Tải bản đầy đủ

đồ án : nghiên cứu công nghệ VoWLAN

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
LỜI NÓI ĐẦU ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU viii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VOWLAN 9
1.1 Giới thiệu chung 9
1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống VoWLAN 10
1.2.1 Tổng quan hệ thống VoWLAN 10
1.2.2 Cơ sở hạ tầng mạng 11
1.2.2.1 Mạng Access Point truyền thống 11
1.2.2.2 Mạng chuyển mạch không dây 12
1.2.2.3 Mạng Mesh 14
1.3 Tín hiệu trong VoWLAN 15
1.3.1 Thoại 15
1.3.2 Video 16
1.3.3 Lưu lượng VoIP 17
1.3.4 Tín hiệu tần số vô tuyến 18
1.3.5 Nhiễu vô tuyến 20

1.4 Kết luận 26
Chương II: CÁC CÔNG NGHỆ CƠ BẢN CỦA VoWLAN 28
2.1 Công nghệ VoIP 28
2.1.1 Tổng quan về VoIP 28
2.1.1.2 Ưu nhược điểm của VoIP 28
2.1.3 Kiến trúc mạng VoIP 29
2.1.4 Các giao thức báo hiệu 30
2.1.4.1 MGCP 30
2.1.4.2 Megaco/H248 31
2.1.4.3 H323 32
2.1.4.4 SIP 33
2.2 Công nghệ WLAN 33
2.2.1 Tổng quan về WLAN 33
2.2.1.1 Ưu nhược điểm của WLAN 34
2.2.2 Mô hình WLAN 35
2.2.2.1 Mô hình Ad-hoc (IBSS-Independent Basic Service Set) 35
2.2.2.2 Mô hình mạng cơ sở hạ tầng (Infrastructure Basic Service Set) 36
2.2.2.3 Extended Service Set (ESS) 37
2.2.3 Các thiết bị cơ bản của mạng WLAN 37
2.2.3.1 Card mạng không dây (Wireless NIC) 37
2.2.3.2 Các điểm truy cập (Access Point) 38
2.2.3.3 Bridge không dây (WBridge) 39
2.2.3.4 Các router điểm truy cập (Access Point Router) 39
2.2.4 Các chuẩn WLAN 39
2.2.4.1 IEEE 802.11 40
2.2.4.2 HiperLAN 48
2.2.4.3 Các chuẩn khác 49
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
i
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
2.2.5 Các kĩ thuật vật lí trong WLAN 50
2.2.4.1 FHSS 51
2.2.4.2 DSSS 51
2.2.4.3 OFDM 52
2.3 Kết luận 52
Chương III: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG VoWLAN 53
3.1 Dung lượng hệ thống và QoS 53
3.1.1 Phân loại lưu lượng 53
3.1.2 EDCF 54
3.1.3 HCF 56


3.1.4 Thực hiện QoS cho VoWLAN 57
3.1.4.1 WLAN 58
3.1.4.2 LAN hữu tuyến 58
3.1.4.3 Mạng IP 58
3.1.5 Dung lượng hệ thống 59
3.1.6 Điều khiển truy nhập 61
3.2 Bảo mật trong VoWLAN 63
3.2.1 Sự cần thiết của bảo mật 63
3.2.1.1 Điều khiển thụ động 64
3.2.1.1 Truy cập trái phép 64
3.2.1.2 Từ chối dịch vụ 65
3.2.2 Các phương pháp bảo mật cho VoWLAN 65
3.2.2.2 Xác thực 65
3.2.2.3 Mã hóa dữ liệu truyền 71
3.3 Chuyển vùng 75
3.3.1 Giới thiệu 75
3.3.1.1 Sự cần thiết chuyển vùng 75
3.3.1.2 Các loại chuyển vùng 76
3.3.2 Các vấn đề trong chuyển vùng 76
3.3.2.1 Khi nào chuyển vùng 76
3.3.2.2 Chuyển vùng tới đâu 77
3.3.2.3 Quét (Scan) để chuyển vùng 77
3.3.2.4 Chuyển vùng như thế nào 78
3.3.3 Chuyển vùng và thoại 79
3.4 Kết luận 80
KẾT LUẬN 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói dầu
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, Internet bùng nổ và phát triển mạnh mẽ cùng với nó là
một loạt các công nghệ khác cũng phát triển ngày càng lớn mạnh và chiếm ưu thế hơn, điển
hình là VoIP. Đồng thời công nghệ không dây cũng trở lên khá phổ biến, ngày càng có
nhiều người truy nhập Internet qua mạng không dây như Wi-Fi, Wimax. VoIP có ưu điểm
là chi phí tương đối rẻ, chất lượng cuộc gọi cũng khá tốt, tuy nhiên tất cả người sử dụng
VoIP đều gặp một vấn đề là để tiến hành được cuộc gọi thì họ phải có một chiếc máy tính
kết nối Internet. Đó chính là một nhược điểm lớn của VoIP. Do đó một xu hướng mới
chính là kết hợp hai công nghệ VoIP và công nghệ không dây, dẫn tới sự ra đời của
VoWLAN.
VoWLAN kế thừa các ưu điểm của VoIP và mạng không dây, nó tạo ra sự linh động
trong VoIP, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người
Từ thực tiễn trên, Luận văn này sẽ tiến hành nghiên cứu công nghệ VoWLAN (Voice
over Wireless LAN) với những nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan về VoWLAN
Chương 2: Các công nghệ cơ bản của VoWLAN
Chương 3: Những vấn đề cơ bản trong VoWLAN
Do còn nhiều hạn chế về trình độ và thời gian nên luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn đọc.
Trong thời gian làm luận văn này, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các
thầy cô giáo đặc biệt là Ths. Nguyễn Thanh Trà đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
Hà nội, tháng 11 năm 2008
Sinh viên
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ACK Acknowleged Xác nhận
AES Avanced Encryption Standart Tiêu chuẩn mã hoá nâng cao
AP Access Point Điểm truy cập
BSS Basic Service Set Bộ dịch vụ cơ sở
CA Collision Avoidance Tránh xung đột
CCK Complementary Code Keying Khoá mã bổ sung
CF Contention Free Không tranh chấp
CRC Cyclic Reduntdancy Check Kiểm tra dư chu trình
CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy cập cảm nhận sóng mang
CTS Clear To Send Xoá để phát
DCF Distributed Coordination Function Chức năng phối hợp phân bố
DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hoá dữ liệu
DHCP Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình host động
DIFS DCF- Inter Frame Space Khoảng thời gian liên khung DCF
DMZ Data Management Zone Khu vực quản lý dữ liệu
DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ
DS Distribution System Hệ thống phân phối
DSM Distribution System Medium Môi trường hệ thống phân phối
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức nhận thực mở rộng
EDCF Enhanced Distributed Coordination
Function
Chức năng phân bố phối hợp nâng
cao
EIRP Effective Isotropically Radiated
Power
Bức xạ đẳng hướng đồng đều
ESS Extended Service Set Bộ dịch vụ mở rộng
FCC Federal Communication Commission Uỷ ban truyền thông liên bang
FDM Frequency Division Multiplexing Hợp kênh phân chia tần số
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
HCF Hybrid Coordination Function Chức năng phối hợp lai
IBSS Independent Basic Server Set Mô hình mạng độc lập
BSS Basic Service Set Mô hình mạng cơ sở
IEEE Institute of Electrical and Electronic
Engineers
Viện các kỹ sư điện và điện tử
IrDA Infrared Data Association Kết hợp dữ liệu hồng ngoại
ISM Industrial, Scientific, and Medical Băng tần công nghiệp, khoa học
và y tế
IPsec IP Security An ninh IP
IV Initialization Vector Véc tơ khởi tạo
LAN Local Area Network Mạng nội hạt
MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng phương
tiện
MIMO Multiple input, multiple output Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
MPDU MAC Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức lớp MAC
MSDU MAC Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ lớp MAC
NAT Network Address Translation Phiên dịch địa chỉ mạng
NAV Network Allocation Vector Vector cấp phát mạng
NIST National Institute of Standards and
Technology
Viện các tiêu chuẩn và công nghệ
quốc gia
OSI Open System Interconnection Hệ thống kết nối mở
OFDM Orthorgonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tàn số
trực giao
PCF Point Coordination Function Chức năng phối hợp điểm
PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã
PF Persistance Factor Nhân tố độ bền
PIFS PCF Inter Frame Space Khoảng trống liên khung PCF
PHY Physical layer Lớp vật lý
PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ 1 phần tử
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
iv
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
QPSK Quadrature phase shift keying Điều chế biên độ dịch pha 4 vị trí
RADIUS Remote Authentication Dial – In
User Service
Dịch vụ người sử dụng quay số
nhận thực từ xa
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RSSI Received Signal Strength Indication Độ mạnh tín hiệu thu
RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức vận chuyển thời gian
thực
RTS Request to Send Yêu cầu truyền
SIFS Short Inter Frame Sort Khoảng cách liên khung ngắn
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm
SS System State Trạng thái hệ thống
SSID Service Set Identifier Bộ nhận dạng tập dịch vụ
STA Station Trạm
SWAP Shared Wireless Access Protocol Giao thức truy nhập vô tuyến dùng
chung
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
TKIP
Temporary Key Integrity Protocol Giao thức toàn vẹn khoá tạm thời
TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải
TSPEC Traffic Specifications Tham số lưu lượng
TXOP Transmission Opportunity Cơ hội truyền dẫn
UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng
UNII Unlicensed National Information
Infrastructure
Hạ tầng thông tin quốc gia không
cấp phép
VLAN Virtual LAN Mạng LAN ảo
VoIP Voice over Internet Protocol Thoại qua giao thức Internet
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WAN Wide Area Network Mạng khu vực rộng
WEP Wired Equipvalent Privacy Bảo mật tương ứng hữu tuyến
WIPP Wireless IP Phone Điện thoại IP không dây
WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội hạt vô tuyến
WMA Wireless Multimedia Enhancement Đa phương tiện nâng cao vô tuyến
WMM- Wi-Fi Multimedia-Scheduled Access Điều khiển truy nhập đa phương
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
v
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
SA tiện Wi-Fi
WPA Wi – Fi Protected Access Truy nhập được bảo vệ Wi – Fi
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
vi
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Một số mô hình sử dụng của VoWLAN 9
Hình 1.2: Kiến trúc tổng quát của VoWLAN 10
Hình 1.3: Mạng lưới Access Point 12
Hình 1.4: Mạng chuyển mạch không dây 13
Hình 1.5: Cấu trúc mạng Mesh không dây 14
Hình 1.6: Các thuộc tính của một tín hiệu vô tuyến 18
Hình 1.7: Vùng phủ sóng 20
Hình 1.8: Các điểm không có tín hiệu trong vùng phủ sóng 22
Hình 1.9: Các nguồn nhiễu giao thoa khác nhau 24
Hình 1.10: Nhiễu giao thoa từ WLAN lân cận 25
Hình 2.1: Điện thoại PSTN và VoIP 29
Hình 2.2: Mạng VoIP và các giao thức sử dụng trong mạng 30
Hình 2.3: Mô hình Ad hoc 35
Hình 2.4: Mô hình Infrastructure 36
Hình 2.5: Mô hình ESS 37
Hình 2.6: Card mạng không dây sử dụng khe cắm PCI 38
Hình 2.7: Access Point 39
Hình 2.8: IEEE 802.11 và OSI 40
Hình 2.9: Khuôn dạng đơn vị dữ liệu giao thức MAC tổng quát 43
Hình 2.10: Chức năng phối hợp phân bố DCF 45
Hình 2.11: Chức năng phối hợp điểm PCF 47
Hình 2.12: Quá trình phân mảnh một gói dữ liệu unicast 48
Hình 3.1: Phân loại lưu lượng 53
Hình 3.2: Hoạt động EDCF 55
Hình 3.3: Hoạt động của HCF 57
Hình 3.4: Điện thoại Wi-Fi 57
Hình 3.5: Các nguy cơ bảo mật trong mạng không dây 64
Hình 3.8: Lọc địa chỉ MAC 68
Hình 3.9 : Xác thực khóa chia sẻ 69
Hình 3.10: Mô hình xác nhận 69
Hình 3.11: Xác nhận 802.1x EAP-TLS 70
Hình 3.12: 802.1x EAP-TLS trong controller mode 71
Hình 3.13: Quá trình má hóa 71
Hình 3.14: Quy trình mã hóa WEP sử dụng RC4 72
Hình 3.15: Thí dụ cơ bản về chuyển vùng 75
Hình 3.16: Các thành phần gây trễ trong tuyến thoại VoIP 79
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng biểu
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Sự tương quan của giá trị SNR với hiệu suất của mạng WLAN 19
Bảng 2.1: Bản tin báo hiệu MGCP: 31
Bảng 2.2: Bảng tóm tắt thông số các chuẩn IEEE 802.11 thông dụng 41
Bảng 2.3: Thông tin cho các trường dữ liệu khác nhau trong phần tiêu đề MPDU 43
Bảng 2.4: Các tiêu chuẩn của ETSI HiperLAN 48
Bảng 2.5: So sánh các công nghệ WLAN 52
Bảng 3.1: Các tham số trong lớp PHY 802.11 60
Bảng 3.2: Dung lượng VoIP cho 802.11b, 802.11a và 802.11g 60
60
Bảng 3.3: Các thành phần của bảng danh sách AP 78
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VOWLAN
1.1 Giới thiệu chung
VoWLAN là công nghệ dựa trên sự kết hợp giữa thoại qua giao thức Internet và
công nghệ không dây. VoWLAN mang lại lợi ích quan trọng trong việc hội tụ thoại với
dữ liệu. Với VoWLAN, các bệnh viện, công ty, cửa hàng, khu nhà chung cư có thể giảm
chi phí điện thoại và các ứng dụng về di động.
Thí dụ hệ thống VoWLANs có thể thay thế như:
• Điện thoại hữu tuyến
• Điện thoại cầm tay
• Máy bộ đàm
Mọi người có thể sử dụng điện thoại VoWLAN để liên lạc với nhau trong khi đang di
chuyển trong tòa nhà, bệnh viện. Việc sử dụng nó cũng đơn giản, tương tự như điện thoại
thông thường, nhưng với một điều kiện là người sử dụng phải ở trong vùng phủ sóng. Hơn
nữa một chiếc điện thoại VoWLAN có thể hoạt động từ nhiều điểm Wi-Fi hotspots, điều
này cho phép người sử dụng có thể tiến hành cuộc gọi ở bất kì nơi đâu. Một vài loại điện
thoại di động hỗ trợ VoWLAN, điều này cho phép người sử dụng có thể thực hiện một
cuộc đàm thoại qua mạng di động truyền thống khi không nằm trong vùng phủ sóng của
Access Point.
Hình 1.1: Một số mô hình sử dụng của VoWLAN
Hình A: Tương tự kiểu đàm thoại song hướng, gồm mạng LAN không dây cho phép
người sử dụng nói chuyện trực tiếp với người sử dụng khác đã kết nối vào mạng.
Hình B, C: Cho phép người sử dụng thực hiện một cuộc gọi điện thoại thực sự từ
thiết bị cầm tay VoWLAN. Lưu lượng thoại này có thể được chuyển qua mạng Internet
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
thông qua mạng PSTN. Với hai mô hình này cho thấy hệ thống này tương tự với điện thoại
truyền thống.
Lợi ích cơ bản của giải pháp VoWLAN là tiết kiệm giá thành. Hơn nữa hệ thống
VoWLAN có thể dễ dàng triển khai và nó tạo ra sự linh hoạt trong truyền thông.
1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống VoWLAN
1.2.1 Tổng quan hệ thống VoWLAN
Kiến trúc tổng quát của VoWLAN được trình bày trong hình vẽ:
Hình 1.2: Kiến trúc tổng quát của VoWLAN
Wireless IP Phone: Thiết bị này tương tự như một chiếc điện thoại di động, Tuy
nhiên nó phải bao gồm bộ tương thích, để giao tiếp với mạng LAN không dây, để kết nối
tới hệ thống điện thoại. Người sử dụng có thể thiết lập một cuộc gọi nội hạt trực tiếp tới
một người khác trong mạng, tương tự với hệ thống điện thoại công sở hay một cuộc gọi ra
bên ngoài thông qua mạng PSTN.
Call manager: Quản lí cuộc gọi trong một mạng.
Voice gateway: Thiết bị giao tiếp điện thoại IP với các loại mạng và hệ thống khác.
Thí dụ, một gateway có thể giao tiếp một mạng VoIP tới mạng PSTN truyền thống. Điều
này có thể tạo ra một tuyến truyền thông giữa điện thoại IP và người sử dụng điện thoại
thông thường.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Wireless LAN infrastructure: Một mạng LAN không dây quản lí sự truyền tải các
cuộc gọi VoIP không dây thông qua môi trường. Làm cho người sử dụng có thể tự do hơn
khi đàm thoại.
Bộ tương thích trong điện thoại IP không dây phải kết nối tới một Access Point trên
mạng trước khi người sử dụng có thể tiến hành cuộc gọi. Khi người sử dụng bắt đầu một
cuộc gọi, yêu cầu sẽ được gửi qua Access Point và qua mạng hữu tuyến tới bộ phận quản lí
cuộc gọi, tại đây yêu cầu được xử lí. Thí dụ, người sử dụng A gọi người sử dụng B, bộ
phận quản lí cuộc gọi báo chuông người sử dụng B, và thiết lập một kết nối giữa hai người
sử dụng. Để tạo ra tính linh động, bộ tương thích LAN không dây trong điện thoại IP
không dây của người sử dụng đang di chuyển phải liên kết với Access Point khác khi cần
thiết. Để cuộc gọi giữa hai người sử dụng không ngắt quãng thì sự chuyển tiếp giữa các
điểm truy cập phải ít hơn 100ms nếu không cuộc gọi sẽ bị ngắt kết nối.
Nếu người sử dụng quay số tới một số bên ngoài, bộ quản lí cuộc gọi sẽ chuyển cuộc
gọi tới PBX hoặc Internet để hoàn tất cuộc gọi. Nếu PBX không được tích hợp để xử lí lưu
lượng IP, thì một cổng VoIP trung gian sẽ chuyển lưu lượng VoIP thành tín hiệu tương tự.
1.2.2 Cơ sở hạ tầng mạng
Một hệ thống điện thoại không dây yêu cầu một cơ sở hạ tầng mạng phù hợp. Chúng
ta có thể sử dụng ngay các Access Point hiện tại hoặc sử dụng các thiết bị mới hơn. Tuy
nhiên, phải đảm bảo về dung lượng và trễ chuyển vùng sao cho cuộc gọi có chất lượng tốt
nhất. Sau đây chúng ta sẽ xét các cơ sở hạ tầng mạng không dây cơ bản.
1.2.2.1 Mạng Access Point truyền thống
Cách thông thường để triển khai mạng LANs không dây bao gồm việc lắp đặt các
Access Point thông minh “thick”, các Access Point này sẽ kết nối với nhau thông qua một
mạng chuyển mạch Ethernet như trong hình 1.3. Nhiều công ty đã và đang triển khai mạng
LANs không dây có cấu trúc này từ rất lâu rồi.
Khi người sử dụng thực hiện chuyển vùng, thiết bị client không dây của họ sẽ liên kết
với một Access Point mà có tín hiệu báo mạnh nhất. Vì Access Point chỉ là các thiết bị
LAN không dây trên mạng nên chúng phải có một bộ xử lí thông minh để nhận ra các
thành phần chủ yếu của một mạng LAN không dây mà chuẩn 802.11 không cung cấp.
Access Point cũng thực hiện chức năng quản lí vào bảo mật đối với các kết nối không dây
cơ bản.
Khi triển khai một giải pháp VoWLAN, một công ty có thể chọn sử dụng các Access
Point sẵn có, chúng thường là access point “thick”. Điều này giúp giảm bớt chi phí ban đầu
cho phần cứng. Tuy nhiên, giải pháp sử dụng loại Access Point này có thể trở lên đắt hơn
trong việc tăng phạm vi phủ sóng và hiệu suất vì giá của Access Point khá đắt. Hơn nữa, sẽ
cần nhiều hơn một Access Point để tăng hiệu suất trong cùng một vùng phủ sóng. Xét một
cách rộng hơn, chi phí cho mỗi access point trở thành một phần chính trong tổng chi phí.
Do đó, việc sử dụng các Access Point sẵn có có thể không là một sự lựa chọn về lâu dài,
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
đặc biệt đối với các công ty có kết hoạch phát triển mạng của họ trong tương lai để phụ vụ
nhiều người sử dụng hơn.
Hình 1.3: Mạng lưới Access Point
Access Point truyền thống thường kết nối với nhau sử dụng chuyển mạch chuẩn
Ethernet, một loại chuyển mạch chiếm ưu thế trong hỗ trợ kết nối hữu tuyến. Một khóa
chuyển mạch kết nối một người sử dụng, chẳng hạn một Access Point, tới một người sử
dụng khác mà không gây ảnh hưởng tới việc truy cập của những người sử dụng còn lại.
Switch giúp cải thiện thông lượng so với một hub chia sẻ bởi vì nó có ít xung đột (miền)
hơn. Người sử dụng không cần phải đợi cho đến khi người sử dụng khác kết thúc việc gửi
dữ liệu. Để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống thì sử dụng switch là rất cần thiết.
Bắt tay (Handoffs) từ một access point “thick” tới một Access Point khác có thể rất
chậm trong việc hỗ trợ các ứng dụng VoIP khi người sử dụng chuyển vùng. Vấn đề ở đây
là sự kết hợp của Access Point và chuyển mạch Ethernet truyền thống trong giải pháp này
là chưa đủ nhanh. Chẳng hạn, một vài người sử dụng điện thoại LAN không dây sẽ bị rớt
cuộc gọi khi chuyển vùng từ một Access Point này tới một Access Point khác. Tùy thuộc
vào từng mạng LAN không dây hỗ trợ ứng dụng thoại, bạn có thể kiểm tra độ trễ chuyển
vùng và đỗ trễ này nên nhỏ hơn 100ms để giảm thiểu rớt cuộc gọi.
Phương pháp sử dụng Access Point “thick” yêu cầu việc quản lí phân quyền để hỗ trợ
chức năng remote. Dù nếu các hãng sản xuất access point “thick” cung cấp một hệ thống
quản lí tập trung nhưng mạng LAN không dây vẫn phải quản lí các lưu lượng bổ xung cho
việc liên lạc đều đặn với access point. Lưu lượng này có thể làm giảm dung lượng của
mạng LAN không dây.
1.2.2.2 Mạng chuyển mạch không dây
Như là một giải pháp có hiệu quả thay thế mô hình Access Point “thick” truyền thống,
xét mạng chuyển mạch không dây như trong hình 1.4. Ý tưởng chính ở đây là sử dụng các
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Access Point “thin” tập trung vào hiệu suất và độ tin cậy cao. Access Point chỉ đơn thuần
tuân theo giao thức 802.11, trong khi switch cung cấp sự thông minh cần thiết để mang lại
sự bảo mật, quản lí và hiệu suất có hiệu quả. Đặc điểm này dẫn đến một giải pháp có hiệu
quả giúp thỏa mãn những ứng dụng về thoại và giảm một cách đáng kể tổng chi phí cho
hầu hết các ứng dụng.
Hình 1.4: Mạng chuyển mạch không dây
Giải pháp chuyển mạch không dây có chi phí thấp hơn trong việc tăng vùng phủ sóng
và hiệu suất vì một cách tương đối các Access Point này không đắt.
Sự thiếu thông minh trong các Access Point làm cho chúng rẻ đi một cách tương đối.
Tuy nhiên, toàn bộ hệ thống vẫn thông minh vì trung tâm chuyển mạch chia sẻ sự thông
minh với các access point. Phần thông minh của hệ thống chỉ cần để trên một thiết bị phần
cứng ở trung tâm, điều này giúp giảm chi phí của các Access Point. Đồng thời ít bản tin
phát sinh được gửi qua mạng LAN không dây khi quản lí điều khiển truy nhập.
Một chuyển mạch không dây thông minh cung cấp chuyển vùng nhanh hơn giải pháp
của mạng LAN không dây thông thường. Điều này cho phép hỗ trợ hiệu quả các ứng dụng
VoIP. Người sử dụng điện thoại không dây có thể chuyển vùng một cách dễ dàng trong khi
tái liên kết với Access Point khác.
Chuyển mạch không dây thực hiện có hiệu quả trong việc phát hiện các Access Point
giả mạo (Rogue Access Point). Nếu một người nào đó hay một hacker truy cập vào một
Access Point giả mạo ở mặt hữu tuyến của switch thì switch không cho phép truy cập
thông qua Access Point giả mạo tới mạng. Switch không dây chứa tất cả các cấu hình bảo
mật có thể được giữ trong một server đã được khóa, nó sẽ ngăn chặn hacker với cấu hình
của nó.
Để bảo mật tốt hơn, một lý do thuyết phục để triển khai giải pháp Access Point “thin”
là quản lí tập chung. Người quản trị có thể bảo dưỡng, quản lí, nâng cấp nhiều Access
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Point và cấu hình truy cập người sử dụng thông qua trung tâm chuyển mạch, cho phép
quản lí hiệu quả vì tích hợp chức năng hỗ trợ. Hơn nữa, phương pháp này giúp giải quyết
một lượng chi phí chủ yếu trong mạng LAN không dây làm tăng dung lượng và hiệu suất.
Một lợi ích khác của giải pháp chuyển mạch không dây là nó khá đơn giản với các
nhân viên IT. Công nghệ không dây rất mới với hầu hết các công ty và các nhân viên IT
hiện tại nó không giống với các đặc điểm vô tuyến của mạng LAN không dây. Phương
pháp chuyển mạch không dây ít tập chung vào sóng vô tuyến mà chủ yếu tập chung vào
chuyển mạch là vấn đề quen thuộc của các nhà quản trị mạng.
1.2.2.3 Mạng Mesh
Một mạng mesh là một loạt những bộ truyền sóng radio. Mỗi một máy phát có thể kết
nối tới ít nhất 2 máy phát khác. Chúng tạo ra những đám mây tín hiệu radio xuyên suốt
thành phố. Tín hiệu được chuyển đi từ router này đến router khác thông qua những đám
mây này.
Trong một vài mạng, tín hiệu chuyển từ một người nhận tới người khác cho đến khi
họ nhận được một nút mạng có kết nối tới Internet. Những mạng khác sử dụng những nút
mạng gọi là backhaul nodes. Những nút mạng này thu thập tất cả những dữ liệu từ rất nhiều
bộ truyền phát khác và chuyển những dữ liệu này qua Internet bằng việc gửi chúng tới 1
router sử dụng kết nối có dây. Backhaul nodes thường là những nút mạng điểm-tới-điểm
(point-to-point) hoặc những nút điểm tới nhiều điểm (point-to-multipoint). Chúng có thể
kết nối từ một điểm kết nối này đến điểm kết nối khác hoặc chúng có thể kết nối một điểm
tới vài điểm.
Hình 1.5: Cấu trúc mạng Mesh không dây
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Nếu bạn sử dụng máy tính xách tay để kết nối tới Internet trong một mạng mesh, bạn
có thể hình dung kết nối diễn ra như sau:
1. Máy tính của bạn tìm và phát hiện ra một mạng ngay đó, và bạn truy cập vào mạng
này
2. Giao thức để điều khiển mạng mesh sẽ tìm ra đường kết nối tốt nhất cho dữ liệu của
bạn để truyền đi. Mạng này sẽ tìm ra đường đi từ máy bạn đến một kết nối có dây
hoặc nút mạng backhaul nodes sao cho tốn ít nút mạng nhất
3. Dữ liệu của bạn sẽ được chuyển theo đúng đường như giao thức đã thiết lập trước
đó. Khi dữ liệu của bạn tìm đến một nút mạng có kết nối có dây, nó sẽ truyền qua
Internet và chuyển đến địa chỉ bạn cần dùng.
Một mạng mesh đưa ra nhiều tuyến đường song song từ nguồn tới đích. Thuật toán
định tuyến thông minh cho phép mỗi node quyết định tuyến đường nào để forward gói tin
qua mạng để nâng cao hiệu suất. Nếu liên kết giữa một cặp node của một tuyến bị nghẽn,
thí dụ, thuật toán thiết lập một tuyến khác tránh xa liên kết đang bị nghẽn. Nếu một node bị
hỏng thì route thay thế sẽ được chọn dựa trên thuật toán định tuyến.
Đặc điểm này làm cho mạng mesh thích hợp cho những khu vực mà việc lắp đặt
mạng LAN không dây có các Access Point truyền thống là không khả thi. Mạng mesh cũng
thích hợp cho việc thiết lập một mạng không dây tạm thời vì các node backhaul dễ lắp đặt
và tháo gỡ. Thí dụ, có thể thiết lập nhanh một mạng mesh trong tình trạng khẩn cấp. Các
doanh nghiệp cũng được lợi từ mạng mesh khi họ cần một mạng kết nối tạm thời.
Lợi ích mà mạng mesh mang lại rất nhiều. Nếu bạn cần một giải pháp tốt về Wi-Fi ở
những nơi mà việc lắp đặt cáp tới Access Point là không thể thì mạng mesh chính là câu trả
lời. Chi phí lắp đặt thấp hơn vì sử dụng ít cáp hơn và nó tăng tính hữu dụng trong những
vùng khó lắp dây (difficult-to-wire) làm cho mạng mesh trở lên sáng giá.
1.3 Tín hiệu trong VoWLAN
Hệ thống VoWLAN sử dụng tín hiệu thoại. Phần này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng
quan về các yếu tố chính của truyền thông thoại, thí dụ như các đặc điểm của thoại, số hóa
tín hiệu thoại, kĩ thuật nén, chuẩn tín hiệu cuộc gọi. Qua đó cho chúng ta thấy được cơ sở
của truyền thông thoại VoIP, là nền tảng để hiểu rõ hơn các quá trình tương tác xảy ra trong
mạng hữu tuyến dây và vô tuyến dây.
1.3.1 Thoại
Một cuộc gọi IP không dây truyền và nhận tín hiệu chứa tín hiệu thoại (âm thanh).
Điều này là sự kết hợp giữa VoIP và giao thức vô tuyến. Tiếng nói của chúng ta có dạng
sóng và có tần số chủ yếu nằm trong khoảng 0,3Hz-3,4KHz. Từ nhiều năm nay hệ thống
điện thoại đều được thiết kế để hỗ trợ băng tần này. Hầu hết mọi người đều có thể nghe tốt
ở băng tần này. Tín hiệu VoIP hỗ trợ cuộc đàm thoại có tần số nằm trong băng tần trên rất
tốt.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
15
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Hầu hết hệ thống VoIP không được thiết kế để truyền dẫn âm thanh trung thực. Một
tín hiệu âm thanh có băng tần rộng lên tới 10.000Hz có chất lượng âm thanh tốt hơn, nhưng
nó thực sự không cần thiết cho hầu hết các ứng dụng. Điều này đặc biệt đúng cho các hệ
thống thoại. Hơn nữa sẽ cần rất nhiều dung lượng của hệ thống để hỗ trợ âm thanh chất
lượng, nhất là đối với mạng LAN không dây thì vấn đề dung lượng luôn được quan tâm
hàng đầu.
Một chiếc điện thoại IP không dây chuyển tín hiệu thoại thành tín hiệu điện ở dạng
tương tự. Sóng âm thanh được tạo phát ra từ miệng người nói đi vào micro trong điện
thoại, qua micro sóng âm thanh được chuyển thành tín hiệu điện. Sau đó bộ khuếch đại sẽ
khuếch đại tín hiệu này lên. Tín hiệu này được gửi trực tiếp theo đường dây tới điện thoại
của người nhận hoặc tổng đài nội hạt để chuyển cuộc gọi tới đích thông qua các hệ thống
truyền dẫn.
Điện thoại IP không dây có nhiều bước tiến xa hơn so với chuẩn điện thoại tương tự.
Nó sử dụng một bộ mã hóa âm thanh để chuyển tín hiệu thoại tương tự thành tín hiệu số sử
dụng một chuỗi các số logic 0 và 1. Quá trình này được gọi là chuyển đổi tương tự/số. Sau
đó tín hiệu dữ liệu sau đó được truyền qua mạng IP. Tại điểm cuối nhận, một bộ giải mã sẽ
chuyển luồng dữ liệu số thành tín hiệu âm thanh và được đưa ra loa. Mỗi một thiết bị cuối,
thí dụ như điện thoại IP không dây, gồm có bộ mã hóa và giải mã âm thanh, thường được
gọi là audio “codec”.
Hầu hết việc chuyển đổi tương tự/số sử dụng mã hóa PCM, lấy mẫu tín hiệu 8000 lần
mỗi giây. Một bộ mã hóa PCM dùng 8 bits để mã hóa cho mỗi một mẫu. Kết quả việc mã
hóa là tín hiệu số 64Kbps (8000 mẫu/giây x 8bits/mẫu) được gửi qua mạng qua VoIP, kĩ
thuật này có hiệu quả đối với tín hiệu âm thanh trong khoảng tần số 300Hz-3.400KHz, thí
dụ như giọng nói của con người. Tuy nhiên, đối với các tín hiệu có tần số biến đổi trong
một khoảng lớn hơn, như là âm nhạc thì việc lấy mẫu phụ thuộc sự phân bố tần sôs của tín
hiệu đó.
1.3.2 Video
Video như chúng ta thấy hàng ngày qua việc xem ti-vi, video chỉ đơn thuần là một
chuỗi các hình ảnh tĩnh (các khung) xuất hiện liên tục tại một tốc độ nhất định để diễn tả lại
chuyển động của một vật nào đó trong một khung cảnh. Nó cũng có thể bao gồm thêm một
kênh âm thanh. So sánh với tín hiệu thoại, tín hiệu video có nhiều thay đổi hơn về băng tần,
sự thay đổi này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như tốc độ khung video, kích cỡ và độ phân
giải hình ảnh, hiệu quả màu sắc là tỉ lệ bit của tín hiệu video. Để giảm ảnh hưởng tới dung
lượng của mạng LAN không dây, hầu hết các máy quay Wi-Fi chỉ để độ phân giải đối đa là
640x480, 15 khung/1s và giới hạn độ sâu của mầu sắc cho mỗi pixel. Chất lượng của hình
ảnh từ máy quay Wi-Fi không quá tồi cho việc quan sát những cảnh ít thay đổi hoặc thay
đổi chậm, nhưng đối với những mục tiêu di chuyển nhanh hơn như là một chiếc xe đang lái
trên đường cao tốc, thì sẽ bị biến dạng hoặc chuyển động chậm vì tốc độ khung là tương
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
16
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
đối chậm. Nó không đủ nhanh để chụp toàn bộ chuyển động. 30khung/1s sẽ cho ta video
tương tự như một chiếc ti-vi và chúng ta có thể xem được các mục tiêu đang di chuyển
nhanh. Trong thực tế, con người không thể phát hiện sự khác nhau ở tốc độ khung cao hơn
30 khung/1s
Một luồng video thô, thậm chí một luồng khi đã được xử lí, hoạt động trong phạm vi
Mb/s. Vì hầu hết các hệ thống, nhất là các hệ thống vô tuyến đều có dung lượng giới hạn
cho nên việc sử dụng thiết bị nén video có ý nghĩa quan trọng. Nó giúp giảm bớt băng
thông yêu cầu cần thiết để hỗ trợ luồng video. Thường sử dụng một bộ codec trong máy
quay không dây để nén hình ảnh video số trước khi gửi đi.
Các thuật toán nén thông thường cho video thường nằm trong chuẩn MPEG (Moving
Picture Experts Group). MPEG-4 là thuật toán nén có tổn thất, điều đó có nghĩa trong quá
trình nén sẽ làm mất một vài thông tin trong video. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường
hợp, tổn thất nhỏ này không quan trọng. Trong thực tế, hầu hết mọi người không thể nhận
ra sự mất mát này. Do đó MPEG-4 là một chuẩn mã hóa tốt cho video.
MPEG thực hiện việc nén không phải bởi việc gửi toàn bộ hình ảnh số của mỗi khung
video. Thí dụ, trong một khung cảnh tương đối tĩnh, MPEG có rất ít thông tin mới để gửi
cho mỗi hình ảnh, do đó nó sẽ không gửi nhiều. Chỉ một phần của bức ảnh có thể yêu cầu
truyền dẫn dữ liệu để thể hiện sử thay đổi của hình ảnh ngay lập tức chẳng hạn khi người
đó di chuyển đầu hoặc tay. Kết quả là tốc độ tín hiệu của luồng video khá thấp.
Nếu khung cảnh là động, thí dụ như trong một trận đấu bóng rổ, MPEG phải gửi
nhiểu dữ liệu cho mỗi hình ảnh vì có nhiều sự thay đổi lớn trong thông tin. Sự thay đổi liên
tục đòi hỏi nhiều dữ liệu video để tái hiện lại mỗi hình ảnh. Đối với ảnh màu, mã hóa
MPEG là từ 20:1 cho khung cảnh động tới 300:1 cho khung cảnh tương đối tĩnh.
1.3.3 Lưu lượng VoIP
Lưu lượng VoIP bắt đầu khi một người sử dụng điện thoại IP không dây (điểm cuối
A) quyết định thực hiện một cuộc tới một người khác (điểm cuối B). Callmanager nhận yêu
cầu cuộc gọi này và chuyển yêu cầu đó cho điểm cuối B. Quá trình này thiết lập một kết
nối trực tiếp hai điểm cuối VoIP với nhau. Khi điểm cuối B trả lời cuộc gọi, cả hai điểm
cuối xác định kiểu codec và trao đổi cổng thông tin giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP)
để dễ dành kết nối. Sau khi thiết lập một kết nối, sự trao đổi xảy ra giữa hai điểm cuối độc
lập với Callmanager.
Khi một cuộc gọi xảy ra, điểm cuối gửi dữ liệu thoại đã được mã hóa thông qua giao
thức RTP (Real-time Transport Protocol) với chuẩn IETF RFC 3550. RTP cung cấp chức
năng đầu cuối-đầu cuối cho các ứng dụng thời gian thực là thoại và video. RTP mở một
cổng TCP cho luồng âm thanh và một cổng khác cho điều khiển (điều khiển phương tiện và
thông tin phản hồi chất lượng dịch vụ). Nếu video có kèm theo âm thanh, thì luồng âm
thanh và video được gửi thông qua các phiên RTP khác nhau. Gói RTP có tiêu đề và tải
chứa dữ liệu thoại.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
17
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Với hệ thống VoWLAN, TCP thiết lập kết nối giữa các điểm cuối, nhưng UDP (giao
thức gói tin người dùng) được định nghĩa trong IETF RFC 768, mang gói RTP giữa các hệ
thống cuối. Phần lớn các gói của cuộc thoại được truyền qua liên kết vô tuyến là những gói
UDP được gửi trong khung dữ liệu 802.11. Trong hầu hết các trường hợp, những khung
này được gửi theo kiểu unicast (được định hướng) giữa hai điểm cuối.
Có rất nhiều chuẩn và giao thức riêng cho việc điều khiển các cuộc gọi qua hệ thống
VoIP. H323, SCCP (Skinny Client Control Protocol) và SIP (Session Initiation Protocol) là
những giao thức chủ yếu.
1.3.4 Tín hiệu tần số vô tuyến
Cơ bản, gói dữ liệu thoại được gửi qua một liên kết vô tuyến giữa điện thoại IP không
dây và Access Point gần nhất.
Điều chế:
Một tín hiệu tần số vô tuyến được gửi từ một ăng-ten qua môi trường không khí và
được thu bởi một ăng-ten khác tại phía thu. Tín hiệu tần số vô tuyến là dạng tín hiệu tương
tự. Trước khi truyền dữ liệu qua môi trường không khí, bộ thu với card vô tuyến và Access
Point phải chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để truyền dẫn. Khi nhận được
khung 802.11 thì card vô tuyến và Access Point phải chuyển đổi tín hiệu tương tự thành
dạng số sử dụng cho thiết bị máy tính. Quá trình chuyển đổi này được gọi là điều chế và
giải điều chế.
Chuẩn IEEE 802.11 định nghĩa nhiều kiểu điều chế, phụ thuộc vào lớp vật lý và tốc
độ dữ liệu trong 802.11. Thông thường việc điều chế một tín hiệu sóng mang bởi việc thay
đổi biên độ, tần số hoặc pha của nó như trong hình 1.6. Thí dụ, 802.11b sử dụng PSK (khóa
dịch pha). Chuẩn 802.11a và 802.11g thực hiện kết hợp điều chế khóa dịch pha và biên độ,
thường được gọi là QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Hình 1.6: Các thuộc tính của một tín hiệu vô tuyến
Các đặc điểm của tín hiệu RF
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
18
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Tín hiệu vô tuyến có tính tuần hoàn và biến đổi liên tục theo thời gian. Tín hiệu của
mạng LAN không dây nằm trong khoảng tần số 2,4GHz-5GHz. Quá trình điều chế làm cho
tín hiệu RF chiếm một phần của phổ tần, nó được gọi là băng thông.
FCC (Federal Communications Commission) đã đưa ra quy định cho công suất phát
tối đa không cần giấy phép phụ thuộc vào chuẩn đang sử dụng. Thí dụ, công suất thu tối đa
đầu ra cho 802.11b ở nước Mỹ là 1W. Thông thường công suất phát cao hơn thì sẽ cho tầm
hoạt động rộng hơn.
Hầu hết các hệ thống WLAN có tín hiệu RF nằm trong khoảng mW làm cho việc tính
toán khá khó khăn. Dẫn đến việc chuyển sang dBm.
dBm = 10log(mW)
Độ lợi
Các thành phần của WLAN có độ lợi khác nhau, độ lợi là độ thay đổi của tín hiệu từ
một điểm này tới một điểm khác, đơn giản là mức tín hiệu tại đầu ra của một thiết bị (dBm)
trừ đi mức tín hiệu tại đầu vào của thiết bị (dBm). Đơn vị của độ lợi là dB.
Sự suy giảm hoặc mất tín hiệu là khái niệm ngược lại với độ lợi. Nếu tín hiệu đi từ
20dBm tới 17 dBm. Tín hiệu thu được bị mất 3dB. Nó có thể được biểu diễn là -3dB độ
lợi. Cáp ăng-ten và các chướng ngại vật như là tường, đồ đạc trang trí là nguyên nhân dẫn
đến suy giảm tín hiệu.
Ăng-ten có độ lợi, ảnh hướng tới hướng của tín hiệu RF. Một ăng-ten vô hướng
thường có độ lợi 3-6dB tùy thuộc vào thiết kế của nó. Những chiếc ăng-ten có độ lợi cao
hơn thì có tính định hướng hơn và nó có độ rộng chùm hẹp hơn và phạm vi xa hơn. Độ lợi
của ăng-ten nhằm mục đích làm cho công suất tín hiệu tập chung hơn vào một hướng.
Tỉ lệ tín hiệu/tạp âm (SNR)
Nếu có nhiều nhiễu ở card vô tuyến, thì nó rất khó phục hồi lại tín hiệu, dẫn đến các
bit lỗi và phải truyền lại tín hiệu. Một giá trị đo quan trọng của tín hiệu là tỉ lệ nhiễu/tạp âm
(SNR). SNR (dB) tại một điểm trong mạng đơn giản là công suất tín hiệu (dBm) trừ đi
công suất nhiễu (dBm). Một tín hiệu có công suất -65dBm và công suất nhiễu là -90dBm
thì SNR là 25dBm.
Bảng 1.1: Sự tương quan của giá trị SNR với hiệu suất của mạng WLAN
SNR Mức tín hiệu (Windows XP) Hiệu suất
> 40 dB
Tín hiệu tốt (đủ 5 vạch sóng), kết nối liên tục không
ngắt quãng.
Lướt web và tải file cực kì
nhanh
25–40 dB
Tín hiệu khá tốt (3-4 vạch sóng), kết nối liên tục
không ngắt quãng.
Lướt web và tải file khá
nhanh
15–25 dB
Tín hiệu hơi thấp (hai vạch sóng), kết nối liên tục
không ngắt quãng.
Lướt web và tải file có khi
hơi chậm
10–15 dB Tín hiệu rất thấp (một vạch sóng), thỉnh thoảng bị Lướt web và tải file thường
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
19
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
SNR Mức tín hiệu (Windows XP) Hiệu suất
ngắt kết nối với AP chậm
5–10 dB
Không có tín hiệu và không kết nối được tới AP Không kết nối được với
mạng
Bảng 1.1 gồm một số giá trị SNR và hiệu suất của mạng 802.11b trong khi sử dụng
laptop truy cập vào một trang web và tải dữ liệu. Kết quả trong bảng cũng là hiệu suất
thông thường của người sử dụng. Việc sử dụng SNR để xác định phạm vi hoạt động của
Access Point trong tế bào hiệu quả hơn tốc độ dữ liệu hoặc biên độ tín hiệu.
1.3.5 Nhiễu vô tuyến
Môi trường vô tuyến trong mạng WLAN rất phức tạp và có nhiều nhiễu ảnh hưởng
đến việc truyền thông thoại. Do đó thoại qua môi trường WLAN không thể tốt như giải
pháp VoIP hữu tuyến. Vấn đề lớn nhất của VoWLAN là môi trường WLAN có thể làm
giảm hoặc phá hủy lưu lượng các gói thoại UDP trong khi cuộc gọi xảy ra. Khi triển khai
một hệ thống VoWLAN, việc hiểu rõ các loại nhiễu và cố gắng giảm tối đa chúng để tối ưu
hóa dung lượng của mạng và chất lượng của cuộc gọi là rất quan trọng.
Vùng sóng nghèo:
Vùng phủ sóng của một WLAN là khoảng không nơi mà người sử dụng có thể kết nối
tới mạng và sử dụng các ứng dụng. Access point góp phần tạo ra vùng phủ sóng này bởi
việc tạo ra các cell chồng lên nhau. Thực tế, cell có hình dạng không theo quy luật vì sự
khác nhau về mức độ nhiễu gây lên bởi các môi trường vật lý là khác nhau.
Xác định vùng phủ sóng của một Access Point cũng chính là xác định đường biên của
nó.
Hình 1.7: Vùng phủ sóng
Để xác định đường biên của Access Point chúng ta có thể sử dụng các cách sau:
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
20
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Dựa vào tốc độ dữ liệu của người sử. Chẳng hạn, chúng ta có thể có thể xác định
đường biên tại tốc độ 11Mbps, điều đó có nghĩa là đường biên tồn tại ở nơi mà tốc độ dữ
liệu 11Mbps hoặc thấp hơn. Ở trong đường biên này mọi người sử dụng có tốc độ là
11Mbps. Thông thường chúng ta có thể xác định đường biên với bất kì tốc độ nào mà
Access Point hỗ trợ.
Nhưng thực tế cho thấy, việc xác định đường biên dựa trên tốc độ không phải là một
giải pháp tốt, nhất là đối với các hệ thống dành cho thoại. Tuy nhiên đối với các môi trường
tương đối ổn định và ít nhiễu thì chúng ta vẫn có thể sử dụng phương pháp này.
Tuy nhiên, một kịch bản đáng chú ý hơn, nhiều người sử dụng cùng ảnh hưởng lẫn
nhau. Mỗi người có tốc độ 11Mbps với Access point, nhưng nhiễu giao thoa có thể làm cho
mỗi người phải truyền lại một nửa số khung. Nhiễu giao thoa này làm giảm đáng kể tổng
thông lượng cho người sử dụng, do đó nó sẽ không hỗ trợ được số cuộc gọi đồng thời yêu
cầu.
Với các ứng dụng thoại, vùng phủ sóng của WLAN sẽ là khoảng không nơi người sử
dụng có thể kết nối tới mạng và sử dụng các ứng dụng tại một mức chất lượng xác định.
Vùng phủ sóng tín hiệu cho phép một chiếc điện thoại IP kết nối tới Access point và cho
phép người sử dụng tiếp tục đàm thoại thới một người khác. Điều này có nghĩa là bạn cần
chắc chắn rằng khung truyền dẫn lại được giữ ở một mức cho phép (tốt nhất là dưới 1%) và
đủ dung lượng kênh để hỗ trợ đồng thời nhiều cuộc gọi.
Dựa vào SNR để xác định đường biên vì trên thực tế thì ngoài nhiễu của môi trường
còn có nhiễu giao thoa giữa các kênh truyền. Cho nên việc sử dụng SNR để xác định
đường biên của Access Point là một giải pháp khá ổn thỏa.
Việc sử dụng SNR để xác định đường biên sẽ làm thu hẹp kích thước của các cell cho
mỗi access point so với việc sử dụng tốc độ để xác định đường biên. Một giá trị SNR chấp
nhận được phụ thuộc vào các ứng dụng thực tế, nhưng khoảng 25-30dB thường là giá trị tốt
nhất cho việc tối ưu dung lượng của WLAN.
Một vấn đề là nhiều hệ thống WLAN có mức độ bao phủ khác nhau. Trong một vài
vùng, vùng phủ sóng cho một WLAN có thể đủ tốt để cho phép một laptop kết nối không
dây, nhưng tải dữ liệu từ Internet có thể mất một lượng thời gian khá lớn do mức tín hiệu
thấp. Kiểu phủ sóng này dẫn đến khả năng truyền dẫn lại cao và tốc độ dữ liệu thấp. Tại
những vùng này chúng ta có thể sử dụng các ứng dụng dữ liệu nhưng khó có thể thực hiện
được một cuộc gọi chất lượng cao. Những vùng này được gọi là vùng tín hiệu nghèo.
Vùng tín hiệu nghèo thường được tìm thấy trong các mạng WLAN hiện tại, như trong
hình 1.8, các điểm ngoài vùng phủ sóng thường được thấy trong một vùng đặc biệt, như
cầu thang, thang máy. Ở những nơi này người sử dụng gặp khó khăn khi kết nối điện thoại
IP không dây của họ với mạng. Do đó, việc xác định một vùng phủ sóng đầy đủ và thiết kế
WLAN cẩn thận để cung cấp một tín hiệu đủ mạnh là rất quan trọng.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
21
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Vùng sóng nghèo rất ít khi cố định, nó thường thay đổi theo thời gian dựa trên sự thay
đổi trong môi trường vô tuyến. Do đó, chúng ta phải thường xuyên khảo sát, phân tích tín
hiệu rất quan trọng để đảm bảo chắc chắn rằng mức tín hiệu đủ mạnh trong tất cả các vùng
nơi mà người sử dụng điện thoại IP không dây. Phân tích này phải tiến hành bất cứ khi nào
có sự thay đổi lớn về môi trường, tùy theo sự thay đổi này để cấu lại hình mạng.
Hình 1.8: Các điểm không có tín hiệu trong vùng phủ sóng
Độ trễ:
Các hệ thống WLAN thường có trễ khá lớn so với hệ thống. Nếu hiệu suất sử dụng
cao thì trễ sẽ trở lên lớn và dẫn tới nghẽn mạng làm ảnh hưởng tới các ứng dụng khác.
Ngược lại, đối với mạng tải nặng trễ không phải là một vấn đề lớn với các ứng dụng
chỉ dùng cho dữ liệu, như e-mail hoặc chuyển file. Chẳng hạn, người gửi e-mail không cần
quan tâm nếu mất 150ms hoặc 3s để gửi e-mail đó. Thường thì người sử dụng không nhận
ra và cùng không mấy khi quan tâm đế độ trễ. Tuy nhiên độ trễ này có thể gây ảnh hưởng
tới hoạt động của các ứng dụng thoại thời gian thực. Trong những trường hợp đặc biệt, kết
nối cuộc gọi có thể bị ngắt hoặc cuộc gọi có tiếng dội và rất khó nghe.
Khi người sử dụng di chuyển, điện thoại IP không dây của họ theo định kì sẽ liên kết
lại với Access Point có tín hiệu dẫn đường mạnh hơn. Quá trình này hỗ trợ bất kì lưu lượng
nào của khung 802.11. Khi một người sử dụng tải một file từ một server qua mạng vô
tuyến. Quá trình tái liên kết làm ngắt luồng khung dữ liệu trong một khoảng thời gian
(thường được gọi là trễ chuyển vùng) trong khi tái liên kết xảy ra, khi tái liên kết hoàn
thành lưu lượng sẽ được truyền tiếp phần còn lại.
Trễ chuyển vùng giữa các access point thường người sử dụng không thấy được với
các ứng dụng dữ liệu của họ, nhưng nó có thể làm gián đoạn cuộc gọi nếu trễ đủ lớn. Trong
hầu hết các trường hợp, trễ chuyển vùng giữa các Access point phải ít hơn 100ms để chắc
chắn hoạt động của các ứng dụng thoại không bị ảnh hưởng.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
22
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Mạng mesh là một kết nối giữa các router WLAN, có thể gây thêm trễ ảnh hưởng tới
hoạt động của các ứng dụng thoại. Thí dụ, một người sử dụng thoại có thể liên kết với node
của một mạng mesh gần nhất và kết nối với một người sử dụng đã liên kết với một node
của mạng mesh ở xa đó. Kết quả là gói thoại sẽ đi qua nhiều node. Những hops có thể dẫn
tới trễ mà không nên có cho các ứng dụng thoại.
Giao thoa các tín hiệu RF
Sự giao thoa của các tín hiệu trong mạng WLAN có thể gây ảnh hưởng tới hiệu suất
của các ứng dụng VoWLAN. Khi các khung dữ liệu 802.11 chứa các gói thoại vận chuyển
giữa card vô tuyến và Access Point thì sự có mặt của một tín hiệu giao thoa RF có thể gây
lên các bit lỗi và dẫn tới phải truyền dẫn lại khung. Khi giao thoa ở mức cao, tỉ lệ truyền
dẫn lại là tương đối cao. Truyền dẫn lại dẫn tới sự hao phí thời gian và làm mất nhiều dung
lượng của mạng. Trong hầu hết các trường hợp, nguồn giao thoa có thể làm méo dạng âm
thanh thoại và làm hạn chế số cuộc điện thoại có thể hoạt động đồng thời. Thậm chí nhiễu
giao thoa có thể làm nghẽn mạng, nhưng trường hợp này rất ít khi xảy ra.
Hầu hết các nguồn nhiễu giao thoa như lò vi sóng, điện thoại không dây, hệ thống
nhảy tần và các mạng WLAN khác đều nằm trong băng tần 802.11b/g 2,4GHz. Băng tần
802.11a 5GHz gần như không chịu ảnh hưởng từ nhiễu giao thoa. Hình 1.9 biểu diễn phổ
quét cho thấy nhiều loại nguồn nhiễu giao thoa khác nhau.
Các lò vi sóng phát ra các tín hiệu nhiễu giao thoa với khoảng cách lên tới 25 feet.
Tuy nhiên, những sóng giao thoa này chỉ chiếm khoảng 1/3 của băng tần 2,4GHz phụ thuộc
vào loại lò vi sóng. Điều này có nghĩa là đối với các Access Point ở gần lò vi sóng ta có thể
sử dụng kênh không bị nhiễu cho Access Point này.Do đó có thể coi nhiễu từ lò vi sóng là
một kênh. Tuy nhiên, nhiễu từ lò vi sóng chỉ có khi lò vi sóng hoạt động và điều này xảy ra
thường không thường xuyên.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
23
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan về VoWLAN
Hình 1.9: Các nguồn nhiễu giao thoa khác nhau
Do đó, chúng ta phải tiến hành phân tích phổ tần tín hiệu trong môi trường để phát
hiện ra các nguồn nhiễu giao thoa và có biện pháp xử lí thích. Nếu nhiễu giao thoa tương
đối cao trong băng tần hoạt động của WLAN thì ta có thể bù lại bằng cách đặt các Access
Point gần nhau và tạo ra một tín hiệu mạnh hơn trong vùng phủ sóng.
Giới hạn dung lượng:
Việc sử dụng các ứng dụng dữ liệu trong WLAN sẽ làm ảnh hưởng tới dung lượng
sẵn có để hỗ trợ cho các cuộc thoại. Nếu không sử dụng thì chỉ có các tín hiệu dẫn đường
và các khung dữ liệu trống 802.11 và các yêu cầu thăm dò xảy ra trên mạng. Một vài card
vô tuyến khách gửi một khung dữ liệu trống với bit quản lí công suất đặt trước khi quét các
kênh khác, điều này làm cho các access point đã liên kết với nó chuyển khung dữ liệu
đường xuống vào bộ đệm khung dữ liệu đường xuống trong khi card vô tuyến khách đang
quét các kênh khác. Khi quét, một vài card vô tuyến gửi yêu cầu thăm dò trên mỗi kênh để
nhận câu trả lời từ access point mà ở trong phạm vi của client. Một vài client có thể gửi các
gói khác thí dụ như gói DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Tuy nhiên, tất cả
các hoạt động này chỉ chiếm 1% đến 3% dung lượng của access point 802.11g. Ở điều kiện
tự do, mạng vô tuyến có thể hỗ trợ tối đa số cuộc gọi VoIP đồng thời.
Số cuộc gọi mà mỗi access point có thể hỗ trợ phụ thuộc vào công nghệ không dây
được chọn. Một gói dữ liệu RTP điển hình mang một mẫu thoại 20ms và tổng kích cỡ của
gói là 228 bytes (1824 bits). Lưu lượng RTP thường gửi tại 50pps mỗi hướng hoặc 100pps
cho một cuộc thoại song công, kết quả là 22.800 bytes mỗi giây (182.400 bps). Thông
lượng tối đa theo lý thuyết từ một kênh đơn 802.11b hoạt động tại tốc độ 11Mbps là
324.573 bytes/s (2.596.588 bps), nó hỗ trợ tối đa là 14.235 cuộc gọi (324.573/22.800). Tuy
nhiên, khi kế hoạch triển khai VoIP bạn nên tính xấp xỉ khoảng 60% của tổng dung lượng
cho cuộc gọi.
Ngô Thanh Bình, Lớp D04VT1
24

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×