Xem mẫu
- LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Phan Thị Lan Anh người đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn
những sự giúp đở chân tình và quý báo đó.
Dù đã rất cố gắng hết sức nhưng do khả năng và thời gian hạn chế nên đồ án
không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự góp ý chân thành của tất
cả các thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Nguyệt
i
- MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i
MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
CHƯƠNG I QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG .............................................................................................................................2
1.1 Giới thiệu chương 1 ..............................................................................................2
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) .........................................2
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) ............................................4
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) .............................................5
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G) .............................................5
1.1.4.1 Giới thiệu về công nghệ LTE .....................................................................9
1.1.4.2 Tiềm năng công nghệ ..............................................................................11
1.2 Kết luận chương 1 .............................................................................................11
CHƯƠNG II KIẾN TRÚC VÀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TRONG LTE ...........12
2.1 Mở đầu chương 2 ...............................................................................................12
2.2 Kiến trúc mạng ...................................................................................................12
2.2.1 Thiết bị người dùng (UE) .............................................................................13
2.2.2 E-UTRAN NodeB (eNodeB) .........................................................................14
2.2.3 Lõi gói phát triển EPC ..................................................................................15
2.2.3.1 Thực thể quản lý tính di động MME .......................................................15
2.2.3.2 Cổng phục vụ S-GW ................................................................................18
2.2.3.3 Cổng mạng số liệu gói P-GW ..................................................................18
2.2.3.4 Server thuê bao nhà HSS .........................................................................19
2.3 Truy nhập vô tuyến trong LTE ........................................................................20
2.3.1 Các chế độ truy nhập vô tuyến .....................................................................20
2.3.2 Các băng tần truyền dẫn ..............................................................................21
2.3.3 Kỹ thuật đa truy nhập cho đường xuống OFDMA .....................................21
2.3.3.1 OFDM .....................................................................................................21
2.3.3.2 OFDMA ...................................................................................................22
2.3.3.3 Các tham số OFDMA ..............................................................................22
ii
- 2.3.4 Truyền dữ liệu hướng xuống .......................................................................24
2.3.5 Kỹ thuật đa truy nhập đường lên LTE SC-FDMA .....................................26
2.3.5.1 SC-FDMA ................................................................................................26
2.3.5.2 Các tham số SC-FDMA ...........................................................................28
2.3.5.3 Truyền dữ liệu hướng lên ........................................................................28
2.4 Kỹ thuật đa anten MIMO .................................................................................30
2.4.1 Đơn đầu vào và đơn đầu ra (SISO) .............................................................31
2.4.2 Đơn đầu vào đa đầu ra (SIMO) ...................................................................31
2.4.3 Đa đầu vào và đơn đầu ra (MISO)...............................................................31
2.4.4 Đa đầu vào và đa đầu ra (MIMO) ................................................................32
2.5 Kết luận chương 2 ..............................................................................................32
CHƯƠNG III AN NINH TRONG CÔNG NGHỆ LTE ..........................................33
3.1 Mở đầu chương 3 ...............................................................................................33
3.2 An ninh của người sử dụng trong EPS ............................................................33
3.2.1 Các yêu cầu của an ninh đối với các phần tử và các giao diện trong EPS33
3.2.2 Các chức năng an ninh mạng EPS .............................................................35
3.2.2.1 Các chức năng an ninh và các mức giao thức ........................................35
3.2.2.2 Các chức năng an ninh và các phần tử mạng EPS .................................35
3.3 Các thủ tục an ninh khi UE khởi xướng kết nối đến EPS ..............................36
3.4 An ninh miền mạng ............................................................................................37
3.4.1 Tổng quan .....................................................................................................37
3.4.2 ESP (Encapsuling Security Payload: tải tin an ninh bằng cách đóng bao)
................................................................................................................................39
3.4.3 An ninh đường trục eNodeB ........................................................................40
3.4.4 An ninh nút chuyển tiếp ...............................................................................41
3.5 An ninh của người sử dụng LTE trong IMS ...................................................41
3.5.1 Mô hình an ninh IMS (SIP) .........................................................................41
3.5.2 An ninh mạng lõi IMS CN ...........................................................................42
3.6 Kết luận chương 3 ..............................................................................................43
KẾT LUẬN ..................................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ix
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ................................................................x
iii
- DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
3GPP Third Generation Partnership Project Dự án các đối tác thế hệ thứ ba
ACK Acknowledgement Sự báo nhận
AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến
AS Access Stratum Tầng truy nhập
AKA Authentication ang Key Agreement Nhận Thực và thỏa thuận khóa
CP Cyclic prefix Tiền tố vòng
CQI Chennel Quality Information Thông tin chất lượng kênh
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
CSCF Call Session Control Function Chức năng điều khiển phiên cuộc
gọi
DCI Downlink Control Information Thông tin điều khiển đường
xuống
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc
DwPTS Downlink Pilot Time Slot Khe thời gian điều khiển đường
xuống
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để phát
Evolution triển
E- Evolved Universal Terrestrial Radio Truy nhập vô tuyến mặt đất toàn
UTRAN Access network cầu phát triển
GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM Global system for mobile Hệ thống truyền thông di động
communications toàn cầu
GUTI Globally Unique temporary Identity Nhận dạng tạm thời duy nhất toàn
cầu
GW Gateway Cổng
HSDPA High Speed Downlink packet Access Truy nhập gói đường xuống tốc
độ cao
HSUPA High Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ
cao
iv
- HS-DSCH High Speed Downlink Shared Kênh chia sẽ đường xuống tốc độ
Channel cao
HSS Home Subscriber Server Máy chủ thuê bao thường trú
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh nghịch
đảo
IMT International Mobile Truyền thông di động quốc tế
Telecommunications
IMS IP Multimedia Subsystem Hệ thống con đa phương tiện IP
IMEI International Mobile Equipement Số nhận dạng thiết bị di động
Identity
MME Mobility Management Identity Thực thể quảng lý tính di động
MBMS Multimedia Broadcast Multicast Hệ thống phát quảng bá đa điểm
System
MSIN Mobile Subcriber Identity Number Số nhận dạng thuê bao
MM Mobility Management Quản lý tính di động
NAS Non-access Stratum Tầng không truy nhập
NACK Negative Acknowledgement Báo nhận không thành công
OFDM Orthogonal Fryquency Division Ghép kênh phân chia theo tần số
Multiplexing trực giao
OFDMA Orthogonal Fryquency Division Đa truy nhập phân chia theo tần
Multiple Access số trưc giao
PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh tới trung
bình
PCI Physical Cell Identity Nhận dạng ô vật lý
PCFICH Physical Control Format Indicator Kênh chỉ thị dạng điều khiển vật
Channel lý
PDCP Packet Data Convergence Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Protocol
PDSCH Physical Downlink Shared channel Kênh chia sẽ vật lý
PDN Packet Data Network Mạng dữ liệu gói
P-GW Packet Data Network Gateway Cổng mạng dữ liệu gói
v
- PUSCH Physical Uplink Shared Channel Kênh chia sẽ hướng lên vật lý
PDCCH Physical Downlink Control Channel Kênh điều khiển đươn
PCRF Policy and Charging Resource Chức năng tính cước tài năng và
Function chính sách
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc
QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương
RRC Radio Resource Contol Điều khiển tài nguyên vô tuyến
RRM Radio Resource Mangement Quản lý tài nguyên vô tuyến
RB Resource Block Khối tài nguyên
RI Rank Indicalor Chỉ thị bậc
RNC Radio Network Control Điều khiển mạng vô tuyến
RLC Radio Link Cotrol Điều khiển kết nối vô tuyến
SAE System Architecture Evolution Phát triển kiến trúc hệ thống
SMS Short message Service Dịch vụ tải bản tin
S-GW Serving Gateway Cổng phục vụ
SR Scheduling Request Yêu cầu lập lịch biểu
TACS Total Access Communication System Hệ thống truyền thông truy cập
toàn phần
TD- Time Division Synchronous Code Phân chia theo thời gian – Đa
SCDMA Division Multiple Access truy nhập phân chia theo mã đồng
bộ.
UMTS Universal Mobile Hệ thống thông tin di động toàn
Telecommunications System. cầu.
UpPTS Uplink Pilot Time Slot Khe thời gian dẫn hướng đường
lên.
UDP Unit Data Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu.
vi
- DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
Tên bảng Trang
bảng
1.1 Bảng tổng kết các thế hệ thông tin di động. 6
1.2 Bẳng so sánh LTE với LTE- Advanced 11
3.1 Tổng kết các bảo vệ an ninh miền mạng 38
vii
- DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu
Tên hình Trang
hình
1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 2
Tiêu biểu cho thế hệ mạng di động 1G là các thiết bị thu phát tin
1.2 3
hiệu analog to và khá kềnh càng.
Kiến trúc hệ thống cho mạng 4G LTE/SAE chỉ cho E-UTRAN của
2.1 12
LTE
2.2 eNodeB kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 15
2.3 MME kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 17
2.4 S-GW kết nối tới các nút logic khác và các chức năng chính 18
2.5 Các kết nối của P-GW với các nút logic khác và chức năng chính 19
2.6 Biểu diễn tần số -thời gian của một tín hiệu OFDM 21
2.7 Cấp phát sóng mang con cho OFDM và OFDMA 22
2.8 Cấu trúc khung loại 1 23
2.9 Cấu trúc khung loại 2 23
2.10 Lưới tài nguyên đường xuống 24
2.11 Phát và thu OFDMA 25
2.12 Sơ đồ khối DFT-S-OFDM 27
2.13 Lưới tài nguyên đường lên 28
2.14 Phát và thu hướng lên LTE 30
2.15 Các chế độ truy nhập kênh vô tuyến 31
Các yêu cầu an ninh cơ bản đối với các phần tử và các giao diện
3.1 34
trong EPS
3.2 Các chức năng an ninh và các mức giao thức 35
3.3 Các chức năng an ninh và các phần tử mạng EPS 35
3.4 Các thủ tục an ninh khi UE khởi xướng kết nối đến EPS. 36
3.5 Kiến trúc NDS cho các mạng dựa trên IP 37
3.6 Hiệu ứng của ESP trong chế độ tunnel 39
3.7 Quá trình cấp chứng nhận an ninh cho eNodeB 40
3.8 An ninh nút chuyển tiếp 41
3.9 Mô hình an ninh IMS (SIP) tổng quát. 41
viii
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một nghành công nghiệp phát triển vô
cùng mạnh mẽ, các hệ thống của mạng di động không ngừng phát triển nhằm cung cấp
cho người dùng sử dụng các dịch vụ thoại, truyền số liệu và đặc biệt là các dịch vụ
băng rộng ở mọi lúc mọi nơi.
Khi thuê bao di động thực hiện các dịch vụ băng rộng vấn đề mất an toàn thông
tin cần được quan tâm, thông qua các cơ chế xác thực, mã khóa để đảm bảo cho người
dùng là vấn đề cấp thiết phải thực hiện, việc sử dụng ngày càng nhiều các giao diện và
các giao thức mới tạo cơ hội sử dụng mạng với mục đích xấu. Các tấn công này có thể
làm mất khả năng hoạt động của mạng, làm mất tính toàn vẹn cũng như tính bảo mật
của các dịch vụ mạng. Cần phải có các biện pháp an ninh để bảo vệ mạng viễn thông
khỏi các tấn công này.
Ở thời điểm hiện nay mạng di động 4G đã và đang được xây dựng trên khắp thế
giới nhằm đáp ứng cho hàng tỉ người mong muốn được truy nhập với tốc độ cao. Công
nghệ LTE là mạng truy nhập di động sẽ đóng vai trò quan trọng trong tổng thể hạ tầng
cung cấp các dịch vụ tương lai. Với sự kế thừa các đặc trưng trong lĩnh vực di động
cộng với đặc tính mạng all-IP dẫn đến nhiều yêu cầu cũng như giải pháp cho vấn đề an
ninh trong miền mạng LTE.
Xuất phát từ những vấn đề trên em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “
Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE”. Mục tiêu cơ bản là nêu ra những cơ
chế an ninh được áp dụng trong hệ thống LTE đã đáp ứng được nhu cầu của người sử
dụng.
Nội dung đồ án được trình bày trong 3 chương:
Chương I : Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động .
Chương II : kiến trúc và giao thức mạng của hệ thống LTE.
Chương III : An ninh trong công nghệ LTE.
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 1
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
CHƯƠNG I QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Giới thiệu chương 1
Khi mới triển khai, hệ thống thông tin di động 1G mới chỉ cung cấp cho người sử
dụng dịch vụ thoại, nhưng nhu cầu về truyền hình số liệu tăng lên đòi hỏi các nhà khai
thác mạng phải nâng cấp rất nhiều tính năng mới cho mạng và cung cấp các dịch vụ
giá trị gia tăng theo cơ sở khai thác mạng hiện có. Từ đó các nhà khai thác đã triển
khai hệ thống di động 2G, 2.5G để cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao hơn. Để
cung cấp trực tiếp tin tức và các thông tin khác cho các thiết cho các thiết bị vô tuyến
sẽ tạo ra nguồn lợi nhuận mới cho nhà khai thác.
Do nhu cầu sử dụng công nghệ thông tin càng cao nên đòi hỏi công nghệ cũng
phải phát triển, phải chuyển đổi sang hệ thống thông tin di động mới đó là thế hệ thứ
ba để đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người. Nhưng tốc độ hiện tại của thế hệ
thứ ba không thể đáp ứng được các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao nên tổ chức
viễn thông trên thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời hệ thống thông tin di động 4G.
Hình 1.1 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động
1.1.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G)
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu
tương tự, là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi mào ở Nhật vào
năm 1979. Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy
nhập phân chia theo tần số FDMA .
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 2
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
Hình 1.2 Tiêu biểu cho thế hệ mạng di động 1G là các thiết bị thu phát tin hiệu
analog to và khá kềnh càng.
Một số hệ thống điển hình:
o NMT (Nordic Mobile Telephone-Điện thoại di động Bắc Âu) : Sử dụng
băng tần 450MHz triển khai tại các nước Bắc Âu, Tây Âu và Nga vào năm
1981.
o TACS (Total Access Communication System-Hệ thống truyền thông truy
nhập toàn phần ): Triển khai ở Anh vào năm 1985
o AMPS (Advance Mobile Phone System -Hệ thống điện thoại tiên tiến):
Triển khai tại Mỹ và Úc vào năm 1978 tại băng tần 800MHz.
có những nhược điểm sau:
o Dịch vụ đơn thuần là thoại
o Chất lượng thấp
o Bảo mật kém
o Dung lượng thấp
Với những đặc điểm nói trên thì thế hệ thứ nhất (1G ) không thể đáp ứng nhu cầu
cho người sử dụng.
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 3
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
1.1.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G)
Hệ thống 2G dựa trên công nghệ kỹ thuật số, dùng kỹ thuật đa truy nhập phân
chia theo thời gian (TDMA-Time Division Multiple Access): Phục vụ các cuộc gọi
theo các khe thời gian khác nhau và kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA-
Code Division Multiple Access): Phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau.
Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời
gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc
biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS. Theo đó, các tin hiệu
thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã
hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng
thông, tiết kiệm thời gian và chi phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận
trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát
nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…
Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn so với thế hệ 1G với những đặc điểm sau:
o Dung lượng tăng
o Chất lượng thoại tốt hơn
o Nhiều dịch vụ kèm theo như: fax, SMS, truyền dữ liệu..
o Bảo mật tốt.
Một số hệ thống điển hình như:
o GSM (Global System for Mobile phone- Hệ thống thông tin di động toàn
cầu): Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
được triển khai tại Châu Âu.
o IS-136 aka D-AMPS (Interim Standard-136 Digital Advance Mobile
Phone System) Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời
gian (TDMA). Đã từng là mạng lớn nhất trên thị trường Mỹ nay đã
chuyển sang GSM.
o PDC (Personal Digital cellular- Hệ thống tổ ong cá nhân): Sử dụng
phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được triển
khai tai Nhật Bản.
o IS-95(CDMA one): Sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo mã
(CDMA) được triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 4
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
Mặc dù hệ thống thông tin di đông 2G được coi là những tiến bộ đáng kể nhưng
vẫn gặp phải những hạn chế sau: Tốc độ thấp và tài nguyên hạn hẹp vì thế cần thiết
phải chuyển đổi lên mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo để đáp ứng được nhu cầu
của người sử dụng.
1.1.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G)
Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động cho phép truyền cả
dữ liệu thoại và ngoài thoại (tải dữ liệu , gửi mail, hình ảnh….). 3G cung cấp cả hai
dịch vụ đó là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng
truy cập Radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Ưu điểm của hệ thống 3G
là: tốc độ truyền dữ liệu cao, cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh
chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác
nhau.
Các hệ thống điển hình như:
o UMTS (Universal Mobile Telecommunication System- Hệ thống viễn
thông di động toàn cầu) dựa trên công nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA,
là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động
(Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và
một phần Châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS được tiêu chuẩn hóa bởi
tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho
GSM, GPRS và EDGE.
o CDMA2000: Chuẩn này là sự tiếp nối đối với các hệ thống đang sử dụng
công nghệ CDMA trong thế hệ 2G. CDMA 2000 được quản lý bởi 3GPP2
một tổ chức độc lập và được tách rời bởi 3GPP của UMTS. Có tốc độ
truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.
o TD-SCDMA: Đây là chuẩn 3G của Trung Quốc, dùng song công TDD, có
thể hoạt động trên dải tần hẹp 1,6MHz (cho tốc độ 2Mbps) hay 5MHz
(cho tốc độ 6Mbps).
1.1.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ tư (4G)
Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các
công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng
và chất lượng dịch vụ cao hơn.Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế
(ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 5
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
hệ thứ tư (4G) ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này. Công nghệ này sẽ
cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất
nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay. Về lý thuyết, theo tính toán dự
kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tớí 288 Mb/s.
Bảng 1.1 Bảng tổng kết các thế hệ thông tin di động.
Thế hệ thông
Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích
tin di động
AMPS,
Thế hệ 1(G) Thoại FDMA, tương tự
TACS,NMT
Chủ yếu cho
GSM, IS-136, thoại kết nối TDMA hoặc CDMA, công nghệ
Thế hệ 2(G)
IS-95 với dịch vụ bản số,băng hẹp (8-13Kbps)
tin ngắn
Chủ yếu vẫn là TDMA( kết hợp nhiều khe thời gian
thoại, dịch vụ hoặc tần số) hoặc CDMA, sử dụng
Thế hệ GPRS,EDGE,
số liệu gói tốc phổ tần chồng lên phổ tần của hệ
2.5(G) cdma2000 1x
độ thấp và thống 2(G), tăng cường truyền số
trung bình liệu gói. Tốc độ tối đa đạt 144Kbps.
CDMA,CDMA/TDMA,băng
Truyền dẫn
Cdma20001x, rộng,riêng cdma20001x EV sử dụng
thoại và dịch
Thế hệ 3(G) cdma2000, phổ chồng lên phổ của hệ thống
vụ số liệu đa
WCDMA 2(G). Tốc độ tối đa của đường
phương tiện
xuống 2Mbps,đường lên 384Kbps.
Phát triển từ 3(G),CDMA/HS-
Tích hợp DSCH.HSDPA cho tốc độ tối đa
HSDPA, thoại,dịch vụ đường xuống 14.4Mbps.HSUPA có
Thế hệ
HSUPA, số liệu và đa tốc độ đường lên tối đa
3.5(G)
HSOPA phương tiện 5.7Mbps.HSOPA cho tốc độ
tốc độ cao. Downlink/Uplink tối đa là
200Mbps/100Mbps.
Truyền dẫn OFDMA, MC/DS-CDMA, tốc độ tối
thoại, số liệu đa ở môi trường trong nhà
Thế hệ 4(G) LTE,WIMAX ,đa phương 5Gbps,100Mbps môi trường ngoài
tiện tốc độ cực trời trên đối tượng chuyển động
cao nhanh (250km/h).
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 6
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua. Tuy
nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để
phát triển cho chuẩn 4G. Các cơ sở quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó
chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt
là sự xuất hiện của ba công nghệ cho sự phát triển mạng di động tế bào LTE (Long –
Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WIMAX II (IEEE 802.16m). Ba
công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G chúng sẽ là các công nghệ
quan trọng giúp ITU xây dựng và phát hành cho chuẩn 4G.
UMB (Ultra Mobile Broadband-siêu băng rộng di động):
Chuẩn UMB hiện nay được phát triển bởi 3GPP2 với kế hoạch là sẽ thương mại
hóa trước năm 2009. UMB được các tổ chức viễn thông của Nhật Bản, Trung Quốc,
Bắc Mỹ và Hàn Quốc cùng với các hãng như Alcatel-Lucent, Apple, Motorola, NEC
và Verizon Wireless phát triển từ nền tảng CDMA.
UMB có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25 MHz đến 20 MHz và làm
việc ở nhiều dải tần số, với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288 Mb/s cho luồng xuống và
75 Mb/s cho luồng lên với độ rộng băng tần sử dụng là 20 MHz. Qualcomm là hãng đi
đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù hãng này cũng đồng thời phát triển cả công
nghệ LTE.
Sử dụng các kỹ thuật tiên tiến như: Kỹ thuật anten (MIMO - Multipe Input
Multiple Output) và đa truy nhập phân chia theo không gian (SDMA - Spatial Division
Multiple Access).
WIMAX II
Wimax (Worldwide Interoperability Microwave Access): là một công nghệ
không dây băng rộng, hổ trợ khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng
cố định và mạng không dây di động. Hai phiên bản của Wimax được IEEE đưa ra như
sau:
o Fixed Wimax (Wimax cố định ): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16 – 2004
được thiết kế thích hợp cho truy nhập cố định. Trong phiên bản này sử
dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonnal Fryquency Division multiple ).
o Mobile Wimax (Wimax di động): Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.16e, hổ
trợ cho mạng di động, cung cấp khả năng chuyển vùng và chuyển mạng.
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 7
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
Tiêu chuẩn này sử dụng phương thức đa truy nhập ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao OFDM. Là sự kết hợp gữa kỹ thuật ghép kênh và kỹ
thuật phân chia tần số có tính trực giao, rất phù hợp với môi trường truyền
dẫn đa đường nhằm tăng thông lượng cũng như dung lượng mạng, tăng độ
linh hoạt trong việc quản lý tài nguyên, tận dụng tối đa phổ tần, cải thiện
khả năng phủ sóng với các loại địa hình đa dạng, phiên bản này được hợp
chuẩn năm 2005.
3GPP LTe
Cụm từ 3GPP LTE (The Third Generation Partnership Project Long Term
Evolution) được dùng để để nói về một công nghệ di động mới đang được phát triển
và chuẩn hóa bởi 3GPP. Dự án được bắt đầu từ cuối năm 2004, nhằm đảm bảo tính
cạnh tranh của mạng 3G trong vòng 10 năm tới. Mặc dù 3GPP đã phát triển HSDPA,
HSUPA để tăng dung lượng truyền (data rate) đến tốc độ lý thuyết lớn khoảng 14.4
Mbps, nhưng 3G HSPA vẫn không thể cung cấp những dịch vụ như Video, TV...
Đứng trước sự ra đời và cạnh tranh của IEEE 802.16e (WiMAX), công nghệ hứa hẹn
sẽ đạt dung lượng truyền khoảng 70Mbps, 3GPP buộc phải phát triển 3G LTE để có
thể đứng vững.
Hệ thống 3GPP LTE là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không
dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UTMS, và là một trong những công nghệ
tiềm năng nhất cho truyền thông 4G.
3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa
phương tiện với tốc độ trên 100Mb/s khi di chuyển ở tốc độ 3Km/h và đạt 30Mb/s khi
di chuyển ở tốc độ cao 120Km/h. Tốc độ truyền này nhanh hơn gấp 7 lần so với tốc độ
truyền dữ liệu của công nghệ HSDPA (truy nhập gói dữ liệu tốc độ cao). Do công
nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao trong khi di chuyển
ở bất kỳ tốc độ nào nên nó có thể hỗ trợ sử dụng các dịch vụ chứa dữ liệu có dung
lượng lớn với độ phân giải cao ở cả điện thoại di động….
LTE - Advanced
LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) là sự tiến hóa trong tương lai
của công nghệ LTE, công nghệ dựa trên OFDMA này được chuẩn hóa bởi 3GPP trong
phiên bản (Release) 8 và 9. LTE-Advanced, dự án được nghiên cứu và chuẩn hóa bởi
3GPP vào năm 2009 với các đặc tả được mong đợi hoàn thành vào quý 2 năm 2010
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 8
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
như là một phần của Release 10 nhằm đáp ứng hoặc vượt hơn so với những yêu cầu
của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thế hệ thứ 4(4G) IMT-Advanced được thiết lập
bởi ITU. LTE-Advanced sẽ tương thích ngược và thuận với LTE, nghĩa là các thiết bị
LTE sẽ hoạt động ở cả mạng LTE Advanced mới và các thiết bị LTE-Advanced sẽ
hoạt động ở cả các mạng LTE cũ gần đây, ITU đã đưa ra các yêu cầu cho IMT-
Advanced nhằm tạo ra định nghĩa chính thức về 4G. Thuật ngữ 4G sẽ áp dụng trên các
mạng tuân theo các yêu cầu của IMT-Advanced xoay quanh báo cáo ITU-R M.2134.
Một số yêu cầu then chốt bao gồm:
o Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến và bao gồm 40 MHz.
o Khuyến khích hỗ trợ các độ rộng băng tần rộng hơn (chẳng hạn 100 MHz)
Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu là 15 b/s/Hz (giả sử
sử dụng MIMO 4x4)
o Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu là 6,75 b/s/Hz (giả sử
sử dụng MIMO 4x4)
o Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1,5 Gb/s (trong phiên bản trước đây,
1Gb/s thường được coi là mục tiêu của hệ thống 4G).
Hiện tại chưa có công nghệ nào đáp ứng những yêu cầu này. Nó đòi hỏi những
công nghệ mới như là LTE-Advanced và IEEE 802.16m. Một số người cố gắng dán
nhãn các phiên bản hiện tại của WiMAX và LTE là 4G nhưng điều này chỉ chính xác
đối với phiên bản tiến hóa của các công nghệ trên, chẳng hạn LTE-Advanced, còn
LTE chỉ có thể gọi với cái tên không chính thức là 3,9G. LTE sử dụng kỹ thuật đa truy
nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA ở đường xuống. Trong khi đó, ở đường
lên, LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - đơn sóng mang SC-
FDMA.
1.1.4.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tư của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS là thế hệ thứ
ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh
cho hệ thống này trong tháng 11/2004, 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước
phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi LTE (Long –Term
Evolution), 3GPP đã đặt ra yêu cầu cao cho LTE.
Các mục tiêu cơ bản của công nghệ này:
o Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20MHz
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 9
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
Tải lên : 50Mbps
Tải xuống : 100Mbps
o Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1MHz
so với mạng HSDPA Rel.6.
Tải lên gấp 2 đến 3 lần.
Tải xuống gấp 3 đến 4 lần
o Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0-15Km/h. Hoạt
động tốt với tốc độ từ 15-120km/h vẫn duy trì hoạt động khi thuê bao duy
chuyển với tốc độ từ 120-350km/h (có thể 500km/h tùy vào băng tần).
o Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm
chút ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30-100km thì không hạn chế dung
lượng, hơn 200 người /ô thì băng thông là 5MHz.
o Dải tần vô tuyến của hệ thống LTE có khả năng mở rộng từ 1.25MHz,
1.6MHz, 10MHz, 15MHz và 20MHz cả chiều lên và chiều xuống. Điều
này dẫn đến sự linh hoạt sử dụng được hiệu quả băng thông. Mức thông
suất cao hơn khi hoạt động ở băng tần cao và đối với một số ứng dụng
không cần đến băng tần rộng chỉ cần một băng tần vừa đủ thì cũng được
áp dụng.
o Giảm độ trễ trên mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển.
Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt điều khiển: Giảm
thời gian để một thiết bị đầu cuối (UE-User Equipment) chuyển
từ trạng thái nghỉ sang kết nối với mạng và bắt đầu truyền thông
tin trên một kênh truyền thời gian này phải nhỏ hơn 100ms.
Giảm độ trễ ở mặt phẳng người dùng: Nhược điểm của các mạng
tổ ong (ô) hiện nay có độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các
mạng đường dây cố định. Điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến các ứng
dụng như thoại và chơi game…vì cần thời gian thực. Giao diện vô
tuyến của LTE và mạng lưới cung cấp khả năng độ trễ dưới 10ms
cho việc truyền tải một gói tin từ mạng tới UE.
o Sẽ không còn chuyển mạch kênh: Tất cả sẽ dựa trên IP, một trong những
tính năng đáng kể nhất của LTE. Là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn
toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa.
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 10
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
o Giảm chi phí: Yêu cầu được đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu được
chi phí trong khi vẫn duy trì được hiệu suất nhằm đáp ứng được cho tất cả
các dịch vụ. Các vấn đề đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên
quan đến yếu tố chi phí.
o Độ phức tạp thấp và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lượng.
Bẳng 1.2 Bẳng so sánh LTE với LTE- Advanced
Đặc tính LTE LTE - Advanced
Tốc độ số liệu đỉnh Downlink 326Mbps 1Gbps
Uplink 86Mbps 500Mbps
Băng thông
- Tìm hiểu vấn đề an ninh trong công nghệ LTE
CHƯƠNG II KIẾN TRÚC VÀ TRUY NHẬP VÔ TUYẾN
TRONG LTE
2.1 Mở đầu chương 2
Chương này giới thiệu tổng quan về kiến trúc và truy nhập vô tuyến của công
nghệ LTE, các phần tử và chức năng của các phần tử đó trong mạng. Qua đó hiểu
được các hoạt động của công nghệ LTE. Kiến trúc mạng của công nghệ LTE khá đơn
giản so với các công nghệ trước đó của 3GPP.
2.2 Kiến trúc mạng
Hình 2.1 mô tả kiến trúc và các phần tử mạng 4G LTE/ SAE trong đó chỉ có
phần truy nhập vô tuyến E-UTRAN, các nút logic và kết nối trên hình vẽ thể hiện cấu
hình kiến trúc hệ thống cơ sở.
Hình 2.1 Kiến trúc hệ thống cho mạng 4G LTE/SAE chỉ cho E-UTRAN của LTE
E-UTRAN: Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network: Mạng
truy nhập vô tuyến UMTS phát triển, EPC: Evolved Packet Core: Lõi gói
phát triển, MME: Mobility Management Entity: Thực thể quản lý di động,
SAE: System Architecture Evolution: Phát triển kiến trúc hệ thống, PCRF:
Policy and Charging Rules Function: chức năng các quy tắc tính cước và
chính sách, HSS: Home Subsscriber Server: Server thuê bao nhà, S-GW:
SVTH: Nguyễn Thị Nguyệt – Lớp: CCVT05A 12
nguon tai.lieu . vn
