TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM KHOA MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ VỆ TINH ĐỀ TÀI TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IP CHO MẠNG 3G Giáo viên : Th.S Trần Bá Nhiệm Lớp: MMT03 Sinh viên: Nguyễn Cao Tiến 08520601 Vương Trường Vũ 08520622 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G - MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii LỜI MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G 1 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 1.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma 2000 thế hệ thứ 3 2 1.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA 5 1.2 MẠNG 3G 8 1.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000 9 1.2.2 Mô hình tham khảo mạng WCDMA 13 1.3 MIP 16 1.3.1 Tổng quan về MIP 17 1.3.2 MIPv4 19 1.3.3 MIPv6 21 CHƯƠNG 2: IP CHO MẠNG DI ĐỘNG 3G 22 2.1 MỞ ĐẦU 22 2.1.1 Ip 22 2.1.2 3G 22 2.1.3 IP cho mạng 3G 23 2.1.4 Nguyên lý thiết kế một mạng IP 23 2.2 IP CHO 3G 24 2.2.1 Nguyên lý 24 2.2.2 Kiến trúc tổng thể 26 2.2.3 Định tuyến và tính di động 27 2.2.4 Giao diện 30 2.3 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG 31 2.3.1 Truyền dẫn trên mạng IP với UMTS R4 31 2.3.2 UMTS R5- điều khiển cuộc gọi IP và báo hiệu 33 CHƯƠNG 3: IP DI ĐỘNG 38 3.1 Giới thiệu- IP di động là gì? 38 3.1.1. Cá nhân và đầu cuối di động 38 3.1.2 Các vấn đề của IP di động 39 3.2 GIỚI THIỆU ĐẦU CUỐI DI ĐỘNG 44 3.3 SIP- MỘT GIAO THỨC CHO DI ĐỘNG CÁ NHÂN 46 KẾT LUẬN 48 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 3G Third Generation Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang i Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G 3GPP Third Generation Partnership Project AAA Authentication Authorization Accounting AC Authentication Center AN Access Network ANG Access Network’s Gateway API Application Programming Interface AR Access Router ARP Address Resolution Protocol BS Base Station BSC Base Station Controller BSS Base Station System. BTS Base Transceiver Station CAMEL Customised Application for Mobile network Enhanced Logic CDCP Call Data Collection Point CDGP Call Data Generation Point CDIS Call Data Information Source CDPD Cellular Digital Packet Data CDRP Call Data Rating Point CF Collection Funtion CoA Care-of Address CPL Call Programming Language CS Circuit Switching CSC Customer Service Center DCE Data Circuit Equipment DF Delivery Function DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System DRR Domain Root Router EIR Equipment Identity Register GFA Gateway Foreign Agent Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang ii Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G GGSN Gateway GPRS Support Node GMSC Gateway Mobile Switch Centre GPRS General Packet Radio Service GSM Global System For Mobile Communications HLR Home Location Register HSDPA High Speed Downlink Packet Access HTTP Hyper text Transfer Protocol IAP Intercept Access Point IAPP Inter-access Point Protocol IM Instant Messaging IP Intelligent Peripheral ISDN Intergrated Service Didital Network IWF InterWorking Function LAC Link Access Control MAP Mobile Application Part MC Message Center MG Media Gateway MGC Media Gateway Controler MIME Multipurpose Internet Mail Extensions MO Mobile Originating MS Mobile Station MSC Main Switching Center MT Mobile Terminating MWNE Manager Wireless Network NPDB Number Portability Database OSF Operation System Function OTAF Over The Air Service Function PC Personal Computer PDN Public Data Network. PDSN Packet Data Service Node Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang iii Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G PLMN Public Land Mobile Network. PS Packet Switching PSTN Public Switched Telephone Network RLP Radio Link Protocol RRP Registration Reply RRQ Registration Request Message RTCP Real –Time Control Protocol RTP Real-Time Protocol SCF Service Control Funtion SCP Service Control Point SDP Session Description Protocol SG Signalling Gateway SGSN Serving GPRS Support Node SIP Session Initiation Protocol SME Short Message Entity SN Service Node TA Terminal Adapter TDMA Time Division Mulptiple Access TE Terminal Equipment TLS Transport Layer Security UIM User Identity Mudule URL Uniform Resource Locators WAP Wireless Application Protocol WNE Wireless Network Entity Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3 2 Hình 1.2: Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000 5 Hình 1.4: Biểu đồ thời gian HSCSD đối xứng và không đối xứng 7 Hình 1.5: Cấu trúc mạng GPRS 8 Hình 1.7: Mô hình tham khảo mạng cdma2000 10 Hình 1.8: Kiến trúc chung của hệ thống cdma2000 13 Hình 1.9: Kiến trúc chung của mạng 3G phát hành R3 14 Hình 1.10: Kiến trúc mạng 3G phát hành R4 15 Hình 1.12: Đăng ký tam giác và định tuyến 18 Hình 1.14: Tối ưu định tuyến 19 Hình 2.1: Mô hình chồng giao thức TCP/IP 24 Hình 2.2: Router truy nhập bắt đầu từ BS (hay node B) 27 Hình 2.3: Một mạng sử dụng IP cho 3G 27 Hình 2.4: Mô hình tham chiếu IP2W từ dự án EU BRAIN 31 Hình 2.5: Kiến trúc của UMTS R4 32 Hình 2.6: Kiến trúc của R5 33 Hình 2.7: Một cuộc gọi giữa 2 thuê bao sử dụng dịch vụ tên miền IM 37 Hình 3.1: Tính di động khác nhau, các giải pháp ánh xạ giữa nhận dạng và định vị 42 Hình 3.2: Macromobility và micromobility 45 Hình 3.3: Sử dụng bản tin SIP REFER cho tính di động lớp ứng dụng. 47 Trang vii Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng thông tin di động 3G LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay chúng ta ai cũng thấy rõ vai trò quan trọng của thông tin di động bởi khả năng kết nối thông tin mọi lúc mọi nơi, đảm bảo sự hài lòng đối với tất cả khách hàng. Cùng với sự phát triển của xã hội, sự bùng nổ thông tin thì thông tin di động cũng liên tục phát triển để đáp ứng những nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời với tên IMT – 2000 là một nỗ lực phát triển của những người nghiên cứu nhằm tạo ra một hệ thống thông tin di động có tốc độ truy cập cao, linh hoạt, tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có. Sự phát triển nhanh chóng của dịch vụ số liệu mà IP đã đặt ra các yêu mới đối với viễn thông di động. Thông tin di động thế hệ 2 mặc dù sử dụng số nhưng là hệ thống băng hẹp và được xây dựng trên cơ chế chuyển mạch kênh nên không thể đáp ứng được dịch vụ mới này. Công nghệ truyền thông thế hệ thứ ba là giai đoạn mới trong sự tiến hóa của ngành viễn thông di động. Đồ án chuyên đề “ Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G”, đây là một đề tài kết hợp các kiến thức về mạng viễn thông và thông tin di động. Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang viii Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG 3G 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Khi con người có hệ thống thông tin cố định qua các máy để bàn, họ mong ước có một hệ thống di động để có thể trao đổi thông tin mọi lúc mọi nơi. Để đáp ứng yêu cầu đó, mạng thông tin di động ra đời, trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ hệ thống tương tự sử dụng kỹ thuật FDMA đến các hệ thống số TDMA và CDMA. Căn cứ vào các kỹ thuật sử dụng cho hệ thống, các dịch vụ mà hệ thống có thể đáp ứng được ta chia lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động thành các thế hệ được biểu diễn theo bảng sau: Bảng 1: Lịch sử phát triển lên thế hệ thứ 3 của mạng di động Thế hệ thống tin di động Hệ thống Các dịch vụ Chú thích Thế hệ 1(1G) AMPS, TACS, NMT Tiếng thoại FDMA, tương tự Thế hệ 2(2G) GSM, IS-36, IS- 95 Chủ yếu tiếng thoại kết hợp với các dịch vụ bản tin ngắn. TDMA hoặc CDMA số băng hẹp (8-13kbps) Thế hệ 2.5 GPRS, EDGE, CDMA 1x Trước hết là tiếng thoại có đưa thêm các dịch vụ số liệu gói TDMA(kết hợp nhiều khe thoại hoặc nhiều tần số), CDMA tốc độ mã cao hơn Thế hệ 3(3G) CDMA2000, WCDMA Các dịch vụ tiếng và số liệu gói thiết kế để truyền tiếng và số liệu đa phương tiện Sử dụng CDMA băng rộng Sơ đồ Hình 1.1 sau đây tổng kết quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3. Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 1 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G Hình 1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3. 1.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma 2000 thế hệ thứ 3. Mạng IS-95 (cdmaOne) không phải là mạng đầu tiên trên thế giới cung cấp truy nhập số liệu nhưng đây lại là mạng được thiết kế duy nhất để truyền số liệu. Chúng xử lý truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau. Khả năng truyền dẫn tốc độ thay đổi có sẵn ở trong cdmaOne cho phép quyết định lượng thông tin cần phát, vì thế cho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu. Vì các hệ thống cdmaOne sử dụng truyền tiếng đóng gói trên đường trục (ví dụ từ BTS đến MSC) nên khả năng truyền dẫn số liệu gói đã có sẵn trong các thiết bị. Công nghệ truyền dẫn số liệu gói của cdmaOne sử dụng ngăn xếp giao thức số liệu gói tổ ong (CDPD: Cellular Digital Packet Data) phù hợp với giao thức TCP/IP. IP di động (giao thức internet cho di động) là sự cải thiện các dịch vụ số liệu gói. IP di động cho phép người sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và nhận được một địa chỉ ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các mạng CDMA khác. Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT-2000 là tạo ra các tiêu chuẩn khuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức độ cao việc Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 2 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G nhiều người thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao. IMT-2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ túi kích cỡ nhỏ, mở rộng nhiều phương tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho phép đưa ra các mới. Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng vô tuyến có các mức chất lượng hữu tuyến đồng thời tốc độ và dung lượng cần thiết để hỗ trợ đa phương tiện và các ứng dụng tốc độ cao. Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tương thích với hệ thống cũ cdmaOne về: các dịch vụ tiếng, các bộ mã hoá tiếng, các cấu trúc báo hiệu và các khả năng bảo mật. Giai đoạn một của cdma2000 sẽ sử dụng độ rộng băng tần 1,25 Mhz và truyền số liệu tốc độ đỉnh 144 kbps cho các ứng dụng cố định hay di động. Giai đoạn hai của cdma2000 sẽ sử dụng động rộng băng tần 5Mhz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144kbps cho các dịch vụ số liệu và 2Mbps cho các dịch vụ cố định. Các nhà công nghiệp tiên đoán rằng giai đoạn cdma2000 3x sẽ dần tiến đến tốc độ 1Mhz cho từng kênh lưu lượng. Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh người sử dụng sẽ đạt được tốc độ đỉnh 2Mbps là tốc độ đích của IMT-2000. Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và hai của cdma2000 là độ rộng băng tần và tốc độ băng thông tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh. Giai đoạn hai sẽ đưa các khả năng tốc độ tiên tiến và đặt nền móng cho các dịch vụ tiếng 3G phổ biến, sử dụng VoIP. Vì các tiêu chuẩn cdma2000 1x và cdma2000 3x phần lớn sử dụng chung các dịch vụ vô tuyến băng gốc nên các nhà khai thác có thể sử dụng một bước tiến căn bản đến các khả năng đầy đủ của 3G bằng cách thực hiện cdma2000 1x. Cdma2000 giai đoạn hai sẽ bao gồm mô tả chi tiết các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5Mhz đến 10 Mhz và 15 Mhz trong tương lai. Bằng cách chuyển từ giao diện vô tuyến IS-95 hiện nay sang IS-2000 1x của tiêu chuẩn cdma2000, các nhà khai thác đạt được tăng dung lượng vô tuyến gấp đôi và có khả năng xử lý số liệu gói đến 144kbps. Khả năng của cdma2000 giai đoạn một bao gồm lớp vật lý mới cho các cỡ kênh 1x1,25 Mhz và 3x1,25 Mhz, hỗ trợ các tuỳ chọn đường xuống trải phổ trực tiếp và đa sóng mang 3x và các định nghĩa cho 1x và 3x. Các nhà khai thác cũng sẽ được hưởng sự cải thiện dịch vụ tiếng với dung lượng tăng 2 lần. Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 3 [...]... 2.1.3 IP cho mạng 3G Câu hỏi đặt ra là ta hiểu thế nào về IP cho mạng 3G, mạng khi đó sẽ đạt được những lợi ích gì? IP cho 3G có nghĩa là ta tìm cách xây dựng mạng 3G sử dụng các giao thức IP cho toàn bộ hệ thống Khi đó mạng 3G trở thành một thành phần của mạng IP toàn cầu, ta có thể có các trình duyệt web, gửi email, và nhiều đặc tính khác cho các thiết bị tham gia mạng 3G Việc đưa IP vào cho mạng. .. tự như sau: Như vậy chúng ta đã tìm hiểu qua về IP, về mạng 3G cũng như nguyên lý để xây dụng mạng 3G Nhưng cụ thể để xây dựng mạng IP cho 3G như thế nào chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu ở phần tiếp theo Hình 2.1: Mô hình chồng giao thức TCP /IP 2.2 IP CHO 3G Phần này chúng ta nghiên cứu cách xây dựng một mạng toàn IP 2.2.1 Nguyên lý Căn cứ vào đặc điểm của mạng internet và mạng vô tuyến việc thiết kế đòi... dịch vụ cho lớp trên, lớp trên căn cứ vào dịch vụ đó để xây dựng chức năng cho lớp mình Mạng IP cũng được xây dựng nhờ sự phân lớp Nhờ vậy hệ thống được xây Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 23 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G dựng trên mạng IP sẽ đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều Quan điểm thiết kế mạng IP là “luôn giữ cho lớp trong suốt”(‘always keep layer transparency’), và IP trên... tin di động 3G vì mục tiêu cuối cùng của hệ thống này là tiến tới một mạng toàn IP Vấn đề thách thức đối với IP di động là phải chuyển các ứng dụng IP đến các kết cuối di động thậm chí Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 16 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G về mặt truyền thống các giao thức IP được thiết kế với giả thiết là các kết cuối cố định Có nhiều giải pháp cho di động IP, trong... bản mạng 3G R3 đảm bảo cho quá trình chuyển giao từ GSM lên UMTS vì nó mang tính kế thừa và phát triển Để xem xét mức cao hơn của mạng 3G ta xem xét phiên bản 3 Hình 1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3GPP phát hành R3 Sự khác nhau cơ bản của phiên bản này so với phiên bản trước là mạng lõi lúc này là mạng phân bố Thay Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 15 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng. .. MMT03 Trang 20 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G này Một giải pháp được đề xuất là sử dụng đóng bao IP trong UDP (IP in UDP encapsulation): Tiêu đề UDP mang thêm nhiều thông tin về số của port cho phép NAT nhận dạng được MN cần thiết d) Thiếu hụt địa chỉ Ngay cả khi sử dụng FA-CoA, MN vẫn cần địa chỉ thường trú Sự thiếu hụt các địa chỉ IPv4 thể hiện ở chỗ ISP hay nhà khai thác mạng phải gán cho mỗi người... tới Mạng thông tin di động 3G giai đoạn đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và các vùng chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch ứng dụng công nghệ ATM Trên đường phát triển đến mạng toàn IP chuyển mạch kênh sẽ dần được thay Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 8 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G thế... môi trường IP bằng các chuyển mạch gói Hình1.6 cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G Hình 1.6: Kiến trúc tổng quát một mạng di động kết hợp cả CS và PS 1.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000 Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 9 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G Hình 1.7: Mô hình tham khảo mạng cdma2000 Mô hình tham khảo bao gồm: Các thực thể mạng và các... sung tại phía từ HA đến máy di động Hình 1.12: Đăng ký tam giác và định tuyến Hình 1.13: IP trong IP Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 18 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G Hình 1.14: Tối ưu định tuyến 1.3.2 MIPv4 Các giao thức MIPv4 được thiết kế đảm bảo hỗ trợ di động bên trong mạng Ipv4 Ngoài HA, MIPv4 còn đưa ra khái niêm một bộ định tuyến đặc thù khác là FA (Foreign Agent: tác nhân... thiết cho một mạng bởi nó giúp người dùng có thể vào được phiên giao dịch và tiếp tục chiếm giữ phiên đó khi chuyển giao sang các router truy nhập khác Những nguyên nhân chính gây mất phiên truy nhập là: do tìm Nguyễn Cao Tiến – Vương Trường Vũ – Lớp MMT03 Trang 27 Tìm hiểu công nghệ IP cho mạng 3G gọi, cập nhật định tuyến và báo hiệu giữa các router truy nhập Để giải quyết vấn đề ứng dụng mạng IP cho mạng . TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM KHOA MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ VỆ TINH ĐỀ TÀI TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IP CHO MẠNG 3G Giáo viên : Th.S. lên 3G W-CDMA 5 1.2 MẠNG 3G 8 1.2.1 Mô hình tham khảo mạng cdma2000 9 1.2.2 Mô hình tham khảo mạng WCDMA 13 1.3 MIP 16 1.3.1 Tổng quan về MIP 17 1.3.2 MIPv4 19 1.3.3 MIPv6 21 CHƯƠNG 2: IP CHO MẠNG. MIPv6 21 CHƯƠNG 2: IP CHO MẠNG DI ĐỘNG 3G 22 2.1 MỞ ĐẦU 22 2.1.1 Ip 22 2.1.2 3G 22 2.1.3 IP cho mạng 3G 23 2.1.4 Nguyên lý thiết kế một mạng IP 23 2.2 IP CHO 3G 24 2.2.1 Nguyên lý 24 2.2.2 Kiến