Nội dung

Thiết kế mạng wireless mật độ cao – Những kinh nghiệm hay nhất

Em xin dịch tóm lược lại các bài khá hay của Netgear liên quan đến một phần mà anh em làm wifi hay quan tâm: High Density (Giải pháp Wifi tại khu vực mật độ cao). Do mỗi hãng đều có những công nghệ và ý tưởng độc đáo của riêng mình nên em sẽ tách biệt một số bài để ae cùng nghiên cứu. Lần đầu em post bài sẽ có nhiều sai sót, mong ae đóng góp để em sửa đổi và cải thiện chất lượng 😀
Lưu ý: Bài viết này tác giả viết năm 2014 nhưng vẫn có nội dung cơ bản để triển khai một mạng HD.

TÓM TẮT

Hiện nay, xu thế BYOD (sử dụng thiết bị cá nhân cho công việc)đang ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn. Các mạng wireless cũ được thiết kế để hỗ trợ một số ít laptop thì nay đang phải xử lý một số lượng lớn các thiết bị di động như smartphone, tablet, sách điện tử, các thiết bị này cũng thường xuyên chạy các ứng dụng chiếm nhiều băng thông như xem video (hoặc có thể là video call, streaming…). Kết quả là các quản trị viên IT sẽ đối mặt với thách thức phải thiết kế và triển khai mạng không dây đủ để đáp ứng sự tăng trưởng theo cấp số nhân của các thiết bị và ứng dụng.
Tài liệu này sẽ giúp ae IT hiểu được một số hướng dẫn cơ bản về yêu cầu cho bandwidth, throughput của AP và các ví dụ hay nhất khi triển khai mạng không dây tại những môi trường mật độ cao như trường học & SMB.

GIỚI THIỆU

Có 2 cách cơ bản triển khai mạng không dây: (i) theo diện tích phủ sóng và (ii) theo số lượng user.

+) Mạng dựa theo diện tích phủ sóng

Khi thiết kế mạng dựa theo diện tích phủ sóng, mục tiêu là cung cấp tín hiệu RF tốt cho diện tích rộng nhất có thể đối với 1 hoặc nhiều AP. Những ví dụ cho quá trình triển khai này bao gồm các khu vực có diện tích rộng sử dụng mà số lượng thiết bị bình quân trên mỗi AP thấp, ví dụ như:
· Các lớp học tại trường cấp 1
· Nhà kho
· Viện dưỡng lão, bện viện hoặc các phòng khám
· Khách sạn
· Văn phòng
Trong phần lớn các ví dụ nêu trên, số lượng AP cần thiết để phủ sóng khu vực được quyết định bởi độ mạnh tín hiệu của AP (là sự kết hợp của công suất đầu ra và độ lợi của anten). Các yếu tố khác cần lưu ý khi thiết kế mạng dựa theo diện tích phủ sóng gồm:
· Hạ tầng khu vực triển khai: Văn phòng, VP mở, nhà kho, phòng đơn của motel/hotel
· Chiều cao trần và cách bố trí tầng: VD: Văn phòng (cao 3m), nhà kho (cao 3m), phòng gym (cao 9m)
· Các vật cản và vật liệu kết cấu: VD: Bê tông, gạch, vách thạch cao, trục thang máy…
· Số lượng các tầng
· Những khu vực loại trừ (khu vực không cần hoặc không muốn phủ sóng)

+) Loại thứ 2 là triển khai mạng dựa theo số lượng user.

Với trường hợp này, mục tiêu là cung cấp tín hiệu wifi chất lượng tốt tới một nhóm người dùng đồng thời trong một khu vực giới hạn nhất định. Ví dụ cho trường hợp này như triển khai tại khu vực trường cấp II, III, giảng đường, khán phòng, thư viện, sân vận động và hội trường. Các yếu tố ảnh hưởng cần quan tâm khi thiết kế mạng kiểu này bao gồm:
· Số lượng người dùng trong một khu vực nhất định được phủ sóng bởi 1 AP
· Số lượng thiết bị wifi trên một người dùng
· Tỉ lệ người dùng dự kiến sẽ sử dụng thiết bị wifi
· Các loại ứng dụng sử dụng và throughput cần thiết
· Các loại App được sử dụng
· Loại thiết bị kết nối (2.4 GHz vs 5GHz)
· Các giao thức cũ vs. các client sử dụng giao thức 11n (Lưu ý: thời điểm bài viết là năm 2014)
Trong môi trường doanh nghiệp hoặc trường học, có thể có những khu vực yêu cầu triển khai cả vùng phủ sóng lẫn số lượng người dùng. Khi bạn có một số lượng lớn người dùng truy cập wifi (với thông lượng yêu cầu cao) cùng lúc thì đó được coi là khu vực wifi mật độ cao. Theo nguyên tắc chung, khi có từ 25 – 30 user hoạt động trong vùng phủ sóng bởi 1 AP (khoảng 500 – 1000 bộ vuông ~ 46,5 – 93m2) thì bạn sẽ cần thiết kế mạng không dây của mình theo một trong những ví dụ điển hình về mạng mật độ cao được nêu trong hướng dẫn này.

XÁC ĐỊNH THÔNG LƯỢNG (THROUGHPUT) CHO AP

Một sai lầm thường mắc phải là dùng thông số tối đa theo lý thuyết để ước lượng thông lượng (throughput) mà một AP có thể hỗ trợ thực tế. Ví dụ, theo lý thuyết thì thông lượng cho 1 AP với băng tần kép 2×2 có thể hỗ trợ tới 300Mbps trên một băng tần và 600Mbps trên 2 băng tần. Giả sử rằng có 25 user đang đồng thời sử dụng wifi trong khu vực đó, bạn có thể tính nhầm rằng mỗi AP có thể hỗ trợ tới 24Mbps trên mỗi user (600Mbp/25 user)
Trên thực tế, có một vài yếu tố sẽ khiến thông lượng AP giảm tương đối nhiều so với giới hạn lý thuyết:
· Giao thức và thời gian truyền dữ liệu theo gói (packet overhead): có thể giảm thông lượng từ 40 – 50%
· Những thiết bị chậm hoặc ở xa: Những client ở xa hoặc trong vùng tín hiệu yếu phải giảm tốc độ truyền dữ liệu vật lý (transmission physical rate – PHY) để chuyển được gói dữ liệu (ví dụ thiết bị gửi đi một gói dữ liệu với tốc độ 1Mbps thì sẽ lâu hơn gấp 100 lần so với một thiết bị gửi đi đi cùng gói dữ liệu đó ở tốc độ PHY là 100Mbps). Điều này có khả năng làm giảm 50% thông lượng.
· Mật độ phân bố thiết bị không đồng đều: trong một AP băng tần kép, cả hai băng tần có thể cùng lúc hỗ trợ kết nối tới thiết bị. Tuy nhiên, không phải thiết bị nào cũng có 2 băng tần và thậm chí không có gì đảm bảo rằng các thiết bị 2 băng tần sẽ tự phân bổ kết nối đồng đều tới băng tần 2.4 và 5GHz. Hiệu suất của network có thể giảm thêm 50% bởi các hành vi hoạt động của client.
· Quản lý lưu lượng: quản lý lưu lượng trao đổi giữa AP và các client khác nhau ở mức PHY thấp có thể giảm 25% băng thông sẵn có.
· Các vấn đề khác: Trùng kênh, nhiễu kênh lân cận, phát lại kênh (network re-transmission) và các client hoạt động không ổn định có thể giảm thêm thông lượng của AP.
Như hình 1: Người dùng cuối trong môi trường trường học hoặc SMB chỉ còn lầm tầm 2 – 3 Mbps/user để chạy các ứng dụng quan trọng sau khi tính đến các yếu tố làm suy yếu thông lượng của AP. Lưu ý rằng các giá trị này được đưa ra dựa trên kinh nghiệm triển khai các giải pháp trong quá khứ và hiệu năng thực tế có thể thay đổi tùy tình hình cụ thể.

THIẾT LẬP CÁC YÊU CẦU CHO BĂNG THÔNG

Khi thiết kế mạng wifi mật độ cao, chúng ta cần phải hiểu sẽ sử dụng ứng dụng nào và bao nhiêu băng thông cần cho từng ứng dụng xét trên thông lượng cho từng user. Hình số 2 cung cấp một vài tham khảo chung về bao nhiêu thông lượng sẽ cần cho các ứng dụng cơ bản như: lướt web, nghe nhạc, xem video, in ấn, chia sẻ file và làm bài test online. Ngày càng nhiều các trường học hàng ngày đang sử dụng ứng dụng học online qua video như knowmia.com và Youtube. Như ae có thể nhìn thấy trong hình, thông lượng yêu cầu có thể thay đổi từ 2 – 4 Mbps/user tùy theo độ phân giải của video. Khi chúng ta biết băng thông cần sử dụng cho từng ứng dụng thì con số này có thể được sử dụng để tính toán băng thông yêu cầu cho từng user.
Bên cạnh loại ứng dụng được sử dụng, băng thông yêu cầu sẽ thay đổi dựa trên số lượng thiết bị dự kiến kết nối tới mạng wifi. Càng nhiều thiết bị kết nối vào mạng, thông lượng trên từng thiết bị sẽ giảm bởi vì tốc độ truyền tín hiệu chậm hơn. Nếu network bao gồm các loại thiết bị có chuẩn wifi: 11a, b, g và 11n thì thông lượng trung bình trên một thiết bị sẽ giảm do số lượng lớn các thiết bị dùng chuẩn kết nối cũ.
Khi đã biết loại ứng dụng và băng thông cho từng ứng dụng đó, bạn có thể thiết lập tổng băng thông yêu cầu bằng cách nhân tổng Mbps với số lượng thiết bị dự kiến hoạt động trong khu vực phủ sóng.
TOP 10 KHUYẾN CÁO THIẾT KẾ MẠNG WIFI MẬT ĐỘ CAO
Những khuyến cáo thiết kế sau đây là những ví dụ hay nhất dựa trên nhiều dự án đã triển khai thành công và có thể được dùng như nhưng hướng dẫn thích hợp cho việc thiết kế, lên kế hoạch và triển khai mạng wifi mật độ cao.
1) Xác định được khu vực wifi mật độ cao: Bắt đầu quá trình thiết kế bằng việc sử dụng các công cụ khảo sát sóng cao tần thời gian thực như: AirMagnet để xác định khu vực mật độ cao.
2) Sử dụng AP băng tần kép: sử dụng AP băng tần kép (2.4 và 5GHz) để tăng tối đa thông lượng sẵn có cho các user. Luôn bật cả 2 băng tần.
3) Thiết kế các AP gối nhau: Thiết kế vị trí đặt AP trong khu vực mật độ cao làm sao để mỗi thiết bị sẽ luôn nhìn thấy 2 hoặc 3 AP. Bất kỳ thời điểm nào, nếu 1 hoặc 2 AP quá tải, thiết bị có thể được chuyển tới 1 AP khác mà không hề ảnh hưởng tới trải nghiệm của người dùng. (Hình 3)
4) Cân bằng lưu lượng: Đặt mức ngưỡng trên AP để tận dụng hiệu quả tài nguyên nhằm đảm bảo bạn có thể cân bằng tải lưu lượng tới toàn bộ AP kết nối tới các thiết bị. Dựa trên các bài test nội bộ của Netgear, chúng tôi khuyến cáo cấu hình tối đa từ 25 – 30 thiết bị/AP khi dùng những ứng dụng đòi hỏi thông lượng cao và mức RSSI tối thiểu là -73dBm.
5) Một AP/ Lớp học: Đối với các trường trung học và cấp III, nơi có khoảng từ 25 – 30 học sinh/lớp và có thông lượng trao đổi lớn do giáo trình dựa trên chương trình 1 kèm 1 hoặc stream video HD thì nên sử dụng 1 AP trong lớp và thêm 1 AP ngoài hành lang.
6) Đặt công suất phát AP ở mức thấp: Đẩy công suất phát AP lên cao có thể gây thêm hiện tượng chồng kênh và nhiễu kênh lân cận. Giải pháp đưa ra là bổ sung thêm 1 AP thứ 3 và cấu hình công suất suất phát ở mức ½ hoặc ¼ tại băng tần 2.4GHz và ½ tại băng tần 5GHz. (Hình 4)
7) Nâng cấp mạng dây: Đảm bảo đủ băng thông tại mạng dây để hỗ trợ các AP có thông lượng cao hơn bằng cách triển khai các switch PoE Gig ở các vùng biên và các switch 1Gb hoặc 10Gb tại lớp mạng tổng/core.
8) Tới thực địa: Tiến hành khảo sát site thực tế để xác định cũng như xử lý bất kỳ dạng nhiễu tiềm ẩn nào tới từ nguồn wifi hoặc không phải wifi.
9) Thử tải: Trước khi cho hệ thống vào vận hành, cần cho mạng chạy toàn tải để xác định khả năng của mạng đó khi xử lý lượng lớn traffic sinh ra từ các client.
10) Chia sẻ kinh nghiệm: Thiết kế mạng wifi mật độ cao vẫn là một chủ đề tương đối mới đối với ae IT trong môi trường giáo dục (K12 tại US) và SMB. Nguồn tư liệu quý báu nhất chính là việc cộng đồng chia sẻ kiến thức từ các lần triển khai thành công dự án.
KẾT LUẬN
Với việc các thiết bị cá nhân (BYOD) đang dần trở thành một phần của cuộc sống, không chỉ trong môi trường doanh nghiệp mà còn ở: trường học, bệnh viện và các cơ quan chính phủ… thì mạng wifi phải được thiết kế sao cho đáp ứng được sự tăng lên không ngừng của lượng traffic sinh ra. Tại môi trường wifi mật độ cao, nhu cầu về thông lượng thường tăng mạnh vì người dùng sẽ mang theo 2 -3 thiết bị sử dụng cùng lúc nhiều ứng dụng ngốn tài nguyên. Chìa khóa triển khai thành công một mạng không dây, đầu tiên cần phải hiểu khu vực đó cần triển khai theo diện tích phủ sóng hay số lượng thiết bị. Khi bạn biết được các thông số dựa trên kịch bản triển khai, hãy làm theo các khuyến nghị được nêu trong tài liệu này để đảm bảo bạn sẽ cung cấp trải nghiệm wifi tốt nhất tới khách hàng cuối. Hãy chia sẻ những kinh nghiệm và thực tiễn triển khai của mình với những đồng nghiệp đã, đang và sẽ triển khai mạng wifi cho trường học hoặc SMB, đây có thể là nguồn tham khảo giá trị với cộng đồng.

TÁC GIẢ

Tác giả Lê Mạnh Hùng, công ty Simcomp