Wifi [LAB01] Tìm hiểu cơ bản về mạng WLAN

Xin chào mọi người, ở bài viết này mình sẽ giới thiệu về WLAN - mạng cục bộ không dây và các định nghĩa trong mạng WLAN

1. WLAN là gì?

- WLAN - (Wireless Local Area Network), có nghĩa là mạng cục bộ không dây. Khác với mạng LAN khi cần phải sử dụng dây cáp, mạng WLAN sử dụng tín hiệu radio để truyền dữ liệu giữa các thiết bị. Cho phép các thiết bị kết nối mạng kết nối và giao tiếp không dây trong phạm vị gần.

Lịch sử hình thành:
Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã phê duyệt chuẩn 802.11, là chuẩn đầu tiên cho mạng WLAN. Chuẩn 802.11 hỗ trợ 3 phương pháp truyền tín hiệu, bao gồm phương pháp truyền tín hiệu vô tuyến ở tần số 2.4 GHz.

Năm 1999, IEEE thông qua 2 chuẩn bổ sung là 802.11a và 802.11b. Trong đó, 802.11b có tốc độ truyền dữ liệu lên tới 11 Mbps, nhanh chóng trở thành công nghệ không dây vượt trội.
Năm 2003, IEEE công bố chuẩn 802.11g, có thể truyền nhận thông tin ở cả hai dải tần 2.4 GHz và 5GHz với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 54 Mbps.
WLAN đã trở thành một công nghệ phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

• Văn phòng: WLAN được sử dụng để kết nối các thiết bị trong văn phòng với nhau và với Internet.
• Công cộng: WLAN được cung cấp tại các địa điểm công cộng như sân bay, nhà ga, thư viện,… để người dùng có thể truy cập Internet.

2. Các tiêu chuẩn của mạng WLAN

• Chuẩn 802.11​

Vào năm 1997, tổ chức IEEE đã giới thiệu chuẩn mạng không dây đầu tiên mang tên chuẩn 802.11. Tốc độ tối đa của mạng mà chuẩn 802.11 này hỗ trợ chỉ là 2 Mbps với băng tần 2.4 GHz.
Với sự phát triển của tốc độ truy cập internet như hiện nay, chuẩn 802.11 được xem là quá chậm nên không còn được sử dụng nhiều trên thị trường nữa.

• Chuẩn 802.11b​

Sau khoảng 2 năm giới thiệu chuẩn 802.11, IEEE tiếp tục giới thiệu một chuẩn mới với tên gọi chuẩn 802.11b với nhiều cải tiến. Cụ thể, chuẩn 802.11b hỗ trợ 11 Mbps nhưng vẫn sử dụng dải băng tần 2.4 GHz. Phạm vi kết nối của chuẩn 802.11b có thể lên đến 150m tùy thuộc vào môi trường.

Bởi vì vẫn sử dụng dải băng tần 2.4 GHz nên thiết bị trang bị chuẩn 802.11b là rất dễ bị nhiễu từ, đặc biệt khi đặt cạnh các thiết bị như tivi, điện thoại,...

• Chuẩn 802.11a​

Chuẩn 802.11a được phát triển cùng thời gian với chuẩn 802.11b nhưng chủ yếu cho đối tượng khách hàng là doanh nghiệp thay vì đối tượng gia đình như chuẩn b, do đó chuẩn a có giá thành khá cao.
Chuẩn 802.11a hỗ trợ tốc độ gấp gần 5 lần so với chuẩn b, tối đa lên tới 54Mpbs với băng tần vô tuyến 5GHz. Nhờ thay đổi băng tần nên chuẩn 802.11a khắc phục điểm yếu dễ nhiễu từ. Tuy nhiên, khuyết điểm của chuẩn này đó là phạm vị hoạt động bị thu hẹp lại chỉ còn từ 40 – 100m bởi tần số cao, gặp các vật cản như tường, vách thì tín hiệu khó có thể xuyên qua được.

• Chuẩn 802.11g​

Chuẩn 802.11g được ra mắt vào năm 2003 là bản kết hợp của hai chuẩn 802.11a và chuẩn 802.11b. Chuẩn 802.11g hỗ trợ tốc độ đến 54 Mpbs như chuẩn a nhưng sử dụng băng tần 2.4 GHz như chuẩn b, vì vậy chuẩn này có tốc độ cao, phạm vi tín hiệu tốt (80 - 200 m).
Vì sử dụng dải băng tần 2.4 GHz như chuẩn b nên chuẩn g cũng dễ bị nhiễu sóng từ, nhưng vì có nét tương đồng về thông số nên chuẩn g và chuẩn b có khả năng tương thích ngược với nhau. Hiện nay chuẩn 802.11g vẫn còn được sử dụng khá phổ biến tại các hộ gia đình vì giá thành tương đối rẻ.

• Chuẩn 802.11n​

Chuẩn WiFi thế hệ thứ 4 của IEEE ra mắt năm 2009 với tên gọi chuẩn 802.11n (hay 802.11 b/g/n). Đây là chuẩn đang được yêu thích nhất hiện nay vì đường truyền tốc độ cao, cho tín hiệu ổn định, giá cả hợp lý.
Chuẩn 802.11n được sử dụng công nghệ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output), cho phép hỗ trợ tốc độ tối đa lên tới 600Mbps, đồng thời có thể chạy trên cả 2 băng tần là 2.4 GHz và 5 GHz, phạm vi kết nối lên đến 250m tùy thuộc vào môi trường.

• Chuẩn 802.11ac​

Cuối cùng là chuẩn mới nhất hiện nay với tên gọi chuẩn 802.11ac (hay chuẩn 802.11 a/b/g/n/ac). Ra mắt năm 2013, chuẩn 802.11 a/b/g/n/ac là bản nâng cấp áp đảo hoàn toàn chuẩn n tiền nhiệm của mình.
Chuẩn a/b/g/n/ac cũng được áp dụng công nghệ MIMO, tốc độ tối đa đạt đến 1730 Mbps và sử dụng dải băng tần 5 GHz giúp người dùng sử dụng mạng tốc độ cao nhất. Với nhiều cải tiến đắt giá của mình nên chuẩn 802.11 a/b/g/n/ac có giá thành khá cao.

• Chuẩn 802.11ax (Wifi 6)

Chuẩn IEEE 802.11ax thế hệ thứ 6 được ra mắt vào năm 2020 và trở thành chuẩn kết nối wifi mới nhất và phổ biến trong suốt năm 2020. Cho đến cuối năm 2020, Wifi 6E ra đời mang tới khả năng kết nối Wifi với bằng tần mới nhất 6Ghz.
Wifi 6 sẽ có 14 kênh 80MHz mới và 7 kênh 160MHz được tạo ra, giúp tăng dung lượng mạng đáng kể cho người dùng. Những khu dân cư đông đúc hay các tòa nhà doanh nghiệp tắc nghẽn sẽ được sử dụng đường truyền Wifi tốt hơn, giảm thiểu hiện tượng nhiễu loạn và băng thông gấp 4 lần băng thông có sẵn của kết nối Wifi.

Bảng tóm tắt các chuẩn Wifi hiện nay:


Băng tần (radio frequency band) chỉ là một khoảng trong miền tần số, 1 dải tần số nhỏ trong phổ tần. Băng tần wifi là một dải tần số (đơn vị GHz) của sóng điện từ với mục đích để thu/phát tín hiệu liên lạc giữa các thiết bị thông minh không dây.

• Băng tần thấp (Low-band): tần số dưới 1GHz.
• Băng tần trung (Mid-band): tần số từ 1GHz - 6GHz.
• Băng tần cao (High-band hay còn gọi là dải tần mmWave): tần số từ 24GHz - 100GHz.

Các loại băng tần sử dụng hiện nay:

Băng tần 2.4GHz​

Băng tần 2.4GHz là một dạng phát wifi dựa trên sóng tín hiệu 2.4GHz. Nhược điểm của băng tần này là rất dễ bị trùng sóng với các loại sóng phổ biến khác như: sóng bluetooth, sóng tivi hay sóng radio. Do vậy nên sóng tín hiệu 2.4GHz sẽ không thể truyền dữ liệu một cách tốt nhất.
Tốc độ của băng tần 2.4GHz dao động từ 450Mbps đến 600Mbps (tốc độ này còn tùy thuộc vào các loại router khác nhau).

Băng tần 5GHz​

Tương tự, nhắc tới wifi 5GHz là sóng vô tuyến wifi sử dụng băng tần 5GHz. Băng tần 5GHz là một bản nâng cấp của băng tần 2.4GHz. Do sử dụng băng tần cao hơn 2.4GHz nên ít gặp hiện tượng trùng với các loại bước sóng khác.
Tốc độ của băng tần 5GHz có thể lên tới 1300Mbps (có thể cao hơn, phụ thuộc vào từng loại router khác nhau).

Băng tần 6GHz​

Băng tần 6GHz là một bản nâng cấp vượt trội so với băng tần 2.4GHz và 5GHz. Băng tần 6GHz là dải băng tần có tần số dao động từ 5.925GHz đến 7.125GHz, cho phép phổ mở rộng lên đến 1200MHz. Tốc độ của băng tần 6GHz có thể lên đến 1200Mbps và có khả năng chống nhiễu và chống trùng băng tần với các loại sóng khác.

3. Regulatory domains
Regulatory domains (các miền điều chỉnh) trong mạng WLAN (Wireless Local Area Network): là các khu vực địa lý cụ thể hoặc các quốc gia nơi mà việc sử dụng tần số vô tuyến được quản lý bởi các cơ quan quản lý địa phương. Các quy định này đảm bảo việc sử dụng phổ tần số hiệu quả, tránh can thiệp và đảm bảo tuân thủ pháp luật địa phương.

Các băng tần và kênh:​

Mỗi miền điều chỉnh quy định các băng tần và kênh có thể sử dụng trong các băng tần 2.4 GHz và 5 GHz.

• Băng tần 2.4 GHz:
  • Hoa Kỳ (FCC): Kênh 1 đến 11.
  • Châu Âu (ETSI): Kênh 1 đến 13.
  • Nhật Bản (MIC): Kênh 1 đến 14.
• Băng tần 5 GHz:
  • Hoa Kỳ (FCC): UNII-1 (5150-5250 MHz), UNII-2 (5250-5350 MHz), UNII-2 Extended (5470-5725 MHz), và UNII-3 (5725-5850 MHz).
  • Châu Âu (ETSI): 5150-5350 MHz và 5470-5725 MHz.
  • Các quy định cho băng tần 5 GHz có thể khác nhau giữa các quốc gia.

Giới hạn công suất phát:​

Các miền điều chỉnh quy định công suất phát tối đa để giảm thiểu nhiễu.

• Hoa Kỳ (FCC):
  • 2.4 GHz: Tối đa 1 watt (1000 mW).
  • 5 GHz: Từ 50 mW đến 1 watt tùy băng tần.
• Châu Âu (ETSI):
  • 2.4 GHz: Tối đa 100 mW.
  • 5 GHz: Tối đa từ 200 mW đến 1 watt tùy băng tần.

Yêu cầu kỹ thuật khác:​

• DFS (Dynamic Frequency Selection): Thiết bị phải phát hiện và tránh các tín hiệu radar trong băng tần 5 GHz.
• TPC (Transmit Power Control): Thiết bị phải kiểm soát công suất phát để giảm thiểu nhiễu.

Tuân thủ và chứng nhận:​

Thiết bị WLAN phải tuân thủ các quy định của miền điều chỉnh nơi chúng sẽ được sử dụng. Nhà sản xuất thiết bị cần đạt chứng nhận từ các cơ quan quản lý tương ứng để đảm bảo sản phẩm của họ tuân thủ các quy định này, bao gồm việc kiểm tra các thông số kỹ thuật như công suất phát, tần số hoạt động và các yêu cầu về an toàn.

Cấu hình trong thiết bị WLAN:​

Nhiều thiết bị WLAN cho phép người dùng chọn miền điều chỉnh thông qua cấu hình phần mềm. Điều này đảm bảo rằng thiết bị sẽ hoạt động trong các thông số kỹ thuật được phép của khu vực cụ thể.

Ý nghĩa và tầm quan trọng của Regulatory domains:​

• Tránh nhiễu: Đảm bảo các thiết bị không gây nhiễu cho các dịch vụ không dây khác.
• Tuân thủ pháp luật: Đảm bảo các thiết bị đáp ứng yêu cầu pháp luật địa phương.
• Hiệu suất tối ưu: Giúp đạt được hiệu suất mạng tối ưu và độ tin cậy cao.

4. Channel Bonding
Channel bonding (kết nối kênh) là kỹ thuật trong mạng không dây (Wi-Fi) và một số hệ thống mạng khác, cho phép gộp nhiều kênh tần số liền kề thành một kênh duy nhất để tăng băng thông và cải thiện hiệu suất truyền dữ liệu. Kỹ thuật này giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách sử dụng đồng thời nhiều kênh, thay vì chỉ sử dụng một kênh duy nhất.

Cách hoạt động:​

1. Kênh đơn và kênh gộp:
   • Trong băng tần 2.4 GHz và 5 GHz, mỗi kênh có băng thông cụ thể (thường là 20 MHz).
   • Kết nối kênh (channel bonding) có thể kết hợp hai hoặc nhiều kênh 20 MHz để tạo thành một kênh rộng hơn, chẳng hạn như 40 MHz, 80 MHz hoặc thậm chí 160 MHz.
2. Tăng băng thông:
   • Sử dụng nhiều kênh giúp tăng băng thông khả dụng, cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn.
   • Ví dụ, gộp hai kênh 20 MHz thành một kênh 40 MHz có thể tăng gấp đôi băng thông.

Lợi ích của Channel Bonding:​

1. Tăng tốc độ truyền dữ liệu:
   • Kênh gộp cung cấp băng thông lớn hơn, giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu.
   • Điều này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao như video streaming, chơi game trực tuyến, và truyền tải file lớn.
2. Cải thiện hiệu suất mạng:
   • Với băng thông lớn hơn, nhiều thiết bị có thể truy cập vào mạng mà không làm giảm hiệu suất.
   • Điều này giúp giảm thiểu tắc nghẽn và cải thiện trải nghiệm người dùng.

Các ứng dụng và tiêu chuẩn hỗ trợ:​

• Wi-Fi 4 (802.11n): Hỗ trợ kết nối kênh 40 MHz trong cả băng tần 2.4 GHz và 5 GHz.
• Wi-Fi 5 (802.11ac): Hỗ trợ kết nối kênh 80 MHz và 160 MHz, nhưng chỉ trong băng tần 5 GHz.
• Wi-Fi 6 (802.11ax): Tiếp tục hỗ trợ kết nối kênh 80 MHz và 160 MHz, với hiệu suất và khả năng quản lý nhiễu tốt hơn.

5. Wireless QoS
Wireless QoS là tập hợp các kỹ thuật và công nghệ nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng không dây, đặc biệt là cho các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực như thoại và video. Bằng cách ưu tiên hóa lưu lượng, giảm độ trễ và biến động, và đảm bảo đủ băng thông, QoS giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa hiệu suất mạng.

Mục tiêu Wireless QoS:

• Ưu tiên hóa lưu lượng mạng: Đảm bảo các loại lưu lượng quan trọng như thoại và video được ưu tiên so với các loại lưu lượng ít quan trọng hơn như truyền tải file hoặc duyệt web.
• Giảm độ trễ: Giảm thiểu thời gian trễ cho các ứng dụng thời gian thực.
• Giảm jitter: Giảm thiểu biến động trong thời gian trễ để đảm bảo truyền tải dữ liệu liên tục và ổn định.
• Tăng băng thông: Đảm bảo đủ băng thông cho các ứng dụng quan trọng

Chuẩn hỗ trợ Wireless QoS trong WLAN:

• IEEE 802.11e: Mở rộng tiêu chuẩn Wi-Fi để hỗ trợ QoS.
• WMM (Wi-Fi Multimedia) – một tập hợp các phương pháp bao gồm WMM Voice, Video, Best Effort, Background) để ưu tiên hóa lưu lượng mạng không dây.

Cảm ơn các bạn đã xem bài viết của mình!!!