Giới thiệu sơ lược về các chuẩn Wi-Fi hiện hữu

Theo sự phát triển của công nghệ, các chuẩn Wifi lần lượt ra đời để đáp ứng nhu cầu sử dụng.

• Năm 1999, chuẩn Wifi 802.11b và 802.11a được phát hành, tốc độ tối đa đạt 11Mbps.
• Chuẩn 802.11g được ra đời vào năm 2003, cho tốc độ tối đa 54Mbps
• Chuẩn 802.11n ra đời vào năm 2009, được gọi là HT (High Throughput), với sự xuất hiện của công nghệ MIMO (Multi-In Multi-Out). Wifi ở thời điểm hiện tại đã khá phát triển và ứng dụng các công nghệ phức tạp, nên có thể cho ra tốc độ tối đa dựa trên LÝ THUYẾT là 600Mbps ở cả 2 băng tần 2.4GHz và 5GHz.
• Các thiết bị không dây sử dụng Wifi tăng lên đáng kể, Năm 2013, 802.11ac được ra ra đời, đưa khả năng của Wifi lên đến kỷ nguyên Gigabit. 802.11ac có thể cung cấp tốc độ cao nhất theo lý thuyết là 6.9Gbps
• Chuẩn gần đây nhất về kết nối vật lý của Wifi là 802.11ax, tập trung nhiều vào hiệu quả sử dụng của Wifi (Efficiency), hơn là tốc độ kết nối (Data Rate).

802.11ax hỗ trợ cả hai băng tần 5GHz và 2.4GHz, được thiết kế cho việc sử dụng wifi trong môi trường mật độ cao (môi trường có nhiều thiết bị Wifi đang cùng sử dụng) và làm sao để truyền dữ liệu hiệu quả hơn trên môi trường Wi-Fi

Các công nghệ cốt lõi của Wifi 6 sử dụng bao gồm:

• Orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA) uplink and downlink (UL/DL)
• Longer orthogonal frequency-domain multiplexing (OFDM) symbol
• Multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) 8×8 and UL/DL
• Spatial reuse, also referred to as BSS Coloring
• Target Wake Time (TWT) — power saving
• 1024 quadrature amplitude modulation (1024-QAM)

Hình bên dưới cho thấy sự so sánh giữa các chuẩn Wifi n/ac và ax

Các công nghệ chính được sử dụng trong Wi-Fi 6 (phần 1)

OFDMA

Khái niệm multi-user chỉ việc access point có thể thực hiện trao đổi thông tin đồng thời với nhiều client.

802.11ax cho phép nhiều User có thể tham gia đồng thời vào quá trình thu phát vô tuyến bằng công nghệ OFDMA, MU-MIMO và BSS Color.

Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) (tạm dịch là đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao) là 1 công nghệ quan trọng được sử dụng trong chuẩn 802.11ax. Với công nghệ tiền thân của nó là OFDM, với OFDM cho phép 1 user sử dụng thì OFDMA được cải tiến cho phép nhiều user cùng sử dụng đồng thời.

OFDMA hoạt động bằng cách chia khoản tần số đang sử dụng thành các khoản tần số nhỏ hơn được gọi là các Resource Unit (RU). Các Access Point có thể giao tiếp với nhiều client bằng cách nói chuyện với các Client đó trên từng RU. Cũng bằng việc chia RU để nói chuyện với từng client như vậy, các gói frame trao đổi giữa client và AP trên từng RU cũng được truyền đi song song và đồng thời.

Ví dụ ở trên cho thấy sự khác nhau giữa OFDM và OFDMA. 

Với OFDM, tại 1 thời điểm, chỉ cho phép 1 user có thể sử dụng kênh truyền. Cứ như vậy, các thiết bị sẽ tranh giành nhau bằng cơ chế CSMA/CA để có quyền truyền dữ liệu.

Với OFDMA, 1 đoạn băng tần ban đầu được chia thành các RU. Mỗi RU này được cấp cho 1 client, do đó, cho phép  AP có thể trao đổi với nhiều client tại 1 thời điểm, có bao nhiêu RU, là AP có thể giao tiếp với bấy nhiêu client đồng thời, và dĩ nhiên ta cũng có thể dùng nhiều RU để giao tiếp với 1 client.

Với các chuẩn Wifi sử dụng OFDM, 1 kênh truyền có độ rộng 20MHz được chia thành các subcarrier sử dụng giữa AP và client để truyền dữ liệu. Tất cả các subcarrier mang dữ liệu trên kênh này chỉ được dùng để mang dữ liệu giữa AP và 1 client tại 1 thời điểm. Khi Wifi 6 ra đời, ta có thêm 1 kỹ thuật mới, đó là phân chia Resource Unit. Với kỹ thuật này, tại 1 thời điểm, kênh có độ rộng 20MHz sẽ được chia thành các RU, và mỗi RU này có thể mang dữ liệu được trao đổi giữa AP và 1 client. Ví dụ, trên 1 AP đang phát ở kênh 6, ta chia kênh 6 đó thành 3 RU, và AP khi này có thể nói trao đổi dữ liệu đồng thời với 3 client, thông qua 3 RU.

OFDM chia 1 khoảng tần số 20MHz thành 64 kênh con có độ rộng 312,5kHz. Còn với OFDMA, các kênh con được chia với độ rộng 78,125kHz (vẫn đảm bảo được tính chất trực giao giữa các kênh) và chính vì vậy, với khoản tần số 20MHz, ta có được nhiều kênh con hơn: 256 kênh.

Như ví dụ phía bên dưới, ta thấy với OFDMA, ta có thể chia 1 kênh có độ rộng 20MHz thành 256 Subcarrier. Các Subcarrier này có thể được nhóm vào 1 Resource Unit. Hiểu 1 cách đơn giản, 1 RU là 1 kênh nhỏ có có thể mang dữ liệu độc lập giữa AP và 1 client.

MU-MIMO

Multi-user, multiple-input multiple-output: được ứng dụng trong công nghệ Wifi 802.112ac wave 2, cho phép AP có thể gửi dữ liệu tới nhiều client đồng thời, bằng cách phân chia các Spatial stream, mỗi spatial stream là 1 luồng dữ liệu độc lập có thể dùng để trao đổi thông tin với 1 client.

Hình bên dưới cho thấy 1 MU-MIMO AP tại 1 thời điểm đang trao đổi thông tin với 3 client. Các spatial stream là các đường tín hiệu có các màu khác nhau phát ra tại AP.

Điểm khác biệt của MU-MIMO giữa 802.11ac và 802.11ax là số lượng User hỗ trợ đồng thời, với 802.11ac, tối đa 4 user được hỗ trợ đồng thời, còn với 802.11ax, con số này lên đến 8 user. Một điểm khác biệt nữa đó là 802.11ac chỉ hỗ trợ downlink MU-MIMO, tức là AP có thể truyền dữ liệu cho nhiều client, nhưng ở chiều uplink, chỉ có một client được phép gửi dữ liệu cho AP. 802.11ax hỗ trợ Uplink/Downlink MU-MIMO, tức là AP có thể truyền dữ liệu cho nhiều client, và nhiều client có thể gửi dữ liệu cho AP cùng lúc.

BSS Color

Wifi sử dụng tần số vô tuyến trong môi trường không gian để giao tiếp với nhau. Đây là 1 môi trường half-duplex (tại 1 thời điểm và 1 kênh truyền, chỉ có 1 thiết bị được truyền dữ liệu). Để đảm bảo được điều này, ta có cơ chế tránh đụng độ sóng có tên là Carrier sense with multiple access collision avoidance (CSMA/CA).

Với 1 môi trường đang có quá nhiều thiết bị sử dụng Wifi, việc xảy ra cơ chế CSMA/CA để các thiết bị có thể tranh giành đến lượt mình truyền dữ liệu sẽ gây tốn khá nhiều băng thông

Cơ chế BSS Coloring được sử dụng trong 802.11ax được sinh ra để giải quyết vấn Đề trên bằng cách gắn những “color” khác nhau vào Header của gói Frame truyền đi trong mỗi BSS.

Các thiết bị Wifi khi muốn truyền dữ liệu, tuân theo cơ chế hoạt động của CSMA/CA, thiết bị sẽ phải “nghe” gói frame của các thiết bị Wifi khác để đảm bảo việc tránh đụng độ trên kênh truyền.    Các color được gắn vào PHY header của gói frame, chính vì vậy, các thiết bị thu phát wifi có thể nhận dạng được color và xử lý theo các cách:

Nếu color của gói frame của thiết bị gửi ra trùng với color bit của mình, trường hợp này được gọi là Intra-BSS transmission, nghĩa là trong cùng 1 mạng Wi-Fi đang có 2 thiết bị muốn được truyền dữ liệu, khi này thiết bị sẽ hoãn việc lắng nghe kênh truyền 1 thời gian để tránh đụng độ kênh truyền với thiết bị khác

Nếu color bit của gói frame thiết bị gửi ra khác với color bit của mình, trường hợp này được gọi là Inter-BSS Transmission.  Khi này thiết bị sẽ thấy 2 thiết bị đang muốn truyền dữ liệu đang thuộc hai mạng Wi-Fi khác nhau, nên việc truyền dữ liệu vẫn xảy ra, vì khác mạng Wi-Fi sẽ ko gây ra xung đột.

Còn tiếp ....

By Văn Minh - vovanminh1103@gmail.com