Nghiên cứu wi fi IEEE 802 11ac ứng dụng vào access point

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IEEE 802.11 VÀ 802.11AC Tổng quan tiêu chuẩn IEEE 802.11 2 Giới thiệu IEEE 802.11ac 2.1 Tóm tắt chuẩn 802.11ac 2.2 Đặc tính kỹ thuật 802.11ac 2.3 Sự phát triển 802.11ac Kết luận chương 13 CHƯƠNG TÌM HIỂU MỘT SỐ CẢI TIẾN Ở LỚP PHY VÀ LỚP MAC CỦA 802.11AC 14 Cải tiến lớp PHY 14 1.1 Tóm tắt cải tiến lớp PHY 14 1.2 Kết cấu lớp vật lý (PHY-level framing) 14 1.2 Độ rộng kênh 20 1.3 Truyền dẫn: Điều chế, mã hóa khoảng bảo vệ 22 1.4 Kỹ thuật MIMO 25 1.5 Thêm luồng không gian 29 1.6 Thông báo trạng thái kênh Beamforming 29 Cải tiến lớp MAC 34 2.1 Dựng khung 34 2.2 Thủ tục truy nhập môi trường 38 2.3 Bảo mật 46 Kết luận chương 48 CHƯƠNG ỨNG DỤNG IEEE 802.11AC VÀO ACCESS POINT 49 Tóm tắt cải tiến 802.11ac so với 802.11n 49 Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 ii Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục Thiết bị kiểm tra 49 Thiết lập thử nghiệm 52 Hiệu suất tối đa 55 Hiệu suất đa người dùng Multi Users 56 Video Streaming 59 Đa-Người dùng MIMO (MU-MIMO) 61 Phân tích phổ: Phát nhiễu 63 Giới thiệu thiết bị AP có hỗ trợ 802.11ac sản xuất Việt Nam 66 10 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 iii Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sự phát triển Cisco AP với sửa đổi lớp vật lý 802.11 Hình Băng thơng kênh truyền 10 Hình Sự khác biệt SU- MIMO MU- MIMO 11 Hình Công nghệ Beamforming 12 Hình Tầm phủ sóng Wi-Fi 802.11ac 13 Hình Trường tín hiệu A - định dạng cho người dùng 15 Hình Trường tín hiệu B – định dạng cho người dùng 16 Hình Sự mở rộng tín hiệu VHT B 17 Hình Mã hóa liệu tầng vật lý 18 Hình 10 Sơ đồ khối 802.11ac – định dạng người dùng 19 Hình 11 Phân bố kênh 802.11ac 20 Hình 12 Sóng mang OFDM sử dụng 802.11a/g, 802.11n, 802.11ac 22 Hình 13 So sánh phương pháp điều chế 24 Hình 14 Véc-tơ lỗi 24 Hình 15 MIMO anten truyền dẫn 802.11n, 802.11ac 25 Hình 16 Truyền thẳng đa đường 802.11n, 802.11ac 26 Hình 17 Trường VHT-SIG-A (định dạng đa người dùng) 26 Hình 18 Trường VHT-SIG-BIT (định dạng đa người dùng) 27 Hình 19 Sơ đồ khối MIMO đa người dùng 28 Hình 20 Quá trình Beamforming 30 Hình 21 a Khơng có cơng nghệ Beamforming b Sử dụng cơng nghệ Beamforming 30 Hình 22 a Phản hồi hàm ẩn b Phản hồi cụ thể cho beamforming 31 Hình 23 Định dạng khung 802.11ac MAC 34 Hình 24 Tích hợp A-MPDU để tăng hiệu suất 36 Hình 25 Phần tử thơng tin khả VHT 37 Hình 26 Kênh kênh thứ cấp 39 Hình 27 Tồn song song đa mạng khơng gian tần số 40 Hình 28 Truyền khung CTS thông thường trùng lặp 43 Hình 29 Dàn xếp băng thơng động với RTS/CTS 45 Hình 30 Chia sẻ băng thơng 46 Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 iv Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ Hình 31 Sơ đồ khối CCMP 47 Hình 32 Sơ đồ khối GCMP 48 Hình 33 Thiết bị Cisco 2800 Aruba AP - 355 50 Hình 34 Phòng thử nghiệm Wi-Fi 52 Hình 35 Mơ hình thử nghiệm 53 Hình 36 Hiển thị Aruba băng thông kênh giảm từ nhiễu jammer bất hợp pháp 64 Hình 37 Cisco phát can thiệp Bluetooth 64 Hình 38 Cisco phát can thiệp máy quay video 65 Hình 39 Cisco phát can thiệp lò vi sóng (bao gồm nhiễu xung quanh Bluetooth) 65 Hình 40 Cisco phát nhiễu jammer bất hợp pháp (bao gồm nhiễu xung quanh Bluetooth) 65 Hình 41 Thông báo thay đổi kênh phát nhiễu bất hợp phát 65 Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 v Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Biểu đồ Thông lượng tối đa AP (Mbps) .56 Biểu đồ Hiệu Kết nối Đa người dùng Cisco 2800 vs Aruba 335 kết hợp băng thông kênh 20MHz 40MHz .58 Biểu đồ Hiệu Kết nối Đa người dùng Cisco 2800 vs Aruba 335 kết hợp băng thông kênh 20MHz 58 Biểu đồ Số lượng tối đa Thiết bị người dùng xem Video Streaming 61 Biểu đồ Tổng thông lượng luồng không gian đa người dùng 63 Bảng Bảng tóm tắt ngắn gọn phát triển tiêu chuẩn 802.11 Bảng Thành phần 802.11ac Bảng Tính tốn tốc độ 802.11n 802.11ac Bảng Các tốc độ liệu quan trọng 802.11a, 802.11n 802.11ac Bảng Tóm tắt cải tiến 802.11ac 14 Bảng Các giá trị MCS 802.11ac 23 Bảng Mối quan hệ kênh kênh thứ cấp hình 17 39 Bảng Những ngưỡng độ nhạy CCA 41 Bảng Tính tương thích phát thu khung 42 Bảng 10 Tính tương thích phát thiết bị nghe 42 Bảng 11 So sánh cải tiến 802.11ac so với 802.11n 49 Bảng 12 Các đặc điểm bật AP thử nghiệm 51 Bảng 13 Bảng chi tiết số lượng thiết bị qua thí nghiệm 54 Bảng 14 Cấu hình băng tần Radio sản phẩm 57 Bảng 15 Kết thông lượng đa người dùng 59 Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 vi Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục từ viết tắt DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt AP Access point Điểm truy cập QOE Quality of Experience Chất lượng dịch vụ trải nghiệm MIMO Multiple In, Multiple Out Đa đầu vào đa đầu MU- Multiple users - multiple input Đa người dùng - đa đầu vào đa MIMO multiple output đầu DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp SAP Service Access Point điểm truy cập dịch vụ QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc BPSK Binary Phase Shift Keying MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường HD High Definition Độ phân giải cao Singe user - multiple input multiple Đơn người dùng-đa đầu vào đa output đầu Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao Null data packet Gói liệu trống Wireless Intrusion Prevention Hệ thống phòng chống xâm nhập System khơng dây Institute of Electrical and Hiệp hội kỹ sư Điện Điện Electronics Engineers tử ARM Adaptive Radio Management Khả điều chỉnh tự động QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vng góc MCS Modulation and Coding Scheme Kỹ thuật điều chế mã hóa PHY Phisical Layer Lớp vật lý SS Spatial stream Luồng không gian SU-MIMO OFDM NDP WIPS IEEE Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái vii Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục từ viết tắt STBC Space time block coding Mã khối không gian – thời gian LDPC Low Density Parity Check Code Mã kiểm tra chẵn lẽ mật độ thấp WI-FI Wireless Fidelity WLAN Wireless local area network DIFS DCF Inter Frame Space FRA Flexible Radio Assignment Phân bổ linh hoạt sóng vơ tuyến IE Information Element Phần tử thông tin RRM Radio Resource Management Quản lý tài nguyên vô tuyến FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước RF Radio Frequency Tần số vô tuyến BYOD Bring your own device Thiết bị người dùng cầm tay NDPA Null data packet announcement Thông báo gói liệu trống HT High Throughput Thơng lượng cao VHT Very High Throughput Thông lượng cao SNR Signal to Noise Radio Tỉ số tín hiệu tạp âm RTS Request to send Yêu cầu để gửi Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 Mạng khơng dây sử dụng sóng vô tuyến Mạng nội vùng không dây Phân bổ không gian liên khung DCF viii Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày thiết bị mạng không dây Wi-Fi chiếm vai trò quan trọng sống, cơng việc giải trí thường ngày Nhu cầu sử dụng mạng không dây đời sống hàng ngày ngành kỹ thuật, kinh tế chất lượng dịch vụ đòi hỏi tăng trưởng khơng ngừng Đây hội thách thức cho ngành viễn thông với việc phát triển phục vụ nhu cầu xã hội Một yêu cầu thiết yếu đặt việc tăng tốc độ mạng sử dụng Vào cuối năm 2013, Institute of Electrical and Electronics Engineers (viết tắt: IEEE) – Hiệp hội kỹ sư Điện Điện tử cho đời tiêu chuẩn IEEE 802.11ac, hay gọi Wi-Fi hệ thứ So với chuẩn trước đó, 802.11ac hỗ trợ tốc độ tối đa lý thuyết 1730Mbps (sẽ tăng tiếp) chạy băng tần 5GHz với công nghệ đa anten (MIMO) Một số mức tốc độ thấp (ứng với số luồng truyền liệu thấp hơn) bao gồm 450Mbps 900Mbps Vì vậy, qua trình làm đồ án tốt nghiệp em mong muốn tìm hiểu sâu IEEE 802.11ac Đồ án chia làm ba chương: • Chương Giới thiệu chung IEEE 802.11 IEEE 802.11ac • Chương Tìm hiểu số cải tiến lớp PHY lớp MAC 802.11ac • Chương Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access Point Cuối sau ba chương tìm hiểu phần kết luận đề tài Đồng thời đưa hướng phát triển cho đề tài Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung IEEE 802.11 802.11ac CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IEEE 802.11 VÀ 802.11AC Wi-Fi công nghệ cho phép nhiều thiết bị điện tử trao đổi liệu kết nối với mạng không dây sử dụng sóng vơ tuyến Wi-Fi Alliance định nghĩa thiết bị Wi-Fi sản phẩm Mạng không dây cục WLAN dựa chuẩn IEEE 802.11 Ngày nay, có hàng triệu thiết bị IEEE 802.11 sử dụng giới phát triển mở rộng để đáp ứng nhu cầu người dùng Vì vậy, chương cung cấp cách tổng quan chuẩn IEEE 802.11 đặc biệt IEEE 802.11ac (Trong đồ án này, sử dụng 802.11 thay cho IEEE 802.11) Tổng quan tiêu chuẩn IEEE 802.11 IEEE 802.11 nhóm phát triển đặc điểm kỹ thuật Mạng cục khơng dây WLAN Nhóm bắt đầu hoạt động vào cuối thập niên 1990 kể từ tạo nên nhiều tiêu chuẩn thành cơng như: tiêu chuẩn 802.11a, tiêu chuẩn 802.11b tiêu chuẩn 802.11g WLAN ngày phổ biến khắp nơi, hầu hết máy tính xách tay điện thoại thơng minh có sử dụng tiêu chuẩn cơng nghệ WLAN Nhóm IEEE 802.11 tiếp tục xây dựng, hoàn thiện chuẩn a, b g với phê chuẩn thức 802.11n vào năm 2009 Năm 1997, nhóm làm việc IEEE 802.11 chấp thuận IEEE 802.11 tiêu chuẩn WLAN giới, tốc độ liệu hỗ trợ Mbps Mbps Năm 1999, hai sửa đổi quan trọng chuẩn 802.11 ban đầu phê chuẩn • IEEE 802.11a-1999, gọi 802.11a, cho phép tốc độ liệu lên đến 54 Mbps băng tần 5GHz sử dụng Công nghệ OFDM • IEEE 802.11b-1999, gọi 802.11b, cho phép lên đến 11 Mbps dải khơng có giấy phép 2,4 GHz mở rộng việc sử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 802.11a sở cho sửa đổi 802.11g công bố năm 2003, sử dụng tần số trực giao giống (OFDM) cấu trúc lớp vật lý băng tần 2.4 GHz Kể từ cuối năm 90, tiêu chuẩn chuẩn IEEE 802.11 tiếp tục phát triển để phục vụ người tiêu dùng tốc độ liệu ngày cao IEEE 802.11n thức phát hành vào năm 2009 Tiêu chuẩn đánh dấu gia tăng đáng kể tốc độ liệu so với 802.11a, b g sửa đổi IEEE 802.11n cho phép băng thơng Hồng Thị Hồng Nhung – D13VT2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu chung IEEE 802.11 802.11ac kênh rộng (40MHz so với 20MHz) chuẩn WLAN sử dụng nhiều anten cho luồng liệu: lên đến 4x4, nhiều đầu vào, nhiều đầu (MIMO) 802.11n tăng luồng liệu lý thuyết từ 54Mbps lên 300Mbps kênh 20MHz 600Mbps kênh 40MHz Vào tháng 1/2012, chỉnh sửa dự thảo 802.11ac cuối công bố, nêu bật cải tiến đáng kể tốc độ liệu 802.11n Bản sửa đổi 802.11ac cung cấp tối đa liệu lí thuyết 6,93Gbps băng thông kênh lên đến 160MHz, điều chế bậc cao 256-QAM cấu hình MIMO lên đến 8x8 Năm Bản sửa đổi Tốc độ tối đa Tần số 1999 802.11a 54 Mbps GHz 1999 802.11b 11 Mbps 2,4 GHz 2003 802.11g 54 Mbps 2,4 GHz 2009 802.11n 600 Mbps 2,4/5 GHz 2013 802.11ac 6,93 Gbps GHz Bảng Bảng tóm tắt ngắn gọn phát triển tiêu chuẩn 802.11 Giới thiệu IEEE 802.11ac Vì 802.11n trở thành chuẩn máy tính điện thoại thông minh, ứng dụng thiết bị tiếp tục phát triển Công nghệ di động gặp phải khó khăn Video, đòi hỏi hai dãy băng thông lớn dịch vụ IP khác nên tốc độ 100/200 Mbps 802.11n dường không đáp ứng đủ Wi-Fi – Allience nhóm IEEE 802.11 phát triển 802.11ac, chuẩn kế thừa 802.11n 2.1 Tóm tắt chuẩn 802.11ac Tiêu chuẩn IEEE 802.11, 802.11ac phiên nhanh mở rộng 802.11n chuẩn trước Nó kết hợp tự kết nối không dây với tính Gigabit Ethernet WLAN cải thiện đáng kể số lượng khách hàng (thiết bị người dùng) hỗ trợ điểm truy cập (Acsess Point - AP), băng thơng có sẵn cho số lượng lớn luồng video đồng thời mang lại trải nghiệm tốt Ngay mạng chưa tải đầy đủ, thiết bị người dùng thấy được: tải file đồng email với tốc độ cực nhanh độ trễ thấp 802.11ac mở rộng kích thước để phục vụ việc tăng tốc độ: Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Thiết bị Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Giao thức t1 t2 t3 t4 t5 Macbook Pro 11ac 16 24 32 40 Macbook Air 11ac 12 16 20 Macbook Pro 11n 10 11ac 12 18 24 30 11ac 10 Ipad 11n 10 Iphone 11ac 10 11ac W2 12 16 20 30 60 90 120 150 Window w/ Intel 7260 Window w/ Boardcom Acer Aspire E15 Laptop Tổng thiết bị thử nghiệm Bảng 13 Bảng chi tiết số lượng thiết bị qua thí nghiệm Thử nghiệm ban đầu áp dụng 30 thiết bị người dùng - sử dụng hỗn hợp thiết bị hiển thị cột t1 Việc sử dụng sau áp dụng với 60 thiết bị người dùng (t2) cách tăng gấp đôi số lượng loại thiết bị người dùng Sau đó, 90 thiết bị người dùng thử nghiệm, tăng số thiết bị người dùng tương ứng tương tự cho 120 150 thiết bị người dùng Các trường hợp kiểm tra Các trường hợp thử nghiệm trình bày chi tiết phần sau Các trường hợp thử nghiệm áp dụng là: Hiệu suất tối đa Hiệu đa người dùng Video Streaming Đa người dùng, nhiều đầu vào, nhiều đầu (MU-MIMO) Đây phát triển trội thiết bị hỗ trợ 802.11ac, thử nghiệm phân tích phổ giúp kiểm tra nhiễu số thiết bị hoạt động xung quanh ảnh hưởng đến sóng Wi-Fi sử dụng: Phân tích phổ: Phát nhiễu Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 54 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Hiệu suất tối đa Mục tiêu kiểm tra Để đo lường tốc độ tối đa cho máy khách Wi-Fi thông qua Cisco Aironet 3800 AP, với mGig Cisco chế độ dual-band 2,4GHz, 5GHz, chế độ phát sóng kép 5GHz tốc độ tối đa tương đương hệ thống dual- band AP-335 Thực Hai băng Aruba AP-335 hỗ trợ Radio 2,4GHz Radio 5GHz Máy chủ dual-band Cisco 2800/3800 AP hỗ trợ cấu hình ngồi cấu hình lại Radio 2,4GHz để trở thành Radio 5GHz thứ hai, tùy thuộc vào môi trường phủ sóng Wi-Fi Trong thử nghiệm này, người kiểm tra tải Ixia kết nối thông qua điều khiển mạng LAN không dây nhà cung cấp tới AP - Aironet 3800 trường hợp Cisco sau AP-335 trường hợp Aruba Băng thông đầu vào Cisco AP tối đa hóa kết nối mGig, hỗ trợ lên đến 5Gbps liên kết đồng RJ-45 AP-335 cấu hình tương tự với liên kết "Smart Rate" Aruba, hỗ trợ tốc độ liên kết lên đến 2,5Gbps Bài kiểm tra sử dụng hai Apple MacBook Pro máy khách không dây switch mGig Cisco Catalyst 3850 24 port Chỉ cần hai khách hàng kết nối với AP thử nghiệm - radio - ba kịch bản: • Aruba băng tần kép AP-335: máy trạm đài 2,4GHz đài 5GHz • Cisco 3800 chế độ hai băng tần: máy khách Radio 2,4GHz Radio 5GHz • Cisco 3800 chế độ "kép-5GHz": máy khách đài 5GHz Các kết Như biểu đồ cho thấy, băng tần kép AP Aruba đạt tốc độ tối đa môi trường 717Mbps Trong chế độ hai băng tần so sánh, Aironet 3800 Cisco đạt tốc độ 1014Mbps Kể từ lúc AP Cisco 3800s vượt qua 1Gbps, kết nối Cat 5e Gbps (1000BASE-T) nút cổ chai Tuy nhiên, kết nối mGig hỗ trợ nhiều Gbps (lên đến Gbps cáp đồng Cat 5e), đạt toàn dung lượng 1014Mbps Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 55 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Với hai Radio hỗ trợ băng tần 5GHz, Cisco Aironet 3800 đạt tốc độ 1688Mbps ấn tượng với hai máy khách 5GHz (mỗi trạm đài 5GHz) Biểu đồ Thông lượng tối đa AP (Mbps) Kết luận Với tốc độ liệu lý thuyết tối đa chuẩn Wi-Fi 802.11n 450Mbps, ta dễ dàng nhận thấy tốc độ thực tế thiết bị hỗ trợ Wi-Fi 802.11ac cao nhiều (tốc độ AP Cisco 3800 Dual 5GHz đạt tới 1688Gbps gần đạt tốc độ lý thuyết đề 802.11ac) Hiệu suất đa người dùng Multi Users Mục tiêu kiểm tra Để xác định xem tốc độ AP thay đổi số lượng thiết bị người dùng tăng lên từ 30 đến 150 thiết bị người dùng Thực Các hệ thống thử nghiệm Ixia cung cấp lưu lượng truy cập thực với tốc độ kết nối lên đến Gbps tới điều khiển mạng LAN không dây nhà cung cấp thông qua ba AP nhà cung cấp cho thiết bị thiết bị người dùng Tổng lượng thông qua đo cẩn thận cho bảy môi trường hoạt động khác - với 30 thiết bị người dùng, sau với 60 thiết bị người dùng, 90 thiết bị người dùng, 120 thiết bị người dùng cuối 150 thiết bị người dùng Aruba AP-335 hai băng tần hỗ trợ Radio 2,4GHz Radio 5GHz Máy chủ dual-band Cisco 2800/3800 AP hỗ trợ cấu hình chạy hai radio tốc độ GHz Hoạt động kép 5GHz thiết lập Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 56 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point tham số cấu hình, Cisco AP tự động chuyển đổi để tận dụng lợi hàng chục kênh không chồng chéo dải tần số GHz, so với số tải 24GHz Cả ba môi trường kiểm tra, với mật độ thiết bị người dùng khác băng thông kênh Các kiểm tra băng thông đa thiết bị người dùng chạy với băng thông kênh sau đây: Channel Bandwidth Aruba 355 Cisco 2800 Cisco 2800 Dual Band Dual Band Dual 5GHz Radio Radio 2,4GHz 5GHz Radio Radio 2,4GHz 5GHz Radio Radio Dual 5GHz Dual 5GHz Radio Radio 20GHz 20GHz 20GHz 40GHz 20GHz 20GHz 20GHz 40GHz 20GHz 20GHz 40GHz 40GHz Bảng 14 Cấu hình băng tần Radio sản phẩm Chú thích: Dual band: Băng tần kép Channel bandwidth: Kênh băng thông Đây kết Aruba AP-335 Cisco Aironet 2800 so sánh cấu hình khác với kết hợp băng thơng kênh 20MHz 40MHz Hồng Thị Hồng Nhung – D13VT2 57 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Biểu đồ Hiệu Kết nối Đa người dùng Cisco 2800 vs Aruba 335 kết hợp băng thông kênh 20MHz 40MHz Chú thích: Tổng lượng thơng tin (Aggregate Throughput) (Mbps) Số lượng thiết bị người dùng hoạt động (Number of Active Thiết bị người dùngs) Biểu đồ Hiệu Kết nối Đa người dùng Cisco 2800 vs Aruba 335 kết hợp băng thông kênh 20MHz Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 58 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Các kết 30 thiết Vendor Radio Config Channel Widths bị (MHz) người dùngs 60 90 120 150 thiết thiết thiết thiết bị bị bị bị người người người người dùngs dùngs dùngs dùngs Cisco Dual 5GHz 40/40 1131,5 952 839,5 825,5 807,5 Cisco Dual 2,4/5GHz 20/40 720,5 666,5 580 570 558 Aruba Dual 2,4/5GHz 20/40 653,5 600,5 515 495,5 484,5 Cisco Dual 5GHz 20/20 560 518,,5 451,5 436,5 430,5 Cisco Dual 2,4/5GHz 20/20 435,5 396 382,5 353,5 347 Aruba Dual 2,4/5GHz 20/20 340 306 257 249 247 Bảng 15 Kết thông lượng đa người dùng Chú thích: Vendor: Nhà cung cấp Radio config: Cấu hình vơ tuyến Kết cho thấy hiệu suất tổng thể, cho số lượng thiết bị người dùng, khác tùy thuộc vào cấu hình AP Kết tốt đạt với Cisco Aironet 2800 với tất thiết bị người dùng hoạt động tốc độ 5GHz với kênh 40MHz Trong môi trường tổng công suất dao động từ 807Mbps (150 thiết bị người dùng) đến 1131Mbps (30 thiết bị người dùng) Hiệu suất băng tần kép tốt đạt với Cisco 2800 AP, với thiết bị người dùng 2,4GHz sử dụng kênh 20MHz thiết bị người dùng 5GHz sử dụng kênh 40MHz Hiệu băng thông kép dual-band Aruba AP-335 môi trường thấp so với Cisco 2800 Kết luận Đối với nhiều người dùng truy cập, tốc độ thấp mà AP thử nghiệm hỗ trợ 802.11ac cung cấp 247Mbps (đối với 150 người dùng), tối đa lên đến 1131Mbps, tốc độ mà 802.11n đạt đặc biệt với số lượng lớn người dùng truy cập đồng thời Điều cải tiến vô lớn sản phẩm hỗ trợ 802.11ac Video Streaming Mục tiêu kiểm tra Để so sánh hiệu ứng dụng thời gian thực (trường hợp luồng 5Mbps) Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 59 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Thực Thử nghiệm thực với AP nhất, xung quanh triển khai từ 20 đến 50 thiết bị người dùng - MacBook Pros Windows thiết bị người dùng Vị trí AP triển khai thiết bị người dùng sử dụng cho hai AP kiểm tra lúc Sử dụng trình phát đa phương tiện mã nguồn mở gọi VLC, từ VideoLAN (http://www.videolan.org/vlc/index.html) để phát đoạn phim quảng cáo (Independence Day - Resurgence) với tốc độ 5Mbps thiết bị người dùng Mỗi thiết bị người dùng đặt để phát video sau tự động lặp lại kết thúc video Bắt đầu thử nghiệm AP từ 35 đến 50 thiết bị người dùng (kết hợp MacBook Pros thiết bị người dùng Windows) Mỗi lần chạy thử kéo dài từ đến 10 phút, thời gian ba người kiểm tra để xem có vấn đề với hình hiển thị video Ghi nhận hai vấn đề định kỳ với số hình thiết bị người dùng: "Màn hình đơng lạnh:" Trường hợp video tạm dừng giây Pixelation: Các trường hợp mà hình ảnh video phân rã thành vng có pixel Người kiểm tra tính số lượng thiết bị người dùng trưng bày vấn đề lần chạy thử Sau đó, số thiết bị người dùng bị đóng cửa thử nghiệm chạy lại Điều tiếp tục tất thiết bị người dùng lại hiển thị đoạn giới thiệu mà không gặp cố xảy Số lượng thiết bị người dùng tối đa kết hỗ trợ video "có thể xem được" ghi lại Các kết Aruba Thử nghiệm tiến hành với Aruba AP-335 Các thử nghiệm cho thấy số 35 thiết bị người dùng truyền qua AP Aruba gặp vấn đề pixel, thiết bị khác bị "màn hình đơng lạnh" - dừng lại lâu giây thiết bị người dùng bị tắt thử nghiệm lại với 29 thiết bị người dùng Có vài hình tạm dừng giây Tắt thêm thiết bị người dùng chạy lại kiểm tra Khơng có vấn đề với 25 thiết bị lại Vậy tối đa 29 thiết bị người dùng phát video "watchable" với Aruba AP-335 Cisco Các thử nghiệm với Cisco Aironet 2800 bắt đầu với 50 thiết bị người dùng Trong thử nghiệm đầu tiên, thiết bị người dùng có vấn đề pixel Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 60 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point thiết bị người dùng có hình "màn hình bị đơng cứng" thiết bị người dùng bị tắt thử nghiệm chạy lại số 46 thiết bị người dùng lại thiết bị người dùng gặp vấn đề "màn hình bị đơng cứng" Vì vậy, thiết bị người dùng bị tắt thử nghiệm chạy lại số 45 thiết bị người dùng lại Tất 45 video xem trực tiếp mà khơng có vấn đề hiển thị Biểu đồ so sánh số lượng thiết bị người dùng tối đa đồng thời hiển thị video "xem được" với AP cập kiểm tra Biểu đồ Số lượng tối đa Thiết bị người dùng xem Video Streaming Chú thích: Max Number of Clients with Watchable Video: Số lượng tối đa Thiết bị người dùng xem Video Max Simultaneous Clients Streaming Watchable 5-Mbps Video: Số lượng tối đa Thiết bị người dùng đồng thời xem Video Kết luận Đây ứng dụng bật 802.11ac, mà số lượng thiết bị xem Video stream lên đến 45, điều mà 802.11n khơng thể làm Kéo theo đó, thời gian chờ hay dung lượng pin tiết kiệm đáng kể Đây điểm cộng cho thiết bị hỗ chuẩn Đa-Người dùng MIMO (MU-MIMO) Mục tiêu kiểm tra Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 61 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Multi-User MIMO (Multi-Input, Multi-Output) tính với 802.11ac Wave Một MU-MIMO AP truyền đồng thời nhiều thiết bị người dùng, tăng mật độ thiết bị người dùng - số lượng thiết bị người dùng hỗ trợ đồng thời Yêu cầu hỗ trợ MU-MIMO AP thiết bị thiết bị người dùng, MU-MIMO hoạt động với việc phân phối liệu, AP tới thiết bị người dùng Mục tiêu thử nghiệm để xác nhận tính hợp lý lợi ích thông qua việc sử dụng luồng không gian (3ss 4ss) Aruba AP-335 Cisco Aironet 2800 AP Thực Các bảng liệu Aruba cho thấy Aruba AP-335 hỗ trợ tính hỗ trợ cho luồng không gian Các AP 2800 3800 Cisco yêu cầu hỗ trợ cho luồng không gian, sử dụng máy phát tín hiệu radio Máy phát bổ sung sử dụng để điều chỉnh tốt thông số chùm tia MU-MIMO Chỉnh sửa chùm tia thực để giữ luồng không gian không can thiệp vào Một hệ thống thử nghiệm Ixia chạy ứng dụng IxChariot tạo lưu lượng kiểm tra, gửi qua AP (Cisco 2800 Aruba AP-335), trình bày sơ đồ kiểm tra Trong suốt đo hai kiểm tra: (1) luồng không gian (3SS) sử dụng thiết bị người dùng: Dell E5450 2SS Acer Aspire E 15 (2) luồng không gian (4SS) sử dụng thiết bị người dùng: Dell E5450 2SS Acer Aspire E15 1SS Ixia IxChariot thu thông lượng tổng hợp cho tất thiết bị người dùng kiểm tra Mỗi kiểm tra chạy phút Lấy hai đầu đo lấy trung bình để có thơng lượng tốt Thơng lượng trung bình (tính Mbps) ghi lại Các kết Kết kiểm tra cho thấy thêm thiết bị người dùng sử dụng luồng không gian thứ tư thực làm giảm thông lượng tổng hợp Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 62 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Biểu đồ Tổng thông lượng luồng không gian đa người dùng Kết luận MU-MIMO cho thấy, 802.11ac truyền nhiều luồng đến nhiều đích (người dùng) lúc 802.11n truyền nhiều luồng đến đích Tuy nhiên, thử nghiệm này, nhận thấy thêm thiết bị sử dụng luồng không gian thứ tư lại làm giảm thông lượng sử dụng Đây coi hạn chế cần khắc phục chuẩn Wi-Fi Phân tích phổ: Phát nhiễu Mục tiêu kiểm tra Để so sánh hiệu cơng cụ phân tích phổ nhà cung cấp khả phát xác báo cáo nguồn gây nhiễu Thực Thử nghiệm sử dụng AP công cụ phân tích phổ tương ứng nhà cung cấp, hiển thị hình gần Các nguồn tạo xung đột khác giới thiệu bật, riêng lẻ đồng loạt, để xác định liệu: a) AP nhà cung cấp phân tích phổ phát có mặt nhiễu b) Thiết bị tạo can thiệp xác định Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 63 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point c) AP làm cho thay đổi kênh kết quả, để tránh nhiễu nguồn gây nhiễu sử dụng: 1) Một loa Bluetooth 2) Lò vi sóng 3) Một máy quay video 4) Jammer bất hợp pháp AP Các kết Aruba Aruba phát can thiệp từ xác định hai nguồn: thiết bị Bluetooth (loa) lò vi sóng Như thể hình sau đây, Aruba AP-335 cho thấy sụt giảm băng thơng sẵn có kênh gây nhiễu bất hợp pháp Tuy nhiên, khơng xác định nguồn khơng thay đổi cấu hình kênh để tránh băng thơng bị nhiễu Hình 36 Hiển thị Aruba băng thơng kênh giảm từ nhiễu jammer bất hợp pháp Cisco: Cisco 2800 xác định xác tất nguồn gây nhiễu mà giới thiệu, hiển thị hình sau Hình 37 Cisco phát can thiệp Bluetooth Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 64 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Hình 38 Cisco phát can thiệp máy quay video Hình 39 Cisco phát can thiệp lò vi sóng (bao gồm nhiễu xung quanh Bluetooth) Hình 40 Cisco phát nhiễu jammer bất hợp pháp (bao gồm nhiễu xung quanh Bluetooth) Quan sát thấy gói Cisco phản ứng với can thiệp phát cách thay đổi kênh Đoạn trích hình thông báo thay đổi kênh kết việc phát nhiễu nhiễu bất hợp pháp Hình 41 Thơng báo thay đổi kênh phát nhiễu bất hợp phát Kết luận Như thấy kết phát nhiễu trên, chủ yếu nhiễu đến từ thiết bị gia dụng lò vi sóng, loa blutooth, thiết bị hoạt động băng tần 2,4GHz Vì vậy, chuẩn 802.11ac hoạt động băng tần 5GHz giảm phần nhiễu ảnh hưởng không nhỏ môi trường xung quanh giúp tăng tốc độ dung lượng truyền tải Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 65 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Ứng dụng IEEE 802.11ac vào Access point Giới thiệu thiết bị AP có hỗ trợ 802.11ac sản xuất Việt Nam Hiện nay, Việt Nam thiết bị AP có hỗ trợ 802.11ac VNPT Technology sản xuất đưa vào sử dụng iGate AP1101IH thiết bị Wifi router VNPT Technology sản xuất với nhiều tình vượt trội, đáp ứng đầy đủ nhu cầu người dùng Thiết bị hỗ trợ đầy đủ: • Chuẩn khơng dây: IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac 802.11a/b/g/n/ac • Anten: Dual MIMO 3x3 • Kỹ thuật điều chế: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64QAM, 256QAM; DBPSK, DQPSK, CCK • Thơng lượng tối đa lớp vật lý: 1700Mbps • Tần số: 2.4 - 2.4835 GHz, 5150MHz - 5850 GHz, tự động chọn kênh • Độ rộng kênh: 20/40/80Mhz Ngồi ra, khn khổ dự án, VNPT Technology có triển khai thử nghiệm dịch vụ số khu vực sau: • Phủ sóng Wifi thành phố Bắc Ninh • Phủ sóng Wifi tồn khu KTX trường Đại học Bách Khoa Hà Nội • Phủ sóng Wifi tồn khu vực Hồ Hồn Kiếm • Phủ sóng Wifi khu vực bờ biển Nha Trang • Phủ sóng Wifi KTX Đại học Trà Vinh Với việc AP VNPT Technology sản xuất lắp đặt có hỗ trợ 802.11ac thử nghiệm số dịch vụ mang lại kết khả quan: số lượng người truy cập đồng thời lớn, tốc độ ổn định, tương đối cao có khả phủ sóng rộng phục vụ nhu cầu sử dụng người dùng điểm công cộng lớn 10 Kết luận chương Qua thử nghiệm thực tế đưa kết thu được, lần khẳng định lại đặc điểm trội mà 802.11ac làm được: - Hiệu suất tối đa thiết bị hỗ trợ 802.11ac đạt tốc độ Gigabit - Với số lượng người sử dụng lớn truy cập sử dụng băng thông thiết bị với tốc độ truyền tải cao, xem video chất lượng cao - Tránh nhiễu từ thiết bị gia dụng với băng tần 5GHz Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 66 Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận hướng nghiên cứu KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Tốc độ mạnh lớn 802.11ac Về lý thuyết, 802.11ac cho tốc độ cao gấp ba lần so với 802.11n số luồng truyền qua giúp 802.11ac trở thành chuẩn Wi-Fi vượt qua ngưỡng 1Gbps có khả tương thích ngược với chuẩn 802.11n chuẩn trước 802.11ac chạy băng tần 5GHz, điều giúp 802.11ac tránh nhiễu thiết bị gia dụng khác IEEE 802.11ac sử dụng cơng nghệ chùm tia (Beamforming) với đó, cơng nghệ truyền tín hiệu đa hướng (MIMO) lên đến tám luồng truyền nhận với nhiều thiết bị người dùng thời điểm Đây nhược điểm công nghệ MIMO Với AP nhiều anten để tăng kênh phát nhận làm tăng độ phức tạp trình xử lý tín hiệu Tốc độ tối đa thực tế chuẩn 802.11ac chưa thể đạt ngưỡng 1,3Gbps Dù kết cao nhiều so với chuẩn 802.11n Tốc độ kết nối thực tế 802.11ac bị giới hạn yếu tố sau chi phối: phí mạng, phần cứng, vấn đề nghẽn mạng sở hạ tầng, khoảng cách, số lượng thiết bị kết nối đồng thời, hay định tuyến đời cũ khơng tương thích với chuẩn mạng 802.11ac đạt nhiều thành tựu vượt trội nhiên hạn chế Để sử dụng tốc độ cao Gigabit, thiết bị cũ hay khách hàng phải nâng cấp thay thiết bị sử dụng gây tốn thêm chi phí Việc thêm nhiều anten xử lí cần thêm thiết bị điện tử làm tăng giá thành thiết bị hỗ trợ công nghệ Và với công nghệ cũ chạy băng tần 2,4GHz cần Radio điểm truy cập riêng biệt hỗ trợ 2,4GHz để kết nối vào mạng Ngồi để mở rộng băng tần lên 80MHz, 160MHz, kênh cần kết hợp Đây điểm cần khắc phục hướng phát triển cần thiết cho nhóm nghiên cứu tiếp tục Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 67 Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 802.11ac: The Fifth Generation of Wi-Fi Technical White Paper - March 2014 [2] 802.11ac In-Depth – Aruba Netwworks [3] 802.11ac: A Survival Guide - Matthew S Gast [4] Dual-Band Wave Access Points Comparative Performance: Cisco Aironet 2800 and 3800 Aruba AP-335 – Miercom Cisco – September 2016 [5] Performance analysis of 802.11ac Access Points: The Power of Smart Antenna Technology University of Brescia [6] Wi-Fi: Overview of the 802.11 Physical Layer and Transmitter Measurements Hoàng Thị Hồng Nhung – D13VT2 68 ... IEEE 802. 11ac Đồ án chia làm ba chương: • Chương Giới thiệu chung IEEE 802. 11 IEEE 802. 11ac • Chương Tìm hiểu số cải tiến lớp PHY lớp MAC 802. 11ac • Chương Ứng dụng IEEE 802. 11ac vào Access Point. .. Mbps 802. 11n dường không đáp ứng đủ Wi- Fi – Allience nhóm IEEE 802. 11 phát triển 802. 11ac, chuẩn kế thừa 802. 11n 2.1 Tóm tắt chuẩn 802. 11ac Tiêu chuẩn IEEE 802. 11, 802. 11ac phiên nhanh mở rộng 802. 11n... chương cung cấp cách tổng quan chuẩn IEEE 802. 11 đặc biệt IEEE 802. 11ac (Trong đồ án này, sử dụng 802. 11 thay cho IEEE 802. 11) Tổng quan tiêu chuẩn IEEE 802. 11 IEEE 802. 11 nhóm phát triển đặc điểm