PHẦN 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHUYỂN VÙNG

Chuyển vùng trong Wi-Fi thường được hiểu là quá trình khi một thiết bị đầu cuối ngắt kết nối (disassociates) với một AP (hoặc một basic service set – BSS) và kết nối lại (reassociate) với một AP khác trong cùng một Extended Service Set (ESS). Các AP được coi là cùng một ESS nếu chúng được kết nối với nhau qua một hệ thống phân phối – thường là một mạng Ethernet.

Quá trình chuyển vùng bao gồm các bước sau:

• Theo dõi cường độ tín hiệu (Monitoring Singal Strength): Thiết bị di động (Thiết bị đầu cuối) sẽ theo dõi cường độ tín hiệu của kết nối, nếu cường độ tín hiệu dưới một ngưỡng nào đó, thiết bị sẽ bắt đầu tìm kiếm AP khác có thể làm ứng cử viên cho việc chuyển vùng.
• Quét các mục tiêu chất lượng có thể thực hiện chuyển vùng (Scanning for Qualitied Roaming Targets): Là việc thiết bị đầu cuối quét các beacon frame hoặc gửi các gói probe request hoặc thực hiện cả 2. Việc này được thực hiện khi cường độ tín hiệu Received Signal Strength Indicator (RSSI) xuống dưới ngưỡng. Tuy nhiên tùy thuộc vào thuật toán của thiết bị, việc quét này cũng có thể được thực hiện thường xuyên/định kỳ bởi thiết bị mà không cần đợi cường độ tín hiệu xuống dưới ngưỡng.
• Đánh giá các AP (Parsing Discovered Aps): Sau khi quét và nhận được danh sách các AP, thiết bị đầu cuối sẽ sắp xếp các thông tin thu thập được theo một logic nào đó để có thể lựa chọn được AP phù hợp phục vụ cho việc chuyển vùng. Quyết định lựa chọn AP nào phụ thuộc và thay đổi theo thiết bị. Một số thiết bị có thể sẽ lựa chọn theo tín hiệu mạnh nhất trên kênh hiện tại, một số khác lại có thể lựa chọn trên cả các kênh khác. Tuy nhiên, các nhà sản xuất thường không công bố các tài liệu về thuật toán lựa chọn này.
• Kết nối lại với AP mục tiêu (Reassociation with the Target AP): Cuối cùng, thiết bị đầu cuối sẽ thực hiện việc chuyển vùng đến AP đã được lựa chọn bao gồm quá trình xác thực (authentication) và kết nối (association) (và có thể bao gồm thêm một số quá trình khác phụ thuộc vào cấu hình bảo mật của hệ thống)

Các thông số cần quan tâm trong chuyển vùng:

• Signal Strength: Được đo bằng dBm (decibels to milliwatt) hoặc RSSI (Received Signal Strength Indicator). Cường độ tín hiệu (signal strength) là công suất của tín hiệu nhận được của thiết bị đầu cuối. Thiết bị sẽ sử dụng giá trị này để đánh giá chất lượng của AP khi cần chuyển vùng và quyết định khi nào thì cần thực hiện việc chuyển vùng.
• SNR: Tỉ số tín trên tạp – signal-to-noise ratio (SNR) là tỉ số công suất của tín hiệu nhận được và nhiễu của môi trường hay còn gọi là nhiễu nền (noise floor). SNR được sử dụng trong việc lựa chọn tốc độ truyền và có thể được sử dụng bởi AP để từ chối bản tin probe request. SNR thường được đo bằng dB. Ví dụ, nếu nhiễu nền có giá trị là -95dBm và tín hiệu có giá trị là -75dBm thì SNR sẽ là 20dB.
• Data Rate: Là tốc độ truyền tín hiệu (bits) qua môi trường truyền dẫn không dây. Lưu ý rằng tốc độ này không phải là tốc độ truyền dữ liệu (throughput). Tốc độ truyền dữ liệu thường là tốc độ truyền dữ liệu được đo tại layer 4 (TCP hoặc UDP traffic). Tốc độ truyền tín hiệu thường được xem là một yếu tố trong việc quyết định chuyển vùng của thiết bị.
• Retries: Khi một thiết bị đầu cuối (wireless station) không nhận được thông tin xác nhận (acknowledgement) cho một frame được truyền đi, nó sẽ gửi lại frame đó. Hành động này được gọi là retry. Tỉ lệ retry cao có thể sẽ kích hoạt quá trình quét để chuyển vùng. Thêm vào đó, việc này cũng có thể dẫn đến việc thay đổi data rate xuống mức thấp hơn. Tuy nhiên, việc kích hoạt các cơ chế này phụ thuộc vào các thuật toán được phát triển bởi các nhà sản xuất AP cũng như thiết bị đầu cuối.
• CRC errors: CRC error xuất hiện tại thiết bị nhận khi dữ liệu truyền bị lỗi. Số CRC error cao cũng sẽ dẫn đến việc kích hoạt quá trình quét để chuyển vùng.

Các cách thức thực hiện việc quét trong Chuyển vùng:

     Các hãng sản xuất thiết bị có thể sử dụng thuật toán quét chuyển vùng theo kiểu preemptive discovery (Quét ưu tiên) hoặc roam-time discovery (Quét tại thời điểm chuyển vùng). Với preemptive, thiết bị sẽ quét các AP mục tiêu tiềm năng trước khi việc chuyển vùng thực sự diễn ra. Ngược lại, khi thiết bị sử dụng thuật toán chuyển vùng theo hình thức roam-time discovery, thiết bị sẽ quét các AP mục tiêu tiềm năng chỉ sau khi nó đã quyết định là phải thực hiện việc chuyển vùng. Sự khác biệt nằm ở ngưỡng quét (scanning threshold) và ngưỡng chuyển vùng (roaming threshold). Ngưỡng quét thường được dựa trên cường độ tín hiệu, tỉ lệ mất beacon hoặc cả 2. Khi đạt ngưỡng, thiết bị sẽ quét các AP mục tiêu tiềm năng, tuy nhiên thiết bị sẽ chưa thực sự thực hiện việc chuyển vùng tới AP mục tiêu cho đến khi đạt đến một ngưỡng khác, đó là ngưỡng chuyển vùng.

     Ngưỡng chuyển vùng có thể đạt được khi cường độ tín hiệu của AP mục tiêu bằng với AP hiện tại hoặc là cường độ tín hiệu của AP mục tiêu lớn hơn AP hiện tại.

    Thiết bị sử dụng thuật toán roam-time discovery sẽ không tìm kiếm các AP khác cho đến khi thiết bị quyết định việc phải chuyển vùng. Chính vì vậy, việc này thường dẫn tới vấn đề sticky-client (là hiện tượng thiết bị vẫn duy trì kết nối với một AP mặc dù chất lượng kết nối kém mà không thực hiện chuyển vùng sang AP khác có chất lượng kết nối tốt hơn), vì vậy thuật toán này không được khuyến khích sử dụng. Tuy nhiên, hiện vẫn có nhiều nhà sản xuất sử dụng thuật toán này, cho nên trong quá trình thiết kế một mạng WLAN vẫn nên để ý vấn đề này. Thêm vào đó, việc sử dụng thuật toán roam-time discovery cũng sẽ dễ dẫn đến việc mất kết nối của thiết bị với AP hiện tại trước khi kết nối với AP khác. Việc này làm giảm đáng kể chất lượng của một mạng WLAN và cũng có thể làm mất kết nối ở các tầng OSI cao hơn bao gồm cả các kết nối voice và video streaming.

     Ví dụ, các driver (trình điều khiển thiết bị) mặc định của nhân Linux thường hay gặp phải vấn đề sticky-client bởi vì các driver này thường sử dụng giá trị tỉ lệ mất beacons. Với việc chỉ sử dụng giá trị này, thiết bị sẽ phải đợi một thời gian quá dài trước khi kết nối tới AP khác. Tuy nhiên, các driver mới đã khắc phục được nhược điểm này.

Các yêu cầu về vùng phủ

Để việc chuyển vùng có hiệu quả, mạng WLAN cần được thiết kết với vùng phủ chồng lấn nhau. Nếu các AP nằm quá xa nhau, các thiết bị đầu cuối sẽ không biết được các AP mục tiêu để chúng có thể chuyển vùng sang trước khi kết nối bị mất với AP hiện tại. Chính vì vậy, các hãng sản xuất thiết bị thường khuyến nghị đặt các AP cách xa nhau khoảng 50 feet (~ 15m).  Tuy nhiên, trong thực tế vị trí, khoảng cách của các AP cần phải được xem xét kỹ lưỡng dựa trên các tham số về công suất phát, hệ số khuếch đại ăng-ten của AP. Ngoài ra các yêu tố về sự hấp thụ sóng của tường, vật liệu cũng sẽ ảnh hưởng đến vùng phủ của AP. Vì vậy, để có một thiết kế tốt, việc khảo sát trước khi triển khai cũng như theo dõi hoạt động của mạng WLAN thường xuyên là hết sức cần thiết, có như vậy thì mới có thể cho phép các thiết bị đầu cuối thực hiện chuyển vùng một cách liền mạch, không bị mất kết nối.

Hình dưới đây mô phỏng sự quan trọng của vùng phủ. Thiết bị đầu cuối có thể chuyển vùng thành công từ AP A sang AP B, nhưng không thể chuyển vùng từ AP B sang AP C. Với thiết kế vùng phủ như hình vẽ sẽ không đảm bảo việc chuyển vùng cho mạng WLAN. Để tránh các thiết kế như kiểu này, cần sử dụng các công cụ khảo sát tốt cũng như các công cụ giám sát trong quá trình thiết kế và vận hành mạng WLAN.

Thời gian Chuyển vùng

Một vấn đề khác cần quan tâm trong chuyển vùng WiFi là thời gian chuyển vùng. Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các tầng trên của mô hình OSI. Về mặt lý thuyết, thời gian chuyển vùng phải nhỏ nhất có thể. Thời gian chuyển vùng chấp nhận được có thể trong các khoảng sau:

• 10-20 ms đối với open networks
• 20-35 ms đối với pre-shared key (PSK) networks
• <150 ms đối với 802.1X/EAP networks

Riêng với mạng 802.1X/EAP thì thời gian chuyển vùng sẽ phụ thuộc nhiều vào việc cấu hình của mạng. Với việc sử dụng các tính năng hỗ trợ khác nhau trong cấu hình mạng WLAN, thì thời gian chuyển vùng cũng sẽ khác nhau, các tính năng này bao gồm: Opportunistic Key Caching (OKC), preauthentication, PMK caching and 802.11r Fast BSS Transition (FT). Đây là các giải pháp hỗ trợ việc chuyển vùng  bảo mật (secure roaming). Trong secure roaming, việc quản lý các key mã hóa là một trong các vấn đề khó cần phải giải quyết, đặc biệt là với 802.1X/EAP. Việc chuyển vùng đôi khi sẽ yêu cầu việc thực hiện đầy đủ quá trình xác thực EAP cộng với 4 bước bắt tay (4-way handshake) để tạo ra key mã hóa. Quá trình này có thể mất một vài giây hoặc ít nhất cũng là vài trăm mili giây, đây là khoảng thời gian khó có thể chấp nhận được với các ứng dụng thời gian thực.

Giải pháp OKC và 802.11r FT là 2 giải pháp được sử dụng phổ biến để giải quyết vấn đề nêu trên, cả 2 giải pháp này đều sử dụng phương pháp lưu tạm (cache) và/hoặc chia sẻ thông tin xác thực, vì vậy khi chuyển vùng, thiết bị đầu cuối chỉ cần thực hiện việc 4 bước bắt tay (4-way handshake). Vấn đề độ trễ quá lớn cũng không quá nghiêm trọng khi sử dụng phương thức mã hóa PSK (pre-shared keys) vì phương thức này cũng chỉ cần thực hiện 4-way handshake mỗi lần chuyển vùng.

Hầu hết các giải pháp WLAN cao cấp trên thị trường đều hỗ trợ các giải pháp nhằm làm giảm thời gian trễ khi chuyển vùng có bảo mật. Mục tiêu thời gian chuyển vùng nhỏ hơn 150 ms được dựa trên yêu cầu về độ trễ tối thiểu của các ứng dụng thời gian thực như Voice over IP (VoIP).

> Xem tiếp Phần 2

—————————–

Với hệ thống thiết bị chuyên dụng RUCKUS  có thể phục vụ cho những sự kiện lên tới hàng chục ngàn người, hệ thống kỹ thuật viên dày dạn kinh nghiệm, sẽ luôn đảm bảo cho kết nối Wifi của quý khách liên tục và ổn định.

Mọi chi tiết quý khách có thể liên hệ :

Công ty cổ phần ứng dụng công nghệ viễn thông Bình Minh

Địa chỉ: Lô 36, LeParc – Gamuda City, Hoàng Mai, Hà Nội.

HOTLINE: (+84) 973.512.512