Wi-Fi 6 (802.11ax) – Bức tranh toàn cảnh

1) Giới thiệu wi-fi 6

Theo thời gian, công nghệ ngày càng phát triển, và Wi-Fi cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Năm 2009, chuẩn 802.11n ra đời là một sự thay đổi rất lớn trong cách thức hoạt động của Wi-Fi. 802.11n đã thực hiện thay đổi từ radio SISO sang radio MIMO. Trước công nghệ 802.11n, hiện tượng đa hướng của sóng RF của đa đường là điểm yếu; tuy nhiên, với MIMO, đa hướng thực sự hữu ích. Khi công nghệ 802.11n được thương mại hóa, các kỹ sư mạng WLAN phải học lại cách nghệ 802.11 hoạt động và suy nghĩ lại về thiết kế mạng WLAN. Vào năm 2013, 802.11ac đã giới thiệu những cải tiến hơn cho công nghệ MIMO. Kết quả cuối cùng của 802.11n / ac là tốc độ dữ liệu cao hơn nhưng không đồng nghĩa với hiệu quả tốt hơn. Mặc dù cả 802.11n và 802.11ac đều cải thiện hiệu năng, các công nghệ ngày nay lại phức tạp hơn và do đó, các thách thức về thiết kế và khắc phục sự cố mạng mới đã nảy sinh.

Link xem video:

802.11ax hay Wi-Fi 6 còn được gọi là công nghệ hiệu quả cao (HE), và có thể là thay đổi quan trọng nhất đối với Wi-Fi kể từ khi ra mắt MIMO 802.11n vào năm 2009. Một số nhà sản xuất chipset lớn, như Broadcom và Qualcomm, đã áp dụng công nghệ này. Một số hãng WLAN doanh nghiệp lớn cũng đã ra mắt các sản phẩm Wi-Fi 6 trước khi chuẩn này được công bố. Các thiết bị đầu cuối hỗ trợ 802.11ax cũng dần dần xuất hiện trên thị trường như iPhone 11, Samsung Galaxy S10, Samsung Galaxy Note 10. Bài viết này sẽ giúp các bạn có cái nhìn tổng quan nhất về công nghệ Wi-Fi 6.

2) Các vấn đề wif i hiện hữu

Đầu tiên, mình muốn đặt vấn đề như sau : tại sao với chuẩn ac, tốc độ đã rất cao rồi, nhưng người dùng vẫn luôn phàn nàn về trải nghiệm Wi-Fi, nhất là trong các môi trường Wi-Fi mật độ cao như sự kiện, lễ hội, nhà hàng hay Wi-Fi công cộng ? Mình muốn nhấn mạnh rằng, môi trường Wi-Fi là half-duplex, do đó, tại một thời điểm, chỉ có duy nhất một máy được phép truyền dữ liệu để tránh xung đột theo giao thức CSMA/CA. Giao thức này tốn rất nhiều tài nguyên Wi-Fi, và trong thực tế, tốc độ Wi-Fi thường chỉ đạt được tối đa là 50% so với tốc độ lý thuyết (physical rate). Thứ hai, 75% lưu lượng Wi-Fi là của các gói tin quản lý, chỉ có 25% là của dữ liệu người dùng. Các gói tin quản lý lại có kích thước rất nhỏ, do đó, tốc độ cao không giúp ích quá nhiều khi truyền các gói tin này. Điều cần thiết lúc này là làm sao giảm thiểu số lượng các gói tin nhỏ này, hay bằng cách nào đó, có thể cho phép gửi nhiều gói tin này đi cùng lúc. Và Wi-Fi 6 được sinh ra để thực hiện điều này.

Đa truy nhập phân chia tần số trực giao (OFDMA) là phiên bản đa người dùng của công nghệ điều chế kỹ thuật số OFDM, và là linh hồn của Wi-Fi 6. Các chuẩn 802.11a/g/n/ac hiện đang sử dụng OFDM để truyền dữ liệu cho từng người dùng trên tần số 802.11. OFDMA chia kênh thành các nhóm tần số nhỏ hơn, được gọi là đơn vị tài nguyên (RU). Bằng cách chia nhỏ kênh, việc truyền song song các gói tin nhỏ cho nhiều người dùng có thể thực hiện đồng thời. Hãy nghĩ về OFDMA như một công nghệ phân vùng kênh thành các kênh phụ nhỏ hơn để có thể thực hiện việc truyền nhiều người dùng đồng thời. Ví dụ: một kênh 20 MHz truyền thống có thể được phân chia thành chín kênh phụ nhỏ hơn. Sử dụng OFDMA, AP 802.11ax có thể truyền đồng thời các gói tin đến chín thiết bị 802.11ax. Mục tiêu của OFDMA là sử dụng hiệu quả hơn không gian tần số có sẵn. Công nghệ OFDMA đã được thử nghiệm một thời gian với các phương thức liên lạc RF khác. Ví dụ, OFDMA được sử dụng cho truyền thông di động LTE 4G.

Trở lại vấn đề half-duplex trong môi trường Wi-Fi, chỉ có một máy có thể truyền dữ liệu tại một thời điểm. Một máy 802.11 sẽ trì hoãn việc truyền dữ liệu nếu nghe thấy các tín hiệu mở đầu PHY của bất kỳ máy 802.11 nào. Nếu có nhiều access point hoặc thiết bị của người dùng trên cùng một kênh, sẽ xảy ra hiện tượng Overlap Base Service Set (OBSS) hay còn được biết đến với cái tên Nhiễu đồng kênh (Co-Channel Interference, hay CCI). Nếu AP-1 trên kênh 36 nghe thấy tín hiệu của AP-2 gần đó cũng truyền trên kênh 36, AP-1 sẽ phải ngưng việc truyền dữ liệu. Tương tự, tất cả các thiết bị kết nối vào AP-1 cũng không thể truyền dữ liệu cùng lúc với AP-2. Điều mà hầu hết mọi người không hiểu, client mới chính là nhân tố chính gây ra OBSS chứ không phải là access point. Như được hiển thị trong hình bên dưới, nếu client A, được kết nối với AP-1, đang truyền trên kênh 36, thì có thể AP-2 và bất kỳ client nào của AP-2 hoãn việc truyền dữ liệu. Bạn nên hiểu rằng nhiễu OBSS luôn thay đổi do tính di động của các thiết bị client.

3) Giải pháp

Để giải quyết vấn đề này, Wi-Fi 6 sử dụng BSS-Color, đánh dấu “màu” cho các BSS (hay tín hiệu của các access point). Nói đơn giản hơn, sóng Wi-Fi của access point A sẽ có “màu” khác với sóng Wi-Fi của access-point B. Giả sử một client kết nối vào access point A, nghe được tín hiệu từ access point B (A và B phát cùng một kênh), nhưng do “màu” của hai tín hiệu là khác nhau, nên client sẽ bỏ qua tín hiệu từ access point B, và tiếp tục việc truyền dữ liệu của mình. Trong phần preamble của lớp PHY 802.11ax, trường SIG-A chứa 6 bit màu BSS. Trường này có thể phân biệt tới 63 màu BSS. Ở lớp MAC, thông tin màu BSS có thể được tìm thấy trong các frame quản lý.

Bên cạnh việc đánh dấu “màu” cho các gói tin, Wi-Fi 6 cũng có các công nghệ phụ trợ để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh như tự động điều chỉnh ngưỡng CCA (Dynamic CCA Threshold) và Dual NAV Time. Nhưng trong khuông khổ bài viết này, tác giả xin phép không trình bày sâu hơn vì muốn giành thời gian cho công nghệ thứ ba, quan trọng không kém, mà lại rất hữu ích trong thời đại IoT như ngày nay, đó là Target Wake Time (TWT).

Target Wake Time là một cơ chế tiết kiệm năng lượng, được quy chuẩn trong 802.11ah-2016. TWT hoạt động bằng cách thỏa thuận một lịch “thức dậy” giữa access point và các client, tùy vào mức độ lưu lượng giữa client và access point. Access point sẽ lập lịch cho các client “thức dậy” ở những thời điểm khác nhau để giảm thiểu xung đột. TWT giảm lượng thời gian cần thiết mà client ở chế độ tiết kiệm năng lượng (PS) cần phải thức dậy. Điều này cho phép client “ngủ” lâu hơn và giảm mức tiêu thụ năng lượng. Trái ngược với các cơ chế tiết kiệm năng lượng cũ như DTIM, chỉ cho các client ngủ trong khoảng thời gian micro giây, TWT về mặt lý thuyết có thể cho phép các thiết bị của khách ngủ trong nhiều giờ. TWT là một phương pháp tiết kiệm năng lượng lý tưởng cho các thiết bị IoT, vốn rất quan trọng vấn đề về pin.

Trên đây, là ba trong số các công nghệ đã được áp dụng trong Wi-Fi 6. Ngoài ra còn có QAM-1024, Long Symbol Time & Guard Interval, nhưng nhìn chung, mục đích cuối cùng của Wi-Fi 6 là hiệu quả. Mặc dù tốc độ của Wi-Fi 6 là nhanh hơn 25% so với Wi-Fi 5, nhưng điều mà Wi-Fi 6 muốn giải quyết là làm sao tối ưu tài nguyên Wi-Fi và phục vụ được  nhiều người dùng hơn. Đó là lý do tại sao người ta lại gọi Wi-Fi 6 là  Wi-Fi hiệu quả cao (High Efficiency).

4) Tác giả Kai Nguyễn

Thông tin tác giả và Ruijie Networks

Nguyễn Phú Thịnh (Kai Nguyen) hiện đang là Giám đốc kỹ thuật của Ruijie Networks Việt Nam, và cũng đang giảng dạy tại trung tâm VNPRO, với các chuyên đề Wireless, Security, Routing & Switching.

Ruijie Networks là một trong những hãng sản xuất thiết bị mạng cấp doanh nghiệp hàng đầu thế giới. Hiện Ruijie Networks có 6 trung tâm R&D tại Trung Quốc, đã có mặt trên 50 quốc gia và có hơn 250,000 đối tác, trong đó có các thị trường cao cấp như Mỹ, Nhật, Nga. Theo Gartner Magic Quadrant (quý 3-2019), Ruijie đã trở thành nhà cung cấp thứ 5 toàn cầu, trong Phân khúc thị trường WLAN và Switch cấp doanh nghiệp (10 / 25Gbps). Trong báo cáo MQ, Gartner cũng nhận xét sức mạnh của Ruijie về việc cung cấp dịch vụ Ruijie Cloud trong các doanh nghiệp nhỏ: “Giải pháp Wi-Fi Cloud miễn phí không cần license, không giới hạn số lượng thiết bị, và hỗ trợ quản lý cả switch và routers/gateways.” Tại Trung Quốc, theo IDC quý 3-2019, Ruijie hiện là nhà cung cấp số 1 trong thị trường WiFi 6 (chiếm tới 40,66% thị phần), và đứng thứ 3 cho thị trường switch doanh nghiệp.