Độ tin cậy và tính ổn định của mạng LAN không dây dùng trong các hệ thống tự động hóa (Phần cuối)

Công nghệ mạng mắt lưới là một phần của mạng cảm biến không dây cung cấp câu trả lời cho những yêu cầu này. Tuy nhiên không có một đường truyền dữ liệu cố định, có dung lượng lớn nào được xác định trên mạng này cả. Công nghệ mắt lưới được sử dụng chủ yếu để tăng độ tin cậy của dữ liệu truyền từ các thiết bị đo phải làm việc nhiều năm trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.



Mạng WLAN có dự phòng

Nhờ công cụ ăng ten mới, hiệu quả trong việc hạn chế sự phản xạ và nhiễu sóng của mạng LAN không dây nên mạng WLAN có thể được lắp đặt có dự phòng để nâng cao độ ổn định và tính sẵn sàng. Rất nhiều điểm truy cập trong công nghiệp hiện nay có hai giao diện sóng vô tuyến độc lập có thể; làm việc ở dải 2.4 hoặc 5 GHz. Việc thiết lập một mạng có diện phủ sóng tốt trên toàn khu vực có thể giảm thiểu được các sự cố xảy ra trong tương lai. Bên cạnh đó, trong các mạng WLAN, người quản trị mạng sẽ được cung cấp một phần mềm quản lí và giám sát đặc biệt để dò và loại bỏ các sự cố một cách sớm nhất. Đó cũng là những nguyên nhân tại sao ngày nay mạng WLAN ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bên cạnh đó thì công nghệ mạng LAN không dây đang ngày càng được cải thiện một cách nhanh chóng.


Hình 1: Công nghệ sóng vô tuyến được ưử dụng trong mọi cập độ của mạng truêền thông công nghiệp.


Làm cách nào để cải thiện độ ổn định của mạng WLAN luôn là một ván đề quan tâm hàng đầu trong các nghiên cứu về mạng WLAN. Bởi vỉ các kiến trúc mạng hình sao và mạch vòng nguyên thủy không bao giờ có khả năng chống nhiễu một cách triệt để. Việc phải tạo ra các mạng WLAN linh hoạt hơn và ổn định hơn xuất phát từ nhu cầu trong lĩnh vực quân sự: giữa thập kỷ 90 của thế kỷ trước công nghệ mạng hình mắt lưới đã được sử dụng để truyền tín thông trong các trận đánh DARPA (Defense Advandced Research Projects Agency, US Department of Defense) giới thiệu. Mục tiêu của mạng loại này là cung cấp nhiều điểm kết nối cho cùng một người dùng trong mạng. Các điểm kết nối trong mạng kiểu mắt lưới có khả năng giao tiếp đồng thời đến nhiều người dùng khác nhau để truyền dữ liệu. Hiệu suất của mạng tăng lên theo số lượng người dùng. Tại cùng một thời điểm việc có nhiều đường kết nối giữa hai điểm cho phép tang dung lượng băng thông trên mạng. Nếu đặc điểm đó được đưa vao trong mạng WLAN, ta có thể thêm các điểm kết nối mới vào trong mạng một cách linh hoạt và nhanh chóng. Và khi đó có thể dễ dàng bỏ qua các điểm kết nối có sự cố một cách nhanh chóng. Và khi đó có thể dễ dàng bỏ qua các điểm kết nối có sự cố một cách nhanh chóng bởi vì từng thiết bị riêng rẽ sẽ không cần phải nối dây đến mạng nữa.

Mạng có cấu trúc mắt lưới là mạng truy cập ngẫu nhiên tốt nhất cho nhiều người dùng trên mạng WLAN, cho phép ta cài đặt và quản lí mà không cần nối thêm dây, tất cả người dùng có thể di động, hỗ trợ cho cả thiết bị trong và ngoài nhà. Một bộ định tuyến rộng sẽ nhận dạng tất cả các sự cố trên đường truyền vfa chuyển các thiết bị sang điểm kết nối khác. Chức năng được gọi là “tự kết nối trở lại” này kết hợp với giao thức để tìm kiếm “đường tốt nhất” đặt ra những yêu cầu rất cao cho cả phần cứng và phần mềm của thiết bị với mức độ phụ thuộc vào lĩnh vực ứng dụngcuar mạng không dây.


Yêu cầu đối với mạng có cấu trúc dạng mắt lưới

Công nghệ mạng mắt lưới là một phần của mạng cảm biến không dây cung cấp câu trả lời cho những yêu cầu này. Tuy nhiên không có một đường truyền dữ liệu cố định, có dung lượng lớn nào được xác định trên mạng này cả. Công nghệ mắt lưới được sử dụng chủ yếu để tăng độ tin cậy của dữ liệu truyền từ các thiết bị đo phải làm việc nhiều năm trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Tiêu hao năng lượng thường là rất thấp do vậy thời gian sống và khả năng thời gian thực không còn là vấ đề đáng quan ngại. Các tiêu chí đó đều có thể đạt được khi dữ liệu đo được truyền đến các bộ thu trong khoảng thời gian xác định trước.


Hình 2: Mạng WLAN có cấu trúc dạng mắt lưới cung cấp khả năng truy cập ngẫu nhiên cho các thiết bị trong mạng.


Mặt khác, mạng WLAN với chức năng là “mạng Ethernet trên không” có nhiệm vụ đảm bảo một đường truyền dữ liệu có dung lượng lớn, ổn định và không có nhiễu. Thời gian chuyển đổi tính toán lại cho một kết nối không thể được dài hơn để đảm bảo khả năng chuyển đổi mạng một cách nhanh chóng (Fast Roaming). Những ứng dụng như truyền giọng nói chỉ cho phép thời gian ngắt quãng tối đa là 50ms.

Một vấn đề quan trọng đối với việc sử dụng mạng WLAN là yêu cầu bảo mật thường rất cao, mọi kết nối đều cần phải được mã hóa. Công việc này được thực hiện tuân theo tiêu chuẩn IEEE 802.11. Mặc dù phương pháp này cung cấp an ninh dựa trên mức độ của VPN, vẫn phải có một sự trao đổi mấu chốt giữa từng kết nối mới.


Độ tin cậy cao

Tất cả những yêu cầu mang tính thách thức đối với các điểm truy cập thông thường đã bị những lợi thế cảu công nghệ mạng kiểu nút lưới trong công nghiệp làm cho lu mờ. Tính sẵn sàng của mạng WLAN có thể được nâng cao nếu ta sử dụng ít nốt mạng hơn. Bước đầu tiên ta sẽ chỉ cung cấp cho mỗi nốt mạng một đường truyền thay thế duy nhất. Trong khi đó bản thân mạng có cấu trúc dạng mắt lưới đã tăng thêm các điểm truy cập do vậy độ tin cậy của dữ liệu đường truyền cũng sẽ được tăng lên. Điều này chỉ có thể đạt được khi sử dụng các điểm truy cập cố định, có khả năng WDS với giao thức mở rộng hình cây. Một hệ thống phân phối mạng không dây (WDS) là một tổ hợp các kết nối điểm – đến – nhiều điểm và các client. Tuy nhiên cấu trúc này chỉ có tác dụng đối với các điểm truy cập cố định. Thời gian chuyển đổi của các cây thư mục thường lớn do vậy không thể đáp ứng cung cấp dung lượng đường truyền tốt như mong đợi.

Ưu điểm lớn nhất của mạng có cấu trúc dạng mắt lưới là khả năng tự tổ chức. Bởi vì người dùng sẽ không phải làm gì thêm ngoại trừ công việc di chuyển đến gần điểm truy cập và sẽ tự động được thiết lập. Điều này sẽ là một ưu thế lớn trong việc giảm chi phí đặc biệt khi thiết lập một mạng WLAN phân tán diện rộng bởi vì không phải mọi thiết bị đều có thể được thiết lập cấu hình riêng biệt tại chỗ. Khi đó vấn đề không phải nối dây cho các kết nối chỉ là ưu thế thứ ba trong mạng bởi vì không gióng như hệ thống chuyển mạch của mạng WLAN yêu cầu phải thực hiện công việc nối dây, các mạng có cấu trúc dạng mắt lưới là những mạng không dây thực thụ - ngoại trừ các dây đấu cấp nguồn.


Tiêu chuẩn mới của IEEE cho mạng có cấu trúc dạng mắt lưới.

Mặc dù các giải pháp và ứng dụng của mạng không dây có cấu trúc dạng mắt lưới đã tồn tại được 15 năm qua nhưng cho đến nay mới có một ủy ban của IEEE có chức năng tích hợp các chức năng này lại thành một tiêu chuẩn 802.11. Từ đây sẽ có những nỗ lực để kết hợp những giải pháp có sẵn của nhiều nhà cung cấp mạng WLAN khác nhau. Giống như rất nhiều tiêu chuẩn khác, mục tiêu của tiêu chuẩn này là đảm bảo một sự tương thích giữa các sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau trong cùng một mạng không . Tuy nhiên để biến tiêu chuẩn này thành hiện thực, trước hết người ta phải làm cho nó được chấp nhận trong môi trường công nghiệp mà yêu cầu đầu tiên chính là khả năng chong nhiễu cho các điểm truy cập và các client với nhiều chức năng khác nhau để thiết lập mạng LAN không dây làm việc tin cậy và hiệu quả. Một tiêu chuẩn chung có thể sẽ được thông qua vào năm 2008.

Một điều hiển nhiên là các điểm truy cập của mạng WLAN trong công nghệp sẽ phải đáp ứng được những yêu cầu mà công nghệ hiện tại chưa đạt được. Bởi vì phần mềm sẽ không có khả năng thực hiện nếu không có chức năng định tuyến trong tương lai nên hạ tầng phần cứng phải bao gồm khả năng lưu trữ lớn và năng lực làm việc cảu CPU cũng phải cao hơn một cách tương ứng. Bên cạnh đó thông thường sẽ cần phải có ít nhất hai hoặc ba giao diện mạng WLAN để duy trì kết nối băng thông tốc độ cao giữa hai điểm truy cập và một giao diện còn lại nhằm cung cấp liên kết đến client. Hệ điều hành sử dụng cho các điểm truy cập sẽ phải hỗ trợ cả hai giao diện và giao thức định tuyến. Việc chỉ phải thực hiện bắc cầu giữa Ethernet và WLAN như một chức năng cơ bản là không đảm bảo. Do vậy các thiết bị đã có sẵn hệ điều hành riêng, hai giao diện mạng và ít nhất một giao diện mạng WLAN cũng như ít nhất một giao diện LAN 100Mbits/ s sẽ chiếm lợi thế bởi vì băng thông có sẵn trên mạng WLAN có cấu trúc dạng mắt lưới sẽ phải có khả năng truyền đi trên đường truyền mạng LAN nối dây thông thường.

Một câu hỏi xuất hiện trong mạng có cấu trúc dạng mắt lưới là làm cách nào để phát hiện những gì đang xẩy ra trong mạng không dây. Đặc biệt khi nó được tổ chức lại thành một cách cố định bằng việc thêm vào hoặc loại bỏ các client và điểm truy cập. Làm cách nào để nhận biết liệu một thiết bị có còn trên mạng hay không? Làm cách nào để xác định được năng lực làm việc còn lại của mạng? Làm thế nào để xác định được những nút thắt cổ chai hặc các vấn đề về an ninh trên mạng? làm cách nào để cập nhật phiên bản mới của firmware? Để trả lời cho tất cả các câu hỏi trên ta sẽ phải sử dụng một phần mềm quản lí hệ thống mạng WLAN được thiết kế đặc biệt cho các yêu cầu của mạng LAN không dây. Những hệ thống như vậy hiện nay đã sẵn sàng cho các ứng dụng. Tuy nhiên giám sát những hệ thống mạng động như mạng WLAN có cấu trúc dạng mắt lưới cũng đặt ra nhiều thách thức rất lớn. Do vậy từng nốt mạng được triển khai dưới dạng điểm truy cập sẽ phải tự động báo cáo tình trạng làm việc và trạng thái của các thiết bị khác trên mạng. Khi đó người quản trị mạng sẽ có khả năng nhận dạng trạng thái của mạng một cách nhanh chóng, dễ dàng và đúng thời gian.

Một thách thức khác đối với các thiết bị trên mạng WLAN truyền thống là khả năng truyền dữ liệu trên cùng một kênh, gây nhiễu cho mạng hoặc các client, kết nối với các thiết bị ngoài mạng, nguy cơ bị lấy trộm dữ liệu ra hoặc đăng nhập vào mạng một cách không hợp lệ. Những vấn đề sự cố truy cập này chỉ có thể giải quyết được với mạng có kiến trúc mở dựa trên các nguyên lý chức năng của nó, nói cách khác là sử dụng thêm hệ thống dò AP mở rộng. Với kiến trúc này, các máy chủ bên ngoài không thể lấy quyền truy cập, các điểm truy cập phải có ít nhất một phần các chức năng bao gồm máy chủ RADIUS và chuẩn 802.1*/EAP.

Để tránh mất kiểm soát và tăng hiệu suất của phần mềm và phần cứng, ta phải sử dụng một giải pháp để hạn chế kích thước của mạng có cấu trúc hình mắt lưới trong một số lượng nút mạng có hạn. Các mạng thông thường sẽ có khoảng 32 điểm truy cập. Các điểm truy cập này sẽ được nối với nhau bằng các đường kết nối điểm – điểm thông thường. Người ta sử dụng các gateways với giao diện kết nối giải rộng bằng đồng hoặc thủy tinh tại các nhánh của mạng. Các kết nối trực tiếp đến mạng cảm biến cũng là một giải pháp hữu ích cho công nghiệp.


Kết luận

Nhu cầu về các thiết bị trong mạng tăng vọt lên cùng với yêu cầu cải thiện về tính sẵn sàng và ổn định của mạng WLAN trong các ứng dụng công nghiệp. Trong khi “các điểm truy cập” cổ điển gần đây đang ngày một bị lãng quên giống như khủng long thời nguyên thủy, thực tế là các chức năng phân tán ngày càng yêu cầu cao hơn cho từng điểm truy cập cụ thể. Công nghệ mạng có kiến trúc dạng mắt lưới đã được sử dụng thành công trong các mạng không dây. IEEE cũng đã đưa ra tiêu chuẩn để chuẩn bị cho mạng WLAN nhằm mục đích tăng độ chấp nhận của mạng có cấu trúc dạng mắt lưới và đẩy nhanh tốc độ triển khai các mạng như vậy. Điểm mấu chốt để có thể nhanh chóng và dễ dàng triển khai mạng không dây vào trong các ứng dụng công nghiệp chính là tính ổn định và tin cậy của hệ thống cũng đang được xem xét một cách nghiêm túc. Những số liệu tính toán cho thấy việc triển khai ứng dụng mạng không dây trong công nghiệp sẽ mang lại nhiều lợi ích. Mạng có cấu trúc dạng mắt lưới có khả năng tăng độ sẵn sàng lên 95% dưới điều kiện môi trường khắc nghiệt.Chi phí phần cứng sẽ giảm 25% đến 90% nhờ việc giảm chi phí đi dây và các thiết bị mạng như thiết bị chuyển mạch Switch.
HIENDAIHOA.COM (TC TDHNN

->Read More...