IEEE 802.11n: Wi-Fi thế hệ mới

[binh.nv]

Wi-Fi thế hệ mới có tốc độ nhanh, vùng phủ sóng rộng và đáng tin cậy ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Song, chặn đường để đi đến đích của 802.11n còn khá nhiều vấn đề...

Do tính tiện dụng và dễ triển khai, mạng Wi-Fi ngày càng thâm nhập khắp nơi để phục vụ nhu cầu trao đổi thông tin và giải trí. Với nhu cầu ngày càng cao cấp, tốc độ 11Mbps của chuẩn 802.11b, 54Mbps của chuẩn 802.11a/g và cả 100Mbps của MIMO dù rất hấp dẫn nhưng dường như vẫn chưa thỏa cơn khát tốc độ của người dùng. Wi-Fi thế hệ mới 802.11n có tốc độ nhanh, vùng phủ sóng rộng và đáng tin cậy ra đời. Song, chặng đường để đi đến đích (được phê chuẩn) của 802.11n còn khá nhiều vấn đề cần phải bàn thảo.

Chọn đặc tả kỹ thuật cho 802.11n

So với các chuẩn trước, đặc tả kỹ thuật của 802.11n "thoáng" hơn nhiều: có nhiều chế độ tùy chọn, nhiều cấu hình để có thể cho ra sản phẩm có các mức tốc độ tối đa khác nhau. (Trước đây, tất cả các sản phẩm 802.11b phải có tốc độ 11Mbps; 802.11a và 802.11g phải có tốc độ 54Mbps). Điều này vạch ra ranh giới về hiệu năng trên mỗi thiết bị 802.11n: các nhà sản xuất có thể tăng hoặc điều chỉnh khả năng hỗ trợ ứng dụng, mức giá... Ứng với mỗi tùy chọn, 802.11n có thể hỗ trợ tốc độ lên đến 600Mbps, nhưng phần cứng WLAN (Wireless Local Area Network) không nhất thiết phải áp dụng tất cả các tùy chọn. Ví dụ, năm 2006, hầu hết thiết bị phần cứng WLAN 802.11n draft 1.0 hỗ trợ tốc độ 300Mbps.

OFDM tốt hơn

Trong phiên bản 802.11n dự thảo (draft), yêu cầu đầu tiên là phải sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM- Orthogonal Frequency Division Multiplexing) dựa trên các cải tiến từ các chuẩn 802.11a/g, sử dụng mã hóa tối đa và băng thông rộng. Những thay đổi này giúp tăng tốc độ lên đến 65Mbps so với 54Mbps của chuẩn 802.11a và 802.11g trước đây.

MIMO cải thiện hiệu năng

Một trong những thành phần được biết rộng rãi nhất trong đặc tả kỹ thuật của bản dự thảo là MIMO (Multiple Input Multiple Output). MIMO tận dụng hiện tượng tự nhiên của sóng trung tần được gọi là đa đường: thông tin được phát xuyên qua tường, cửa sổ và các vật chắn khác, anten thu tín hiệu nhiều lần qua các bộ định tuyến khác nhau ở các thời điểm khác nhau. Do đó, tín hiệu đa đường nguyên gốc có thể bị "bóp méo" dẫn đến khó giải mã và kéo theo hiệu năng Wi-Fi kém. MIMO khai thác hiện tượng đa đường với kỹ thuật đa phân chia theo không gian (space-division multiplexing). Thiết bị phát WLAN chia gói dữ liệu ra thành nhiều phần, mỗi phần được gọi là chuỗi dữ liệu (Spatial Stream) và phát từng chuỗi dữ liệu qua các anten riêng rẽ đến các anten thu.

Hiện tại, 802.11n dự thảo cung cấp đến 4 chuỗi dữ liệu, cho dù phần cứng không yêu cầu hỗ trợ nhiều như thế. (xem hình 1)

Gấp đôi số lượng chuỗi dữ liệu đồng nghĩa với việc tăng gấp đôi tốc độ, tuy nhiên sẽ kéo theo công suất tiêu thụ tăng, khả năng mở rộng kém hơn và giá thành sản phẩm cao hơn. Trong khi đặc tả kỹ thuật 802.11n draft yêu cầu phải có chế độ tiết kiệm năng lượng (MIMO power-save). Điều này có nghĩa là chỉ nên sử dụng kỹ thuật đa đường khi đạt được lợi ích về hiệu năng.

Các đặc điểm nổi bật của MIMO

Có 2 tính năng trong đặc tả kỹ thuật draft-n nhằm tập trung cải thiện hiệu năng MIMO: cực tạo búp sóng (Beam-forming) và sự phân tập (Diversity). Beam-forming là kỹ thuật điều chỉnh tín hiệu trực tiếp trên anten, giúp tăng vùng phủ sóng và hiệu suất bằng cách hạn chế nhiễu. Diversity khai thác trên nhiều anten bằng cách tổng hợp các tín hiệu đầu ra hoặc chọn tín hiệu tốt nhất trong số các anten. Đây là đặc tả kỹ thuật quan trọng do 802.11n draft có 4 anten, vì thế sẽ gặp phải trường hợp thiết bị có số lượng anten khác với nó. Ví vụ, máy tính xách tay dùng 2 anten có thể kết nối đến access point (AP) có 3 anten. Trường hợp này, chỉ 2 chuỗi dữ liệu được dùng dù AP hỗ trợ đến 3 chuỗi dữ liệu. Với Diversity, thêm càng nhiều anten càng tốt. Thiết bị nhiều anten sẽ có phạm vi phủ sóng xa hơn. Ví dụ, tín hiệu phát ra của 2 anten có thể kết hợp lại để thu một chuỗi dữ liệu ở khoảng cách xa. Ý tưởng này có thể được mở rộng để kết hợp các tín hiệu đầu ra của 3 anten để thu về 2 chuỗi dữ liệu có tốc độ cao, vùng phủ sóng rộng... Diversity không bị giới hạn trong 802.11n và cả WLAN. Thực tế, nó đã được cài đặt cho các sản phẩm chuẩn 802.11a/b/g có 2 anten.

Các đặc tả kỹ thuật chủ yếu của 802.11n dự thảo (xem bảng 1).

Tính năng	Ý nghĩa	Trạng thái
OFDM tốt hơn[cel] Hỗ trợ băng thông rộng hơn và tốc độ mã hóa cao hơn để tăng tốc độ đạt tối đa 65Mbps	Bắt buộc
Đa phân chia theo không gian	Cải tiến hiệu suất bằng cách phân chia dữ liệu thành nhiều chuỗi phát đến nhiều anten	Tùy chọn đến tối đa 4 chuỗi dữ liệu
Diversity	Khai thác sự có mặt của nhiều anten để cải tiến tầm phủ sóng và độ tin cậy. Hình thức này được thực thi khi số lượng anten ở đầu thu cao hơn số lượng anten ở đầu phát.	Tùy chọn đến tối đa 4 anten
MIMO tiết kiệm năng lượng	Giới hạn công suất tiêu thụ bất lợi của MIMO bằng cách chỉ sử dụng nhiều anten khi cần thiết	Quy định
Các kênh 40MHz	Tăng tốc độ gấp đôi bằng cách tăng độ rộng băng thông từ 20MHz lên 40MHz	Tùy chọn
Sự kết hợp	Cải tiến hiệu suất bằng cách cho phép nhiều gói dữ liệu phát tăng tốc giữa sự truyền thông trên cao	Quy định
Giảm Inter-frame Spacing (RIFS)	Một trong những đặc điểm chung trong thiết kế draft-n là cải tiến hiệu suất. Thời gian trễ trong việc phát OFDM ngắn hơn so với 802.11a, 802.11g	Quy định
Chế độ Greenfield	Cải tiến hiệu suất bằng cách loại các thiết bị 802.11a/b/g ra khỏi mạng draft-n	Tùy chọn hiện thời

Cải tiến lưu lượng và tốc độ truyền dữ liệu

Một tùy chọn khác trong 802.11n dự thảo là nhân đôi tốc độ bằng cách tăng băng thông kênh truyền WLAN từ 20MHz lên 40MHz. Điều này làm giảm số lượng kênh gây bất lợi cho các thiết bị khác. Tần số 2,4GHz có đủ không gian cho 3 kênh 20MHz không chồng lấn nhau (non-overlapping), còn kênh 40MHz không có nhiều không gian cho các thiết bị khác tham gia vào mạng hay truyền dữ liệu trên cùng khu vực với chúng. Do đó, việc chọn kênh 40MHz sẽ cải thiện hiệu năng cho toàn WLAN.

Các đặc điểm kỹ thuật của IEEE 802.11 (xem bảng 2).

Các chuẩn	802.11a	802.11b	802.11g	802.11n (draft 2.0)
Năm phê chuẩn	Tháng 7/1999	Tháng 7/1999	Tháng 6/2003	Tháng 6/2007
Tốc độ tối đa	54Mbps	11Mbps	54Mbps	300Mbps
Khoảng cách tối đa	100m	100m	100m	100m
Kỹ thuật điều chế	OFDM	DSSS hay CCK	DSSS hay CCK hay OFDM	DSSS hay CCK hay OFDM
Dải tần số trung tần (RF)	5GHz	2.4GHz	2.4GHz	2.4GHz hay 5Mhz
Chuỗi dữ liệu	1	1	1	1, 2, 3 hay 4
Độ rộng băng thông	20MHz	20MHz	20MHz	20MHz hay 40MHz
Số kênh không chồng lấn nhau	23	3	3	3 (2,4GHz) 23 (5GHz)
Nguồn can nhiễu	Bluetooth, lò vi sóng, thiết bị quan sát bé từ xa...	Bluetooth, lò vi sóng, thiết bị quan sát bé từ xa...	Điện thoại mẹ bồng con	Tương tự 802.11b/g (2,4GHz)Tương tự 802.11a (5GHz)

Hoạt động hiệu quả cùng WLAN hiện hành

Đặc tính kỹ thuật của 802.11n dự thảo có khả năng tương thích với chuẩn trước đó. Access Point 802.11n draft sẽ tương thích ngược với các thiết bị chuẩn 802.11a tần số 5GHz cũng như chuẩn 802.11b và 802.11g tần số 2,4GHz. 802.11n sẽ hỗ trợ tốt hơn với chế độ "mixed" của 802.11g. Thực tế, hiệu suất mạng phụ thuộc vào tỉ lệ băng thông được sử dụng để phát dữ liệu chứ không phải gói tin đầu tiên (Overhead) hay các giao thức được sử dụng để quản lý việc truyền thông mạng. Một trong các tính năng quan trọng nhất trong đặc tả kỹ thuật 802.11n draft để cải tiến hiệu năng ở chế độ hợp nhất (mixed mode) là sự tập hợp. Thay vì gửi từng frame dữ liệu, máy trạm phát một gói gồm nhiều frame chung với nhau. Do đó, việc tập hợp dữ liệu sẽ hiệu quả hơn (xem hình 2).


Điều này dễ dàng cho các thiết bị 802.11n draft cùng tồn tại với 802.11g và 802.11a vì tất cả đều dùng phương thức điều chế OFDM. Vì thế, có nhiều tính năng trong đặc tả kỹ thuật của thiết bị như tăng hiệu năng cho các mạng chỉ sử dụng OFDM. Chẳng hạn như tính năng giảm khoảng không giữa frame (Reduced Inter-Frame Spacing, hay RIFS), chi tiết này có thời gian trì hoãn giữa 2 lần phát ngắn.

Để đạt hiệu năng tốt, đặc tả kỹ thuật của 802.11n draft cung cấp một chế độ gọi là "cánh đồng xanh" (Greenfield) - chỉ các thiết bị 802.11n hoạt động trong mạng. Hiện nay, chưa rõ chế độ này là bắt buộc hay chỉ là tùy chọn của 802.11n dự thảo cuối cùng.

Hiện thực phần cứng giai đoạn từ 802.11n draft 2.0

Mặc dù các bên đang cố gắng bàn thảo để đưa ra chuẩn cuối cùng, nhưng theo một số nguồn tin đáng tin cậy thì trong năm nay chuẩn 802.11n có thể vẫn chưa được phê duyệt, có lẽ sẽ là năm 2010 hoặc vài năm sau nữa. Trong khi chờ đợi 802.11n phê chuẩn, các sản phẩm phiên bản draft lần lượt ra đời, bắt đầu từ tháng 6/2007 Wi-Fi Alliance lấy mốc 802.11n draft 2.0 (tốc độ 300Mbps) để cấp chứng nhận cho các sản phẩm ứng dụng chuẩn này. Sau đây là một số sản phẩm 802.11n draft 2.0 tiêu biểu.

Băng tần kép, LAN gigabit
D-Link DIR-885 (299USD) tích hợp Wi-Fi 802.11n draft 2.0 với tốc độ lý thuyết 300Mbps, băng thông 20MHz/40MHz cho phép hoạt động đồng thời trên 2 băng tần 2,4GHz và 5GHz và đạt chứng nhận 802.11a/b/g và 802.11n draft 2.0 do Wi-Fi Alliance cấp.


Điểm nổi bật của DIR-885 (trang 64) là có đến 4 cổng LAN gigabit, cổng USB (phục vụ chức năng Share Port) và hình OLED cho phép quan sát trạng thái hoạt động của router một cách thuận tiện và nhanh chóng. Chú ý đến chất lượng sử dụng cho từng người dùng, sản phẩm cũng được trang bị tính năng QoS, WMM (Wi-Fi Multimedia) giúp ưu tiên băng thông cho các ứng dụng như VoIP, xem phim HD, chơi game trực tuyến. DIR-885 trang bị công nghệ Green Ethernet giúp tự động điều chỉnh lượng điện năng tiêu thụ giúp tiết kiệm điện năng tiêu thụ; Good Neighbor Policy tránh gây nhiễu với các thiết bị lân cận khác.

Thử nghiệm với USB adapter DWA-160 (74USD) ở chế độ "mixed" (2 băng tần) cho thấy, tốc độ tải xuống/lên của DIR-885 đạt mức cao, kết nối rất ổn định trong môi trường văn phòng (xem chi tiết tại bảng so sánh tốc độ). Thử nghiệm ở tần số 5GHz, tốc độ tăng lên rõ rệt (từ 13% đến 16%) nhưng kết nối không ổn định và vùng phủ sóng kém hơn chế độ "mixed".

Sản phẩm đạt tốc độ cao, kết nối ổn định, khả năng linh động cao và hứa hẹn khả năng tương thích tốt, tính năng phong phú, hấp dẫn...DIR-885 là lựa chọn đáng giá.

Tất cả trong một

DrayTek Vigor2820n (230USD) "đa năng" vừa là router ADSL2/2+ vừa là router băng rộng tích hợp Wi-Fi 802.11n draft 2.0, băng thông 20MHz và đạt chứng nhận 802.11b/g và 802.11n draft 2.0 do Wi-Fi Alliance cấp.

Vigor2820n (ID: A0809_92) trang bị một cổng LAN gigabit, cổng USB (giao tiếp với máy in hay modem HSPDA) và hỗ trợ 4 SSID đồng thời; WDS cho phép kết nối nhiều thiết bị theo mô hình Bridge và Repeater giúp mở rộng vùng phủ sóng.Để người dùng mạng sử dụng băng thông hiệu quả, sản phẩm trang bị nhiều tính năng giúp cải thiện băng thông cho từng người dùng: giới hạn số phiên làm việc, giới hạn băng thông và quản lý chất lượng dịch vụ QoS.


Thử nghiệm chức năng Wi-Fi với USB adapter N61 (45USD) cho thấy kết nối rất ổn định, tuy nhiên tốc độ chỉ đạt ở mức trung bình.

Nhìn chung, với các tính năng của mình DrayTek Vigor2820n rất đáng giá cho các văn phòng đại diện, doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ, đặc biệt các đơn vị có nhu cầu chia sẻ dữ liệu, trao đổi thông tin trên đường truyền tốc độ cao.

Điểm nổi bật của Edimax BR-6524n (ID:A0901_68) là khả năng hỗ trợ đến 6 chế độ hoạt động: Access Point (AP), Station (Infrastructure), AP Bridge (Point to Point), AP Bridge (Point to MultiPoint), AP Bridge (WDS – Wireless Distribution System) và Universal Repeater. Edimax BR-6524n cũng được trang bị tính năng quản lý chất lượng dịch vụ QoS (Upload/Download) cho phép quản trị mạng phân chia băng thông cho từng địa chỉ IP. Sản phẩm đạt chứng nhận 802.11b/g và 802.11n draft 2.0 do Wi-Fi Alliance cấp.

Thử nghiệm Wi-Fi với USB adapter EW-7718UN (50USD) đạt kết quả rất khả quan: tốc độ ở mức cao so với thiết bị chuẩn 802.11b/g, kết nối ổn định trong môi trường văn phòng. Nếu ưa chuộng hình thức, hỗ trợ nhiều khả năng tùy biến (6 chế độ hoạt động), tốc độ Wi-Fi cao, kết nối ổn định thì hãy nghĩ đến Edimax BR-6524n.

Draft-n 3.0 nhập hội

LinkPro WLN-322R-I1 (1.339.000đ) tích hợp Wi-Fi 802.11n draft 3.0 và có tốc độ lý thuyết 300Mbps như 80.111n draft 2.0. LinkPro WLN-322R-I1 (trang 65) có đến 4 chế độ hoạt động: Bridge, Gateway, Ethernet Converter và AP Client. Sản phẩm cũng hỗ trợ chức năng QoS cho phép định băng thông từ mức 64k đến 60Mbps cho mỗi hướng tải xuống và tải lên; WMM giúp nâng cao tốc độ truyển dữ liệu dạng audio, video... trên mạng Wi-Fi. LinkPro WLN-322R-I1 hỗ trợ đến 7 SSID (tên mạng Wi-Fi) và hỗ trợ chức năng WDS với các chế độ tùy chọn: Lazy (tương tự chế độ Auto), Bridge (làm cầu nối cho các tín hiệu Wi-Fi), Repeater (khuếch đại tín hiệu Wi-Fi). Tương tự D-Link DIR-885, LinkPro WLN-322R-I1 cũng hỗ trợ chức năng tiết kiệm điện- Green AP.

Thử nghiệm Wi-Fi với USB adapter WLN-322U-I1 (625.000đ) đạt kết quả rất tốt: tốc độ ở mức cao, kết nối ổn định trong môi trường văn phòng.

Với tính năng phong phú, khả năng hỗ trợ 802.11n draft 3.0 đầy hứa hẹn, tốc độ Wi-Fi cao và ổn định, LinkPro WLN-322 rất xứng đáng cho lựa chọn của bạn.

Tóm lại, Wi-Fi thế hệ mới 802.11n draft 2.0 và draft 3.0 thật sự đã mang đến hiệu quả thiết thực cho người dùng. Bằng chứng là tốc độ thực tế của nó tăng lên rất nhiều so với các chuẩn 802.11a/b/g trước đây. Nếu quan tâm đến băng thông lớn, tầm phủ sóng tốt, độ tin cậy cao và hỗ trợ nhiều chế độ cho việc triển khai mở rộng cấu trúc mạng... thì việc trang bị Wi-Fi 802.11n draft 2.0 hay draft 3.0 bây giờ là không quá sớm.