Thạc Sĩ Nghiên cứu vấn đề chất lượng mạng dịch vụ và an toàn bảo mật trong mạng WIMAX

LUẬN VĂN THẠC SỸKHOA HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆTHÔNG TIN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN vii
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀMẠNG WiMAX 4
1.1 Công nghệWiMAX . 5
1.1.1 Khái niệm và ứng dụng của WiMAX 5
1.1.2 Các phiên bản WiMAX 6
1.1.3 Chứng nhận sản phẩm WiMAX . 9
1.1.4 Sựphát triển của công nghệWiMAX 11
1.2 Chuẩn 802.16 . 12
1.2.1 Bộchuẩn 802.16 . 12
1.2.2 Chuẩn 802.16-2004 13
1.2.2.1 Mô hình chuẩn 802.16-2004 13
1.2.2.2 Lớp con hội tụ 15
1.2.2.3 Lớp con phần chung 15
1.2.2.4 Lớp con bảo mật 18
1.2.2.5 Lớp vật lý . 20
1.3 Xu hướng phát triển của mạng không dây băng thông rộng 22
1.3.1 Các công nghệmạng không dây băng thông rộng . 22
1.3.2 Xu hướng tích hợp các công nghệmạng 25
1.4 Kết chương . 27
Chương 2. KIẾN TRÚC MẠNG WiMAX . 28
2.1 Mô hình lý thuyết . 29
2.1.1 Mô hình tổng thể 29
2.1.2 Mô hình tham chiếu mạng dịch vụtruy cập . 32
2.1.3 Mô hình tham chiếu mạng dịch vụkết nối . 35
2.2 Các đặc điểm khi triển khai 36
2.3 Bản tin điều khiển 39
2.4 Kết chương . 42
Chương 3. VẤN ĐỀCHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 43
3.1 Yêu cầu và đặc điểm chung . 44
3.2 Mô hình chất lượng dịch vụ . 45
3.3 Cơchế đảm bảo chất lượng dịch vụcủa IEEE 802.16 49
3.3.1 Phân loại luồng dịch vụ 49
3.3.2 Quản trịluồng dịch vụ động . 51
3.3.2.1 Giao dịch 51
3.3.2.2 Tạo luồng dịch vụ động . 52
3.3.2.3 Thay đổi luồng dịch vụ động . 54
3.3.2.4 Xoá luồng dịch vụ động . 56
3.3.3 Mô hình kích hoạt 2 pha . 57
3.4 Hoàn thiện giải pháp chất lượng dịch vụtrong IEEE 802.16 58
3.4.1 Phân tích vấn đề 58
3.4.2 Hoàn thiện cơchếkiểm soát cho phép . 62
3.4.3 Hoàn thiện vấn đềlập lịch gói tin đường lên . 63
3.4.3.1 Ý tưởng thuật toán DRR 63
3.4.3.2 Nội dung thuật toán DRR 64
3.4.3.3 Áp dụng thuật toán DRR trong vấn đềlập lịch đường lên 68
3.5 Kết chương . 74
Chương 4. VẤN ĐỀAN TOÀN BẢO MẬT 75
4.1 Yêu cầu và đặc điểm chung . 76
4.2 Mô hình an toàn bảo mật 78
4.2.1 Mô hình kéo không chuyển vùng . 79
4.2.2 Mô hình kéo có chuyển vùng . 81
4.3 Cơchếan toàn bảo mật của IEEE 802.16 83
4.3.1 Liên kết bảo mật . 83
4.3.2 Chứng nhận X.509 85
4.3.3 Giao thức uỷquyền quản lý khoá riêng . 86
4.3.4 Giao thức quản lý khoá riêng . 88
4.3.5 Mã hoá 90
4.4 Phân tích vấn đềan toàn bảo mật của IEEE 802.16 91
4.4.1 Tấn công làm mất xác thực 92
4.4.1.1 Đối với IEEE 802.11 . 92
4.4.1.2 Đối với IEEE 802.16 . 93
4.4.2 Tấn công lặp lại 94
4.4.2.1 Đối với IEEE 802.11 . 94
4.4.2.2 Đối với IEEE 802.16 . 94
4.4.3 Tấn công sửdụng điểm truy cập giảdanh 95
4.4.3.1 Đối với IEEE 802.11 . 95
4.4.3.2 Đối với IEEE 802.16 . 96
4.4.4 Tấn công RNG-RSP . 97
4.4.5 Tấn công Auth Invalid 100
4.4.6 Đánh giá và đềxuất 104
4.5 Kết chương . 106
KẾT LUẬN 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

LỜI MỞ ĐẦU
Xu thếphát triển viễn thông hiện nay trên thếgiới mang tính chất hội tụ,
đáp ứng các nhu cầu thiết yếu và đòi hỏi của xã hội vềtốc độtruyền tin, độ
chính xác và sự đa dạng hoá các dịch vụ. Để đáp ứng các yêu cầu đó, nhiều
công nghệmới đã được nghiên cứu và ra đời như3G, Wi-Fi, WiMAX, .
Công nghệ đang được chú trọng quan tâm là WiMAX.
Công nghệWiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
là công nghệtruy nhập vô tuyến băng rộng cho một vùng rộng dựa trên chuẩn
IEEE 802.16 sửdụng băng tần thấp hơn 66 GHz bao gồm các phiên bản đòi
hỏi và không đòi hỏi tầm nhìn thẳng. Mạng truy cập không dây băng thông
rộng dựa trên công nghệWiMAX (gọi tắt là mạng WiMAX) cung cấp các
dịch vụ đa phương tiện trên nền IP như điện thoại có hình ảnh, điện thoại di
động, truyền dữliệu tốc độcao, truyền hình theo yêu cầu, . WiMAX có ưu
thếvượt trội so với các công nghệcung cấp dịch vụbăng thông rộng hiện nay
vềtốc độtruyền dữliệu và giá cảthấp do cung cấp các dịch vụtrên nền IP.
Trên thếgiới, mạng WiMAX đang được tiến hành thửnghiệm tại nhiều
nước, tập trung cho vùng thưa dân cư, dịch vụcung cấp chủyếu là truy cập
Internet băng rộng cố định. Theo đánh giá của Maravedis Inc, thịtrường viễn
thông băng rộng có tốc độtăng trưởng bình quân hàng năm 30%. Việc xuất
hiện một công nghệmới nhưWiMAX cho phép triển khai nhanh dịch vụvới
giá cảthấp sẽlàm bùng nổthịtrường trong những năm tới.
Tại Việt Nam, hiện tại có 4 doanh nghiệp được cấp phép thửnghiệm
mạng WiMAX. Việc cấp phép thiết lập mạng WiMAX cung cấp dịch vụviễn
thông sẽ được xem xét sau khi đánh giá các báo cáo kết quảthửnghiệm.
WiMAX là một công nghệhoàn toàn mới mẻvà chưa được triển khai
rộng rãi. Các chuẩn vẫn đang được xây dựng, hoàn thiện và vẫn còn nhiều
vấn đề được các nhà nghiên cứu, triển khai quan tâm. Hai vấn đề được chú
trọng là chất lượng dịch vụvà an toàn bảo mật của mạng WiMAX.
Nhiệm vụcủa luận văn là nghiên cứu vấn đềchất lượng dịch vụvà an
toàn bảo mật trong mạng WiMAX. WiMAX định nghĩa hai chế độhoạt động
là PMP và Mesh. Các nghiên cứu trong phạm vi đềtài tập trung nghiên cứu
chế độPMP, chế độ được ứng dụng phổbiến. Nội dung chủyếu của đềtài
được tóm tắt trong 4 chương:
- Chương 1: Tổng quan vềmạng WiMAX
Trong chương này, đầu tiên chúng ta sẽtìm hiểu vềkhái niệm, ứng dụng
của WiMAX, các phiên bản WiMAX, chứng nhận sản phẩm WiMAX và sự
phát triển của công nghệWiMAX. Sau đó, chúng ta sẽtìm hiểu vềbộchuẩn
802.16. Các nghiên cứu vềchuẩn 802.16 nếu không chỉrõ thì đó là chuẩn
802.16-2004. Cuối cùng, chúng ta sẽtìm hiểu vềxu hướng phát triển mạng
không dây băng thông rộng.
- Chương 2: Kiến trúc mạng WiMAX
Trong chương này, chúng ta sẽnghiên cứu mô hình lý thuyết của kiến
trúc mạng WiMAX mà diễn đàn WiMAX đưa ra, các đặc điểm khi triển khai
và cấu trúc của bản tin điều khiển giữa các thực thểchức năng trong mô hình.
- Chương 3: Vấn đềchất lượng dịch vụ
Chúng ta sẽtìm hiểu vềmô hình các thực thểchức năng đảm bảo chất
lượng dịch vụdo diễn đàn WiMAX đưa ra. Sau đó, nghiên cứu vềcơchế đảm
bảo chất lượng dịch vụmà IEEE 802.16-2004 hỗtrợ. Cuối cùng, chúng ta tập
trung phân tích hoàn thiện cơchế đảm bảo chất lượng dịch vụcủa IEEE
802.16 với chế độhoạt động PMP và sửdụng ghép kênh theo thời gian, đề
xuất cơchếkiểm soát cho phép và đềxuất phương pháp đểáp dụng thuật toán
DRR vào việc lập lịch gói tin đường lên.
- Chương 4: Vấn đềan toàn bảo mật
Chúng ta sẽtìm hiểu vềmô hình các thực thểchức năng đảm bảo an toàn
bảo mật do diễn đàn WiMAX đưa ra. Sau đó, nghiên cứu vềcơchế đảm bảo
an toàn bảo mật mà IEEE 802.16-2004 hỗtrợ. Cuối cùng, chúng ta tập trung
phân tích những ưu điểm mà IEEE 802.16-2004 đã khắc phục từnhững hạn
chếan toàn bảo mật của IEEE 802.11, những điểm yếu còn tồn tại của IEEE
802.16-2004, những đềxuất khắc phục hạn chế, cũng nhưxem xét những cải
tiến mới nhất mà IEEE 802.16e-2005 đã bổsung hoàn thiện.