Luận văn:Chuyển giao dọc trong mạng di động thế hệ tiếp theo

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ví dụ trong mạng tế bào, mỗi một tràm phát sóng BTS có một vùng phủ giới hạn (vài km). Khi bạn ngồi trên ô tô/ xe bus và điện thoại cho bạn gái, thì chắc chắn bạn không thể nối kết với cùng 1 trạm BTS được. Khi bạn đi ra khỏi vùng phủ sóng của một trạm BTS A và đi vào vùng phủ của một trạm BTS B, lúc đó bạn sẽ kết nối với trạm B. Dĩ nhiên là cuộc gọi vẫn diễn ra bình thường. Quá trình chuyển đổi kết nối từ một trạm phát...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Chuyển giao dọc trong mạng di động thế hệ tiếp theo

-1- B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG DƯƠNG H U ÁI CHUY N GIAO D C TRONG M NG DI Đ NG TH H TI P THEO Chuyên ngành : K THU T ĐI N T Mã s : 60.52.70 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - 2011
-2- Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. NGUY N H U THANH Ph n bi n 1: TS. Nguy n Lê Hùng Ph n bi n 2: TS. Lương H ng Khanh Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 25 tháng 6 năm 2011. Có th tìm hi u lu n văn t i: • Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng • Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
-3- M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Chuy n giao d c ñã và ñang là xu th phát tri n và nghiên c u c a ngành truy n thông trên toàn th gi i, c th và n i b t nh t là kh năng chuy n giao liên m ng gi a m ng t bào và m ng c c b không dây WLAN. Chuy n giao d c không còn là nh ng nghiên c u ñơn l mà ñã và ñang ñư c chu n hóa b i nhi u t ch c như 3GPP, 3GPP2, IEEE, IETF,… Xu t phát t nhu c u phát tri n c a ngành truy n thông trên toàn th gi i nói chung và c a Vi t Nam nói riêng, chúng tôi quy t ñ nh ch n ñ tài v i tên: Chuy n giao d c trong m ng di ñ ng th h ti p theo ñ ti n hành nghiên c u. Chúng tôi hy v ng t o ñư c m t tài li u tham kh o t t cho nh ng ngư i b t ñ u tìm hi u v M ng di ñ ng th h ti p theo và hy v ng mô ph ng và làm sáng t v n ñ nh m góp ph n làm phong phú thêm các k t qu trong lĩnh v c này. 2. M c ñích nghiên c u Lu n văn này nghiên c u v n ñ chuy n giao d c trong các m ng h n h p, c th là gi a m ng Wireless LAN và m ng UMTS hư ng ñ n m c tiêu là chuy n giao không ng t quãng có tr chuy n giao nh và t l m t gói th p. Bên c nh ñó, lu n văn cũng nghiên c u chu n IEEE 802.21 h tr cho chuy n giao d c. Các k t qu b ng phân tích lí thuy t và mô ph ng cho th y s d ng k t h p chu n IEEE 802.21 v i giao th c Mobile IP như giao th c qu n lí di ñ ng l p 3 ho c vi c s d ng giao th c Mobile SCTP ñ u có ưu ñi m và hi u qu cao hơn khi th c hi n chuy n giao d c gi a m ng UMTS và WLAN so v i vi c s d ng giao th c Mobile IPv6. 3. Đ i tư ng và nhi m v nghiên c u Đ i tư ng nghiên c u.
-4- • V n i dung: T p trung nghiên c u k thu t chuy n giao d c và chuy n giao gi a UMTS và WLAN. • V phương pháp: S d ng k thu t chuy n giao d c ñ nghiên c u chuy n giao gi a UMTS và WLAN. Nhi m v nghiên c u. • Nghiên c u quá trình chuy n giao gi a UMTS và WLAN. • Kh o sát các thông s trong quá trình chuy n giao và s thay ñ i c a các tham s vào các giao th c khác nhau. Đánh giá, nh n xét các k t qu tương ng v i các giao th c tương ng. 4. Phương pháp nghiên c u Đ gi i quy t v n ñ chuy n giao trong các m ng không ñ ng nh t, chúng tôi s d ng k thu t chuy n giao d c v i s d ng giao th c Mobile IPv6, giao th c Mobile IPv6 v i s h tr c a chu n IEEE 802.21 và s d ng giao th c SCTP trong quá trình chuy n giao gi a m ng UMTS và WLAN 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Đ ñ t ñư c chuy n giao d c không b ñ t quãng trong các môi trư ng m ng không ñ ng nh t, nó là c n thi t ñ ñ m b o tính liên t c và ch t lư ng d ch v , có nghĩa là ñ tr th p và m t gói th p trong th i gian chuy n giao. 6. C u trúc c a lu n văn. Ngoài các ph n m ñ u, k t lu n, tài li u tham kh o và ph l c, ph n n i dung chính c a lu n văn g m có b n chương. Chương 1. T ng quan v s phát tri n c a m ng thông tin di ñ ng Chương 2. Trình bày t ng quan v m ng UMTS, WLAN và ki n trúc k t h p Chương 3. Trình bày v k thu t chuy n giao d c Chương 4.Nghiên c u mô ph ng chuy n giao gi a UMTS và WLAN.
-5- CHƯƠNG 1 T NG QUAN V M NG THÔNG TIN DI Đ NG 1.1. GI I THI U 1.2. S PHÁT TRI N C A M NG THÔNG TIN DI Đ NG 1.2.1. M ng th h th nh t Chúng ta b t ñ u v i mô hình m ng tham chi u c a Hi p h i TIA/EIA tiêu chu n IS-41. Mô hình m ng này cũng ñ i di n cho m ng c a h th ng th h ñ u tiên ch h tr d ch v tho i mà không h tr d ch v d li u. Mô hình tham chi u là tương ñương ki n trúc GSM. 1.2.2. M ng th h th hai M t tính năng quan tr ng c a h th ng th h th hai là kh năng d ch v d li u c a nó. Ví d , IS-95 h tr d ch v d li u chuy n m ch kênh, fax k thu t s , IP, MIP, và d li u gói s m ng t bào CDPD. GSM cung c p d ch v tin nh n ng n và d li u chuy n m ch kênh m c t c ñ lên t i 9.6 kbps cho m i khe. 1.2.3. Các m ng 2G+ Các tính năng n i b t c a ki n trúc này như sau. Th nh t, nó bao g m m t m ng xương s ng d a trên IP/ATM. Th hai, nó k t n i v i các m ng ñã có m t cách khá ñơn gi n. Th ba, nó cho phép x lý phân tán, do ñó gi m t i m ng lõi, và cung c p m t n n t ng các d ch v m i, tính năng, và các ng d ng (ch ng h n như là m t tính năng m i, MPEG-2, ho c ng d ng MPEG- 4) có th ñư c phát tri n, th nghi m và ñư c cài ñ t trong h th ng m ng khi c n thi t. Cu i cùng, ki n trúc tương thích v i m t m ng lư i toàn IP là xu hư ng c a tương lai.
-6- 1.2.4. M ng th h th ba Các ñ i tác d án 3G ñư c xác ñ nh 3G là m t ki n m ng chuy n m ch gói toàn IP. Ki n trúc này th c s là m t s ti n hóa c a m ng GPRS. M t s yêu c u cơ b n sau ñây mà m ng IP ph i ñáp ng ñư c. • Đi n tho i di ñ ng ph i có kh năng chuy n vùng li n m ch t m t m ng IP t i m ng 2G, 2G+, GSM/GPRS và các phiên b n trư c ñó c a m ng 3G, và ngư c l i. • Chuy n giao ph i ñư c h tr gi a b t kỳ hai m ng IP, gi a b t kỳ hai m ng truy c p vô tuy n trong cùng m ng IP, gi a b t kỳ hai b ñi u khi n m ng vô tuy n trong cùng m ng truy c p vô tuy n m t ñ t UMTS (UTRAN) trong b t kỳ m ng IP, và gi a m t m ng IP và b t kỳ m ng 2G ho c 2G+.
-7- CHƯƠNG 2 T NG QUAN V M NG UMTS, WLAN VÀ KI N TRÚC K TH P 2.1. T NG QUAN V M NG UMTS 2.1.1. Gi i thi u H th ng UMTS là m t trong các công ngh di ñ ng 3G. UMTS d a trên n n t ng W-CDMA, ñư c chu n hóa b i T ch c các ñ i tác phát tri n 3GPP. UMTS ñôi khi còn ñư c g i là 3GSM, ñ ch s k t h p v b n ch t công ngh 3G c a UMTS và chu n GSM truy n th ng. T c ñ d li u Các băng t n 2.1.2. Ki n trúc m ng Ki n trúc m ng UMTS g m ba ph n chính là: Thi t b ngư i s d ng (UE), m ng truy nh p vô tuy n m t ñ t UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access Network -UTRAN) và m ng lõi (Core Network-CN). 2.1.3. Chuy n giao trong m ng UMTS 2.2. T NG QUAN V M NG WLAN 2.2.1. Gi i thi u 2.2.2. C u trúc cơ b n c a WLAN 2.2.3. T p giao th c WLAN L p v t lý. Giao th c MAC.
-8- 2.2.4. Các tiêu chu n WLAN 2.3. KI N TRÚC K T H P 2.3.1. Các thách th c và yêu c u Th h m ng di ñ ng không dây trong tương lai s d a trên m ng toàn IP d n ñ n m t liên k t toàn c u và k t h p gi a các m ng vi n thông khác nhau. Đi u này s yêu c u các ki n trúc k t h p và các giao th c di ñ ng m i ñ cung c p chuy n vùng li n m ch và ch t lư ng d ch v cung c p. 2.3.2. Tính di ñ ng và chuy n vùng li n m ch 2.3.3. Ki n trúc k t h p M t s phương pháp ñã ñư c ñ xu t cho s k t h p gi a m ng WLAN và m ng t bào d a trên các s ph thu c l n nhau gi a hai m ng không dây này. Vi n Tiêu chu n Vi n thông châu Âu ETSI quy ñ nh rõ trong hai cách ti p c n chung cho s liên k t: ñư c g i là tích h p l ng và tích h p ch t. Tích h p l ng Tích h p ch t
-9- CHƯƠNG 3 K THU T CHUY N GIAO D C 3.1. T NG QUAN V V N Đ CHUY N GIAO 3.1.1. Gi i thi u 3.1.2. Quy t ñ nh chuy n giao d c 3.1.2.1. C u trúc cơ b n c a USHA 3.1.2.2. Mô hình quy t ñ nh thông minh 3.1.2.3. Quy t ñ nh chuy n giao d c phân b 3.1.3. Thi t k ki n trúc và h th ng 3.1.3.1. Đ c ñi m c a h th ng B3G ho c 4G ư c tính s ñư c th c hi n kho ng năm 2010 ho c 2011 và d a trên năm y u t : (1) các d ch v hoàn toàn h i t , (2) truy c p di ñ ng kh p nơi, (3) thi t b ngư i dùng ña d ng, (4) các m ng ñ c l p, (5) ph thu c ph n m m. 3.1.3.2. K thu t s di ñ ng theo chi u d c Ki n trúc h th ng phân thành ba ph n: K thu t di ñ ng, qu n lý tài nguyên, qu n lý d ch v . 3.1.3.3. Các m ng truy c p không ñ ng nh t 3.1.3.4. Các mô hình k t h p Có hai mô hình k t h p gi a m ng WLAN v i các m ng t bào, mô hình tích h p l ng và tích h p ch t. V i hai mô hình có th gi i quy t ñư c v n ñ qu n lý di ñ ng toàn c u. 3.1.3.5. C p phát tài nguyên Có th chia s lưu lư ng gi a các m ng không dây không ñ ng nh t, ñ c bi t là khi xem xét các mô hình tích h p ch t, th c hi n chuy n giao d c là m t cách th c c p phát tài nguyên.
- 10 - 3.1.4. Qu n lý di ñ ng trong các m ng không ñ ng nh t V n ñ qu n lý di ñ ng bao g m các k ch b n di ñ ng theo chi u d c, phương pháp, ñi u khi n, thu t toán, cách ti n hành, các giao th c, các thông s , tham s và ño các tham s 3.1.4.1. Di ñ ng vi mô và vĩ mô 3.1.4.2. Cách th c chuy n giao 3.1.4.3. Các ñ c tính c a chuy n giao d c Th t c chuy n giao nói chung bao g m các v n ñ như s ñăng ký, k t h p, b k t h p, ñ th c hi n chuy n giao cơ c u quy t ñ nh chuy n giao ño lư ng nhi u thông s khác nhau. 3.2. CÁC GIAO TH C QU N LÍ DI D NG VÀ CHU N IEEE 802.21 3.2.1. Giao th c Mobile IP version 4 (MIPv4) Ho t ñ ng c a MIPv4 ñư c th hi n như hình 3.12. Hình 3.12: Mô t ho t ñ ng giao th c Mobile IPv4
- 11 - 3.2.2. Giao th c Mobile IPv6 (MIPv6) Th t c cơ b n c a MIPv6 ñư c mô t trong hình 3.13. Hình 3.13: Các th t c ho t ñ ng c a giao th c Mobile IPv6 3.2.3. M t s giao th c m r ng cho giao th c Mobile IPv6 Giao th c Mobile IPv6 phân c p (HMIPv6) Giao th c chuy n giao nhanh (FMIPv6) 3.2.4. Giao th c Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Giao th c truy n d n ñi u khi n lu ng SCTP là m t giao th c l p chuy n v n (l p 4) ñư c phát tri n ñ kh c ph c các như c ñi m c a hai giao th c TCP và UDP, và có th xem như là s k t h p c a hai giao th c này. 3.2.4.1. M t s ñ c ñi m n i b t c a giao th c SCTP Đa ch (Multihoming) Đa lu ng (Multistream)
- 12 - 3.2.4.2. M r ng giao th c SCTP h tr cho chuy n giao M t m r ng c a giao th c SCTP b sung thêm vi c c u hình l i ñ a ch t ñ ng (DAR) ñư c `g i là giao th c mobile SCTP (mSCTP) [24, 29]. V i mSCTP, m i ñ u cu i SCTP có th thêm ho c xóa m t ñ a ch IP c a m t liên k t SCTP. Nó cũng có th th c hi n ho t ñ ng Primary Change nh m thay ñ i ñ a ch chính. 3.2.4.3. Tri n khai giao th c mSCTP cho chuy n giao gi a m ng UMTS và WLAN 3.2.5. Chu n IEEE 802.21 Media Independent Handover (MIH) 3.2.5.1. Ki n trúc MIH Hình 3.19: ServiceMô hình MIHF t ng quát Các ñi m truy nh p d ch v (Service Access Points-SAP) MIHF giao ti p v i các l p khác và các m t ph ng ch c năng s d ng SAP. M i SAP bao g m m t t p h p các d ch v ñ c trưng cho nh ng tương tác gi a ngư i s d ng d ch v và nhà cung c p d ch v .
- 13 - • MIH_SAP ñ c trưng cho ñi m truy nh p d ch v ñ c l p v phương ti n (Media Independent SAP). • MIH_LINK_SAP: ñ c trưng cho ñi m truy nh p ph thu c v phương ti n (Media Dependent SAP). • MIH_NET_SAP: Các ñi m truy nh p d ch v ph thu c phương ti n (Media Dependent SAP). 3.2.5.2. Các ñi m tham chi u trong MIH Có năm ñi m tham chi u trong MIH. • RP1: Mô t các th t c c a MIHF gi a MIH trên MN và MIH PoS trên th c th m ng là PoA ñang ph c v c a MN (l p 2). • RP2: Mô t các th t c c a MIHF gi a MIH trên MN và MIH PoS trên th c th m ng là PoA ng c c a MN (l p 3). • RP3: Mô t các th t c MIHF gi a MIHF trên MN và MIH PoS trên m t th c th m ng không ph i là PoA c a MN (l p 3). • RP4: Mô t các th t c MIHF gi a m t MIH PoS trong m t th c th m ng và m t MIH non-PoS trong m t th c th m ng khác (l p 3). • RP5: Mô t các th t c MIHF gi a hai MIH PoS thu c hai th c th m ng khác nhau (l p 3). 3.2.5.3. Các d ch v MIH Các d ch v qu n lí (Service management primitive) Trư c khi cung c p các d ch v MIH, m t th c th MIH c n ph i ñư c c u hình thích h p thông qua các ch c năng qu n lí d ch v như sau:
- 14 - Phát hi n d ch v MIH (MIH_Capability_Discovery) Đăng kí MIH (MIH_registration) Đăng kí các s ki n MIH (MIH_event subscription) D ch v s ki n (Media Independent Event Service) D ch v l nh (Media Independent Command Service) D ch v thông tin (Media Independent Information Service)
- 15 - CHƯƠNG 4 NGHIÊN C U MÔ PH NG CHUY N GIAO GI A UMTS VÀ WLAN 4.1. MÔ PH NG QUÁ TRÌNH CHUY N GIAO D C GI A M NG UMTS VÀ WLAN S D NG CHU N IEEE 802.21 H TR CHO GIAO TH C MIPv6 4.1.1. K ch b n mô ph ng Hình 4.1 mô t c u hình m ng mô ph ng chuy n giao gi a UMTS và WLAN Hình 4.1: Mô hình mô ph ng m ng • Trư ng h p 1: MN không s d ng L2 trigger ho c các kh năng c a chu n MIH ñ h tr cho giao th c qu n lí di ñ ng l p 3 MIPv6: Quá trình phát hi n chuy n ñ ng ñư c th c hi n hoàn toàn thông qua các b n tin RA (Router Advertisement) ñư c g i theo chu kì b i AP. • Trư ng h p 2: MN s d ng các b n tin Link Detected/ Link Up/ Link Down ñ th c hi n chuy n giao
- 16 - • Trư ng h p 3: MN s d ng các b n tin Link Detected/ Link Up và dùng b n tin Link Going Down thay cho b n tin Link Down ñ th c hi n chuy n giao. 4.1.2. K t qu mô ph ng Trư ng h p 1 • nh hư ng c a chu kì g i các b n tin RA ñ n tr chuy n giao t m ng UMTS sang WLAN Anh huong cua chu ki gui ban tin RA den tre chuyen giao UMTS sang WLAN 10 9.5 9 8.5 8 7.5 7 Tre chuyen giao (s) 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 RA interval (s) Hình 4.6: nh hư ng gi a chu kì g i b n tin Router Advertisement ñ n tr chuy n giao • nh hư ng c a th i h n Router Lifetime ñ n tr chuy n giao t m ng WLAN sang UMTS.
- 17 - 100 95 Ti le thoi gian phat hien di dong / Tre chuyen giao (%) 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Router lifetime (s) Hình 4.7: T l gi a th i gian phát hi n di ñ ng/tr khi chuy n giao t WLAN sang UMTS ph thu c vào giá tr Router Lifetime Trư ng h p 2 0.3 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 Tre chuyen giao (s) 0.23 0.22 0.21 0.2 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 MaxDelay RA (s) Hình 4.8: nh hư ng c a giá tr MaxRADelay ñ n tr chuy n giao t UMTS sang WLAN
- 18 - Ti le thoi gian phat hien chuyen dong / Tre chuyen giao (%) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 MaxDelay RA (s) Hình 4.9: T l th i gian phát hi n di ñ ng/tr chuy n giao t UMTS sang WLAN Hình 4.8 và 4.9 mô t nh hư ng c a th i giá tr này ñ n tr chuy n giao và t l gi a th i gian phát hi n s di chuy n/tr chuy n giao. ñây, ta kh o sát nh hư ng c a ngư ng s lư ng b n tin beacon b m t trư c khi kh i t o s ki n Link Down. Hình 4.10 cho th y r ng khi ngư ng s lư ng b n tin b m t tăng thêm 1 thì tr chuy n giao s tăng thêm kho ng 100ms.
- 19 - 1.5 1.45 1.4 1.35 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 Tre chuyen giao (s) 1.05 1 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 So luong beacons bi mat truoc khi tao ra ban tin LINK DOWN Hình 4.10: nh hư ng s lư ng b n tin beacon b m t trư c khi quy t ñ nh chuy n giao ñ n tr chuy n giao t WLAN sang UMTS Scale of movement detection time/Handover Delay (%) WLAN->UMTS Scale of movement detection time/Handover Delay (%) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Number of beacons loss before triggering LINK DOWN Hình 4.11: nh hư ng s lư ng b n tin beacon b m t trư c khi quy t ñ nh chuy n giao ñ n t l th i gian phát hi n di ñ ng tr chuy n giao t WLAN sang UMTS Trư ng h p 3 Hình 4.12 cho th y nh hư ng c a vi c kh i t o chuy n giao s m ñ n h s m t k t n i, kho ng th i gian mà MN không th nh n ñư c gói tin t b t kì m t giao di n nào khi MN chuy n ñ ng v i các v n t c khác
- 20 - nhau (chuy n giao t t m ng WLAN sang UMTS). Khi t l này b ng 0 ñ ng nghĩa v i quá trình chuy n giao không b m t gói. 100 95 MN di chuyen voi v=1ms MN di chuyen voi v=2ms 90 MN di chuyen voi v=4ms 85 MN di chuyen voi v=5ms 80 75 Thoi gian ngat ket noi (%) 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 1.04 1.08 1.12 1.16 1.2 1.24 1.28 1.32 1.36 1.4 1.44 1.48 pr limit (power threshold) Hình 4.12: nh hư ng c a vi c chuy n giao s m ñ n th i gian ng t k t n i chuy n giao WLAN sang UMTS 600 MN di chuyen voi v=1ms So luong goi tin nhan duoc tren giao dien WLAN 560 MN di chuyen voi v=2ms 520 MN di chuyen voi v=4ms MN di chuyen voi v=5ms 480 440 400 360 320 280 240 200 160 120 80 40 0 1 1.04 1.08 1.12 1.16 1.2 1.24 1.28 1.32 1.36 1.4 1.44 1.48 pr limit (power threshold) Hình 4.13: nh hư ng c a vi c chuy n giao s m ñ n s gói tin nh n trên giao di n WLAN (chuy n giao WLAN sang UMTS)