Với số lượng thiết bị đầu cuối hỗ trợ WiFi cực lớn như hiện nay, nhu cầu kết nối không dây trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Một số ví dụ có thể kể ra như: khu vực lớp học, khu sự kiện tại các trung tâm hội nghị,… Việc hiểu từng loại và các đặc tính chính của loại hình triển khai là rất quan trọng và có thể rất khác nhau. Ví dụ, lớp học với mỗi sinh viên sử dụng thiết bị ở cùng thời điểm thì có yêu cầu về hiệu năng khác nhau so với phòng hội trường với hàng ngàn thiết bị có thể hoặc không hoạt động ở thời điểm cho trước. Bài viết này sẽ chi tiết các điểm mấu chốt và đề xuất hướng dẫn và khuyến nghị cho việc tối ưu thiết kế ở mật độ cao.

Một số yếu tố có thể ảnh hưởng do môi trường mật độ cao, bao gồm:

• Yêu cầu về hiệu năng.
• Số lượng và mật độ AP.
• Số lượng mà mật độ client.
• Môi trường sóng RF hiện tại.

 A) Yêu cầu về hiệu năng

     Điều đầu tiên mà tất cả các thiết kế cho mật độ cao cần xác định và ghi chép lại là các chỉ số hiệu năng thiết yếu. Đơn vị đo lường hiệu năng bao gồm:

• Băng thông tối thiểu cần thiết thỏa mãn hỗ trợ các ứng dụng
• Số lượng thiết bị Wifi hoạt động tối thiểu, tối đa và trung bình
• Độ trễ tối đa cho phép
• Và một số thông số về hiệu năng khác.

     Để làm rõ các thông số này, ta sẽ xét đến một vài ví dụ thực tiễn cụ thể.

     1.1. Ví dụ về lớp học

   Các lớp học là ví dụ kinh điển của địa điểm có mật độ cao. Một lớp học bình thường có thể có tới 30 thiết bị Wifi hoạt động ở bất kỳ thời điểm nào. Một số lớp học cũng có thể cùng sử dụng hạ tầng mạng ở cùng một thời điểm. Vị trí của các lớp học có thể thay đổi từng giờ và từng ngày theo lịch học. Ở những địa điểm có mật độ cao, các trường học nhất định lại có những yêu cầu khác nhau. Trong ví dụ này sử dụng ngữ cảnh chung với 30 thiết bị Wifi hoạt động (sinh viên và giáo viên). Mỗi lớp học có thể sử dụng một số ứng dụng sau:

     Các yêu cầu về hiệu năng đặc biệt quan trọng và sẽ ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình thiết kế còn lại. Phải chắc chắn hiểu rõ trước khi tiến hành các pha tiếp theo của quá trình thiết kế hạ tầng mạng.

     Như danh mục đã chỉ ở trên, băng thông sử dụng thông thường khá là nhỏ. Băng thông tiêu thụ chủ yếu dành cho ứng dụng streaming video. Video được tải có băng thông thay đổi tùy thuộc vào codec và kiểu nén (compression). Ví dụ, video được nén theo chuẩn MPEG-4 có thể chỉ sử dụng băng thông 1 – 2 Mbps trong khi luồng video độ phân dải cao (HD) có thể lên tới 20Mbps. Rõ ràng 30 thiết bị để tải luồng video MPEG-4 sẽ yêu cầu ít băng thông hơn sơ với video độ phân dải cao. Vì thế yêu cầu băng thông tổng quát cho lớp học khá thấp trung bình khoảng 2 – 3 Mbps cho mỗi thiết bị.

    + Số thiết bị hỗ trợ

     Trong trường hợp lớp học, số thiết bị tối thiểu, tối đa và trung bình sẽ gần giống nhau hoặc khác nhau rất ít. Nếu có thêm các thiết bị cá nhân thêm vào như điện thoại hỗ trợ wifi thì số lượng cũng thay đổi đáng kể. Trong ví dụ này ta không xét đến vì số lượng thiết bị trong lớp học khá nhỏ (nhỏ hơn hay bằng 30) và các thiết bị đó sẽ không được phép hoạt động trong lớp học.

    + Độ trễ tối đa

     Lớp học là ví dụ điển hình cho việc triển khai ở môi trường có mật độ với yêu cầu phải có độ trễ thấp. Trong ví dụ này, thông số độ trễ có thể quan trọng hơn so với băng thông hoặc số lượng thiết bị. Bởi vì, không giống như các trường hợp mật độ cao khác, lớp học có xác suất rất cao tất cả thiết bị đều yêu cầu dữ liệu ở cùng một thời điểm. Ví dụ, khi sinh viên lần đầu đăng nhập vào máy tính, thường họ sẽ làm trong cùng một thời điểm. Đăng nhập vào server xác thực ví dụ như Active Directory cần thực hiện trong một khoảng thời gian giới hạn. Nếu việc xác thực quá lâu, phiên làm việc có thể dẫn đến timeout. Thời gian timeout có thể khá lâu (từ 20s tới vài phút) trước khi thiết bị từ bỏ.

     Lý do dẫn đến điều này có thể xảy ra là bởi vì tất cả client đều đang cố gắng kết nối tới server xác thực tại cùng một thời điểm. Wifi là môi trường truyền dẫn half-duplex, có nghĩa là chỉ một thiết bị có thể truyền dữ liệu ở một thời điểm: client hoặc AP. Khi thiết bị kết thúc việc truyền tải, điểm phát tiếp theo sẽ chiếm kênh truyền và bắt đầu trao đổi dữ liệu. Điều này tương tự với kiểu tương tác của round-robin (một hình thức thực hiện luân chuyển tuần tự), khi client1 truyền tiếp đến là client2 và tiếp tục như thế. Khi client30 kết thúc thì tới lượt client1 bắt đầu truyền lại. Vì vậy độ trễ tối thiểu cho client1 sẽ là khoảng thời gian của 29 client còn lại truyền đi và thời gian để AP phản hồi về. Tổng quát, lượng thời gian này phải đủ ngắn để không thể phát hiện ra. Tính năng Airtime Fairness của Ruckus được bật lên mặc định để giải quyết vấn đề này. Băng cách cài đặt một số luật cho kiểu truyền round-robin, Ruckus Wireless Controller hoạt động để đảm bảo rằng mỗi client đều có cơ hội để truyền. Điều này phòng tránh một số nguyên nhân thông thường gây nên vấn đề login timeout qua Wifi, nguyên nhân do độ trễ vượt quá lớn khiến thiết bị không thể truyền được dữ liệu.

     Có tồn tại những điều kiện khác có thể ảnh hưởng tới độ trễ tối đa. Nguyên nhân lớn nhất đó là nhiễu sóng RF. Nhiễu sóng RF tới từ 02 nguồn: nhiễu từ các thiết bị Wifi khác và nhiễu từ các thiết bị non-802.11. Trường hợp đầu tiên – nhiễu Wifi – là thường gặp nhất.

     + Can nhiễu WiFi

     Can nhiễu từ các thiết bị wifi khác được gọi là sự tắc nghẽn và nhiễu đồng kênh và ám chỉ rằng các thiết bị có thể lắng nghe AP bên cạnh hoặc thiết bị khác đang truyền dữ liệu. Chúng lắng nghe thiết bị khác bởi vì sử dụng cùng một kênh vô tuyến. Do chỉ duy nhất một thiết bị được phép truyền ở cùng một thời điểm, việc lắng nghe các thiết bị kết nối với AP khác có thể tạo ra độ trễ không cần thiết bởi vì các client cục bộ sẽ đợi thiết bị cùng kết nối tới AP khác. Điều này còn được gọi là vấn đề thắt cổ chai và có thể gây lên sự chậm trễ. Trong trường hợp một client có thể lắng nghe các thiết bị khác nhưng lại không lắng nghe được từ AP, sự xung đột kênh truyền có thể đã xảy ra. Điều này xảy ra khi hai thiết bị cùng truyền ở cùng một thời điểm, gây nhầm lẫn nhau; nó không thể xác định được dữ liệu nào dành cho nó và cái nào dành cho client khác. Sự xung đột kênh truyền có hậu quả gây lên dữ liệu truyền bị hư hại, tức client phải truyền lại dữ liệu đó. Từ đó làm tăng độ trễ.

     Các nhiễu sóng vô tuyến khác từ các thiết bị không theo chuẩn Wifi có sử dụng chung phổ tần. Các thiết bị này chủ yếu sử dụng tần số 2.4GHz một số khác cũng sử dụng dải 5GHz. Ví dụ các thiết bị đó gồm lò vi sóng, camera non-Wifi, điện thoại không dây, vv… Nhiễu không theo chuẩn 802.11 có thể gây khó khăn trong việc phát hiện lỗi bởi vì chúng thường được tạo ra ở những thời điểm bất kì và luôn không rõ ràng. Việc khảo sát lắp đặt thường được khuyến nghị trước khi cài đặt cấu hình. Điều đó có thể thực hiện một cách đơn giản và nhanh chóng cho các tòa nhà trong giờ làm việc với thiết bị phân tích sóng RF không quá đắt tiền như Wi-Spy 2.4x của MetaGeek.

Wi-Spy ghi lại hình ảnh sóng WLAN trên kênh 11

Illustration 1: Wi-Spy ghi lại hình ảnh mạng không dây trên kênh 1, 6 và 11 với nhiều nhiễu non-802.11.

     1.2. Ví dụ về Trung tâm hội nghị

     Một ví dụ khác về mật độ cao là trung tâm hội nghị với số lượng người tham dự lớn thay đổi từ ngày này qua ngày khác, từ phòng này qua phòng khác. Không giống như ví dụ về lớp học, rất khó để xác định chính xác có bao nhiêu thiết bị Wifi kết nối vào mạng không dây. Hầu hết các phòng được xây dựng theo một vài khuân mẫu theo kích thước và sức chứa thay đổi từ cuộc họp này qua cuộc họp khác. Một số cuộc họp có thể chỉ có một vài thiết bị wireless hoạt động trong khi một số khác lại có hầu hết những người tham gia sử dụng mạng không dây. Sư không chắc chắn về số lượng thiết bị là một thách thức khi thiết kế.

     Phần khó nhất khi xác định thông tin cho trung tâm hội nghị là số thiết bị kết nối. Giả sử rằng số thiết bị tối đa cho tất cả các phòng họp chính là số thiết bị wifi hoạt động ở cùng thời điểm là không thực tế. Nỗ lực thiết kế cho khả năng đó là quá sức tưởng tượng. Xác suất được dự đoán trước rằng số thiết bị hoạt động đồng thời nhỏ hơn nhiều ở bất kỳ thời điểm nào mặc dù nó có thể tăng hoặc giảm đáng kể. Vì thế với những ước đoán như vậy, cách tiếp cận để xác định số client sẽ trở nên gần với nghệ thuật hơn là khoa học.

     Với loại địa điểm này, tình trạng thiết bị trở thành yếu tố quan trọng, ví dụ như đang truyền dữ liệu, hoặc có kết nối nhưng idle. Việc định cỡ chính xác cần phải xem xét cả số  client có thể kết nối cũng như số thiết bị sử dụng dữ liệu thực tế. Các thiết bị AP phải đủ để bất kỳ thiết bị nào đều có thể kết nối tới và nếu muốn sửa dụng dữ liệu, luôn có đủ băng thông để cho các thiết bị đó sử dụng.

     + Số thiết bị hỗ trợ

     Trong ví dụ này giả sử có tất cả 10 phòng họp với tổng sức chứa lên tới 1500 người. Một cách để ước lượng con số này là đưa ra những giả định sau:

• Số thiết bị Wifi tối đa có truy cập nhưng không truyền dữ liệu trong mạng sẽ luôn luôn lớn hơn số thiết bị hoạt động.
• Người tham gia tổng quát sẽ chỉ sử dụng 01 thiết bị wireless ở mỗi thời điểm.
• Không phải tất cả người tham gia đều mang thiết bị wifi hoặc có kết nối tới mạng: Chỉ có khoảng 70% là làm điều đó.
• Trừ các trường hợp đặc biệt, không nhiều hơn 50% tổng số thiết bị kết nối là có sử dụng dữ liệu ở trong cùng một thời điểm.

     Từ các thông tin này suy ra có tổng số 525 thiết bị hoạt động đồng thời ở trung tâm hội nghị.

      1500 người tham dự *0.70 = 1050 thiết bị kết nối /2 = 525 thiết bị hoạt động đồng thời.

    Tất nhiên ta giả sử 100% sức chứa ở tất cả thời điểm là không thực tế, nhưng vẫn có khả năng xảy ra. Ta cũng thấy rằng con số này sẽ không hoạt động trong thời gian cả ngày. Các trung tâm hội nghị sẽ dự đoán con số kết nối cao nhất trong lúc nghỉ giải lao hoặc ăn trưa, …

     Tổng số 525 thiết bị truy cập đồng thời có thể khá cao nhưng nó cũng diễn tả khá đúng nơi ta đang khảo sát.

     Danh sách các ứng dụng hỗ trợ cho trung tâm hội nghị dường như rất cơ bản: truy cập internet và email. Các ứng dụng này chỉ yêu cầu băng thông tối thiếu.

     + Độ trễ tối đa

     Truy cập web và email đều yêu cầu độ trễ cho phép khá cao. Điều này rất tốt bởi vì trung tâm hội nghị có yêu cầu trải nghiệm với mật độ cao hơn ở một số vi trí so với ví dụ về lớp học. Số lượng lớn những người ở trong một không gian hẹp sẽ tạo ra kế quả luồng dữ liệu Wifi có mức độ khá cao mặc dù có hoạt động tối thiểu. Bởi vì mặc dù thiết bị ở trạng thái chờ nhưng vẫn gửi các gói tin quét và thăm dò với AP xung quanh. Ngược lại, AP theo chu kỳ gửi các gói tin quảng bá SSID. Dữ liệu gửi đi nghe chừng có vẻ ít nhưng số lượng lớn thiết bị sẽ cộng dồn lại tạo thành con số khá lớn.

    + Quy tắc vàng về hiệu năng

    Quy tắc tổng quát sau đúng cho hầu hết các cài đặt Wifi mật độ cao:

• Mật độ thiết bị càng dày, độ trễ trung bình càng cao – Điều này sẽ gây ra giới hạn các loại ứng dụng có thể hỗ trợ trong tình huống mật độ cao.
• Khi mật độ tăng lên, lượng kênh truyền được sử dụng cho dữ liệu quản lý (quét cho AP, quảng bá,…) sẽ tăng lên. Điều này cũng đúng với số lượng SSID quảng bá tăng lên. Cả hai đều tăng kênh truyền sẵn có cho các ứng dụng.
• Việc tránh chồng lấn kênh trên nhiều AP là có thể; giảm thiểu nhiễu đồng kênh.

     Cân nhắc việc dựng AP ở các vị trí khuất tầm nhìn (non-Line of Sight) – vì nó sẽ làm giảm mức tín hiệu, tức giảm kích cỡ vùng phủ và có nguy cơ do xuất hiện nhiễu đồng kênh. Các ứng dụng cho vùng mật độ cao có nhiều số AP cần thiết để tạo ra một vùng phủ riêng biệt.

(Hết phần 1)

Nguồn: BMA