Quản lý di động cho các mạng wmpls

MỤC LỤCMỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 1 1.1. Giới thiệu chung về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. 1 1.1.1. Khái niệm MPLS. 1 1.1.2. Lý do ra đời 1 1.1.3. Đặc điểm MPLS. 1 1.2. Các thành phần của MPLS. 3 1.2.1. Các thiết bị trong mạng. 3 1.2.2. Đường chuyển mạch nhãn LSP. 3 1.2.3. Nhãn và các vấn đề liên quan. 4 1.3. Hoạt động của MPLS. 7 1.3.1 Hoạt động cơ bản. 7 1.3.2. Định tuyến. 8 1.3.3. Các chế độ hoạt động. 10 1.4. Các giao thức trong MPLS. 12 1.4.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP. 12 1.4.2. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP. 19 1.5 Kết luận chương 1. 24 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC KHÔNG DÂY WMPLS 25 2.1. Giới thiệu chung về IP di động. 25 2.1.1. Xu hướng và thách thức. 25 2.1.2. Định tuyến trong các mạng IP di động. 26 2.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS. 29 2.2.1. Nhu cầu phát triển của WMPLS. 29 2.2.2. Cấu trúc gói tin WMPLS. 30 2.2.3. Giao thức sử dụng trong WMPLS. 31 2.2.4. Lựa chọn phổ tần cho WMPLS. 34 2.2.5. Kỹ thuật WMPLS. 37 2.2.6. Mạng MPLS di động. 39 2.3. Kết luận chương 2. 42 CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WMPLS. 43 3.1. Giới thiệu. 43 3.2. Một số giải pháp liên quan. 44 3.3. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS di động Micro. 46 3.3.1. Thủ tục đăng ký trong MPLS di động Micro. 46 3.3.2. Hỗ trợ chuyển giao trong MPLS di động Micro. 48 3.3.3. Các cơ chế chuyển giao trong MPLS di động Micro. 50 3.3.4. Phân tích và ước lượng hiệu suất 55 3.4. Kết luận chương 3. 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 LỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp viễn thông cũng phát triển không ngừng. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kể, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng đã ra đời nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu của khách hàng và giải quyết các vấn đề nảy sinh. Trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng hỗ trợ quản lý mạng dễ dàng và đơn giản hơn. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng. Hiện nay, công nghệ mạng không dây đang có xu hướng phát triển rất mạnh mẽ. Do đó, việc mở rộng MPLS sang lĩnh vực không dây là một xu hướng tất yếu. Chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS đang là vấn đề được quan tâm nhiều hiện nay. Đồ án của em sẽ trình bày các vấn đề liên quan đến WMPLS trong 3 chương theo bố cục sau đây: Chương 1: Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLSChương 2: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLSChương 3: Quản lý di động cho các mạng WMPLS Do công nghệ WMPLS còn tương đối mới, việc tìm hiểu các vấn đề WMPLS đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng và lâu dài. Do vậy đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Lê Nhật Thăng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua và xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân những người đã giúp đỡ động viên em trong quá trình học tập.

doc79 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 1414 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Quản lý di động cho các mạng wmpls, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ề mặt kỹ thuật. Những thay đổi này bao gồm: quản lý cục bộ, định tuyến, chuyển giao lưu lượng không dây động, và một vài thay đổi về kiến trúc mạng. Quản lý cục bộ Mạng phải có chức năng quản lý cục bộ để có thể biết được đường di chuyển của các đầu cuối di động. Do đó, mạng sẽ có được thông tin về vị trí của các người dùng và cung cấp dịch vụ cho các người dùng đó. Để định vị một đầu cuối di động, mạng có thể xác định vùng định tuyến RA phục vụ đầu cuối đó thay vì tìm tất cả các trạm gốc có thể phải phục vụ đầu cuối đó. Tất cả những gì cần thiết để xác định thành công một đầu cuối di động là cập nhật những thay đổi xảy ra trực tiếp với RA. Mỗi đầu cuối di động (host) sẽ được hỗ trợ bởi một đại diện thường trú HA. HA chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của đầu cuối (vị trí vùng). Để biết chính xác hơn về vị trí của mình, đầu cuối phải cần đến sự trợ giúp của đại diện ngoại trú FA. Trên thực tế FA là bộ định tuyến gần với host nhất. Chuyển giao Để giải quyết vấn đề di chuyển của đầu cuối di động, cần thực hiện ba bước sau đây: 1- định vị đầu cuối, 2- tái định tuyến: thiết lập một kết nối bằng cách xác định một đường đi mới đến một RA mới tại đó đầu cuối đang đi vào, 3- chuyển giao: chuyển luồng dữ liệu qua đường mới vừa thiết lập ở trên và thoát ra khỏi đường cũ mà không gây ảnh hưởng đến kết nối đó. Thủ tục chuyển giao trong WMPLS Trong một mạng truyền thông di động, các Host di động (MHs) tiếp tục di chuyển tới các trạm trạm gốc khác nhau (BSs). Do đó, một phần của tuyến đường trong mạng truyền thông di động sẽ tiếp tục thay đổi và sẽ là phần định tuyến hiện lỏng của toàn bộ tuyến chuyển mạch nhãn LSP. Một khái niệm mới trong phần đó là văn phòng chuyển mạch nhãn di động (MSO). MSO là một bộ định tuyến trong mạng truyền thông di động, nó hỗ trợ truy nhập điểm tới các MHs. Một MSO tại biên của mạng truyền thông di động và mạng đường trục được gọi là MSO cổng (MSO GW). Giả sử rằng MSO GW biết rõ topo mạng và có khả năng thực hiện xuyên đường. Để có thể phân phát gói tin theo chuỗi trong quá trình chuyển giao, WMPLS phải làm việc với các giao thức báo hiệu như LDP, RSVP và RSVP-TE. Giả sử một MH hiện đang được kết nối với một Router chuyển mạch nhãn (LSR A) thông qua một trạm gốc BS1 và nó cần được chuyển giao tới BS2, thủ tục chuyển giao mềm được thiết lập như sau. MH gửi một bản tin PATH (hoặc một bản tin yêu cầu nhãn trong LDP) tới BS2, yêu cầu kết nối tới LSR A. Khi MSO 1A là MSO kết nối trực tiếp với BS2, nó sẽ nhận bản tin PATH này (hoặc bản tin Yêu cầu nhãn trong LDP). Khi MSO 1A phát hiện ra rằng MSO GW là node chung tại đó các đường LSP gặp nhau, thì MSO 1A này sẽ chọn ra một đường để đến được MSO GW, ví dụ như: MSO 1Aà MSO 2Aà MSO 2.1Aà MSO 2.2Aà MSO GW. Do đó, toàn bộ phần đường từ MH thông qua BS2 là MHà BS2à MSO 1Aà MSO 2Aà MSO 2.1Aà MSO 2.2Aà MSO GW. Một bản tin PATH (hay bản tin Yêu cầu nhãn trong LDP) được gửi bởi MH sẽ đi qua tuyến đã chọn thông qua các node có mặt trên tuyến đó cho tới khi đến được MSO GW. Phần đường từ MSO GW đến LSR A được duy trì cố định. Sau đó MSO GW sẽ gửi bản tin RESV (hay bản tin Ánh xạ nhãn trong LDP) qua tuyến đường đã chọn tới MH. Tại tất cả các Node sẽ diễn ra việc cấp phát và dành trước tài nguyên. (Trong LDP, dự trữ tài nguyên diễn ra cùng với bản tin Yêu cầu Nhãn). Các nhãn cũng được gán cho các liên kết riêng lẻ trong một LSP mới. Cùng với bản tin RESV, MSO GW cũng sẽ gửi một bản tin PATH (hay bản tin Yêu cầu Nhãn trong LDP) để thiết lập một đường dẫn từ MSO GW đến MH. MH gửi trả lại bản tin RESV (hay bản tin Ánh xạ nhãn trong LDP). Sau đó, LSP từ MH đến MSO GW sẽ được cấp phát tài nguyên và các liên kết riêng lẻ sẽ được gán nhãn. Khi tuyến đường này thiết lập thành công, các gói dữ liệu sẽ được chuyển đi thông qua đường mới vừa được thiết lập, phần đường cũ từ MH qua BS1 đến MSO GW (MHàBS1à MSO 1à MSO 2à MSO 2.1à MSO 2.2à MSO GW) chỉ ra trên hình 2.10 là đường đứt nét. Hình 2.10: Thiết lập đường với thủ tục chuyển giao WMPLS 2.2.6. Mạng MPLS di động Mạng MPLS di động là một giải pháp nhằm hỗ trợ các mạng không dây dựa trên MPLS. Dưới đây đưa ra mô hình và một số vấn đề cơ bản trong MPLS di động Hình 2.10 chỉ ra một mô hình đơn giản của một mạng di động với các nhãn được phân bổ giữa một node trung chuyển và node di động đích trong một mạng ngoại trú. Hình này chỉ ra một ví dụ về vị trí mà các host di động đang tham gia trực tiếp vào mạng chuyển mạch nhãn. Theo phương pháp hướng dữ liệu (data-driven) trong đó node di động khởi tạo yêu cầu nhãn dựa trên các luồng lưu lượng, việc host tham gia vào chuyển mạch nhãn dễ hơn một chút so với phương pháp hướng điều khiển (control-driven), trong đó cần phải có các giao thức định tuyến. Hình 2.11: Mạng di động MPLS Khi node di động bắt đầu quá trình thiết lập đường dẫn, theo phương pháp hướng điều khiển, thì mỗi node di động sẽ cần phải có một cấu hình mạng hoàn tất và cần chạy một giao thức định tuyến như OSPF. Đây không phải là giải pháp tối ưu vì nó yêu cầu tài nguyên lớn cho mỗi node di động và mỗi node di động không cần biết thông tin cấu hình của mạng tại bất kỳ nơi nào mà chúng đang hoạt động. Tuy nhiên, việc sử dụng tất cả các ưu điểm của các giao thức định tuyến là rất cần thiết. Do đó, các giao thức định tuyến được chạy tại các trung tâm chuyển mạch di động và trên các giao diện liên mạng (giữa các mạng di động và không di động). Nghiên cứu hoạt động chuyển tiếp IP, các đường chuyển mạch nhãn có thể được thiết lập giữa hai node/chuyển mạch biên của một mạng di động và có thể sử dụng đường dẫn này để tạo một đường hầm cho các gói tin IP đi qua. Các gói tin IP có thể được gán vào các đường chuyển mạch nhãn khác nhau dựa trên địa chỉ IP đích của chúng và tiêu chuẩn khác như các thuộc tính QoS. Bất kỳ khi nào một node di động muốn thiết lập một đường chuyển mạch nhãn, thì một node chuyển mạch di động trong khu vực thường trú sẽ cung cấp thông tin định tuyến rõ ràng cho node di động đó, vì vậy mà node di động có thể bắt đầu báo hiệu với một tuyến đường xác định. Chuyển tiếp IP trong một node di động thường liên quan tới hai hoạt động riêng biệt, đó là tập hợp các gói tin IP vào một lớp chuyển tiếp tương đương FEC và ánh xạ FEC đó vào chặng tiếp theo trên đường dẫn. Hai hoạt động này được mỗi node di động thực hiện. MPLS từ đầu cuối đến đầu cuối sẽ để node di động ánh xạ các gói tin vào FEC và mã hóa FEC này thành một nhãn. Khi đường dẫn được thiết lập, các node di động trung gian (bao gồm các node thu phát gốc, và các trung tâm chuyển mạch di động) chỉ cần thực hiện thao tác thứ hai, ánh xạ nhãn vào chặng tiếp theo và thực hiện chuyển dịch nhãn thích hợp. 2.2.6.1. Thiết lập cuộc gọi MPLS trong mạng di động Phần này sẽ chỉ ra các phần tử MPLS khác nhau có ảnh hưởng đến nhau như thế nào trong suốt quá trình thiết lập, sửa đổi và sụp đổ của một LSP. Vấn đề điều khiển di động sẽ được nói đến trong phần tiếp theo. Chúng ta xét trường hợp một node di động thiết lập một đường dẫn MPLS đến một node di động khác trong mạng. Giao thức báo hiệu được sử dụng có thể là RSVP hoặc LDP. Xét thấy tính nổi trội của RSVP trong môi trường hiện nay, chúng ta sử dụng RSVP là giao thức báo hiệu thiết lập đường. Hình 2.12: Thiết lập đường chuyển mạch nhãn trong một mạng di động Hình 2.12 chỉ ra một mạng di động có các LSP được thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối. Node di động A gửi một yêu cầu báo hiệu UNI đến trạm gốc cục bộ của nó. Trạm gốc cục bộ này ghi lại yêu cầu này và chuyển nó đến chuyển mạch di động. Chuyển mạch di động, là thiết bị đang chạy giao thức định tuyến, duy trì cấu hình mạng và có đủ khả năng để xác định được đường đến node đích căn cứ vào các node đích, vùng thường trú, ngoại trú hiện thời. Yêu cầu chất lượng dịch vụ, băng thông tổng cần thiết và cân bằng tải đều được thực hiện trong mạng... Thông tin này được chuyển mạch di động sử dụng để báo hiệu cho các node đường lên trên đường dẫn để thiết lập nhãn cho đến tận node đích B. Khi node đích đáp lại bằng bản tin RESV RSVP thì mỗi node đường xuống trong đường dẫn sẽ ghi lại nhãn này và tạo một thực thể chuyển tiếp nhãn. Khi node chuyển mạch di động đầu tiên nhận được bản tin RESV, nó sẽ thông báo cho trạm gốc đầu tiên và node A. Trạm gốc đầu tiên phải kết nối nhiều luồng từ trạm gốc khác và gửi chúng đến một chuyển mạch di động. Điều này sẽ dẫn đến việc hình thành một phân cấp ngăn xếp nhãn, với hai lớp nhãn, một giữa các node di động và trạm gốc, và một nhãn khác giữa trạm gốc và chuyển mạch di động. Khi đường dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối được thiết lập thì các node di động có thể bắt đầu phát các gói tin đã được gán nhãn, sau đó các gói tin này được định tuyến sẵn đến node đích. Phần đường bị sập có thể được thông báo bởi node di động nguồn hay đích hoặc chính mạng đó. Trong hai trường hợp đầu, một bản tin TEAR được gửi tới mỗi node trên đường dẫn, và sau đó xóa bỏ các thực thể chuyển tiếp nhãn. Trong trường hợp thứ ba, giao thức định tuyến có trách nhiệm phân bổ các nhãn cũ và do đó cung cấp thông tin để đường dẫn bắt đầu sụp đổ, cả đường xuống và đường lên. 2.2.6.2. Điều khiển di động sử dụng MPLS Trong mạng di động, cả node nguồn và node đích đểu có thể di chuyển, di chuyển từ (1) một trạm thu phát này đến một trạm thu phát khác, (2) từ một trạm gốc này đến một trạm gốc khác, (3) từ một chuyển mạch di động này đến một chuyển mạch di động khác, hoặc (4) từ một mạng này sang một mạng khác. Trong trường hợp 1, trạm gốc có thể vẫn giữ lại các nhãn đã được thiết lập giữa node di động và trạm gốc, và do đó có thể có rất ít gói bị mất. Trong trường hợp 2, khi mà đường dẫn được thiết lập trước đó (vượt ra khỏi phạm vi của chuyển mạch di động nguồn (đích)) vẫn không bị thay đổi thì cần phải thiết lập lại các đường dẫn từ chuyển mạch di động đến node di động thông qua một trạm gốc mới. Trong trường hợp 3, chuyển mạch di động cũ có thể cung cấp thông tin về trạng thái hiện thời của LSP, nhưng những thông tin này cần được thay đổi và tái thiết lập giữa bộ định tuyến kế tiếp và chuyển mạch di động mới, thêm nữa cần phải thiết lập đường cho node di động. Trường hợp cuối cùng tương tự với trường hợp trạm gốc cũ cung cấp thông tin LSP, và do đó nó cho phép thiết lập đường dẫn mới cho node di động. Trong trường hợp node đích di chuyển, tất cả các giao dịch nói trên chỉ cần diễn ra ở phía đích. Khi node đích di chuyển từ một FA này đến một FA khác, node này có thể cung cấp thông tin cho FA mới về FA cũ. Dựa trên các thông tin này FA mới có thể thiết lập đường xuống và lưu giữ đường dẫn từ đầu cuối đến đầu cuối giữa các node di động. Không giống như IP di động cổ điển, node nguồn không cần phải biết địa chỉ IP ngoại trú hiện thời của node di động đích cũng như không phải gửi tất cả các gói tin IP đến HA của node đích để tái đinh tuyến. Điều này có ưu điểm cực kỳ lớn cả về mặt duy trì chất lượng dịch vụ và mặt đẩy lên mạng hầu hết các luồng lưu lượng không được tái định tuyến. 2.3. Kết luận chương 2 Chương 2 đã đưa ra các vấn đề của IP di động hiện nay và giải pháp cho nó chính là MPLS trong môi trường không dây di động. Các vấn đề kỹ thuật của WMPLS đã được đưa ra như: Cấu trúc gói tin, giao thức định tuyến, mô hình mạng, phổ tần và thủ tục chuyển giao nói chung trong WMPLS. Phần tiếp của đồ án này sẽ trình bày một cơ chế quản lý di động cho WMPLS. Đó là cơ chế quản lý di động siêu nhỏ MPLS di động Micro. CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WMPLS Một trong những thách thức lớn cho các hệ thống di động thế hệ sau có liên quan đến vấn đề quản lý di động sao cho hiệu quả nhất có thể. Trong chương này sẽ đưa ra một cơ chế quản lý di động mới, được gọi là MPLS di động Micro, cơ chế này hỗ trợ cả quản lý di động lẫn QoS trong các mạng không dâyWMPLS. 3.1. Giới thiệu Các bộ điều khiển di động đang hướng tới các mạng thế hệ ba và các mạng xa hơn nữa để hỗ trợ truy nhập dữ liệu tốc độ cao và các dịch vụ phức tạp, các dịch vụ này chủ yếu dựa trên giao thức liên mạng IP. Các mạng không dây dựa trên IP có những ưu điểm nhờ áp dụng trực tiếp kỹ thuật IP, nó cũng có các ứng dụng cho cả mạng có dây và không dây. Hai vấn đề quan trọng vẫn tồn tại cần được giải quyết ngay cả khi các kỹ thuật IP được chọn làm ứng cử viên trong các mạng thế hệ sau, đó là: làm cách nào để duy trì kết nối mạng và làm cách nào để đảm bảo cung cấp đầy đủ tài nguyên mạng cho các MN. Quản lý di động trong các hệ thống thông tin di động là vấn đề cực kỳ quan trọng để duy trì kết nối và nhờ đó có thể chuyển giao các người dùng tại bất kỳ thời điểm nào. IP di động là một chuẩn được đưa ra bởi IETF, nó có thể đáp ứng nhu cầu quản lý di động cơ bản trong các mạng không dây dựa trên IP. Về việc cung cấp tài nguyên, có ba kiến trúc khác nhau cung cấp các tài nguyên mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong Internet là: Các dịch vụ tích hợp-Intserv, Các dịch vụ phân biệt-Diffserv và chuyển mạch nhãn đa giao thức. IP di động định rõ một cơ chế cho phép một MN thay đổi điểm tham gia vào mạng mà không phải thay đổi địa chỉ IP của nó. Cả IPv4 và IPv6 đều được thảo luận bởi IETF. Mặc dù nghiên cứu trong phần này được dựa trên IPv4 di động, nhưng những thay đổi tương tự có thể được thực hiện trong IPv6. Trong IP di động, một MN được ấn định một địa chỉ cố định trong mạng thường trú của nó, và sẽ mượn một địa chỉ tạm thời CoA trong bất kỳ mạng tạm trú nào. Đại diện thường trú HA trong mạng thường trú của MN sẽ duy trì ánh xạ giữa địa chỉ thường trú và CoA. CoA thường là địa chỉ IP của đại diện ngoại trú FA trong mạng ngoại trú hiện thời. Các gói tin (được gửi từ một node trung chuyển CN trong mạng Internet và được định tới một MN) đầu tiên bị chặn lại bởi HA của MN, và sau đó được gửi qua đường hầm đến FA đang phục vụ hiện thời bằng cách sử dụng CoA của MN. Đường định tuyến này sẽ làm tăng chi phí phân phát gói tin và hầu hết bị chỉ trích giống như một vấn đề định tuyến tay ba. Hơn nữa, IP di động còn có những vấn đề khác nữa như trễ chuyển giao dài và tải trọng báo hiệu lớn cho các lần cập nhật đăng ký thường xuyên. Mặt khác, những lợi ích đáng chú ý của MPLS về QoS, kỹ thuật lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ IP tiên tiến (như các mạng riêng ảo) đã thúc đẩy một vài tổ chức sử dụng kỹ thuật này trong hạ tầng không dây. Trong thực tế, bằng cách sử dụng các đường hầm MPLS được gọi là các đường chuyển mạch nhãn LSP, một mạng chồng lấn sẽ được tạo ra và được quản lý một cách có hiệu quả. Trong MPLS, việc xác định lại đường hầm xảy ra vào thời điểm thay đổi nhãn tại một node đơn trong mạng. Việc thiết kế và tích hợp quản lý di động và cung cấp QoS trong các mạng không dây thực sự là một thách thức. Một cơ chế quản lý di động mới, được gọi là MPLS di động Micro, đã được đề xuất. Cơ chế này hỗ trợ cả quản lý di động và QoS trong các mạng không dây. Đề xuất này bao gồm hai biến thể giao thức (Protocol Variant). Biến thể thứ nhất được gọi là MPLS di động FH-Micro (gọi tắt là FH-Micro). FH có nghĩa là chuyển giao nhanh (Fast-Handoff). FH-Micro xác định thủ tục thiết lập LSP trong một mạng con mà một MN có thể đi vào. Cơ chế này được đưa ra để giảm hiện tượng rớt dịch vụ bằng cách sử dụng các chức năng lớp liên kết L2. Biến thể thứ hai được gọi là MPLS di động FC-Micro (gọi tắt là FC-Micro). FC có nghĩa là chuỗi chuyển tiếp (Forwarding Chain), là một chuỗi các đường chuyển tiếp. FC-Micro được đưa ra để bám sát host di động trong miền một cách hiệu quả. Cơ chế này phù hợp với môi trường không dây có tỉ lệ di động cao, tại đó các gói tin cần được định tuyến lại một cách nhanh chóng đến các vùng mới của chúng. Để đánh giá hiệu quả của các cơ chế này, chương 3 này đưa ra các kết quả phân tích về các tham số chi phí báo hiệu, chi phí sử dụng liên kết và hiệu suất chuyển giao. Các kết quả bằng số và mô phỏng cho thấy những đề xuất nói trên có thể giảm đáng kể chi phí cập nhật đăng ký và hỗ trợ trễ chuyển giao thấp và tỉ lệ mất gói thấp khi đem so sánh với các cơ chế khác hiện nay (như FMIP, MIP-RR. MPLS di động, và H-MPLS). 3.2. Một số giải pháp liên quan Trong các mạng IP không dây có một số giải pháp khác nhau về di động Micro, mỗi giải pháp có ưu và nhược điểm của nó. Cụ thể, cơ chế đăng ký miền cho IP di động (MIP-RR) đã được đưa ra để giảm số bản tin báo hiệu cho các mạng thường trú và giảm trễ báo hiệu bằng cách thực hiện đăng ký cục bộ trong mạng miền. MIP-RR dựa trên việc quản lý di động phân cấp. Hầu hết các cập nhật đăng ký trong MIP-RR đều được tạo ra tại HA và kết thúc tại FA Gateway (GFA) của miền (vùng) khách hiện thời. Có thể mở rộng cấu trúc này để chứa nhiều mức phân cấp của các FA dưới mức GFA. Tuy nhiên, phải sử dụng đường hầm đệ quy, và điều này khiến cho trễ lớn hơn và có ảnh hưởng đến tính linh hoạt của hệ thống. Một giải pháp khác là cơ chế quản lý vùng miền phân tán cục bộ. Mục đích của cơ chế này là để giảm toàn bộ chi phí báo hiệu. Giả sử rằng mỗi FA có chức năng của cả FA và GFA. Tuy nhiên, giả sử này là phi thực tế. Hạn chế của phương pháp này khả năng ứng dụng bị giới hạn. Chú ý cơ chế này có thể được xem là một mở rộng của giao thức đăng ký miền IETF. Cơ chế có liên quan nữa là cơ chế chuyển giao nhanh cho IP di động. Cơ chế này có tên viết tắt là FMIP (Fast-handoff for Mobile IP). FMIP cho phép một MN có thể nhanh chóng phát hiện ra rằng nó đã di chuyển vào một mạng con mới và nhận dữ liệu ngay khi sự tham gia vào mạng của nó được phát hiện bởi một Router truy nhập mới. Cơ chế này mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng thời gian thực và các ứng dụng nhạy cảm về QoS. Tuy nhiên chi phí cập nhật vùng trong FMIP có thể rất lớn, đặc biệt đối với các node di động có khả năng di động tương đối cao và khoảng cách dài đối với các HA. MPLS di động là cơ chế tích hợp IP di động với các giao thức MPLS. Cơ chế này nhằm mục đích cải thiện khả năng xử lý chuyển tiếp dữ liệu IP di động bằng cách chuyển yêu cầu về đường hầm IP từ Đại diện thường trú sang Đại diện ngoại trú nhờ sử dụng các đường chuyển mạch nhãn LSP. Tuy nhiên một cơ chế như thế này không có khả năng ứng dụng cho di động Micro khi mà phạm vi của IP di động được dịch nhiều hơn sang di động toàn cầu. H-MPLS (Hierarchical-MPLS) và một số cơ chế khác cố gắng cải thiện hiệu suất của MPLS di động bằng cách sử dụng các kiến trúc khác nhau. Mỗi miền MPLS sẽ có một đại diện ngoại miền FDA. FDA này tham gia vào việc hỗ trợ di động nội miền. Tuy nhiên những cơ chế này không được đưa vào thực tế vì trễ báo hiệu cho cập nhật vùng có thể sẽ rất lớn. Khi trễ báo hiệu cập nhật vùng lớn sẽ dẫn đến xác suất rớt các dịch vụ (nhất là các dịch vụ thời gian thực) tăng, chi phí cập nhật đăng ký cũng tăng, số gói tin trong luồng bị mất lớn và chất lượng dịch vụ giảm nghiêm trọng. Chú ý rằng các gói tin trong luồng là các gói có thể bị mất trong suốt chu kỳ chuyển giao. Thêm vào đó, với tốc độ di động cao, hiệu suất hệ thống sẽ bị ảnh hưởng nặng nề bởi các đăng ký thường xuyên với FDA, điều này dẫn đến lưu lượng báo hiệu dư thừa và trễ dịch vụ lớn. Hơn nữa, hầu hết các cơ chế này đều coi rằng tất cả các trạm gốc BS là các thiết bị MPLS-aware. Một bất lợi thêm nữa mà chúng ta phải chịu khi thực hiện các cơ chế này là chi phí tăng nhiều và tính phức tạp bên trong mạng MPLS cũng tăng. 3.3. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS di động Micro Phần này sẽ trình bày về cơ chế mới được gọi là MPLS di động Micro và hai biến thể của nó. MPLS di động Micro được dựa trên việc tích hợp MIP-RR với các giao thức MPLS. Một kiến trúc thông thường cho các mạng MPLS di động Micro được chỉ ra trong hình 3.1. Giả sử rằng có một mạng truy nhập MPLS tồn tại giữa bộ định tuyến nhãn biên cổng (LERG) và các bộ định tuyến nhãn biên/các đại diện ngoại trú (LER/FAs). Kiến trúc mạng này được dựa trên kiến trúc phân cấp hai lớp. Tại mức cao hơn là LERG thực hiện vai trò của một Router chuyển mạch nhãn biên LSR lọc giữa báo hiệu nội miền và liên miền. Tại mức thứ hai là LER/FA, được kết nối tới các điểm truy nhập AP khác nhau, đưa ra kết nối lớp liên kết. Ở đây chúng ta phân biệt chức năng lớp liên kết của giao diện không dây (do AP điều khiển) với chức năng chuyển giao lớp IP (xảy ra khi MN di chuyển giữa các mạng con được phục vụ bởi các LER/FA khác nhau). Hình 3.1: Kiến trúc của một mạng truy nhập không dây MPLS di động Micro 3.3.1. Thủ tục đăng ký trong MPLS di động Micro Khi một MN di chuyển lần đầu tiên vào miền ngoại trú MPLS Micro di động, nó sẽ gửi một bản tin Yêu cầu đăng ký IP di động đến LER/FA gần nhất. LER/FA này sẽ ghi lại địa chỉ thường trú của MN vào bảng định tuyến của nó và tiếp đó chuyển bản tin đăng ký nói trên đến LERG của miền này. Khi LERG nhận được bản tin đăng ký và biết được địa chỉ RCoA (Regional Care-of-Address), là địa chỉ tương ứng với địa chỉ IP của LER/FA hiện thời, nó sẽ gửi một bản tin đăng ký đến HA của MN. LERG sử dụng địa chỉ IP của nó giống như địa chỉ CoA (Care-of- Address) để thực hiện việc đăng ký toàn cục cho di động liên miền. Sau đó, LERG thiết lập một LSP giữa nó và LER/FA hiện thời có RCoA giống như lớp chuyển tiếp tương đương FEC. Cuối cùng, LERG chuyển bản tin trả lời đăng ký, được gửi từ HA, đến MN dọc theo đường LSP đã được thiết lập ở trên. Chú ý rằng các MN cùng nằm trên một mạng con và có liên quan đến các yêu cầu QoS giống nhau thì có thể sử dụng cùng LSP đã được thiết lập. Bảng 3.1 minh họa bảng nhãn của LERG sau đăng ký. Giả sử rằng, địa chỉ thường trú của MN là a.b.c.d, CoA của LERG là u.v.g.h và RCoA của LER/FA là w.x.y.z. Hàng đầu tiên trong bảng 3.1 là nhãn liên kết của LSP được thiết lập từ LERG tới LER/FA. Khi LERG là LSR lối vào đối với LSP này, thì LERG sẽ thay đổi hàng trong bảng nhãn của nó bằng cách sử dụng địa chỉ thường trú MN giống như FEC và đặt các thực thể cổng ra và nhãn lối ra trống thành các giá trị của cổng ra và nhãn lối ra của đường LSP từ LERG đến LER/FA hiện thời. Theo cách này, LERG có thể chuyển tiếp các gói tin được định sẵn cho địa chỉ thường trú của MN tới vùng hiện thời của nó trong mạng tạm trú. Hình 3.2 minh họa thủ tục đăng ký cho MN trong MPLS Micro di động. Bảng 3.1: Bảng nhãn của LERG sau đăng ký Cổng vào Nhãn lối vào FEC Cổng ra Nhãn lối ra 2 --- w.x.y.z 1 7 2 --- a.b.c.d 1 7 ... ... ... ... ... Hình 3.2: Đăng ký nút di động trong MPLS Micro di động 3.3.2. Hỗ trợ chuyển giao trong MPLS di động Micro Trong phần này, trễ chuyển giao được định nghĩa là thời gian trôi qua từ thời điểm sự kiện chuyển giao được phát hiện cho đến thời điểm mạng con mới nhận được gói tin đầu tiên. Có hai loại chuyển giao trong mạng truy nhập không dây, đó là: chuyển giao trong LER (Intra-LER) và chuyển giao ngoài LER (Inter-LER) (Gọi tắt là chuyển giao trong và chuyển giao ngoài). Chuyển giao trong xảy ra khi MN di chuyển giữa hai AP được quản lý bởi cùng một LER/FA. Loại chuyển giao này cơ bản là chuyển giao lớp 2. Mặt khác, chuyển giao ngoài xảy ra khi MN di chuyển giữa hai AP, trong đó AP mới và AP cũ nằm dưới các LER/FA khác nhau. Loại chuyển giao này thường là chuyển giao lớp 3 và có ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất chuyển giao hơn so với chuyển giao trong LER. Mỗi khi xảy ra chuyển giao, LER/FA cũ sẽ được thông báo để lưu đệm các gói tin trong luồng lại (In-light). Hoạt động này là chung cho tất cả các biến thể giao thức. Thực tế, để giảm mất gói trong suốt quá trình chuyển giao, cơ chế chuyển giao dựa vào một khái niệm mới được gọi là trigger lớp 2. Trigger lớp 2 là một báo hiệu từ lớp 2 để thông báo với lớp 3 rằng một chuyển giao lớp 2 sắp xảy ra. Khi cường độ báo hiệu nhận được từ phía AP hiện thời xuống dưới mức ngưỡng, thì MN gửi một “bản tin báo hiệu di chuyển” cho LER/FA hiện thời, để thông báo với LER/FA đó rằng một chuyển giao lớp 2 sắp xảy ra. Theo cơ chế này thì ngay khi LER/FA nhận được bản tin báo hiệu, nó sẽ bắt đầu cơ chế bộ đệm. 3.3.2.1. Chuyển giao trong LER Khi liên lạc với BS hiện thời bị mất, MN sẽ gửi một bản tin báo hiệu Movement cho LER/FA hiện thời, LER/FA này sẽ khởi tạo cơ chế bộ đệm và lưu trữ các gói tin thuộc cùng một luồng dữ liệu. Sau đó, MN sẽ tìm kiếm giao diện vô tuyến cho BS mới. Nếu nó tìm được một giao diện, nó sẽ đăng ký tại lớp 2 với BS đó và đợi bản tin Quảng bá IP di động được gửi từ LER/FA hoặc là nó sẽ phát một bản tin Solicitation (Bản tin Chào hỏi) IP di động. Trong bất kỳ trường hợp nào, MN cũng sẽ kiểm tra địa chỉ IP của LER/FA. Địa chỉ này phải giữ không đổi so với trước khi chuyển giao trong xảy ra, điều này đảm bảo rằng MN vẫn nằm dưới cùng một mạng con IP. Tiếp đó, MN sẽ phát một bản tin Cập nhật giao diện vùng tới mạng con mà nó thuộc về, vì vậy tất cả các trạm thuộc cùng một mạng con, đặc biệt là LER/FA hiện thời, phải cập nhật cache ARP (bộ nhớ phân giải địa chỉ). Trong trường hợp này, LER/FA hiện thời sẽ dừng cơ chế bộ đệm lại và chuyển tiếp các gói trong luồng được định sẵn cho MN đến BS mới. Chú ý rằng, chuyển giao trong là chuyển giao lớp 2 cực kỳ cơ bản. Cũng phải lưu ý rằng, không một bản tin nào được gửi tới LERG để chiếm được đường chung giữa nó và LER/FA. LERG sẽ tiếp tục sử dụng LSP cũ giữa nó và LER/FA hiện thời để gửi các gói tới MN. Bảng 3.2 minh họa bảng nhãn của một LER/FA sau chuyển giao LER nội miền. Bảng 3.2: Bảng nhãn của một LER/FA sau khi chuyển giao trong LER Cổng vào Nhãn lối vào FEC Cổng ra Nhãn lối ra 1 5 w.x.y.z --- --- ... ... ... ... ... 3.3.2.2. Chuyển giao ngoài LER Trong trường hợp của chuyển giao ngoài, khi MN kiểm tra địa chỉ IP của LER/FA (nhận được từ bản tin Quảng bá), nó phát hiện ra rằng địa chỉ này khác với địa chỉ trước đó, điều đó có nghĩa là MN này đã đi vào một mạng con IP mới. Trong, MN sẽ gửi một bản tin Yêu cầu đăng ký tới LER/FA mới và thực hiện các bước giống hệt trong thủ tục đăng ký. Tại cùng thời điểm gửi bản tin Yêu cầu đăng ký tới LER/FA mới, MN cũng gửi một bản tin Khai báo chuyển giao đến LER/FA cũ (thông qua LER/FA mới). Khi nhận được bản tin Khai báo chuyển giao, LER/FA cũ sẽ dừng cơ chế bộ đệm lại và chuyển tiếp các gói trong luồng (các gói này được định sẵn cho MN) tới mạng con mới. Do vậy, MN có thể nhận các gói tin từ LER/FA cũ (thông qua LER/FA mới) trước khi chuyển giao lớp 3 hoàn thành (ví dụ, trước khi nhận được bản tin Trả lời đăng ký từ LERG). Chú ý rằng không có bản tin nào được gửi tới HA của MN chỉ khi việc đăng ký miền với LERG được yêu cầu. Bảng 3.3 minh họa bảng nhãn của LERG sau khi chuyển giao ngoài LER. RCoA của LER/FA cũ là w.x.y.z và RCoA của LER/FA mới là p.q.r.s. Sau khi thiết lập được LSP mới, một hàng mới được chèn vào bảng nhãn của LERG như chỉ ra trong bảng 3.1. Sau khi chuyển giao ngoài hoàn tất, bảng nhãn mới của LERG được chỉ ra trong bảng 3.3, trong đó hàng 3 chỉ ra giá trị liên kết nhãn cho LSP từ LERG đến LER/FA mới. Số cổng đầu ra và giá trị nhãn đầu ra trong hàng thứ hai được thay đổi thành các giá trị tương ứng của hàng thứ ba, vì vậy các gói được định sẵn cho địa chỉ thường trú của MN có thể được gửi lại cho LER/FA mới. Bảng 3.3: Bảng nhãn của LERG sau khi chuyển giao ngoài LER Cổng vào Nhãn lối vào FEC Cổng ra Nhãn lối ra 2 --- w.x.y.z 1 7 2 --- a.b.c.d 1 (3) 7 (9) 2 --- p.q.r.s 3 9 ... ... ... ... ... Hình 3.3 dưới đây minh họa thủ tục báo hiệu khi chuyển giao ngoài LER xảy ra trong MPLS di động Micro. Hình 3.3: Thủ tục chuyển giao ngoài LER trong MPLS Micro di động 3.3.3. Các cơ chế chuyển giao trong MPLS di động Micro Như đã nói ở trên, MPLS di động Micro đưa ra hai cơ chế hỗ trợ quản lý di động là FH-Micro và FC-Micro. Dưới đây sẽ trình bày cụ thể về hai cơ chế này. 3.3.3.1. Cơ chế chuyển giao nhanh FH-Micro Mục đích chính FH-Micro là để nhận biết trước chuyển giao ngoài LER lớp 3 bằng cách sử dụng các chức năng lớp 2 và để thiết lập LSP trước khi MN thực sự di chuyển vào một mạng con mới, mục đích này nhằm giảm hiện tượng phá hủy dịch vụ. Trong phần này nghiên cứu hai loại LSP: LSP chủ động và LSP bị động. LSP chủ động là LSP từ LERG đến LER/FA đang phục vụ hiện thời. LSP này thường được sử dụng để truyền dữ liệu. Còn LSP bị động là LSP từ LERG đến mạng con tiếp theo mà MN sẽ di chuyển vào. LSP này thường không được sử dụng cho đến tận khi nó được hoạt hóa. FH-Micro sử dụng cơ chế phát hiện sự di chuyển thuộc lớp liên kết để dự đoán miền tiếp theo mà MN có thể đi đến. Như có thể nhìn thấy trong hình 3.4a, khi MN đi vào vùng giao nhau của các tế bào biên thuộc hai mạng con, nó sẽ nhận được một cảnh báo (Beacon) từ AP mới có thể (bước 1). Ngay lập tức, MN thông báo với LER/FA hiện thời về khả năng chuyển giao bằng cách gửi một bản tin báo hiệu Khởi đầu chuyển giao (Handoff initiate), trong đó có chứa địa chỉ MAC của AP mới (bước 2). Chú ý rằng trong trường hợp này, MN chưa được kết nối tới liên kết vô tuyến của mạng con mới và vẫn nằm trong kết nối với AP cũ. Mỗi LER/FA có một bảng Liên kết hàng xóm chứa các địa chỉ IP và MAC của toàn bộ các AP là hàng xóm của nó. Do đó, khi LER/FA hiện thời nhận được bản tin báo hiệu Khởi đầu chuyển giao, nó sẽ nhìn vào bảng Liên kết hàng xóm của mình để lấy ra địa chỉ IP của LER/FA mới và sau đó thông báo với LERG về hoạt động chuyển giao có thể xảy ra (bước 3a). Ngay lập tức, LERG khởi đầu thủ tục thiết lập LSP với LER/FA mới trước khi chuyển giao lớp 3 xảy ra (ví dụ, trước khi MN nhận được bản tin quảng bá IP di động từ FA mới). Điều này có nghĩa là, FH-Micro sẽ tái thiết lập một LSP thụ động bổ sung giữa LERG và mạng con mới mà MN có thể đi vào (bước 4). Cùng thời điểm của bước 3a, LER/FA thông báo cho MN biết về địa chỉ RCoA mới (địa chỉ IP của LER/FA mới) bằng cách sử dụng bản tin báo hiệu Quảng bá hàng xóm (Neighbor Advertisement) (bước 3b). Do vậy, MN có thể bắt đầu thủ tục đăng ký với LERG trước khi nhận được bản tin Quảng bá IP di động mới từ FA mới. Chú ý rằng việc đăng ký của MN với LERG chỉ được khởi tạo khi chuyển giao lớp 2 được thực hiện. Cụ thể, chuyển giao lớp 2 được khởi đầu bởi MN khi cường độ báo hiệu nhận được từ phía AP hiệu thời xuống dưới mức ngưỡng. Hình 3.4a dưới đây minh họa hoạt động của FH-Micro trước chuyển giao. Hình 3.4a: Hoạt động của FH-Micro trước chuyển giao Hình 3.4b dưới đây minh họa hoạt động FH-Micro trong quá trình chuyển giao. Hình 3.4b: FH-Micro trong quá trình chuyển giao Khi báo hiệu từ AP thấp hơn mức ngưỡng, MN thông báo với LER/FA hiện thời để khởi động cơ chế bộ đệm bằng cách gửi bản tin báo hiệu di chuyển (nhìn trong hình 3.4b, bước 1). Khi chuyển giao lớp 2 đã hoàn tất thì chuyển giao lớp 3 được khởi đầu bởi MN, thậm chí trước khi MN nhận được bản tin quảng bá IP di động từ FA mới nếu MN hoàn toàn có thể nhận biết được RCoA mới (bước 2). FA mới chuyển bản tin Yêu cầu đăng ký IP di động tới LERG (bước 3a) và thông báo với LER/FA cũ về sự kiện chuyển giao này (bước 3b). Ngay khi LERG nhận được Yêu cầu đăng ký IP di động, nó kích hoạt LSP bị động đã được tái thiết lập và lưu lượng sẽ được phân phát thông qua LSP này (bước 4a). Mặt khác, khi LER/FA được thông báo về việc chuyển giao, thì các gói tin trong luồng được chuyển tiếp tới MN thông qua FA mới (bước 4b). Bằng cách sử dụng cơ chế chuyển giao nhanh, chúng ta có thể cải thiện hiệu suất chuyển giao của MPLS di động Micro và giảm hiện tượng phá hủy dịch vụ. 3.3.3.2. Cơ chế chuỗi chuyển giao: FC-Micro Biến thể thứ hai được đưa ra để điều khiển tính di động cục bộ một cách hiệu quản được gọi là MPLS di động FC-Micro. Cơ chế này được dựa trên khái niệm chuỗi chuyển tiếp (một tập các đường chuyển tiếp). Trong kỹ thuật này, mỗi thời điểm mà MN di chuyển vào một mạng con mới thì RCoA được đăng ký với LER/FA cũ thay vì đăng ký với LERG, như chỉ ra trong hình 3.5. Bằng thủ tục này, LSP hiện thời giữa LERG và mạng con cũ sẽ được mở rộng từ FA cũ tới FA mới. Kết quả là một chuỗi chuyển tiếp các FA sẽ được tạo ra cho mỗi MN. Để làm được điều này, mỗi MN phải duy trì một bộ đệm để lưu trữ các địa chỉ IP của các LER/FA khách. Các gói tin di chuyển đến MN này sẽ bị FA đầu tiên trong chuỗi chặn lại (được gọi là FA chủ), tận dụng ưu điểm của LSP hiện thời giữa LERG và LER/FA chủ, và sau đó được chuyển đi dọc theo chuỗi FA tới MN. Dễ dàng nhận thấy rằng một cơ chế như thế này có thể gây ra trễ không mong muốn do chuỗi FA dài. Để tránh chuỗi chuyển tiếp dài, chúng ta thiết lập một ngưỡng độ dài ký hiệu là Lth (chỉ thị số lần dịch chuyển). Khi đạt được đến ngưỡng, MN sẽ đăng ký với LERG và xóa toàn bộ địa chỉ trong bộ đệm của nó. Nghĩa là chuỗi chuyển tiếp MN sẽ được làm mới và LER/FA khách mới trở thành FA chủ mới. Chú ý rằng cơ chế này cho phép giảm đáng kể các bản tin cập nhật đăng ký được gửi bởi MN tới LERG. Các đăng ký LERG này được thay thế bởi các cập nhật chuỗi chuyển tiếp đơn giản (các cập nhật cục bộ). Hơn nữa, cơ chế như thế này sẽ phù hợp với các MN có tính di động cao, tại đó các gói dữ liệu cần được chuyển tiếp nhanh chóng tới các vùng mới của chúng. Hình 3.5: Hoạt động của FC-Micro Hoạt động cơ bản của cơ chế MPLS di động FC-Micro được miêu tả trong hình 3.5. Trong trường hợp này, MN di chuyển từ mạng con 1 đến mạng con 4. Giả sử rằng ngưỡng độ dài của chuỗi chuyển tiếp là 3. Khi MN di chuyển đến mạng con 2, nó sẽ đăng ký RCoA mới tại LER/FA1 trước đó, chính là LER/FA chủ. Tương tự khi MN di chuyển vào mạng con 3, nó thông báo RCoA mới cho LER/FA2 trước đó. Trong trường hợp này, các gói dữ liệu của MN sẽ bị chặn lại bởi LERG và được gửi tới LER/FA chủ bằng cách sử dụng LSP hiện thời giữa LERG và LER/FA1. Sau đó, các gói tin sẽ được chuyển tiếp dọc theo chuỗi FA đến MN. Nhờ vậy, chi phí cập nhật vùng giảm đi nhiều vì khoảng cách giữa hai LER/FA lân cận thường ngắn hơn khoảng cách giữa một LER/FA và LERG. Ngưỡng độ dài chuỗi chuyển tiếp đạt được khi MN đăng ký với LERG và cập nhật RCoA mới của nó tới gốc của miền. Cùng thời điểm đó, LER/FA4 mới trở thành FA chủ của chuỗi chuyển tiếp tiếp theo. Cơ chế MPLS di động FC-Micro có thể được miêu tả bởi mã giả như sau. %Các thủ tục đăng ký vùng Khởi tạo i=0; IF (MN đi vào một mạng con mới) So sánh địa chỉ LER/FA mới với các địa chỉ trong bộ đệm; IF (Địa chỉ này có sẵn trong bộ đệm) Lấy ra từ bộ đệm hàng (rg) của mạng con này; i=rg; ELSE Ghi lại địa chỉ LER/FA mới vào bộ đệm; i=i+1; ENDIF IF (i<Lth) LER/FA mới đăng ký với LER/FA cũ; ELSE LER/FA mới đăng ký với LERG; MN thông báo với LER/FA cũ về chuyển giao; Xóa toàn bộ các địa chỉ trong bộ đệm; i=0; ENDIF ENDIF %Các thủ tục phân phát gói tin IF (Các gói tin của MN bị chặn lại bởi LERG) Chuyển mạch các gói tin đến LER/FA chủ bằng cách sử dụng hoán đổi nhãn; IF (LER/FA không phải là LER/FA đang phục vụ MN) Chuyển mạch lại các gói tin đến LER/FA tiếp theo của chuỗi chuyển tiếp; ENDIF LER/FA đang phục vụ hiện thời xóa bỏ nhãn và gửi các gói tin đến MN; ENDIF 3.3.4. Phân tích và ước lượng hiệu suất Phần này phát triển các mô hình phân tích để có được hiệu suất chuyển giao, hiệu suất sử dụng liên kết và hàm chi phí cập nhật đăng ký của hai cơ chế FH-Micro và FC-Micro so với các cơ chế: FMIP, MIP-RR, MPLS di động và H-MPLS. Đối với mô hình phân tích đơn giản, xét một cây nhị phân đầy đủ với LERG là gốc, như chỉ ra trong hình 3.6. Hình 3.6: Cây nhị phân đầy đủ độ sâu ℓ của một mạng truy nhập Độ sâu ℓ của một cây nhị phân có N node là [log2N] +1. Điều đó có nghĩa là, một cây nhị phân đầy đủ có độ sâu ℓ thì có 2ℓ-1 node (bao gồm cả LERG, LSR và LER/FAs), ℓ 1, và số mạng con hay số node nhánh (LER/FA) là 2ℓ-1. Thêm nữa, giả sử rằng khả năng di động của các node di động bị giới hạn về hai hướng (hướng tiến và hướng lùi). Điều này có nghĩa là một MN nằm trong mạng con i, chỉ có thể di chuyển tới hai mạng con lân cận là i+1 hoặc i-1 với xác suất bằng nhau p (p=1/2). Dưới đây là các tham số sẽ được sử dụng trong phần phân tích này. Các tham số: ts: Thời gian kết nối phiên trung bình tr: Thời gian cư trú FA trung bình Tad: Khoảng thời gian cho một FA gửi các quảng bá Nh: Số chuyển giao trung bình trong một phiên (ví dụ: Nh=ts/tr) Nf: Số lần thay đổi chuỗi chuyển tiếp trong một phiên (ví dụ: Nf=Nh/Lth) Bw: Băng thông của liên kết có dây. Bwl: Băng thông của liên kết không dây. Lw: Trễ của liên kết có dây (trễ truyền dẫn) Lwl: Trễ của liên kết không dây (trễ truyền dẫn). Pt: Định tuyến hay bảng nhãn tìm kiếm và xử lý trễ : Tốc độ truyền dẫn gói đường xuống. su: Kích thước trung bình của một bản tin báo hiệu cho cập nhật đăng ký sl: Kích thước trung bình của một bản tin nhãn cho thiết lập LSp hx-y: Số hop trung bình giữa x và y trong mạng có dây Cfn: Chi phí cập nhật vùng giữa một FA và HA (hopkích thước bản tin) Cfg: Chi phí cập nhật vùng giữa một LER/FA với LERG (hopkích thước bản tin) Cff: Chi phí cập nhật vùng giữa hai LER/FA lân cận (hopkích thước bản tin) lfh: Tải lưu lượng có liên quan đến thủ tục thiết lập LSP giữa một FA và HA (hopkích thước bản tin) lfg: Tải lưu lượng có liên quan đến thủ tục thiết lập LSP giữa một LER/FA và LERG (hopkích thước bản tin) lff: Tải lưu lượng có liên quan đến thủ tục thiết lập LSP giữa hai LER/FA lân cận (hopkích thước bản tin) Các tham số Ci và li có thể được viết như sau: (3.1) 3.3.4.1. Lập mô hình đối xử di động của một MN Đặt X(t) là khoảng cách (biểu thị số hop) giữa mạng con mà MN đang cư trú tại thời điểm t (thời điểm LER/FA đang phục vụ hiện thời) và LER/FA chủ. Thời gian cư trú của MN trong mạng con j được giả sử phân bố theo hàm mũ với trị trung bình là . {X(t), t0} tạo thành một chuỗi Markov thời gian liên tục CTMC với không gian trạng thái S=0,1,2,..., (Lth-1), như được miêu tả trong hình 3.7 Hình 3.7: Chuỗi Markov thời gian liên tục của một MN Đặt limtProb[X(t)=d], dS là phân bố xác suất tĩnh của X(t). Dựa vào hình 3.7, các phương trình cân bằng có thể được lấy ra như sau: (3.2) Giải các phương trình này, chúng ta có được: (3.3) 3.3.4.2. Sử dụng liên kết trong mạng truy nhập MPLS Đặt LU là tham số sử dụng liên kết trong mạng truy nhập MPLS, là số liên kết được sử dụng để phân phát gói tin giữa MN và LERG. Cần nhắc lại rằng, trong các cơ chế FMIP, MIP-RR, MPLS di động, H-MPLS và FH-Micro, các gói tin được phân phát bằng cách sử dụng định tuyến đường ngắn nhất. Do đó, các gói tin được trao đổi giữa LERG và bất kỳ một FA nào cũng phải đi qua (ℓ-1) hop. Tuy nhiên, trong FC-Micro, các gói tin phải đi qua kết nối ràng buộc giữa LERG với FA chủ và chuỗi chuyển tiếp ràng buộc từ FA chủ đến MN. Do đó, giá trị trung bình của LU cho FC-Micro có thể được đưa ra như sau: (3.4) Trong đó, nhóm đầu tiên trong biểu thức (ℓ-1) là số liên kết từ LERG tới LER/FA chủ và nhóm thứ hai là độ dài trung bình đường dẫn được sử dụng để chuyển tiếp các gói tin từ LER/FA chủ đến LER/FA đang phục vụ hiện thời (ví dụ: kích thước trung bình chuỗi chuyển tiếp). 3.3.4.3. Chi phí cập nhật đăng ký Đặt Cu là chi phí báo hiệu của các lần cập nhật đăng ký khi chuyển giao lớp 3 xảy ra. Đó là tải lưu lượng của các bản tin báo hiệu (hopkích thước bản tin) được trao đổi trong mạng khi MN di chuyển vào một mạng con mới. Trong FMIP, MN chỉ thực hiện cập nhật đăng ký thường trú với HA. Trong MPLS di động, chúng ta phải xem xét phần chi phí bổ sung có liên quan tới thủ tục thiết lập LSP với FA mới. Trong MIP-RR chỉ yêu cầu một cập nhật đăng ký với LERG gốc của miền. Chi phí bổ sung, có liên quan đến thủ tục thiết lập LSP với FA mới, cũng được xem xét cho H-MPLS. Trong FH-Micro, một cập nhật đăng ký LERG và một khai báo chuyển giao cho LER/FA cũ (để chuyển tiếp các gói tin trong luồng) được thực hiện tại mỗi chuyển giao lớp 3. Chú ý rằng trong trường hợp này, LSP ràng buộc giữa LERG và LER/FA mới đã có sẵn và chỉ cần kích hoạt nó. Trong FC-Micro, đăng ký vùng chỉ được yêu cầu khi độ dài chuỗi chuyển tiếp không vượt quá giá trị ngưỡng. Mặt khác đăng ký LERG được thực hiện khi khoảng cách giữa LER/FA phục vụ hiện thời và LER/FA chủ là (Lth-1) và MN di chuyển theo hướng làm tăng khoảng cách này (xác suất xảy ra là p). Chúng ta có thể tổng kết chi phí các cập nhật đăng ký cho tất cả các giao thức nói trên như sau: (3.5) (3.6) Tỉ số CMR (Call-to-Mobility Ratio) là tỉ số của tốc độ gói đến và tốc độ di động, ví dụ: CMR=. Sau đó, sử dụng phương trình (3.1) và (3.3), đơn vị chi phí thời gian của các cập nhật đăng ký (Cu’= Cu/tr) cho tất cả các giao thức trên có thể được biểu diễn như sau: (3.7) (3.8) 3.3.4.4. Thời gian chuyển giao trung bình Để đơn giản, đặt t(s,hx-y) là thời gian của một gói tin kích thước s được chuyển tiếp từ x đến y thông qua cả liên kết có dây và không dây, t(s,hx-y) có thể được biểu diễn như sau: (3.9) Trong đó: Thời gian chuyển giao trung bình có thể được biểu diễn là tổng của hai loại thời gian: Thời gian rớt dịch vụ (Td) và thời gian hoàn thành (Tc). Thời gian rớt Td: Là thời gian trung bình mà MN không được kết nối với bất kỳ LER/FA nào trong suốt quá trình chuyển giao. Mặt khác, nó cũng chính là thời gian giữa thời điểm mà MN không kết nối tới FA cũ cho đến thời điểm nó kết nối với FA mới. Dễ dàng thấy rằng thời gian rớt bằng 0 khi vùng giao nhau là đủ lớn. Trong trường hợp xấu nhất, giá trị của tham số này bằng với chu kỳ báo hiệu lớp 3 (Tad). Td có thể được biểu diễn như sau: (3.10) Trong đó Toverlap là thời gian MN nằm bên trong vùng giao nhau và f(t)=Tad-Toverlap-t. Do đó, Td bằng: (3.11) Chú ý rằng, với các cơ chế FMIP và FH-Micro, thời gian rớt Td tương ứng với thời gian MN không được kết nối về mặt vật lý với AP cũ cho đến khi MN được kết nối với AP mới. Ngay khi MN thiết lập được một kết nối vật lý với AP mới, nó sẽ nhận các gói tin trong luồng thông qua FA mới. Thời gian hoàn thành (Tc): là thời gian để thực hiện xong cập nhật đăng ký. Tổng kết các giá trị Tc tương ứng với mỗi cơ chế như sau: (3.12) (3.13) 3.3.4.5. Mất gói tổng trong suốt một phiên liên lạc Mất gói tổng (Pkt-loss) trong một phiên liên lạc được định nghĩa là tổng các gói tin bị mất của MN trong tất cả các chuyển giao. Trong MIP-RR, MPLS di động và H-MPLS, tất cả các gói tin trong luồng sẽ bị mất trong suốt thời gian chuyển giao do sự thiếu hụt cơ chế bộ đệm. Trong FMIP, FC- và FH-Micro, các gói tin trong luồng sẽ bị mất cho đến khi cơ chế bộ đệm được khởi động. Như đã đề cập trước đó, trigger lớp 2 được sử dụng trong FMIP cũng như trong các cơ chế nói trên. Pkt_loss cho mỗi cơ chế được biểu diễn như sau: (3.14) 3.3.4.6. Yêu cầu kích thước bộ đệm Đối với các cơ chế được đưa ra, cần có một bộ đệm tại LER/FA cũ để lưu trữ các gói tin trong luồng trong suốt thời gian của mỗi hoạt động chuyển giao. Chú ý rằng trong trường hợp FMIP, bộ đệm được xác định tại router truy nhập mới. Như đã nói trước đó, cơ chế bộ đệm được kích hoạt khi LER/FA hiện thời nhận được bản tin báo hiệu Di chuyển. Bản tin này thông báo rằng sắp có một chuyển giao lớp 2 xảy ra. Mặt khác, cơ chế bộ đệm mất hiệu lực khi LER/FA hiện thời được FA mới thông báo chuyển tiếp các gói tin trong luồng. Trong FH-Micro, bản tin báo hiệu được sử dụng để thông báo cho FA cũ tương ứng với bản tin Thông báo chuyển giao. Trong FC-Micro, nó tương ứng với bản tin Cập nhật chuỗi chuyển tiếp. Yêu cầu kích thước bộ đệm (Buf_size) cho FMIP, MPLS di động FH/FC-Micro được liệt kê ra như sau: (3.15) 3.3.4.7. Các kết quả bằng số và mô phỏng Trong phần này sẽ so sánh tất cả các giao thức trên với nhau sử dụng phương pháp phân tích và mô phỏng. Thiết lập các tham số ban đầu được liệt kê trong bảng 3.4 dưới đây. Bảng 3.4: Thiết lập các tham số Tham số Giá trị Tham số Giá trị ts 1000 s hHA-LERG 4 tr 5-50s Pt 10-6 Tad 1s Bw 100Mbps Cảnh báo lớp 2 100ms Bwl 11Mbps Tham số Giá trị Tham số Giá trị su 48 byte Lw 1ms sl 28 byte Lwl 2ms Lth 1-15 64 Kbps Hình 3.8: Chi phí sử dụng liên kết Hình 3.8 đưa ra chi phí sử dụng liên kết của tất cả các giao thức nói trên. Chúng ta có thể thấy rằng chi phí của MPLS di động FC-Micro cao hơn chi phí của các giao thức còn lại. Sự khác biệt đáng kể này là do có thêm chi phí bổ sung gây ra bởi chuỗi chuyển tiếp. Hình 3.9 dưới đây biểu diễn chi phí các cập nhật đăng ký tại mỗi chuyển giao lớp 3. Cơ chế MPLS di động FH-Micro có chi phí cập nhật đăng ký thấp hơn so với FMIP, MPLS di động và H-MPLS, vì LSP theo yêu cầu giữa LERG và LER/FA mới luôn tồn tại. Tuy nhiên nó có chi phí đăng ký cao hơn so với MIP-RR, do các bản tin báo hiệu bổ sung được gửi đến mạng con cũ để chuyển tiếp các gói tin trong luồng. Mặt khác, MPLS di động FC-Micro có chi phí thấp nhất do một số cập nhật đăng ký LERG tốn kém được thay thế bởi các đăng ký vùng chi phí thấp. Chú ý rằng, chi phí các cập nhật đăng ký LERG tăng theo độ sâu l của cây nhị phân. Chú ý rằng thực tế các kết quả phân tích trùng với các kết quả mô phỏng, điều đó chứng minh tính đúng đắn của các mô hình được đưa ra. Hình 3.9: Chi phí cập nhật đăng ký theo ℓ tại mỗi chuyển giao lớp 3 Hình 3.10 miêu tả chi phí cập nhật đăng ký của tất cả các giao thức nói trên. Chúng ta có thể quan sát thấy rằng chi phí cập nhật đăng ký của MPLS di động FC-Micro giảm khi Lth tăng. Thực vậy, các đăng ký LERG tốn kém trở nên ít thường xuyên hơn. Chúng được thay thế bởi các đăng ký cục bộ chi phí thấp (1 hop). Tuy nhiên chúng ta thấy rằng giá trị ngưỡng sẽ bị giới hạn bởi bắt buộc về trễ. Thông thường, các ứng dụng nhạy cảm về trễ, như các dịch vụ thoại hay video, sẽ yêu cầu giá trị Lth nhỏ để đảm bảo trễ đầu cuối-đầu cuối có thể chấp nhận được. Cuối cùng, chúng ta nhận thấy rằng sự thay đổi của Lth không ảnh hưởng đến hiệu suất của các giao thức khác (FMIP, MIP-RR, MPLS di động, H-MPLS và MPLS di động FH-Micro). Hình 3.10: Ảnh hưởng của Lth đến chi phí cập nhật đăng ký trong FC-Micro Hình 3.11 chỉ ra ảnh hưởng của tham số CMR đến chi phí cập nhật đăng ký đối với các cơ chế khác nhau. Hình 3.11: Ảnh hưởng của CMR đến chi phí cập nhật đăng ký Trong hình này chúng ta quan sát thấy khi CMR nhỏ (ví dụ như khi MN chuyển giao thường xuyên), cơ chế FH-Micro tạo ra lưu lượng báo hiệu ít hơn so với các cơ chế FMIP, MPLS di động và H-MPLS, điều này khiến FH-Micro phù hợp hơn đối với các người dùng có CMR cao. Chúng ta cũng nhận thấy rằng FC-Micro có thể giảm đáng kể chi phí cập nhật khi giá trị CMR thấp. Các kết quả này cho thấy khi CMR thấp thì chi phí báo hiệu MIP-RR giảm 70%. Chú ý rằng, độ lợi đáng kể này có được đối với MIP-RR, chứng tỏ nó là giao thức cho chi phí tốt nhất trong số các giao thức tồn tại hiện nay. Dựa trên những kết quả mô phỏng này chúng ta thấy, cơ chế FC là chiến lược tốt nhất cho các MN có tốc độ di động cao. Các giá trị trung bình về thời gian chuyển giao cho các cơ chế khác nhau được liệt kê trong bảng III. Mỗi giá trị này có được bằng cách lấy trung bình 100 mô phỏng liên tiếp nhau. Mạng truy nhập được mô phỏng là mạng bao gồm một cây nhị phân đầy đủ độ sâu ℓ=10 và Lth=4. Mỗi node lá (LER/FA) được kết nối tới một AP. Trong suốt các quá trình mô phỏng, MN di chuyển theo chu kỳ giữa các AP lân cận và nhận các gói tin ở đường xuống. Các kết quả này được chạy bởi chương trình mô phỏng mạng NS-2. Bảng 3.5: Thời gian chuyển giao trung bình của các cơ chế tính theo ms FMIP 30,198 MIP-RR 22,159 MPLS di động 56,256 H-MPLS 40,199 FH-Micro 24,171 FC-Micro 18,136 Có thể nhìn thấy rằng FH-Micro cải thiện hiệu suất chuyển giao khi đem so sánh với FMIP, MPLS di động và H-MPLS vì các đăng ký được thực hiện trong miền cục bộ và LSP chủ động được yêu cầu giữa gốc và mạng con mới luôn tồn tại. Hơn nữa, FC-Micro cung cấp thời gian chuyển giao trung bình thấp nhất trong số tất cả các cơ chế trên. Cần phải nhắc lại rằng trong trường hợp FC-Micro, các đăng ký thường được thực hiện bởi FA cũ thay vì với LERG. Điều này cho phép trễ thấp hơn để hoàn thành các cập nhật đăng ký. Hình 3.12 chỉ ra lượng gói tin bị mất trong toàn bộ phiên kết nối. Chúng ta quan sát thấy tổng các gói bị mất đối với tất cả các phương pháp đều tăng khi MN thường xuyên chuyển giao (ví dụ như khi thời gian thường trú FA là ngắn). MPLS di động có lượng gói tin bị mất lớn nhất. Ngược lại, FMIP, FH và FC-Micro có lượng gói tin bị mất nhỏ nhất là nhờ có cơ chế bộ đệm. Trong trường hợp này, yêu cầu về kích thước bộ đệm cho mỗi MN lớn nhất là khoảng 4,016 KB. Điều này có nghĩa là kích thước bộ nhớ 128 MB có thể điều khiển được hơn 30.000 MN. Hình 3.12: Tổng các gói tin bị mất trong một phiên liên lạc theo thời gian cư trú tại FA 3.4. Kết luận chương 3 Chương 3 trình bày cụ thể về cơ chế quản lý di động mới MPLS di động Micro với hai biến thể giao thức của nó. Đồng thời đưa ra các kết quả phân tích và mô phỏng so sánh giữa các cơ chế với nhau từ đó có thể thấy được ưu nhược điểm của chúng trong mỗi ứng dụng khác nhau. KẾT LUẬN Với những ưu điểm vượt trội, MPLS được xem là công nghệ đầy hứa hẹn trong tương lai nhằm đáp ứng nhu cầu đa dịch vụ, đa phương tiện của khách hàng. Với mục tiêu làm sáng tỏ khả năng mở rộng của MPLS sang miền không dây, sau một thời gian nghiên cứu, đồ án đã nghiên cứu tìm hiểu được một số vấn đề sau: Tổng quát về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, nền tảng cho MPLS không dây sau này. Công nghệ WMPLS và một số vấn đề liên quan trong WMPLS: Cấu trúc gói tin, các giao thức, vấn đề chuyển giao và quản lý vùng. Giải pháp quản lý di động cho WMPLS đó là MPLS di động Micro. Việc nghiên cứu về WMPLS vẫn đang được các tổ chức tiếp tục nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện tiêu chuẩn. Việc hoàn thiện các tiêu chuẩn có vai trò quan trọng đối với các nhà sản xuất thiết bị, cũng như các nhà cung cấp mạng nhằm đạt được một mạng tối ưu nhất. Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo đã giúp đỡ em trong những năm tháng học tập tại trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Joong-Moon Chung, Wireless Multiprotocol Label Switching, Viện Thông tin và Đại học Oklahoma, 2002. [2]. Jong-Moon Chung, Kannan Srinivasan, Hooi-Miin Soo và Sang-Chul Kim, Handover control and Analysis of WMPLS Networks, Viện thông tin và Đại học Oklahoma, 2002. [3]. Subramanian Vijayarangam và Subramanian Ganesan, An Architecture for MPLS Implementation in Wireless Networks, Đại học Oakland, Rochester, Michigan, Hội thảo IEEE, 2001. [4]. Mahveen Azam, Sasidhar Chavali, Iyad Hamadani, Pratibha Munot và Al Putnam, Advancement of MultiProtocol Label Switching, Viện Oklahoma, tháng 12/2001. [5]. Rami Langar, Samir Tohme và and Nizar Bouabdallah, Mobility management support and performance analysis for wireless MPLS networks, Wiley InterScience, tháng 02/2006. [6]. Nguyễn Tiến Ban, Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1, 2003.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docQuản lý di động cho các mạng WMPLS.doc
Luận văn liên quan