Tài liệu Mobile ip trên mạng gprs

Hå v¨n phi Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ------------------------------------------- Hå V¨n Phi ngµnh : ®iÖn tö-viÔn th«ng MOBILE IP TR£N M¹NG GPRS LuËn v¨n th¹c sÜ ®iÖn tö-viÔn th«ng kho¸ 2002 - 2004 Hµ néi - 2004 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ------------------------------------------- Hå V¨n Phi MOBILE IP TR£N M¹NG GPRS Chuyªn ngµnh: ®iÖn tö-viÔn th«ng LuËn v¨n th¹c sÜ ®iÖn tö-viÔn th«ng h-íng dÉn khoa häc : ts.nguyÔn viÕt nguyªn Hµ néi - 2004 Lêi c¸m ¬n §Ó hoµn thµnh luËn v¨n nµy, ngoµi sù cè g¾ng cña b¶n th©n, t«i cßn nhËn ®-îc sù gióp ®ì quý b¸u cña c¸c thÇy, c« gi¸o Khoa §iÖn tö-ViÔn th«ng tr-êng §HBK Hµ Néi vµ c¸c b¹n bÌ ®ång nghiÖp. T«i xin tá lßng c¶m ¬n ch©n thµnh nhÊt ®Õn thÇy gi¸o TS. NguyÔn ViÕt Nguyªn, gi¶ng viªn Khoa §iÖn tö-ViÔn th«ng tr-êng §HBK Hµ Néi ®· dµnh nhiÒu thêi gian quý b¸u gióp ®ì vµ h-íng dÉn t«i hoµn thµnh luËn v¨n nµy. T«i xin ch©n thµnh c¸m ¬n Trung t©m §µo t¹o & Båi d-ìng sau §¹i häc tr-êng §HBK Hµ Néi, khoa §iÖn tö-ViÔn th«ng tr-êng §HHBK Hµ Néi, tr-êng §H Quy Nh¬n, khoa Kü thuËt & C«ng NghÖ tr-êng §H Quy Nh¬n ®· t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi, gióp ®ì t«i trong suèt thêi gian häc tËp vµ nghiªn cøu. Cuèi cïng, t«i xin göi lêi c¸m ¬n tíi gia ®×nh vµ b¹n bÌ, nh÷ng ng-ßi ®· ®éng viªn, gióp ®ì t«i trong suèt thêi gian häc tËp vµ nghiªn cøu t¹i tr-êng §HBK Hµ Néi. T¸c gi¶ luËn v¨n Hå V¨n Phi Môc lôc Trang Lêi c¸m ¬n B¶ng tra cøu c¸c tõ viÕt t¾t vµ thuËt ng÷ Lêi nãi ®Çu................................................................................................. Ch-¬ng 1. tæng vÒ m¹ng Gsm........................................................ 1.1 cÊu tróc cña m¹ng gsm............................................................. 1.2 c¸c thµnh phÇn cña m¹ng gsm.............................................. 1.2.1 tr¹m di ®éng-ms........................................................................ 1.2.2 ph©n hÖ v« tuyÕn-bss............................................................. 1.2.3 ph©n hÖ chuyÓn m¹ch-nss................................................... 1.2.4 ph©n hÖ khai th¸c vµ b¶o d-ìng-oss............................ 1.3 cÊu tróc ®Þa lý cña m¹ng gsm.............................................. 1.3.1 vïng m¹ng-plmn...................................................................... 1.3.2 vïng phôc vô-msc/vlr........................................................... 1.3.3 vïng ®Þnh vÞ-la......................................................................... 1.3.4 « (cell).............................................................................................. 1.4 c¸c giao diÖn cña m¹ng gsm................................................... 1.4.1 giao diÖn néi bé m¹ng........................................................... 1.4.2 c¸c giao diÖn ngo¹i vi........................................................... 1.5 c¸c ®Æc tÝnh küthuËt cña hÖ thèng gsm...................... 1.5.1 sö dông giao diÖn v« tuyÕn............................................... 1.5.2 sö dông ph-¬ng ph¸p truy nhËp fdma-tdma............. Ch-¬ng 2. cÊu tróc vµ thµnh phÇn cña m¹ng gprs 2.1 giíi thiÖu chung vÒ gprs.......................................................... 2.1.1 sù ph¸t triÓn cña gprs......................................................... 2.1.2 c¸c ®Æc tr-ng cña hÖ thèng gprs.................................. 2.2 cÊu tróc cña hÖ thèng gprs................................................... 2.2.1 nót hç trî dÞch vô chuyÓn m¹ch gãi di ®éng-sgsn....... 2.2.2 nót hç trî dÞch vô chuyÓn m¹ch gãi di ®éng cængsgsn..................................................................................... 2.2.3 thiÕt bÞ ®Çu cuèi sè liÖu-te................................................ 2.2.4 ®Çu cuèi di ®éng-mt............................................................... 2.2.5 tr¹m di ®éng-ms....................................................................... 2.2.6 hÖ thèng tr¹m gèc-bss......................................................... 2.2.7 khèi ®iÒu khiÓn gãi-pcu........................................................ 2.2.8 trung t©m chuyÓn m¹ch vµ bé ghi ®Þnh vÞ t¹m trómsc/vrl................................................................................ 2.2.9 bé ®¨ng ký ®Þnh vÞ th-êng tró-hrl............................... 2.2.10 trung t©m nhËn thùc-auc................................................. 2.2.11 tæng ®µi cæng cña dÞch vô sms(sms-gmsc)............... 2.2 12 bé ghi nhËn d¹ng thiÕt bÞ-eir.......................................... 2.3 giao diÖn v« tuyÕn........................................................................ 1 3 3 4 4 7 11 14 16 16 16 16 17 18 18 21 22 22 22 25 25 25 27 29 30 31 33 33 33 34 35 36 36 36 37 37 37 2.3.1 cÊu tróc giao thøc trong gprs........................................ 2.3.2 c¸c kªnh logic trong gprs................................................ 2.4 kÕt nèi trong gprs....................................................................... 2.4.1 c¸c giao thøc vµ giao diÖn sö dông kÕt nèi c¸c nót gsn........................................................................................... 2.4.2 kÕt nèi ip trong hÖ thèng gprs........................................ 2.4.3 kÕt nèi víi m¹ng internet.................................................. Ch-¬ng 3. c¸c thñ tôc qu¶n lý trong gprs........................ 3.1 kh¸i qu¸t............................................................................................ 3.2 qu¶n lý di ®éng............................................................................... 3.2.1 thñ tôc liªn kÕt gprs............................................................. 3.2.2 thñ tôc qu¶n lýthuª bao di ®éng ................................. 3.3 qu¶n lý truyÒn tin trong gprs............................................ 3.3.1 ®Þnh tuyÕn gãi tin trong gprs.......................................... 3.3.2 ®Þnh tuyÕn gãi tin khi ms ®ang di chuyÓn................. 3.3.3 xö lý l-u l-îng t¹i c¸c nót gsn..................................... 3.4 qu¶n lý m¹ng gprs........................................................................ 3.4.1 qu¶n lý tÝnh c-íc................................................................... 3.4.2 qu¶n lý thuª bao.................................................................... 3.4.3 qu¶n lý lçi.................................................................................. 3.4.4 qu¶n lý cÊu h×nh...................................................................... Ch-¬ng 4. lùa chän c«ng nghÖ cho m¹ng gprs................ 4.1 kh¸i qu¸t............................................................................................ 4.2 lùa chän c«ng nghÖ cho m¹ng gprs................................. 4.2.1 m¹ng kÕt nèi dùa trªn giao diÖn gn.............................. 4.2.2 m¹ng kÕt nèi dùa trªn giao diÖn gb.............................. 4.2.3 m¹ng kÕt nèi dùa trªn giao diÖn gi............................... 4.2.4 m¹ng kÕt nèi dùa trªn giao diÖn gp.............................. 4.3 mét sè gi¶i ph¸p vÒ cÊu tróc m¹ng.................................... 4.3.1 chØ sö dông chuyÓn tiÕp khung t¹i giao diÖn Gb..... 4.3.2 sö dông chuyÓn tiÕp khung vµ atm............................... 4.3.3 sö dông chuyÓn tiÕp khung vµ ®Þnh tuyÕn ip........... 4.3.4 chØ sö dông ®Þnh tuyÕn ip.................................................... Ch-¬ng 5. chuyÓn vïng trong gprs......................................... 5.1 kh¸i qu¸t............................................................................................ 5.2 c¸c tr-êng hîp chuyÓn vïng trong gprs.................... 5.2.1 ms kÕt nèi qua vsgsn vµ hggsn....................................... 5.2.2 ms kÕt nèi qua vsgsn vµ vggsn....................................... 5.3 hÖ thèng tªn miÒn-dns trong gprs.................................... 5.3.1 kh¸i qu¸t...................................................................................... 5.3.2 hÖ thèng tªn miÒn-dns trong gprs................................ 5.3.3 truy vÊn dns khi triÓn vïng............................................. 5.4 kÕt nèi trong m¹ng ®-êng trôc internet-plmn...... 5.4.1 kÕt nèi trùc tiÕp gi÷a c¸c nhµ khai th¸c.................. 37 41 44 44 46 48 50 50 51 51 55 58 59 60 60 62 62 63 63 63 66 66 67 67 67 70 71 71 71 73 74 75 77 77 78 78 79 80 80 81 81 84 84 5.4.2 m¹ng chuyÓn vïng gprs...................................................... 5.5 ph©n bæ ®Þa chØ ip............................................................................ 5.5.1 nhu cÇu ®Þa chØ ip ®èi víi mét sè dÞch vô c¬ b¶n 5.5.2 ph©n bæ ®Þa chØ ip cho thiÕt bÞ ®Çu cuèi...................... 5.5.3 ph©n bæ ®Þa chØ ip cho c¸c nót m¹ng............................. Ch-¬ng 6. mobile ip trªn m¹ng gprs........................................ 6.1 mobile ip.............................................................................................. 6.1.1 tæng quan vÒ mobile ip......................................................... 6.1.1.1 Kh¸i qu¸t................................................................................... 6.1.1.2 Nh÷ng yªu cÇu cña Mobile ip................................................... 6.1.1.3 C¸c ®Æc tÝnh cña Mobile ip....................................................... 6.1.2 mobile ipv4.................................................................................... 6.1.2.1 CÊu tróc chung cña c¸c b¶n tin sö dông trong Mobile ipv4... 6.1.2.2 C¬ chÕ ph¸t hiÖn ®¹i lý di ®éng trong Mobile ipv4................... 6.1.2.3 §¨ng ký víi ®¹i lý gèc trong Mobile ipv4.................................. 6.1.2.4 Ho¹t®éng cña tr¹m di ®éng trong Mobile ipv4.......................... 6.1.2.5 Qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin trong Mobile ipv4.......................... 6.1.3 mobile ipv6.................................................................................... 6.1.3.1 Kh¸i qu¸t .................................................................................. 6.1.3.2 C¸c b¶n tin ®iÒu khiÓn trong Mobile ipv6................................ 6.1.3.3 CÊu tróc d÷ liÖu trong Mobile ipv6........................................... 6.1.3.4 Ph¸t hiÖn sù di chuyÓn trong Mobile ipv6................................ 6.1.3.5 C¬ chÕ ph¸t hiÖn ®¹i lý gèc trong Mobile ipv6......................... 6.1.3.6 §¨ng ký víi ®¹i lý gèc trong Mobile ipv6................................ 6.1.2.7 Qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin trong Mobile ipv6.......................... 6.2 triÓn khai mobile ip trªn m¹ng gprs............................... 6.2.1 kh¸i qu¸t...................................................................................... 6.2.2 triÓn khai mobile ip trªn m¹ng gprs............................ 6.2.2.1 Hç trî dÞch vô Mobile ip.......................................................... 6.2.2.2 Tèi -u ho¸ ®-êng ®i.................................................................. 6.2.2.3 Thñ tôc ®¨ng ký Mobile ip trong GPRS.................................... KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o Phô lôc 1 Phô lôc 2 Phô lôc 3 85 86 86 87 88 91 91 91 91 92 93 94 94 95 99 103 104 108 108 111 112 113 113 114 115 117 117 118 118 120 121 124 B¶ng tra cøu c¸c tõ viÕt t¾t vµ thuËt ng÷ AAL ADM APN ARP ATM AUC BG BGP BSC BSS BSSGP ATM Adapter Layer Add Drop Multiplexer Access Point Name Address Resolution Protocol Asynchronous Tranfer Mode AUthentication Center Líp t-¬ng thÝch ATM Bé t¸ch/ghÐp kªnh xen rÏ Tªn ®iÓm truy nhËp Giao thøc liªn kÕt ®Þa chØ IP víi ®Þa chØ phÇn cøng ChÕ ®é truyÒn t¶i kh«ng ®ång bé Trung t©m nhËn thùc Border Gateway Border Gateway Protocol Base Station Controller Base Station Subsystem BSS GPRS Protocol Cæng truy nhËp biªn Giao thøc cæng truy nhËp biªn Bé ®iÒu khiÓn tr¹m gèc HÖ thèng tr¹m gèc Giao thøc giao tiÕp gi÷a BSS-SGSN BTS Base Tranceiver Station Tr¹m thu ph¸t gèc CDMA Code Division Multiple Access Call Detail Record Cell Global Identity Charging Gateway Care-Of Address Coding Scheme §a truy nhËp ph©n chia theo m· B¶n ghi chi tiÕt cuéc gäi §Þnh danh « toµn cÇu Cæng tÝnh c-íc §Þa chØ phô ®-îc cÊp bëi m¹ng kh¸ch L-îc ®å m· ho¸ Dynamic Host Cofiguration Protocol Domain Name System Giao thøc ®-îc sö dông bëi c¸c tr¹m ®Ó lÊy c¸c th«ng tin cÊu h×nh cÇn thiÕt HÖ thèng tªn miÒn, dïng ®Ó ¸nh x¹ gi÷a tªn logic vµ ®Þa chØ IP EDGE Enhanced Data rate of GSM Evolution Tiªu chuÈn m¹ng th«ng tin di ®éng, cho phÐp n©ng cao tèc ®é truyÒn d÷ liÖu cña m¹ng GSM EIR Equipment Identification Register Thanh ghi nhËn d¹ng thiÕt bÞ ETSI European Telecommunications Standar Institute Frequency Channel Frequency Division Duplex Frequency Division Multiple Access Frame Relay File Tranfer Protocol ViÖn tiªu chuÈn viÔn th«ng Ch©u ©u Gateway GPRS Support Node Gateway MSC General Packet Radio Service Global System for Mobile Communication GSM Association GPRS Support Node GPRS Tunneling Protocol Nót hç trî dÞch vô di ®éng cæng GPRS Tæng ®µi di ®éng cæng DÞch vô v« tuyÕn gãi chung HÖ thèng th«ng tin di ®éng toµn cÇu CDR CGI CGw COA CS DHCP DNS FCH FDD FDMA FR FTP GGSN GMSC GPRS GSM GSMA GSN GTP Kªnh tÇn sè Kªnh tÇn sè song c«ng §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè Giao thøc chuyÓn tiÕp khung Giao thøc truyÒn file dùa trªn TCP/IP HiÖp héi c¸c nhµ khai th¸c m¹ng Nót hç trî GPRS Giao thøc ®-êng hÇm, ®Ó t¹o liªn kÕt logic gi÷a c¸c nót GSN trong GPRS HLR HSCSD ICMP Home Location Register Bé ®Þnh vÞ th-êng tró High Speed Circuit Switched Data C«ng nghÖ truyÒn sè liÖu chuyÓn m¹ch kªnh tèc ®é cao ISP Internet Control Message Protocol Giao thøc th«ng b¸o vµ ®iÒu khiÓn Internet, ®-îc tÝch hîp trong IP International Mobile Equipment Sè nhËn d¹ng thiÕt bÞ di ®éng quèc tÕ Identity International Mobile Subscriberr Sè nhËn d¹ng thuª bao di ®éng quèc tÕ Identity Internet Protocol Giao thøc Internet Internet Protocol Security Giao thøc b¶o mËt Internet Integrated Services Digital M¹ng sè tÝch hîp ®a dÞch vô Network Internet Service Provider Nhµ cung cÊp dÞch vô Internet Kc Ciphering Key Ki Subscriber Authentication Key Kho¸ m· ho¸ d÷ liÖu trªn ®-êng truyÒn v« tuyÕn Kho¸ nhËn thùc thuª bao LA Location Area Location Area Code Location Area Identity Local Area Network Logical Link Control Vïng ®Þnh vÞ M· vïng ®Þnh vÞ Sè nhËn d¹ng vïng ®Þnh vÞ M¹ng côc bé §iÒu khiÓn liªn kÕt logic IMEI IMSI IP IPSec ISDN LAC LAI LAN LLC MAC Medium Access Control Mobile Country Code §iÒu khiÓn truy nhËp thiÕt bÞ MCC M· di ®éng quèc gia thuéc hÖ thèng m¹ng di ®éng toµn cÇu ME Mobile Equipment ThiÕt bÞ di ®éng MNC Mobile Network Code M· nhµ khai th¸c m¹ng di ®éng cña mét quèc gia MN,MS Mobile Node, Mobile Station Tr¹m di ®éng MSC Mobile Servicer Switching Center Trung t©m chuyÓn m¹ch c¸c dÞch vô di ®éng MSISDN Mobile Subscriber ISDN number Sè ISDN cña thuª bao di ®éng MSRN Mobile Subscriber Roaming Number Sè chuyÓn vïng cña thuª bao di ®éng MT Mobile Terminal §Çu cuèi di ®éng NAT Network Address Translation Network Management Center Network Service Access Point Identifier Network Switching Subsystem Network Time Protocol DÞch ®Þa chØ IP Trung t©m qu¶n lý m¹ng Sè ®Þnh danh ®iÓm truy cËp dÞch vô m¹ng Ph©n hÖ chuyÓn m¹ch Giao thøc ®Þnh thêi m¹ng NMC NSAPI NSS NTP OMC Operation and Maintenance Center OSI Open System Interconnection OSS Operation and Support Subsystem PACCH Packet Associated Control CHannel PAGCH Packet Access Grant CHannel PBCCH Packet Broadcast Control CHannel PCU Packet Control Unit PCCCH Packet Common Control CHannel Trung t©m khai th¸c vµ b¶o d-ìng M« h×nh kÕt nèi c¸c hÖ thèng më Ph©n hÖ khai th¸c vµ b¶o d-ìng Kªnh ®iÒu khiÓn liªn kÕt gãi Kªnh chÊp nhËn truy nhËp gãi Kªnh ®iÒu khiÓn qu¶ng b¸ gãi Khèi ®iÒu khiÓn gãi Kªnh ®iÒu khiÓn chung gãi PDCCH Packet Dedicated Control CHannel Kªnh ®iÒu khiÓn dµnh riªng gãi PDN Packet Data Network M¹ng sè liÖu gãi PDP Packet Data Protocol Giao thøc sè liÖu gãi PDU Packet Data Unit §¬n vÞ d÷ liÖu giao thøc PIN Personal Identity Number Sè nhËn d¹ng c¸ nh©n PLMN Public Land Mobile Network M¹ng di ®éng mÆt ®Êt c«ng céng PNCH Packet Notification CHannel Kªnh th«ng b¸o gãi PPCH Packet Paging CHannel Kªnh t×m gäi gãi PPP Point-to-Point Protocol Giao thøc kÕt nèi ®iÓm-®iÓm PRACH Packet Random Access CHannel Kªnh truy nhËp ngÉu nhiªn gãi PSTN PTCCH Public Switched Telephone Network M¹ng ®iÖn tho¹i chuyÓn m¹ch c«ng céng P-TMSI Packet-Temporary Mobile Subscriber Sè nhËn d¹ng thuª bao di ®éng t¹m thêi Packet Timing advance Control CHannel Kªnh ®iÒu khiÓn sím ®Þnh thêi PXM Packet Exchange Manager gãi M¸y chñ qu¶n lý thµnh phÇn m¹ng QoS Quality of Service ChÊt l-îng dÞch vô RA Routing Area Vïng ®Þnh tuyÕn RAC Routing Area Code RADIUS Remote Access Dial In User Service RAI Routing Area Identity RF Radio Frequency RLC Radio Link Control SGSN Serving GPRS Support Node Subscriber Identity Module TAC Type of Approval Code Temporary Block Flow Transport Control Protocol M· vïng ®Þnh tuyÕn Giao thøc cho phÐp thuª bao truy nhËp dÞch vô tõ xa Sè nhËn d¹ng vïng ®Þnh tuyÕn TÊn sè v« tuyÕn §iÒu khiÓn liªn kÕt v« tuyÕn Nót hç trî dÞch vô di ®éng GPRS SIM M«®un nhËn d¹ng thuª bao SMPP Short Message Peer-to-Peer Protocol Giao thøc kÕt nèi SMS ®iÓm-®iÓm SMS Short Message Service DÞch vô b¶n tin ng¾n SMS-C Short Message Service Center Trung t©m dÞch vô b¶n tin ng¾n SMSShort Message Service Gateway Tæng ®µi cæng cña dÞch vô b¶n tin ng¾n GMSC MSC SMSShort Message Service Tæng ®µi t-¬ng t¸c dÞch vô b¶n tin ng¾n IWMSC Interworking MSC SNDCP Sub Network Dependent Giao thøc héi tô phô thuéc m¹ng con Convergence Protocol SOG Service Order Gateway Cæng dÞch vô TS M· c«ng nhËn kiÓu Luång t¹m thêi Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn, cung cÊp dÞch vô truyÒn t¶i d÷ liÖu hai chiÒu h-íng kÕt nèi vµ cã ®é tin cËy cao Time Division Multiple Access §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian Terminal Equipment ThiÕt bÞ ®Çu cuèi sè liÖu Temporary Flow Identity Sè nhËn d¹ng luång t¹m thêi Tunneling Identity Sè nhËn d¹ng ®-êng hÇm GTP Top Level Domain Tªn miÒn cÊp cao nhÊt (cÊp 1) Temporary Logical Link Identity §Þnh danh liªn kÕt logic t¹m thêi Temporary Mobile Station Identity Sè nhËn d¹ng t¹m thêi cña thuª bao di ®éng Khèi chuyÓn ®æi m· vad thÝch øng tèc ®é Transcode/Rate Adapter Unit Time Slot Khe thêi gian cña khung TDMA UDP User Datagram Protocol TBF TCP TDMA TE TFI TID TLD TLLI TMSI TRAU Giao thøc truyÒn t¶i cã ®é tin cËy thÊp UMTS VLR X.25 3G Universal Mobile Telephone System Tiªu chuÈn m¹ng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 3 thay thÕ GSM víi tèc ®é truyÒn sè liÖu 2Mb/s Visitor Location Register Bé ®Þnh vÞ t¹m tró ChuÈn cña ITU x¸c ®Þnhc¸ch duy tr× kÕt nèi gi÷a DTE vµ DCE 3nd Generation Th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 3 Tµi liÖu tham kh¶o 1. TS. NguyÔn Ph¹m Anh Dòng dÞch (1997), Th«ng tin di ®éng tËp 1, 2, nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi. 2. TS. NguyÔn Thµnh Phóc vµ ThS NguyÔn Thanh Minh (2003), C«ng nghÖ IP ®èi víi th-¬ng m¹i di ®éng, nhµ xuÊt b¶n B-u §iÖn Hµ Néi. 3. TS. TrÇn Hång Qu©n, PGS TS. NguyÔn BÝch L©n, KS. Lª Xu©n C«ng, KS. Ph¹m Hång Kú (2001), Th«ng tin di ®éng, nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi. 4. Charles Perkins (1997), Mobile IP: Design Principles and Practices, Addison-Wesley. 5. Charles Perkins (1996), IP Mobile Support, RFC 2002. 6. Charles Perkins (1996), IP Encapsulation within IP, RFC 2003. 7. Charles Perkins (1996), Minimal Ecapsulation within IP, RFC 2004. 8. Charles Perkins (2002), Mobile Support in IPv6, IETF Internet Draft. 9. Christian Bettstetter (1999), GSM Phase 2+, General Packet Radio Service GPRS: Architecture, Protocols, and Air Interface, IEEE Communication. 10. Ericsson (2000), GPRS System Survey. Training Document. 11. Ericsson (1999), General Packet Radio Service (GPRS), Technical Description. 12. M. Mouly and M. Pautet (1992), The GSM System for Mobile Communication, O, Reilly. 13. PRD IR.34, Inter-PLMN Backbone Guidelines, GSM Associtaion. 14. PRD IR.35, End to End Functional Capability specification for InterPLMN GPRS Roaming, GSM Associtaion. 15. S. Deering (1991), ICMP Router Discovery Message, RFC 1256. 16. S. Deering and R. Hinden (1998), Internet Protocol version 6 (IPv6) Specification, RFC 2460. 17. S. Kent (1998), IP Authentication Header, RFC 2402. 18. S. Kent (1998), IP Encapsulation Security Payload, RFC 2406. 19. S. Thomson (1998), IPv6 Stateless Address Autoconfiguration, RFC 2462. 20. T. Narten, Neighbor Discovery for IP version 6, RFC 24. 1 Lêi nãi ®Çu Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn v-ît bËc cña c«ng nghÖ viÔn th«ng vµ c«ng nghÖ th«ng tin, ®Æc biÖt lµ th«ng tin di ®éng vµ Internet ®· dÉn tíi mét nhu cÇu tÊt yÕu lµ kÕt hîp hai ngµnh c«ng nghÖ mòi nhän nµy nh»m ®¸p øng nhu cÇu dÞch vô ngµy cµng t¨ng vµ ®a d¹ng cña kh¸ch hµng. §Ó tiÕn tíi mét m¹ng th«ng tin di ®éng thÕ hÖ thø 3 (3G) trªn ph¹m vi toµn cÇu dùa trªn c¬ së h¹ tÇng s¼n cã cña m¹ng GSM. ITU ®· ®-a ra nhiÒu gi¶i ph¸p, mét trong nh÷ng gi¶i ph¸p cã tÝnh kinh tÕ vµ hiÖu qu¶ cao nhÊt ®ã lµ: C«ng nghÖ chuyÓn m¹ch gãi v« tuyÕn-GPRS. Sù ra ®êi cña GPRS ®em l¹i c¬ héi míi cho c¸c nhiÒu cung cÊp dÞch vô th«ng tin di ®éng còng nh- lµm phong phó nhiÒu lo¹i h×nh dÞch vô cho kh¸ch hµng. Nã cho phÐp ng-êi sö dông cã thÓ truy nhËp m¹ng mµ kh«ng cÇn sö dông thªm thiÕt bÞ phô trî nµo kh¸c. GPRS lµ mét m¹ng d÷ liÖu dùa trªn c¬ së IP, nã cã ®ñ tÝnh n¨ng kÕt nèi víi m¹ng Internet vµ c¸c m¹ng d÷ liÖu kh¸c. Víi ®Æc ®iÓm lµ mét m¹ng di ®éng, nhu cÇu vÒ chuyÓn vïng ®èi víi hÖ thèng GPRS lµ rÊt lín nh-ng víi c¸c phiªn b¶n IP ®ang ®-îc sö dông th× c¸c tr¹m di ®éng khi chuyÓn vïng huû bá toµn bé c¸c liªn kÕt hiÖn cã vµ cÊu h×nh mét ®Þa chØ IP míi. V× vËy, vÊn ®Ò ®Æt ra cÇn ph¶i nghiªn cøu lµ: tr¹m di ®éng trong hÖ thèng GPRS khi chuyÓn vïng vÉn gi÷ nguyªn ®Þa chØ IP vµ c¸c liªn kÕt cßn ®-îc duy tr× ®Ó gi¶m chi phÝ vµ t¨ng cao hiÖu qu¶ truyÒn dÉn. Víi mong muèn nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò nµy, t«i ®· chän ®Ò tµi: “Mobile IP trªn m¹ng GPRS” lµm luËn v¨n th¹c sü cña m×nh. Môc tiªu cña luËn v¨n lµ: T×m gi¶i ph¸p tèt nhÊt n©ng cÊp hÖ thèng GSM hiÖn cã, lªn hÖ thèng GPRS vµ nghiªn cøu viÖc triÓn khai dÞch vô chuyÓn vïng GPRS dùa trªn c«ng nghÖ Mobile IP. 2 Víi môc tiªu trªn, néi dung cña luËn v¨n ®-îc chia lµm 6 ch-¬ng. Ch-¬ng 1: Tæng quan vÒ m¹ng GSM. Ch-¬ng nµy sÏ giíi thiÖu mét c¸ch tæng quan vÒ m¹ng GSM trong ®ã, ®Ò cËp ®Õn cÊu tróc vµ c¸c thµnh phÇn cña m¹ng GSM, sù ph©n vïng ®Þa lý, c¸c giao diÖn v« tuyÕn vµ c¸c ®Æc tÝnh kü thuËt cña m¹ng GSM. Ch-¬ng 2: CÊu tróc vµ thµnh phÇn cña m¹ng GSM. Ch-¬ng nµy sÏ giíi thiÖu cÊu tróc vµ c¸c thµnh phÇn cña m¹ng GPRS vµ gi¶i ph¸p n©ng cÊp tõ m¹ng GSM lªn m¹ng GPRS. Ch-¬ng 3: C¸c thñ tôc qu¶n lý trong GPRS Ch-¬ng nµy sÏ tr×nh bµy c¸c thñ tôc qu¶n lý trong GPRS bao gåm: c¸c thñ tôc qu¶n lý di ®éng, qu¶n lý qu¸ tr×nh truyÒn tin vµ qu¶n lý m¹ng GPRS . Ch-¬ng 4: Lùa chän c«ng nghÖ cho m¹ng GPRS Ch-¬ng nµy sÏ giíi thiÖu mét sè gi¶i ph¸p kÕt nèi trªn m¹ng ®-êng trôc GPRS. §Ò xuÊt mét sè cÊu h×nh m¹ng tiªu biÓu còng nh- ®-a ra mét sè khuyÕn nghÞ cho viÖc lùa chän s¶n phÈm vµ c«ng nghÖ cho m¹ng GPRS. Ch-¬ng 5: ChuyÓn vïng trong GPRS Ch-¬ng nµy sÏ giíi thiÖu vÒ dÞch vô chuyÓn vïng trong GPRS. Ch-¬ng 6: Mobile IP trªn m¹ng GPRS Ch-¬ng nµy sÏ giíi thiÖu vÒ Mobile IP vµ c¸ch triÓn khai Mobile IP trªn m¹ng GPRS nh»m cung cÊp kh¶ n¨ng chuyÓn vïng cho thuª bao di ®éng. MÆc dï, luËn v¨n ®-îc hoµn thµnh víi sù h-íng dÉn vµ gióp ®ì nhiÖt t×nh cña thÇy gi¸o TS.NguyÔn ViÕt Nguyªn, nh-ng do thêi gian cã h¹n vµ tµi liªô tham kh¶o h¹n chÕ, nªn luËn v¨n kh«ng tr¸nh ®-îc nh÷ng sai sãt, rÊt mong nhËn ®-îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cña c¸c thÇy, c« gi¸o vµ c¸c b¹n. Mét lÇn n÷a t«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n ®Õn thÇy gi¸o TS.NguyÔn ViÕt Nguyªn, ng-êi ®· dµnh nhiÒu thêi gian ®Ó gãp ý, söa ch÷a vµ h-íng dÉn cho t«i hoµn thµnh luËn v¨n nµy. 3 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ m¹ng gsm 1.1 cÊu tróc cña m¹ng gsm M¹ng th«ng tin di ®éng sè GSM lµ mét m¹ng di ®éng mÆt ®Êt c«ng céng PLMN (PLMN: Public Land Mobile Network). M¹ng PLMN kÕt hîp víi c¸c m¹ng cè ®Þnh ®Ó thiÕt lËp cuéc gäi, ngoµi ra qua c¸c giao diÖn m¹ng PLMN liªn hÖ víi bªn ngoµi bao gåm: c¸c m¹ng ngoµi, nhµ khai th¸c vµ ng-êi sö dông. H×nh 1-1 m« t¶ cÊu tróc tæng thÓ mét m¹ng GSM, trong ®ã toµn bé hÖ thèng ®-îc chia thµnh c¸c ph©n hÖ, mçi ph©n hÖ gåm c¸c khèi chøc n¨ng riªng biÖt. Um MS BSS NSS OSS EIR BTS BSC VLR OMC BTS MSC BTS HLR NMC Abis AUC BSC OMC BTS PSTN-ISDN Liªn kÕt X.25 H×nh 1-1: CÊu tróc m¹ng GSM ë s¬ ®å trªn: Liªn kÕt GSM 4 NSS (Network Switching Subsystem): HÖ thèng chuyÓn m¹ch. MSC (Mobile Service Switching Center): Trung t©m chuyÓn m¹ch c¸c nghiÖp vô di ®éng. HLR (Home Location Register): Bé ghi ®Þnh vÞ th-êng tró. VLR (Visitor Location Register): Bé ghi ®Þnh vÞ t¹m tró. AUC (Authentication Center): Trung t©m nhËn thùc. EIR (Equipment Identification Register): Thanh ghi nhËn d¹ng thiÕt bÞ. BSS (Base Station System): HÖ thèng tr¹m gèc. BSC (Base Station Controller): §µi ®iÒu khiÓn tr¹m gèc. BTS (Base Tranceiver Station): Tr¹m thu ph¸t gèc. OSS (Operation & Support System): HÖ thèng con khai th¸c vµ b¶o d-ìng. NMC (Network Management Center): Trung t©m qu¶n lý m¹ng. OMC (Operation & Maintenace Center): Trung t©m vËn hµnh vµ b¶o d-ìng. PSTN (Public Switched Telephone Network): M¹ng ®iÖn tho¹i chuyÓn m¹ch c«ng céng. ISDN (Integrated Switched Digital Network): M¹ng sè liªn kÕt ®a dÞch vô. MS (Mobile Station): Tr¹m di ®éng. 1.2 c¸c thµnh phÇn cña m¹ng gsm Mét m¹ng GSM gåm ba ph©n hÖ chÝnh: ❖ Ph©n hÖ v« tuyÕn BSS (Base Station System). ❖ Ph©n hÖ chuyÓn m¹ch NSS (Network Switching Subsystem). ❖ Ph©n hÖ khai th¸c vµ b¶o d-ìng OSS (Operation & Support System). Ngoµi ra, mÆc dï kh«ng thuéc thµnh phÇn cña m¹ng GSM, song cã liªn quan chÆt chÏ víi m¹ng, ®ã lµ tr¹m di ®éng MS (Mobile Station) thuéc ng-êi sö dông. 1.2.1 tr¹m di ®éng-MS Lµ mét thiÕt bÞ ®Çu cuèi di ®éng hay Mobile phone, cã c¸c chøc n¨ng v« tuyÕn chung vµ chøc n¨ng xö lý ®Ó truy nhËp m¹ng qua giao diÖn v« tuyÕn. V× vËy, tr¹m di ®éng ph¶i cung cÊp giao diÖn víi ng-êi sö dông vµ víi thiÕt bÞ ®Çu cuèi kh¸c. ViÖc m· ho¸ vµ gi¶i m· tiÕng ®-îc thùc hiÖn ngay t¹i tr¹m di 5 ®éng, nh- vËy viÖc truyÒn dÉn gi÷a m¹ng vµ tr¹m di ®éng lµ truyÒn dÉn sè. §iÒu nµy cã ý nghÜa rÊt quan träng lµ ®¶m b¶o chÊt l-îng truyÒn dÉn cao ngay c¶ khi ®-êng truyÒn v« tuyÕn kh«ng ®-îc tèt, nhê sö dông c¸c lo¹i m· chèng lçi vµ b¶o mËt ®-êng truyÒn. ë tr¹m di ®éng cã c¸c kü thuËt ®Ó tiÕt kiÖm c«ng suÊt nh-: sö dông c¸c chÕ ®é nghÜ vµ truyÒn dÉn kh«ng liªn tôc, do ®ã kÐo dµi ®-îc thêi gian sö dông nguån cña tr¹m di ®éng. Mçi tr¹m di ®éng gåm cã hai phÇn: ❖ ThiÕt bÞ di ®éng-ME (Mobile Equipment). ❖ M« ®un nhËn d¹ng thuª bao-SIM (Subscriber Identity Module). 1.2.1.1 ThiÕt bÞ di ®éng-ME ThiÕt bÞ di ®éng ph¶i cã ®ñ phÇn cøng vµ phÇn mÒm cÇn thiÕt ®Ó phèi ghÐp víi giao diÖn v« tuyÕn, cho phÐp tr¹m di ®éng cã thÓ truy nhËp ®Õn tÊt c¶ c¸c m¹ng GSM. Mçi thiÕt bÞ di ®éng cã mét sè nhËn d¹ng riªng vµ ®-îc l-u tr÷ cè ®Þnh trong nã, cho phÐp ph¸t hiÖn ®-îc thiÕt bÞ di ®éng bÞ ®¸nh c¾p. Sè nhËn d¹ng nµy ®-îc gäi lµ sè nhËn d¹ng thiÕt bÞ di ®éng quèc tÕ-IMEI (International Mobile Equipment Identity). IMEI bao gåm mét m· c«ng nhËn kiÔu-TAC (Type Appraval Code) theo tiªu chuÈn GSM vµ sè thø tù s¶n phÈm do nhµ s¶n xuÊt ®Æt. Danh s¸ch c¸c sè IMEI hîp lÖ ®ù¬c l-u gi÷ trong thanh ghi nhËn d¹ng thiÕt bÞ-EIR. Khi nhËn thùc, m¹ng sÏ lÊy sè IMEI mµ thuª bao di ®éng g-Ø tíi, so s¸nh víi IMEI l-u trong c¬ së d÷ liÖu m¹ng khi ®¨ng ký thuª bao vµ sÏ kh«ng chÊp nhËn thuª bao nÕu so s¸nh nµy kh«ng t-¬ng øng. 1.2.1.2 M« ®un nhËn d¹ng thuª bao-SIM ThiÕt bÞ di ®éng kh«ng hoµn toµn lÖ thuéc chÆt chÏ vµo ng-êi sö dông mµ lÖ thuéc nµy th«ng qua mét thÎ vi m¹ch c¸ nh©n-SIM ®-îc g¾n trªn m¸y di 6 ®éng. Sù nhËn thùc ®-îc kiÓm tra bëi m¹ng, xÐt xem liÖu thuª bao cã hîp ph¸p khi sö dông c¸c dÞch vô cña m¹ng hay kh«ng, sau ®ã nã míi ®-îc th©m nhËp vµo hÖ thèng. Mét m· nhËn d¹ng c¸ nh©n-PIN (Personal Identity Number Code) ®-îc dïng kÌm theo SIM ®Ó b¶o vÖ vµ chèng l¹i sù sö dông tr¸i phÐp cña thÎ SIM. SIM bao gåm phÇn cøng, phÇn mÒm vµ bé nhí ®Ó l-u tr÷ hai lo¹i th«ng tin: Th«ng tin ng-êi sö dông-cã thÓ ®äc vµ thay ®æi ®-îc; th«ng tin kh«ng thÓ thay ®æi ®-îc-ng-êi sö dông kh«ng ®-îc biÕt. SIM chøa c¸c th«ng tin sau: ❖ Sè ISDN cña thuª bao di ®éng-MSISDN Lµ sè thuª bao ®-îc dïng khi quay sè. ❖ Sè nhËn d¹ng thuª bao di ®éng quèc tÕ-IMSI Cho phÐp nhËn d¹ng duy nhÊt mét thuª bao di ®éng. IMSI ®-îc l-u ë thÎ SIM cña m¸y di ®éng còng nh- ë bé ®Þnh vÞ th-êng tró HLR-®¨ng ký hÖ thèng vµ ë bé ®Þnh vÞ t¹m tró VLR-®¨ng ký t¹m thêi. ❖ Sè nhËn d¹ng t¹m thêi cña thuª bao di ®éng-TMSI §-îc sö dông b¶o mËt cho thuª bao. Sè nµy ®-îc cÊp bëi MSC hiÖn thêi vµ chØ cã ý nghÜa trong vïng nµy. NghÜa lµ, TMSI chØ ®-îc l-u t¹i VLR mµ kh«ng ®-îc chuyÓn tíi HLR. ❖ Sè nhËn d¹ng vïng ®Þnh vÞ-LAI X¸c ®Þnh vÞ trÝ hiÖn thêi cña thuª bao. ❖ Kho¸ nhËn thùc thuª bao-Ki Cho phÐp x¸c nhËn thÎ SIM. PhÇn lín d÷ liÖu chøa trong thÎ SIM sÏ ®-îc b¶o vÖ chèng ®äc Ki, chèng söa ®æi-IMSI sau khi cµi ®Æt. Mét vµi th«ng sè kh¸c nh- LAI sÏ ®-îc m¹ng cËp nhËt liªn tôc ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ hiÖn thêi cña thuª bao. Ngoµi ra, SIM cho phÐp ng-êi dïng sö dông nhiÒu dÞch vô vµ truy cËp vµo c¸c m¹ng PLMN kh¸c nhau nhê giao diÖn SIM-ME ®· ®-îc chuÈn ho¸. 7 1.2.2 ph©n hÖ v« tuyÕn-bss BSS thùc hiÖn nhiÖm vô gi¸m s¸t c¸c ®-êng truyÒn v« tuyÕn, liªn kÕt kªnh v« tuyÕn víi m¸y ph¸t vµ qu¶n lý cÊu h×nh c¸c kªnh nµy. Cô thÓ lµ: ❖ §iÒu khiÓn sù thay ®æi tÇn sè v« tuyÕn cña ®-êng ghÐp nèi vµ sù thay ®æi c«ng suÊt ph¸t v« tuyÕn. ❖ Thùc hiÖn viÖc m· ho¸ kªnh vµ phèi hîp tèc ®é truyÒn th«ng tin. ❖ Qu¶n lý qu¸ tr×nh chuyÓn giao. ❖ Thùc hiÖn viÖc b¶o mËt kªnh v« tuyÕn. Ph©n hÖ BSS gåm hai phÇn chÝnh: ❖ Mét hay nhiÒu bé ®iÒu khiÓn tr¹m gèc-BSC. ❖ C¸c tr¹m thu, ph¸t gèc-BTS. 1.2.2.1 Bé ®iÒu khiÓn tr¹m gèc-BSC Bé BSC lµm viÖc nh- mét thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch cho ph©n hÖ BSS. BSC bao gåm c¸c khèi giao diÖn A víi MSC, c¸c khèi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn BTS, khèi giao diÖn víi OMC vµ khèi chuyÓn m¹ch. C¸c chøc n¨ng c¬ b¶n cña BSC ❖ Qu¶n lý kªnh v« tuyÕn ViÖc qu¶n lý kªnh v« tuyÕn chÝnh lµ qu¶n lý c¸c « vµ c¸c kªnh logic cña chóng. C¸c sè liÖu qu¶n lý ®Òu ®-îc ®-a vÒ BSC ®Ó ®o ®¹c vµ xö lý. Víi sè thuª bao ngµy cµng t¨ng, BSC ph¶i ®-îc thiÕt kÕ sao cho dÔ dµng tæ chøc l¹i cÊu h×nh ®Ó cã thÓ qu¶n lý ®-îc sè kªnh v« tuyÕn vµ t¨ng ®-îc hiÖu qu¶ sö dông dung l-îng tµi nguyªn v« tuyÕn ®-îc cÊp. ❖ Qu¶n lý tr¹m thu, ph¸t gèc Tr-íc khi ®-a vµo khai th¸c BSC lËp cÊu h×nh cña tr¹m thu, ph¸t vµ c¸c tÇn sè cho mçi tr¹m BTS mµ nã qu¶n lý. Nhê ®ã, BSC cã thÓ cã mét tËp hîp c¸c kªnh s¼n cã dµnh cho ®iÒu khiÓn nèi th«ng cuéc gäi.