THUẬT NGỮ TRONG WIFI

Chúng ta thường nghe nói về các thuật ngữ như QAM, OFDMA, MU-MIMO... vậy nó là gì ? Nó có tác dụng thế nào ? 

Bài viết này sẽ lí giải các thuật ngữ trên. 

Có 2 dạng tín hiệu phổ biến là tín hiệu số (Digital signal, bit 0 1) và tín hiệu tương tự (Analog Signal, tín hiệu điện, sóng điện từ...)

• Tần số là sự lặp lại của 1 tín hiệu hoặc 1 hành động trong 1 đơn vị thời gian, trong viễn thông thường đơn vị là Hz. Ví dụ chúng ta lặp lại vỗ tay 5 lần trong 1 giây thì có thể gọi chúng ta vỗ tay với tần số 5Hz.

Một số đại lượng là biên độ (độ cao của tín hiệu - amplitude), pha (phase , nó là 1 góc của tín hiệu so với điểm làm mốc so sánh), tần số (frequency - số lần lặp lại của tín hiệu trong 1 đơn vị thời gian). Để dễ hình dung hãy xem hình dưới :

1. Điều chế QAM 

Ý tưởng : Tín hiệu số vốn khó khăn trong quá trình truyền dẫn ở khoảng cách xa, vì vậy ý tưởng đưa ra là chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu analog để có thể gửi tín hiệu đi xa mà ít bị tác động suy giảm.

Vì vậy phương thức điều chế QAM ra đời.

QAM biến đổi chuỗi bit thành các dạng 1 đoạn tín analog. Đoạn tín hiệu analog này còn được gọi là QAM symbol.

Mỗi symbol sẽ mang số bit trong 1 lần điều chế QAM, ví dụ 64QAM sẽ được 6 bit/1symbol (2^6 = 64)

(Tất nhiên có nhiều phương thức khác điều chế trong wifi, nhưng QAM cho tốc đọ cao hơn).

2. Kênh sóng :

Ý tưởng : Việc sử dụng 1 dải tần chỉ dùng để truyền 1 tín hiệu sẽ gây lãng phí vì thông thường việc truyền vài bit/symbol không cần băng tần quá rộng đồng thời nếu sử dụng chung 1 dải tần lớn cho nhiều thiết bị sẽ bị nhiễu sóng. Dải tần được quy định bởi điểm đầu và điểm cuối của tần số, ví dụ dải tần 2.4Ghz  cho wifi kéo dài từ 2400Mhz đến 2500Mhz. 

Nghe quá phức tạp đúng không ? Vậy nói dễ hiểu, chúng ta được quy định số lần vỗ tay trong 1 giây chậm nhất là 20 lần/ giây và nhanh nhất là 25 lần/ giây, giới hạn này gọi là băng tần. Chính sự nhanh chậm trong các lần vỗ tay có thể tạo ra các giai điệu ví dụ 1 bài nhạc, người vỗ tay là máy phát còn người nghe là máy thu, bài hát gốc được chuyển thể thành tiếng vỗ tay gọi là điều chế, người nghe tiếng vỗ tay phân tích thành bài hát được gọi là giải điều chế.

Chúng ta quay lại vấn để kênh sóng, băng tần lớn được tách nhỏ thành các băng tần có dải dao động tần số nhỏ hơn gọi là kênh. Ví dụ kênh 1 thay vì 2400 -2500Mhz thì nó được giảm lại còn 2400Mhz đến 2420Mhz, tương tự với các kênh khác, mỗi thiết bị sẽ phát 1 tần số sẽ tránh việc nhiễu với nhau. Chi tiết danh sách kênh xem lại bài Wifi.

3. OFDM

Ý tưởng : Tương tự như vấn đề kênh sóng, việc 1 kênh sóng để chỉ truyền 1 tín hiệu 1 lúc là quá phí khi nhu cầu về tốc độ ngày càng cao. Vậy nên người ta tiếp tục chia nhỏ 1 kênh ra nhiều kênh nhỏ hơn, gọi là sóng mang con (subcarrier). Các sóng mang con này được sắp xếp sao cho các điểm giao nhau không bị nhiễu tín hiệu, còn gọi là trực giao.

Hãy nhớ lại phần QAM, mỗi QAM symbol có thể tương ứng với 1 sóng mang con, OFDM sẽ gom nhiều sóng mang con này thành 1 tín hiệu lớn hơn gọi là OFDM symbol. Việc gom nhiều sóng mang con mang dữ liệu riêng biệt truyền đi đồng thời sẽ giúp tốc độ tăng lên nhiều lần.

4. GI (guard interval)

Ý tưởng : Sóng wifi phát trong môi trường luôn đi theo đa hướng nên sẽ có hiệu ứng đa đường. Giống khi chúng ta mở loa, âm thanh được phát ra đa hướng, có cái thì đi thẳng đến người nghe nhưng cũng có khi nó va vào tường rồi mới phản xạ đến người nghe. Trong quá trình truyền dữ liệu qua sóng điện từ, hiện tượng đa đường có thể gây va chạm, hỏng dữ liệu, ví dụ chúng ta gửi đi symbol 1 nhưng do nó bị phản xạ mới đến tới người dùng, trong khi symbol 2 được gửi sát sau symbol 1 nhưng đi đường thẳng nên sẽ có trường hợp 2 symbol va chạm do đến đồng thời, hoặc symbol gửi trước lại đến sau symbol gửi sau gây xóa trộn dữ liệu.

Vì vậy cần có 1 khoảng thời gian đủ lớn giữa 2 lần gửi đi symbol. Và các chuyên gia tính toán thời gian tối ưu để gửi giữa 2 symbol 400ns (SGI) trong môi trường ít phản xạ và 800ns (LGI) trong môi trường nhiều phản xạ. 

5.CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance : Đa truy nhập cảm  biến sóng mang chống xung đột.

Ý tưởng : Trong mỗi trường không dây, trên cùng 1 kênh truyền nếu có nhiều thiết bị cùng truyền sẽ xảy ra va chạm, vậy tránh va chạm bằng cách nào. Nguyên lí khá đơn giản, thiết bị trước khi truyền sẽ lắng nghe kênh đang có thiết bị khác truyền không :
+ Nếu không nó sẽ truyền.

+ Nếu có nó sẽ chờ 1 khoảng thời gian ngẫu nhiêu (back off time), sau đó lại tiếp tục quy trình.

Giờ thì biết sao càng đông càng lag nhé.

Lên đến wifi 6 tích hợp OFDMA. Tuy nhiên thiết bị wifi 6 vẫn tích hợp CSMA/CA vì vẫn còn nhiều thiết bị chuẩn cũ cùng sử dụng. Vì vậy OFDMA vẫn là 1 tùy chọn trên wifi 6 thay vì bắt buộc.

6.OFDMA 

Ý tưởng : 1 kênh sóng có thể phục vụ nhiều thiết bị cùng lúc.

Nếu OFDM chia 1 kênh sóng ra nhiều sóng mang con tuy nhiên chỉ dùng để gửi đến 1 thiết bị trong 1 thời điểm thì OFDMA cải tiến bằng việc gom 1 phần sóng mang con chia cho các thiết bị để gửi đi đồng thời, điều này sẽ giảm độ trễ trong môi trường có nhiều thiết bị. Ví dụ 1 kênh OFDM có 50 sóng mang con chẳng hạn, trước đây 50 sóng mang con này chỉ phục vụ 1 thời điểm 1 thiết bị dù thiết bị đó dùng ít hay nhiều, nhưng với OFDMA thì chia ra mỗi máy 25 sóng mang con nên sẽ phục vụ đồng thời được 2 máy giảm 1/2 độ trễ. 

Wifi 6 là chuẩn wifi đầu tiên ứng dụng OFDMA. 

Trong hình minh họa, có thể thấy trên trục thời gian, các user lần lượt nhận dữ liệu với OFDM, nhưng OFDMA các user sẽ nhận đồng thời.

7. MIMO 

Ý tưởng : Nếu chúng ta chỉ sử dụng 1 anten thì 1 lúc chỉ truyền được 1 luồng dữ liệu từ AP đến Client. Vậy cách nào tăng số lượng truyền này lên ?

Từ ý tưởng  đó, MIMO ra đời. Bằng cách tăng số lượng anten trên AP và client chúng ta có thể tăng nhiều lần tốc độ. Ví dụ 1 anten trên AP kết hợp với 1 anten trên client được 72Mbps, nếu tăng gấp đôi anten trên AP và client chúng ta có 144Mbps. Tăng N lần anten sẽ tăng N lần tốc độ. Thường được viết tắt mà MIMO 1x1 (1 anten trên AP, 1 anten trên client) , 2x2, 3x3....

8. MU-MIMO

Ý tưởng : Nếu AP có 2 anten trong khi client chỉ có 1 anten mà trong 1 thời điểm chỉ giao tiếp 1 thiết bị thì sẽ lãng phí anten còn lại trên AP.

MU-MIMO ra đời nhằm tối ưu việc này, mỗi anten trên AP sẽ có thể giao tiếp riêng với 1 client. Và bạn thấy điều này bị xung đột với CSMA/CA đúng không ? Không sao cả, để hỗ trợ MU-MIMO, CSMA/CA đã được sửa đổi để điều tiết quyền truy cập vào kênh truyền một cách thông minh hơn. Cụ thể, CSMA/CA trong các tiêu chuẩn mới có thể quản lý các khe thời gian trên kênh truyền, phù hợp với yêu cầu MU-MIMO và cho phép các AP gửi dữ liệu đồng thời cho nhiều thiết bị khác nhau.

9. Beacon

Ý tưởng : Làm sao để các thiết bị xung quanh AP biết được sự hiện diện của AP (SSID, Tốc độ, chuẩn wifi, các công nghệ khác...của AP).

Và đó là nhiệm vụ của gói beacon, AP sẽ đều đặn phát ra các gói beacon dù client có kết nối vào mạng wifi của nó hay không, điều này giúp client nhận biết được sự hiện diện của AP.

10. Coding rate :

Ý tưởng : Làm sao để khi nhận được dữ liệu chúng ta có thể kiểm tra nó còn nguyên vẹn hay đã bị sai lệnh, làm sao để sửa chữa nó.

Coding rate chính là cách nó sẽ gắn thêm 1 số bit dùng để phát hiện sửa lỗi phía sau chuỗi bit dữ liệu, có các mức coding rate ví dụ 1/2, 5/6.... tương ứng giữa tỉ lệ số bit dữ liệu trên bit sửa lỗi.

11. MCS :

Trong môi trường nhiễu hoặc tín hiệu kém, việc giảm tốc độ (giảm bit dữ liệu, tăng bit sửa lỗi) bằng cách thay đổi 1 loại các phương thức điều chế tín hiệu nhằm mục đích tăng mức độ đáng tin cậy. Vì nếu giữ ở mức độ cao nhưng môi trường nhiễu sẽ dẫn đến việc tín hiệu dễ bị hư hỏng không thể phục hồi ở máy thu, buộc phải truyền lại, việc truyền đi truyền lại cùng 1 dữ liệu sẽ tốn tài nguyên kênh truyền.

Một loại các phương thức điều chế mã hóa được kết hợp lại gọi là MCS, mỗi MCS khác nhau sẽ tương ứng tốc độ khác nhau.

12. Mã hash

Nó dạng hàm băm. Nguyên lí của nó là chuyển đổi dữ liệu đầu vào thành 1 giá trị khác mà không thể đảo ngược như mã hóa. Thường dùng trong bảo mật hoặc xác định tính toàn vẹn của dữ liệu.

Ví dụ pass login modem sẽ được lưu ở dạng hash, từ hash không thể đảo ngược lại thành mật khẩu. Khi login modem là người dùng sẽ nhập lại mật khẩu, modem thực hiện hash lại lần nữa và so sánh với mã hash ban đầu, nếu trùng khớp sẽ đăng nhập được.

Ví dụ mật khẩu 12345678 sẽ được hash thành 25d55ad283aa400af464c76d713c07ad nếu dùng hash MD5.

Ngoài ra còn nhiều loại hash khác như SHA256, CRC32...

13. CWMP, TR069, ACS

Ý tưởng : Làm sao nhà cung cấp dịch vụ có thể quản lý, cấu hình các thiết bị CPE từ xa đặc biệt là số lượng lớn.

CWMP là viết tắt của "CPE WAN Management Protocol" (Giao thức Quản lý WAN của Thiết bị CPE). Đây là một giao thức tiêu chuẩn được sử dụng để quản lý các thiết bị CPE (Customer Premises Equipment) trong môi trường mạng.

ACS là thiết bị hoặc phần mềm đặt phía ISP để quản lí các CPE đặt ở phía khách hàng, giao tiếp giữa ACS và CPE có thể dùng giao thức TR069.