tác t nhà HA (phương pháp truy nh p MIP).


6

Hình 1.2 Ki n trúc s li u gói CDMA2000

Khi MS k t n i ñ n tr m BTS, các bư c thi t l p k t n i s li u trong trư ng

h p MIP như sau:
1. MS thi t l p k t n i ñ n PDSN.
2. MS k t n i ñ n HA ph c v (m ng nhà) qua m t tunnel PDSN/FA và HA
(tunnel MIP) do PDSN thi t l p.
3. Xác th c và y quy n ñư c th c hi n t i PDSN và HA b ng cách yêu c u
h t ng AAA.
4. HA n ñ nh ñ a ch IP (ñ ng ho c tĩnh) t i ñ u m i phiên cho MS t
khơng gian đ a ch IP c a HA.
Khi MS k t n i ñ n tr m BTS, các bư c thi t l p k t n i s li u trong trư ng
h p IP ñơn gi n như sau:
1. MS thi t l p k t n i ñ n PDSN
2. PDSN xác th c MS.
3. PDSN n ñ nh ñ a ch IP cho MS
4. PDSN k t cu i liên k t PPP c a ngư i s d ng và chuy n ti p gói.
5. PDSN áp d ng các qui t c l c và chính sách khác khi c n.
K t n i gi a MS và PDSN ph c v ñòi h i thi t l p m t k t n i th hai cho
thông tin IP. K t n i này ñư c ñ m b o b i giao th c PPP và h tr IPCP, LCP,
PAP và CHAP. PPP ñư c kh i ñ u b i MS trong q trình đàm phán k t n i và k t
cu i b i PDSN. Gi a m ng vô tuy n (MSC/PCF) và PDSN, lưu lư ng PPP đư c
đóng gói vào giao di n R-P (Radio-Packet).


7

PCF có các đ c đi m sau:
• Là ph n t m ng truy nh p vô tuy n (CDMA2000 RAN), có vai trị như
m t MSC và th c hi n như b ñi u khi n m ng RNC (Radio Network
Controller).
• Ch u trách nhi m thi t l p giao di n R-P và x lý.
• Chuy n ti p các khung PPP gi a MS và PDSN.

• Cho phép MS thay đ i PCF trong khi v n gi MS g n v i cùng m t
PDSN và nh ñ m s li u c a ngư i s d ng khi k t n i vơ tuy n tr ng
thái “ng ” đư c k t n i l i.
Vai trò c a PDSN trong ki n trúc CDMA2000:
• Vai trị chính: k t cu i các phiên PPP kh i xư ng t MS và cung c p
ch c năng FA (khi MIP u c u) hay truy n các gói IP đ n ch ng ti p
theo (khi IP ñơn gi n ñư c s d ng).
• Xác th c ngư i s d ng và y quy n cho h s d ng các d ch v yêu c u.
H tr tunnel ngư c đ n HA.
• Thi t l p, duy trì và k t cu i k t n i d a trên PPP đ n MS.
• H tr AAA client ñ xác th c MS b i AAA server đ a phương.
Vai trị c a giao di n R-P:
• Là m t giao di n m d a trên giao th c truy n tunnel GRE (Generic
Routing Encapsulation).
• K t n i m ng vô tuy n và PDSN.
• Tách PDSN ra kh i PCF, cho phép các hãng vơ tuy n đưa ra các gi i
pháp PDSN ña nhà cung c p vào m ng c a h .
B ng các chuy n giao PCF trong khi v n gi MS n i vào (neo vào) cùng m t
PDSN, các thi t b di ñ ng d a trên IP có th đi qua các biên gi i MSC mà khơng
nh hư ng đ n tính liên t c c a phiên ngư i s d ng. T c là ngư i s d ng chuy n
d ch vào vùng ph MSC m i, phiên ngư i s d ng không b c t, không bu c ph i
k t n i l i ñ n MSC m i và khơng nh n đ a ch IP m i.


8

Hình 1.3 ch ra ngăn x p giao th c tương ng v i mơ hình ki n trúc s li u gói
hình 1.4.

Hình 1.3 Ngăn x p giao th c d ch v gói CDMA2000

1.1.2 Thi t b đ u cu i di ñ ng MS (Mobile station)
Trong CDMA2000, MS ph i ñ m b o các yêu c u sau:
•

MS ph i xác th c v i HLR(Home Location Register) c a nhà cung c p
d ch v cho truy nh p vô tuy n, và xác th c v i PDSN và HA (s d ng
các truy nh p IP ñơn gi n hay MIP) cho truy nh p m ng s li u.

•

MS ph i h tr giao th c n i m ng PPP, và kh năng xác th c d a trên
CHAP (v i IP ñơn gi n), và h tr MIP client (v i MIP)

• MS cũng ph i h tr chuy n tr ng thái ng /tích c c trên đư ng truy n vô
tuy n
Tr ng thái ng (các MS không có k t n i liên k t tích c c đ n PCF)
• Cho phép MS ho c MSC t m ngưng k t n i ñư ng truy n vơ tuy n tích
c c sau m t kho ng th i gian khơng tích c c và gi i phóng giao di n vơ
tuy n cùng v i các tài nguyên BTS ñang ph c v .


9

• N u ho c MS ho c PCF liên k t có các gói c n phát trong khi ng , k t
n i đư c tích c c l i và truy n d n l i ti p t c.
• T t c các MS (tích c c hay ng ) ñư c ñăng ký trong danh sách c a
PDSN và m t ràng bu c v i HA tương ng.
ð i v i ch ñ MIP, PDSN/FA theo dõi th i gian còn l i c a th i h n hi u l c
ñăng ký cho t ng MS trong b ng ñ nh tuy n c a nó và MS ch u trách nhi m làm

m i l i th i h n c a nó v i HA. N u MS khơng đăng ký l i trư c khi h t h n ñăng
ký, PDSN s ch m d t liên k t v i PCF ñ i v i MS (PDSN/FA s d ng đ nh tuy n
các gói đ n MS) và k t thúc phiên. HA cũng làm tương t n u MS khơng đăng ký
l i khi qua m t PDSN khác.
ð i v i các liên k t PPP mang lưu lư ng tích c c, PDSN k t cu i phiên PPP v i
MS và chuy n ti p lưu lư ng IP đư c đóng gói ñ n MS t HA hay ñ n HA t MS
qua truy n tunnel ngư c. ð i v i t t c MS ñã ñăng ký, t n t i m t tunnel riêng duy
nh t t i HA.
Các ki u MS
T n t i hai ki u c u hình MS cơ b n: Mơ hình chuy n ti p và mơ hình m ng.
MS mơ hình chuy n ti p, ñ u cu i di ñ ng ñư c k t n i ñ n m t ñ u cu i s li u
c m tay khác (như máy tính xách tay, thi t b tính tốn c m tay ,..). Máy đi n tho i
mơ hình chuy n ti p không k t cu i b t kỳ l p giao th c nào tr l p v t lý (giao
di n vô tuy n) và l p RLP. Cịn các thi t b đ u cu i s li u ñi kèm ph i k t cu i t t
c các giao th c l p cao hơn (PPP, IP, TCP/UDP…).
MS mơ hình m ng, ngồi giao di n vơ tuy n k t cu i t t c các giao th c c n
thi t, không c n b t c thi t b ñ u cu i b sung. ði n hình là PDA, PC Pocket,…
1.1.3 Các m c di ñ ng c a CDMA2000
Ki n trúc s li u gói CDMA2000 đ nh nghĩa ba m c di ñ ng cho MS (Hình 1.4)


10

Hình 1.4. Phân c p di đ ng CDMA2000

M c di ñ ng th nh t: t i l p v t lý b i chuy n giao m m hay bán m m gi a các
BTS, trong khi MS neo gi ñ n cùng m t PCF, và trong su t ñ i v i PCF và PDSN.
M c di d ng th hai: t i giao di n R-P trên l p liên k t, m c này cho phép chuy n
giao trong su t t PCF ñ n PCF trong khi v n duy trì phiên t i cùng m t PDSN. Hai
tr ng thái s x y ra: Ng và tích c c. Trong tr ng thái tích c c khi ngư i s d ng ñi

qua biên gi i PCF, m t chuy n giao x y ra trong su t ñ i v i MS. MS tham gia vào
chuy n giao bán m m ñ n BSC (MSC) m i, trong khi phiên s li u v n neo ñ n
PCF g c trong th i gian cu c g i và MS n m trong tr ng thái tích c c. T c là khi
MS trong tr ng thái tích c c, khơng x y ra thay ñ i PCF ph c v .
Khi MS trong tr ng thái ng ñi qua biên gi i vùng ph c v c a m t PCF, MS s
kh i đ ng tích c c l i t i m t BSC (MSC) m i ñ thi t l p m t k t n i PCF. ði u
này d n ñ n thay ñ i PCF nhưng khơng nh t thi t thay đ i PDSN. PCF m i s tìm
cách n đ nh MS cho PDSN ñang ph c v . N u PCF m i có k t n i đ n PDSN này,
thì MS và PDSN hồn tồn khơng b tác đ ng.
M c di d ng th ba (l p m ng): là chuy n giao gi a các PDSN d a trên s d ng
MIP. Gi s MS ñã ñăng ký v i HA và PDSN (MS ñã ñư c xác th c b i hai ph n
t này) ñ thi t l p IP tunnel cho lưu lư ng c n truy n. Khi MS chuy n ñ n v trí
đư c ph c v c a m t PCF k t n i ñ n PDSN m i, MS nh n ñư c yêu c u ñăng ký


11

v i PDSN m i này. ðăng ký này c p nh t các b ng ràng bu c t i HA, vì th t t c
lưu lư ng ti p theo cho MS này s ñ nh tuy n ñ n PDSN m i. Liên k t PPP c a MS
b

nh hư ng b i s thay ñ i này trong khi đ a ch IP khơng thay đ i, và tính di

đ ng v n gi ngun trong su t ñ i v i ñ i tác c a MS.
Ch ñ IP ñơn gi n ch th c hi n thơng qua hai m c di đ ng ñ u. Còn ch ñ
MIP th c hi n c ba m c trên.
1.1.4 AAA(Authentication, Authorization and Accounting) di ñ ng CDMA2000
Trư c tiên ta xem xét m t s khái ni m trong CDMA2000.
M ng nhà:
• M t thuê bao có tài kho n (k tốn) đư c thi t l p v i m t nhà khai thác vô

tuy n, nhà khai thác s cung c p d ch v tho i và s li u cho ngư i s d ng
và cung c p m ng nhà cho th bao di đ ng.
• Lưu lý l ch và thông tin xác th c ngư i s d ng.
M ng khách:
• Khi ngư i s d ng chuy n m ng vào vùng lãnh th c a nhà khai thác khác
• Nh n thơng tin xác th c và lý l ch d ch v t m ng nhà c a MS chuy n
m ng.
Lý l ch d ch v : các tài nguyên vô tuy n ngư i s d ng ñư c quy n s d ng như:
băng thơng c c đ i, m c ưu tiên truy nh p.
Trong CDMA2000 các lý l ch ngư i s d ng ñư c lưu t i HLR m ng nhà và lưu
t m th i t i VLR m ng nhà.
Ki n trúc s li u gói CDMA2000 đư c mơ t trên hình 1.5.


12

Hình 1.5 M ng lõi CDMA2000 đi n hình cùng v i các h th ng AAA

Khi m t MS yêu c u d ch v s li u, ñ u tiên MS vào trong giai đo n đăng ký,
nó s b xác th c hai l n: Trên l p v t lý và trên l p liên k t. Xác th c l p v t lý
(truy nh p m ng và thi t b ñ u cu i ngư i s d ng, ch xác th c MS) th c hi n b i
HLR và VLR, và d a trên IMSI (International Mobile Station Identifier) [IS2000]
c a MS. Xác th c l p liên k t (truy nh p m ng s li u gói) th c hi n b i các AAA
server và các client. Quá trình này d a trên s nh n d ng NAI (Network Access
Identifier) [RFC2486] có d ng user@homedomain. Ngồi ra, NAI cho phép phân
phát liên k t an ninh MIP ñ c thù ñ h tr xác th c PDSN/HA trong th i gian ñăng
ký di ñ ng, n ñ nh HA và chuy n giao gi a các PDSN.
Sau khi hồn thành giai đo n đăng ký, ngư i s d ng mu n truy nh p ñ n m ng
s li u công c ng hay riêng, AAA m ng s li u s ti n hành xác th c ngư i s d ng
H th ng s li u CDMA2000 ñ m b o hai cơ ch xác th c khi s d ng phương

pháp truy nh p IP ñơn gi n và MIP như ñ nh nghĩa trong [IS835] và [RFC3141].
• ð i v i truy nh p IP ñơn gi n: xác th c d a trên CHAP c a giao th c PPP.
Trong CHAP, PDSN h i (g i challenge) MS b ng m t giá tr ng u nhiên.
MS tr l i (response) b ng m t ch ký MD-5, tên/m t kh u ngư i s d ng.
PDSN chuy n c p challenge/response ñ n AAA server nhà ñ xác th c
ngư i s d ng.


13

• ð i v i truy nh p MIP: PDSN g i challenge t i MS. MS tr l i response
b ng m t ch ký và NAI (ñư c ki m tra b i m ng nhà) cùng v i yêu c u
ñăng ký.
C hai cơ ch ñ u d a trên shared secrets liên k t v i NAI (lưu t i m ng nhà) và
ñư c h tr b i cùng m t h t ng AAA server. Trong c hai trư ng h p, s li u k
tốn đư c thu th p b i PCF và PDSN ñư c g i ñ n AAA server ñ a phương. Trong
ñó PCF thu th p b n ghi k tốn truy nh p vơ tuy n, và PDSN thu th p th ng kê s
li u t ng ngư i s d ng. V i MS chuy n m ng, AAA server ñ a phương chuy n
m t b n sao các b n tin k toán RADIUS ñ n AAA server nhà.
Khi x y ra chuy n giao gi a hai PDSN, PDSN ñư c gi i phóng g i b n tin
Accouting Stop (d ng k tốn) đ n AAA server, và Accouting Start (b t đ u k
tốn) đư c g i đ n AAA server t PDSN m i k t n i. Accounting Stop t PDSN
gi i phóng đơi khi có th ñ n sau Accounting Start t PDSN m i (PDSN có th
khơng bi t r ng MS đã r i ñi, nhưng v n ñ i th i h n đăng ký hay t m ngưng
khơng tích c c PPP ñ k t thúc phiên). ði u này có nghĩa là server tính cư c ph i
ti p nh n nhi u chu i d ng/kh i t o t các PDSN khác nhau và x lý chúng như
m t phiên duy nh t [IS 835]. Khi m t b đ nh th i khơng tích c c PPP hay th i h n
MIP ñã h t hay MS k t thúc phiên, liên k t R-P ñư c gi i phóng và m t Accounting
Stop đư c g i ñ n AAA server.

1.2 S li u chuy n m ch gói trong GSM và UMTS: GPRS và mi n UMTS
PS
Ph n này xem xét h th ng GPRS và mi n UMTS PS, và các d ch v ñư c cung
c p. Ta cũng xem xét các cách th c m t MS truy nh p m ng li u s gói, các giao
th c đư c s d ng và xác th c ngư i s d ng.
1.2.1 Các ph n t GPRS
H th ng GPRS m r ng n i m ng s li u gói c a h th ng GSM. GPRS h tr
truy n d n s li u gói trên giao di n vơ tuy n và kh năng di ñ ng s li u gói trong
m ng lõi.


14

ð tri n khai GPRS địi h i c p nh t ph n m m BSS đ
• ghép các d ch v s li u lên các khe th i gian không b các d ch v CS chi m
• đi u khi n dịng ch y và các cơ ch phát l i c n thi t ñ truy n s li u gói
trên cơng ngh truy n d n vô tuy n GSM.
DNS và m ng thông minh (IN) là các ph n t b sung và là b ph n c a d ch v
GPRS tiên ti n. Ki n trúc GPRS ñư c ETSI ñ nh nghĩa và duy trì b i 3GPP.

Hình 1.6 Ki n trúc GPRS

H th ng GPRS ch y u ñ nh nghĩa hai ph n t : BSS (Base Station System) và
PLMN (Inter-PLMN Backbone Network). GPRS BSS và GSM BSS ñư c tăng
cư ng PCU (Packet Control Unit) ñ h tr các d ch v gói. ðư ng tr c PLMN bao
g m hai nút m i: SGSN (Serving GPRS Support Node) và GGSN (Gateway GPRS
Support Node). GGSN và SGSN ñư c n i v i nhau qua m t m ng IP và tương tác
v i nhau qua giao di n Gn d a trên giao th c GTP.
ð c đi m chính c a SGSN (cịn g i là 2G SGSN):
• Cung c p các d ch v nén l p m ng, ch c năng phân ño n và l p ráp l i.

L p khung và ghép kênh l p liên k t,
• M t mã hóa cũng như x lý báo hi u MS và qu n lý di ñ ng trong BSS,
gi a các SGSN.
• Qu n lý các GTP tunnel đư c thi t l p đ n GGSN.
• Tương tác v i HLR và IN, MSC và SMS-SC (SMS Service Center).
• Thu th p s li u tính cư c và truy n nó đ n CGF trên giao di n Ga.


15

ð c đi m chính c a GGSN
• Neo gi các phiên truy n s li u.
• Cung c p truy nh p ñ n các m ng s li u gói b ng cách h tr k t cu i
các GTP tunnel t SGSN mà MS hi n th i đang n i đ n.
• Cung c p n n t ng và c ng ñ n các d ch v s li u gói tiên ti n như Web,
WAP, các m ng s li u riêng

xa.

Các phiên s li u gói trong GPRS và UMTS PS đư c thi t l p b ng cách thi t
l p và duy trì các GTP tunnel đ n GGSN. M t GTP tunnel là q trình đóng gói các
gói gi a GGSN và SGSN trong GTP/UDP/IP.
Khi MS chuy n m ng, MS này n i ñ n m t SGSN trong m ng khách và m t
GGSN m ng nhà ho c m ng khách. N u GGSN m ng nhà, m ng IP ñư c s d ng
ñ n i SGSN khách ñ n GGSN nhà và ñư c g i là m ng ñư ng tr c gi a các
PLMN. M ng ñư ng tr c gi a các PLMN thư ng ñư c g i là GRX (GPRS
Roaming Exchange). Nét ñ c bi t c a GPRS liên quan ñ n GRX là SGSN m ng
khách và GGSN m ng nhà tương tác v i nhau trên m ng GRX qua giao di n Gp.
1.2.2 Các ph n t UMTS
V i h th ng UMTS, 3GPP ñ nh nghĩa mi n CS cho d ch v chuy n m ch kênh

và mi n PS cho d ch v chuy n m ch gói. Vì tính di đ ng, UTRAN (UMTS
Terrestrial Radio Access Network) ph i trong su t ñ i v i m ng lõi UMTS, nghĩa là
m ng lõi không bi t MS

t i BTS nào.

Lõi mi n UMTS PS gi ng lõi GPRS. T R99, c hai đ c t h th ng khơng có
các khác bi t k thu t liên quan ñ n m ng lõi. Ki n trúc UMTS ñư c cho trên hình
1.7 gi ng như ki n trúc GPRS.
M t s ñi m khác bi t gi a UMTS PS và GPRS:
• UMTS PS s d ng GTPv1 (GPRS s d ng GTPv0).
• H tr đa phương ti n
• SGSN (3G SGSN): không cung c p nén l p m ng hay m t mã hóa; ch
chuy n ti p các gói gi a GGSN và RNS trên GTP tunnel.


16

• RNC (Radio Network Controller):
o

Ch c năng l p liên k t ñư c chuy n t SGSN sang RNC (ñ m b o
RAN trong su t v i m ng lõi).

o

Có vai trị như BSC trong GSM.

o

Qu n lý tính di đ ng c a MS gi a các BTS.

Hình 1.7 Ki n trúc UMTS

Hình 1.8 trình bày ngăn x p giao th c m t ph ng ngư i s d ng h th ng GPRS
và UMTS.

Hình 1.8 Ki n trúc ngăn x p giao th c m t ph ng ngư i s d ng GPRS và UMTS.


17

1.2.3 Các kh năng d ch v

c a GPRS và mi n UMTS PS

Các h th ng GPRS và mi n UMTS PS v nguyên t c là ña giao th c và trung
l p ñ i v i l p m ng hay các l p liên k t c a lưu lư ng ngư i s d ng. Các giao
th c ngư i s d ng cịn đư c g i là PDP (Packet Data Protocol).
GPRS ñ m b o h tr cho c IPv4 và IPv6. Nó h tr PDP ki u PPP t R98, tuy
nhiên các nhà cung c p ñ u cu i v n chưa hào h ng h tr ki u PDP này. Hi n nay
cịn có r t nhi u tranh lu n v PDP.
Các h th ng GPRS và mi n UMTS PS cung c p kênh giao v n (transport)
không tin c y t GGSN ñ n MS. Kênh này ñư c ñ c trưng b i m t s thơng s
QoS. Các thơng s này khác nhau đ i v i các phiên b n trư c R99 và sau R99. Sau
R99 có th phân bi t x lý các gói thu c cùng m t phiên ngư i s d ng, b ng cách
thi t l p các kênh mang PDP contexts cho các lo i lưu lư ng khác nhau và lý l ch
QoS liên k t v i cùng m t phiên. Sau đó truy n gói trên kênh mang tương ng d a
trên m t s quy t c phân lo i ñư c thi t l p t i GGSN và MS. Kh năng này ñáp
ng yêu c u cung c p ña d ch v thông qua h th ng UMTS. Trư c R99, ch có m t

m c QoS và ch m t PDP context liên k t v i m t phiên.
1.2.4 ð u cu i cho GPRS và mi n UMTS PS
Có ba lo i GPRS MS khác nhau:
• Lo i A: cho phép h tr ñ ng th i các d ch v GSM và GPRS.
• Lo i B: MS giám sát các kênh tìm g i GSM và GPRS, m i l n ch h tr
m t d ch v .
• Lo i C: MS ch h tr d ch v GPRS.
M t ñ u cu i di ñ ng có kh năng truy nh p UMTS PS hay GPRS địi h i có hai
thành ph n logic: TE (Terminal Equipment) và MT (Mobile Termination). TE cung
c p kh năng tính tốn, MT h tr các kh năng truy nh p s li u vô tuy n. TE và
MT th c hi n như các ph n t ñ c l p, chúng có th ñư c k t n i b i nhi u công
ngh (n i ti p, h ng ngo i, Bluetooth, …) v i l p liên k t d a trên PPP hay m t
giao di n riêng khác. Hình 1.6 và 1.7 cho th y hai ph n t MS phân cách nhau b i