KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 Mạng không dây mật độ cao Một trường hợp nghiên cứu tại môi trim ký túc xá trường đại học ■ ThS PHẠM NGỌC DUY; NGUYEN PHƯƠNG ĐỒNG Trường Đại học Hàng hải Việt Nam TÓM TÂT[.]
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 Mạng khơng dây mật độ cao: Một trường hợp nghiên cứu môi trim ký túc xá trường đại học ■ ThS PHẠM NGỌC DUY; NGUYEN PHƯƠNG ĐỒNG Trường Đại học Hàng hải Việt Nam TĨM TÂT: Bài báo trình bày tổng quan mạng không dây môi trường mật độ cao phương pháp thiết kế hệ thống mạng không dây mật độ cao Nhóm nghiên cứu xây dựng triển khai hệ thống mạng không dây thực tế cho khu vực ký túc xá (KTX) trường đại học (một trường hợp điển hình mơi trường mật độ cao), tiến hành đánh giá hiệu hệ thống WLAN, từ làm rõ hiệu q trình thiết kế mạng không dây nhằm đáp ứng yêu cầu loại mơi trường TỪ KHĨA: Mạng khơng dây, mật độ cao, điểm truy cập, đại học, ký túc xá ABSTRACT: This paper presents an overview of wireless networks in high-density environments and design methods for high-density wireless networks The researchers built and deployed a wireless network system for the university dormitory area (a typical case of a high-density environment), evaluated the performance of this WLAN system, thereby clarifying the effectiveness of wireless network design process to meet the requirements of this type of environment KEYWORDS: Wireless network, high-density, access point, university, dormitory MẠNG KHÔNG DÂY MẬT ĐỘ CAO Mạng không dây mật độ cao (High-density wireless network) chiến lược thiết kế cho kịch triển khai mạng không dây quy mô lớn nhằm cung cấp khả số lượng lớn máy khách (client) kết nối với điểm truy cập (Access Point, viết tắt AP)trên đơn vị khơng gian nhỏ Một vị trí phân loại mật độ cao có 30 máy khách kết nối với AP Để hỗ trợ tốt cho mạng không dây mật độ cao, điểm truy cập AP cần xây dựng với phương pháp tảng chuyên dụng để xử lý môi trường mật độ cao [1] Khn viên rộng lớn, tịa nhà nhiều tầng, phân tán, khơng gian văn phịng hay khơng gian tổ chức kiện lớn coi có mật độ cao số lượng điểm truy cập thiết bị kết nối lớn Các ví dụ "khắc nghiệt" vể môi trường mật độ cao bao gồm: sân vận động thể thao, giảng 124 đường (khán phòng) đại học, trung tâm tổ chức kiện hay nhà hát Một cách đơn giản, mạng mật độ cao tóm tắt mạng thiết kế cho nhiều nhiểu máy khách WLAN kết nối hoạt động Khi mạng wifi trở nên phổ biến, ngày có nhiều thiết bị tiêu tốn băng thơng mạng Nhu cấu ngày tăng kết nối mạng tạo thêm áp lực lớn cho việc triển khai khơng dây Việc thích ứng với nhu cầu thay đổi lúc yêu cẩu nhiều điểm truy cập để hỗ trợ mật độ khách hàng lớn Khi nhu cầu kết nối không dây thay đổi theo thời gian, tiêu chuẩn mạng LAN khơng dây IEEE 802.11 thay đổi để thích ứng với mật độ cao hơn, từ tiêu chuẩn 802.11 a 802.11 b sớm vào năm 1999, đến tiêu chuẩn 802.11 ac giới thiệu vào năm 2013, hay tiêu chuẩn chuẩn 802.1 laxgần XÂY DỰNG MẠNG KHÔNG DÂY MẬT ĐỘ CAO Hiểu yêu cẩu thiết kế mật độ cao bước đẩu tiên, giúp đàm bảo thiết kế thành công Việc lập kế hoạch ban đầu giúp giảm nhu cầu khảo sát địa điểm sau lắp đặt nhu cầu triển khai điểm truy cập bổ sung theo thời gian, cẩn có bước sau quy trình thiết kế: 1)Các loại ứng dụng dự kiến sửdụng mạng; 2) Các công nghệ hỗ trợ (802.11 a/b/g/n/ac ); 3) Loại client hỗ trợ (số luồng không gian, công nghệ ); 4) Các khu vực phủ sóng; 5) số lượng thiết bị đồng thời dự kiến mõi khu vực; 6) Yẽu cáu vé thẩm mỹ (nếu có); 7) Ràng buộc vể cáp, kết nối có dây (nếu có); 8) Hạn chế vể nguồn cấp diện (tốt nên có sở hạ tầng có khả PoE + để hỗ trợ AP hiệu suất cao) Dưới số bước cần thiết để triển khai thành công mạng mật độ cao: 1) Tiến hành phân tích với khách hàng, để xá định số lượng vị trí mà người dùng WLAN mong đợi, dịch vụ sử dụng hiệu suất cần thiết 2) Thực lập kế hoạch lực để đưa kế hoạc sơ ban đẩu vể số lượng điểm truy cập nơi lắp đặt chúng nhằm đáp ứng nhu cầu 3) Lập kế hoạch kênh WLAN (channel), cho tổng thể có đủ số lượng điểm truy cập AP lập kế hoạch để kênh không bị chổng lấn Điều quan trọng, đặc biệt với mạng mật độ cao kênh ban đầu sử dụng lại tín hiệu từ điểm truy cập lân cận sử dụng kênh vô tuyến yếu, không, hiệu suất tổng thể mạng giảm đáng kể nhiễu tín hiệu kém/tỷ lệ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 ihiễu Trong mạng 2.4 GHz, có ba kênh không trùng ặp triển khai mạng mật độ cao, sử dụng liểm truy cập AP vô tuyến kép để cung cấp mạng WLAN GHz phải khơng nhỏ -65 dBm tỷ lệ gói tin phải GHz Mạng GHz có sẵn tới 19 kênh không chổng chéo, :ho phép số lượng máy khách WLAN cao Trong mạng gần với nhiều điểm truy cập, số điểm truy 2.4 GHz GHz phải không nhỏ -75 dBm biên vùng phủ sóng di động khơng dây Ngồi ra, để trì ổn định tín hiệu, RSSI can nhiễu đồng kênh (co-channel) phải nhỏ -75 dBm :ập 2.4 GHz cẩn tắt thiếu kênh mạng 2.4 GHz, nhằm giảm nhiễu 4) Lập kế hoạch khảo sát địa điểm WLAN, để đảm bảo nhỏ % tất phịng (trừ phịng có AP gắn tường), khu vực ngồi trời, RSSI tín hiệu Đối với chất lượng tín hiệu, tỷ lệ tín hiệu nhiễu tất khu vực tịa nhà đểu cấp ngn (S/N) tín hiệu downlink mà STA nhận phải lớn 10 dB 95% vùng phủ sóng mục tiêu với tín hiệu mạnh 5) Triển khai cài đặt WLAN:Trong trình cấu hình, có Đối với Số tốc độ, tốc độ dịch vụ downlink tối đa cho truy cập STA đơn lẻ phải lớn 90% băng số điều cần lưu ý.Trước hết, cần đảm bảo sản thông AP chuyển tiếp cho kết nối uplink vùng phủ sóng mục tiêu Đối với rị rì tín hiệu, RSSI tín hiệu khơng dây bị rị rì đến vị trí cách phịng 10 m phải nhỏ -75 dBm 3.2.2 Các yêu cầu việc xây dựng mạng không dây 1) Máy tính bảng điện thoại di động sinh viên phịng ngủ truy cập mạng không dây lúc.Trong trường hợp tổng quát, phòng ngủ phẩm WLAN sử dụng phù hợp với việc lắp đặt Các chức cân tải WLAN, cân đối thời gian phát sóng, giới hạn băng thông điểu khiển băng tần nên hỗ trợ Trong trình cài đặt, cần cẩn thận để số lượng SSID tốt, SSID bổ sung tạo chi phí làm giảm hiệu suất tổng thể hệ thống 6) Kiểm tra cài đặt WLAN: đây, kiểm tra cần thực liệu tất khu vực có cung cấp cường độ sóng tốt để đảm bảo kết nối mạng đạt yêu cẩu hay không Điểu đặc biệt quan trọng mạng mật độ cao với yêu cầu hoạt động kết nối mạng diễn liên tục, để đảm bảo tất người dùng có thê’ làm việc trơn tru lúc hiệu suất cẩn thiết đáp ứng với số lượng người dùng tối đa Ngoài ra, điểu khiển WLAN cung cấp cơng cụ phân tích cẩn thiết hữu ích THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI MƠ HÌNH GIẢI PHÁP MẠNG KHƠNG DÂY 3.1 Khảo sát mơi trường triển khai Nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế, xây dựng triển khai hệ thống mạng không dây cho khu vực kí túc xá trường đại học Mô tả môi trường triển khai hệ thống: Ký túc xá Trường Đại học Y Dược Hải Phòng xây dựng diện tích 1.775 m2, bao gơm tịa nhà 15 tầng (có 396 phịng) có sức chứa 2.500 chỗ cho sinh viên (có loại phịng cho 2, người tương ứng với 30,52 41 m2).Tầng sử dụng làm nhà để xe cho sinh viên; tầng phục vụ ăn uống với sức chứa hàng nghìn người đảm bảo việc phục vụ ăn uống sinh hoạt cho sinh viên khu ký túc xá; tầng khu vui chơi thể thao, phòng Internet; từ tầng đến tầng 15 khu nhà ở; khu phục vụ vui chơi giải trí gổm: sân bóng đá mini (đang xây dựng), sân bóng chuyền, sân bóng rổ, sân cẩu lơng Hệ thống wifi với đường truyền Gbps (Viettel) bao phủ từ tầng tới tầng 15 tòa nhà Đây môi trường với đặc điểm mật độ cao (số lượng người dùng lớn, tỉ lệ thiết bị người dùng lớn, loại ứng dụng thiết bị sử dụng đa dạng, bao gồm thiết bị không dây cố định thiết bị di động, u cầu đáp ứng băng thơng cao), với nhiều phịng, nhiều tầng nhiều khu vực chức 3.2 Phân tích số hệ thơng mạng khơng dây 3.2.1 Độ bao phủ Để cung cấp dịch vụ không dây với chất lượng mức độ xuất sắc (Excellent), RSSI tín hiệu 2.4 GHz có học sinh học sinh có máy tính bảng điện thoại di động 2) Mạng không dây phải đáp ứng yêu cầu mạng học sinh để duyệt trang web, tải lên tải xuống liệu qua FTP Thunder, trò chơi trực tuyến, Zalo video trực tuyến 3) Tín hiệu khơng dây phải bao phủ hồn tồn phịng ngủ hành lang RSSI phải lớn -70 dBm 4) Băng thông cho STA phải lớn Mbps băng thông tối đa cho STA 30 Mbps 5) Các AP cẩn lắp đặt trần nhà 3.2.3 Năng lực mạng Lưu lượng tối đa ứng dụng quan trọng cho biết lưu lượng ứng dụng cần thiết cho STA có nhiều STA Có hai số liên quan đến tổng lưu lượng truy cập: 1) Lưu lượng tối đa ứng dụng quan trọng, tùy thuộc vào hiệu suất mạng; 2) Năng lực thiết bị, tùy thuộc vào thân thiết bị - Hoạt động thời: Trong trình thiết kê' truy cập đa STA mạng WLAN, AP 802.11 n hỗ trợ 20 STA đóng thời - Thơng lượng:Thơng lượng dịch vụ liệu mạng WLAN yếu tố quan trọng để thiết kế lực.Trong chế độ 802.11 n, thông lượng đường lên đường xuống phải lớn 54 Mbps (không mã hóa) - Năng lực mạng: chế độ 802.11 n, tốc độ kết nối tối đa AP 300 Mbps; chế độ 802.1 lac, tốc độ kết nối tối đa AP Gbps 3.2.4 Số lượng STA Số lượng STA thời (và kết hợp): Sổ lượng STA thực AP nhà card vô tuyến không vượt 30 (64); số lượng STA thực AP gắn tường card vô tuyến không vượt (16) Tỷ lệ kết hợp thời xác định dựa môi trường chỗ Tỷ lệ kết hợp đồng thời khuyến 125 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Só 08/2022 nghị 30% văn phịng, 100% KTX 50% phòng học phòng làm việc lớn 3.2.5 Tỷ lệ gói tin độ trễ Tỷ lệ gói tin phải nhỏ 3%; độ trễ phải nhỏ 50 ms 3.3 Thiết kê phân bổ điểm truy cập AP cổng Gigabit Ethernet, CPU 16 lõi x1.2 GHz, nhớ RAM GB, fastpath 17,8 mpps, thông lượng đạt đến 12 Gbit/s, RouterOS L6, PSU đôi), Switch (model S1920-24GT4S FP/2GT Ruijie, switch quản lý thông minh, 24 cổng 10/100/1000BASE-T, cổng SFP), Switch (model RGES126G-P-L Ruijie, 24 cổng 10/100/1000BASE-T, cổng SFP) 147 AP (model AP710 Ruijie, AP 802.11 ac nhà, sóng đơi, băng tẩn kép, spatial-stream, tỉ lệ truy cập lên tới 1.167 Gbps, Cổng uplink 10/100/1OOOBASE-T) [8] ị-Ị-ị ạlt À À alt X E3 X —i—1' SB XX X X X X X X X XX X X X X ĩk X X X X XX X X X X XX X X X ~ Ểr Ếà w Ế Ế r - X XX X X X E3 X XX X X X X Ể H H —J X ố X X X X -L J.J J J X X X X X X Hình 3.2: Sơ đồ kết nối thiết bị hệ thống mạng không dây Inactive m Medium Active IIIIIIIIIIIIIIIIIIIHIIIIIIIIII 2022-03-21 2022-03-26 2022-03-31 2022 -04-05 2022-04-10 2022-04-15 2022-04-20 Hình 3.3: sốluọng trạng thái hoạt động thiết bị AP Hình 3.1: Sơ đổ phân bổ AP - cng độ tín hiệu, tốc độ kênh nhiễu (băng tẩn Ghz) Hình 3.1 cung cấp sơ đồ mô thiết kế phân bổ điểm truy cập AP hệ thống mạng không dây thực nghiệm, với vị trí: từ tẩng đến tầng 15 khu vực KTX triển khai (trên băng tần Ghz) 3.4 Mơ hình kết nối thiết bị mạng khơng dây Hình 3.2 mơ tả hình trạng mạng hệ thống mạng không dây thực nghiệm Hệ thống bao gồm Router (model CCR1016-12G Mikrotik, rackmount IU, 12 126 Hình 3.4: sốkênh phối sử dụng 2.4 c c (A) - Tống luu lượng số máy khách mà hệ thống đáp úng (B) - Tống số luợt máy khách chuyển vùng tròng mọt tháng (C) KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 ĐÁNH GIÁ HÊ THỐNG MẠNG TRONG MÔI 8h/ngày lưu lượng truy cập 10 MB) chiếm tỉ lệ nửa tổng số gần 1.200 người dùng Cũng theo thống ĨRƯỜNG MẬT Độ CAO Hệ thống mạng không dây triển khai kê, tổng cộng có 56.000 lượt máy khách thực mơi trường mật độ cao điển hình (KTX trường đại học) Kết chuyển vùng tháng (trên hai băng tần 2.4 đo lường nhiều tháng cho thấy khả hệ GHz GHz) Hình 3.4C Các biểu đổ Hình 4.3 so sánh thống đáp ứng tốt yêu cầu số lượng lớn máy khách trải nghiệm hệ thống mạng với băng tần 2.4 G G * Đối với hệ thống thiết bị: Có thể thấy, băng tần 2.4 G đem lại trải nghiệm Thống kê cho thấy tỉ lệ điểm truy cập AP hoạt động mức Tốt (Good) băng tẩn G có chất lượng mức Xuất mức cao tổng số 147 AP có hệ thống (Hình 3.3) Hình 3.4A thể số lượng kênh hai băng tần 2.4 Ghz Ghz.Tong lưu lượng đáp ứng hệ thống khoảng thời gian tháng đạt 86 TB cho gán 44.000 máy khách truy cập (Hình 3.4B) Hình 4.1 thể sắc (Excellent) * Chuyển vùng sóng khơng gián đoạn: Hệ thống mạng khơng dây xây dựng với tính chuyển vùng không gián đoạn Từ thông số đo lường thu (Hình 4.4), chuyển vùng khơng gián đoạn tổng lưu lượng uplink downlink theo ngày có thời gian chuyển vùng cực nhanh (thông số Delay - độ * Đối với máy khách: Trung bình ngày có khoảng 1.200 máy khách hoạt động (Hình 4.2A) Hình 4.2B cung cấp thông tin chi tiết trễ 0,5 ms, cao ms, gần khơng có độ trễ), đóng thời, khơng có tượng rớt gói tin (thông số Pkt Loss gần 0%) đảm bảo cung cấp tín hiệu vể mức độ máy khách hoạt động theo ngày (mức độ hoạt động đánh giá dựa thời gian trực tuyến băng thông ổn định cho máy khách môi trường có mật độ thiết bị lớn (thơng số RSSI - cường độ tín hiệu ổn lưu lượng truy cập) Có thể thấy, số lượng máy trạm hoạt định, thơng số Speed - tốc độ đường truyền cho Down/ động mức Rất cao (Extreme - thời gian trực tuyến Uplink ổn định đạt mức gần tối đa) Traffic (M8) 5,000,0002 500 000' 2.000.000 1,500,000 1,000.000 500,000- Hình 4.1: Tổng luu lượng uplink downlink theo ngày tháng Hình 4.2: sốluợng máy khách hoạt động theo ngày (A) - Mức độ máy khách hoạt động theo ngày 127 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 08/2022 Speed(Mbps) RSSI 120 300 100 80 200 60 150 40 20 23:59:59 100 01:44:32 02:29:33 03:14:33 03:59:33 04:44:33 0529:33 06:14:34 06:59:34 07*4:33 0829:34 09:14:34 09:59:34 10*4:34 1129:34 12:14:35 Hình 4.4: Kết đo lường q trình chuyển vùng khơng gián đoạn máy khách KẾT LUẬN Các hệ thống mạng không dây phải hỗ trợ kết nối cho hàng loạt ứng dụng thiết bị di động đại [5], Chuck Lukaszewski (2015), Very High Density 802.1 lac Networks, Aruba Networks [6] Ruijie Networks vốn yêu cẩu vùng phủ sóng rộng, băng thơng cao Trong mơi trường có mật độ cao trường học doanh nghiệp, lượng lớn người dùng hoạt động vùng phủ sóng đáp ứng AP, truy cập vào hệ thống wifi yêu cầu băng thông thời Bài báo trình bày tổng quan vể mạng không dây môi trường mật độ cao phương pháp thiết kế hệ thống mạng không dây mật độ cao Nhóm nghiên cứu xây dựng triển khai hệ thống mạng không dây thực tế cho khu vực KTX trường đại học (một trường hợp điển hình môi trường mật độ cao), tiến hành đánh giá hiệu hệ thống WLAN, từ làm rõ hiệu q trình thiết kế mạng khơng dây nhằm đáp ứng yêu cẩu loại môi trường Lời cảm ơn: Nhóm tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới Bộ mơn Truyền thơng mạng máy tính (Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam), Quý Công ty VTS Việt Nam dự án Bài báo sản phẩm cơng trình nghiên cứu khoa học sinh viên Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tài liệu tham khảo [1], Jim Florwick, Jim Whiteaker, Alan Cuellar Amrod, Jake Woodhams (2017), Wireless LAN Design Guide For high-density client environments in higher education, Cisco [2] Cisco Meraki, High Density Wi-Fi Deployments, Cisco, cập nhật ngày 08/10/2020, truy cập ngày 30/4/2022 (https://documentation.meraki.com/Architectures_and_Best_ Practices/Cisco_Meraki_Best_Practice_Design/Best_Practice_ Design_-_MR_ Wireless/High_Density_ Wi-Fi_Deployments) [3], Ubiquiti, UniFi - High Density WLAN Scenario Guide, Ubiquiti Inc., truy cập ngày 30/4/2022 (https://help.ui.com/ hc/en-us/articles/115002806907-UniFi-High-Density-WLANScenario-Guide) [4], Debra Chin (2014), White Paper: Best Practices for High Density Wireless Network Design In Education and Small/Medium Businesses, Palmer Research, Netgear 128 Ngày nhận bài: 22/6/2022 Ngày chấp nhận đăng: 18/7/2022 Người phản biện:TS Nguyễn Duy Trường Giang TS Nguyễn Trung Đức ... vể mạng không dây môi trường mật độ cao phương pháp thiết kế hệ thống mạng không dây mật độ cao Nhóm nghiên cứu xây dựng triển khai hệ thống mạng không dây thực tế cho khu vực KTX trường đại học. .. GIẢI PHÁP MẠNG KHƠNG DÂY 3.1 Khảo sát mơi trường triển khai Nhóm nghiên cứu tiến hành thiết kế, xây dựng triển khai hệ thống mạng khơng dây cho khu vực kí túc xá trường đại học Mô tả môi trường. .. trường đại học (một trường hợp điển hình mơi trường mật độ cao) , tiến hành đánh giá hiệu hệ thống WLAN, từ làm rõ hiệu q trình thiết kế mạng không dây nhằm đáp ứng yêu cẩu loại mơi trường Lời cảm