Tương lai của chuẩn WLAN 802.11ad?

Hiện nay, trong khi nhiều mạng doanh nghiệp đã chuyển hẳn sang chuẩn mạng vô tuyến 802.11n và quan tâm tới chuẩn 802.11ac với thông lượng lên tới 1,3 Gbps thì 802.11ad - một chuẩn mạng với tốc độ thông lượng còn cao hơn nữa đang gây được sự chú ý. Với những ưu điểm vượt trội như tốc độ truyền dữ liệu lên đến 7 Gbps, tính năng "chuyển phiên" nhanh chóng, đây hứa hẹn sẽ là giải pháp tốt cho xu hướng IoT (Internet of Thing), khả năng kết nối BYOD (Bring Your Own Device) quy mô lớn và chia sẻ dữ liệu không dây lớn... Tại sao 802.11ad lại đạt được thông lượng lớn như vậy? Ứng dụng cũng như hạn chế của nó là gì? Bài báo sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về chuẩn IEEE 802.11ad.

GIỚI THIỆU

802.11ad đầu tiên được phát triển bởi Liên minh vô tuyến Gigabit (WiGig), nhưng sau đó tổ chức này đã sáp nhập với Liên minh WiFi (WiFi Alliance). Viện tiêu chuẩn điện và điện tử quốc tế (IEEE) phối hợp cùng Liên minh WiFi chịu trách nhiệm trước mỗi chuẩn WiFi chính được đưa ra, bao gồm 802.11a, b, g, n, ac. Hiện nay, Liên minh WiFi đang xây dựng bộ đặc tả kỹ thuật giao thức 802.11ad.

Hình 1 mô tả những chuẩn WiFi đã được IEEE giới thiệu áp dụng rộng rãi (ô màu cam) và hai chuẩn đang nghiên cứu phát triển (802.11ac và 802.1ad). Trong khi 802.11ac được hi vọng là phần mở rộng của chuẩn 802.11n thì 802.11ad lại hướng đến dải băng tần khác hoàn toàn (60 GHz) với mục tiêu thông lượng lên tới 7 Gbps (lớn gấp 10 lần so với 802.11n). Cuối năm 2012, 802.11ad chính thức được công nhận là một chuẩn mạng nội bộ không dây (Wireless LAN - phổ biến với tên gọi WiFi).

Năm 2012, Intel đã giới thiệu về 802.11ad nhưng không có sản phẩm nào được ra mắt. Samsung cũng là một trong những hãng rất tích cực trong việc nghiên cứu 802.11ad. Đầu tháng 10/2014, họ đã thử nghiệm thành công chuẩn 802.11ad với tốc độ truyền dữ liệu 4,6 Gbps ở băng tần 60 GHz. Theo báo cáo của Samsung, những trở ngại lớn nhất cho thương mại hóa chuẩn 802.11ad chủ yếu liên quan đến công nghệ thu phát sóng ở băng tần này. Bằng việc thúc đẩy thiết kế mạch hoạt động tại bước sóng thấp hàng milimet và công nghệ điều chế, giải điều chế hiệu suất cao, đồng thời phát triển micro beam- forming control (điều chỉnh tín hiệu trực tiếp trên ăng-ten giúp tăng vùng phủ sóng và hiệu suất bằng cách hạn chế nhiễu) đã cho phép Samsung có thể hiện thực việc thương mại hóa công nghệ WiFi ở băng tần 60 GHz [7].

ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA 802.11 AD

-Chuẩn 802.11ad có khả năng đạt được tốc độ băng thông lên tới 7 Gbps. So với các chuẩn đã được áp dụng rộng rãi như 802.11n (khoảng 400 Mbps) hay chuẩn
802.1 lac đang phát triển (khoảng 1,3 Gbps) thì 802.11ad vượt trội hơn hẳn về tốc độ.

-Chuẩn hoạt động trong dải băng tần 60 GHz (chuẩn 802.11n hoạt động trong dải 2,4 GHz, 5 GHz; chuẩn 802.11ac chỉ làm việc trong dải 5 GHz). Giống như dải 2,4 và 5 GHz, tại hầu hết các quốc gia trên thế giới, dải băng tần 60 GHz hoạt động mà không cần cấp phép. Nhưng 802.11ad hơn hẳn tần số của các dải băng tần khác, nó cung cấp độ rộng phổ nằm giữa khoảng từ 7 đến 9 GHz, lớn hơn rất nhiều khi so sánh với độ rộng phổ 84 MHz ở 2,4 GHz và 1 GHz ở dải 5 GHz [2].

Với chuẩn 802.11ad, đơn vị phụ trách thông tin vô tuyến của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-R) khuyến nghị sử dụng bốn kênh có độ rộng lệch nhau 2,16 GHz, bao gồm: 58,32; 60,48; 62,64; 64,80 GHz. Tuy nhiên, không phải tất cả các kênh đều được cấp phép tại mọi quốc gia. Hình 2 cho thấy kênh 2 (dải 60,48 GHz) được hoạt động mà không cần cấp phép tại tất cả các nước, vì vậy dải băng tần 60 GHz được sử dụng phổ biến cho nghiên cứu phát triển chuẩn 802.11ad [4].

-Chuẩn 802.11ad có tính năng "chuyển phiên" nhanh chóng, cho phép các thiết bị có thể chuyển đổi qua lại giữa các băng tần 60 GHz với 2,4 - 5 GHz. IEEE cho biết: "Khả năng chuyển đổi an toàn giữa các băng tần đảm bảo cho các thiết bị luôn đạt được trạng thái kết nối tốt nhất, cho phép chúng hoạt động với hiệu suất tối ưu trong phạm vi cho phép". IEEE giải thích thêm: "Trong môi trường mật độ người dùng cao, họ vẫn có thể duy trì hiệu suất tối đa mà không bị nhiễu hoặc phải chia sẻ băng thông' [5].

-Ngoài ra, chuẩn 802.11ad cũng sử dụng các công nghệ của các chuẩn 802.11n và 802.11ac trước đó, bao gồm: Hỗ trợ giao tiếp đa kênh, đa người dùng (Multil-User MIMO - tận dụng nhiều tín hiệu không dây và ăng-ten cho phép sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn, tốc độ truyền cao hơn, giảm độ trễ) và áp dụng chùm tia hội tụ (beamforming - cho phép bộ phát tập trung năng lượng trên một hướng cụ thể mà không cần sử dụng các ăng-ten định hướng)[6].

HẠN CHẾ CỦA 802.11AD

Tuy nhiên, dải tần 60 GHz lại được biết như là dải băng tần chịu hấp thụ của khí Oxy (oxygen absorption band). Có nghĩa sóng vô tuyến tại những tần số này thực sự bị suy giảm bởi sự hiện diện của oxy trong không khí. Với lý do này, dải băng tần 60 GHz được đánh giá chỉ thích hợp cho kết nối điểm -điểm (point-to-point), các ứng dụng ngoài trời sử dụng ăng-ten định hướng cao (chẳng hạn liên kết vô tuyến giữa hai mạng). Nó cũng có thể được sử dụng ngoài không gian để truyền thông giữa các vệ tinh nơi mà oxy không phải là mối quan tâm hoặc cho các ứng dụng có phạm vi ngắn trong nhà, như liên kết các nhóm thiết bị bằng kết nối vô tuyến.

Một thách thức lớn khác cho hệ thống của dải tần 60 GHz là khả năng xuyên tường. Có lợi thế về băng thông siêu rộng nhưng khả năng xuyên qua các vật cản vật lý khác của dải tần 60 GHz cũng như hoạt động của dải tần này trên diện rộng là không tốt vì bước sóng chỉ vài milimet. Do đó, cho đến nay, hầu hết các sản phẩm hỗ trợ kết nối Wi-Fi băng tần 60 GHz cũng chỉ có tầm hoạt động rất ngắn [2].

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

-Mặc dù sự hấp thụ của Oxy làm giảm tín hiệu nhưng điều đó không quá lo ngại, hầu hết các nhà quản lý trên toàn cầu cho phép phát mức công suất cao cho dải băng tần 60 GHz, ít nhất phần nào đó bù đắp ảnh hưởng của không khí. Công suất phát cao hơn cho phép phạm vi ảnh hưởng lớn hơn, mặc dù không khí sẽ hấp thụ phần nào công suất tại những tần số này. Khái niệm này cũng tương tự như việc nói thật lớn tại các bữa tiệc ồn ào để truyền thông điệp tới người nghe.

-Ăng-ten đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất mạng không dây và càng quan trọng hơn trong trường hợp ứng với dải tần 60 GHz, với tính định hướng vốn có của sóng vô tuyến bản thân chúng có thể mang đến nhiều thử thách. Tuy nhiên, một số công nghệ có thể tiến hành đưa vào làm giảm các vấn đề trong việc lan truyền sóng để cải thiện hiệu suất, bao gồm các khía cạnh như phạm vi, thông lượng, độ tin cậy và năng lực mạng. Một trong những công nghệ này là chip bán dẫn oxit kim loại bổ sung (Complementary metal-oxide semiconductor chips), loại chip này ít tốn kém hơn so với chip silicon khác, đồng thời giảm bớt những lo ngại về hiệu suất, phạm vi và độ tin cậy khi sử dụng phổ băng tần 60 GHz [2].

TIỀM NĂNG CỦA 802.11 AD

Khả năng kết nôi BYOD

Xu hướng BYOD (Bring Your Own Device) đang trở nên phổ biến trong kết nối mạng của doanh nghiệp, tổ chức. Khả năng kết nối của các thiết bị phụ thuộc khá lớn vào năng lực mạng Wireless LAN. Với số lượng kênh khả dụng hạn chế trong các hệ thống WiFi như hiện nay, việc tiếp cận để đạt băng tần lớn hơn càng trở nên hấp dẫn hơn, đặc biệt là khi số lượng người dùng lớn, chẳng hạn như các trường đại học phải phục vụ hàng chục ngàn người sử dụng mà trước đó phải đáp ứng bằng rất nhiều thiết bị. Với băng thông lên tới 7 Gbps, 802.11ad mang lại năng lực mạng lớn hơn đáp ứng cho mọi người dùng.

Trong thực tế, phạm vi tương đối hạn chế của dải tần 60 GHz có thể khắc phục bằng cách tăng cường tái sử dụng tần số (sử dụng phổ băng tần tương tự tại nhiều vị trí cùng một lúc mà không gây nhiễu lẫn nhau). Điều này thậm chí có thể giúp tăng cường an ninh không dây bởi vì những kẻ nghe lén bên ngoài sẽ gặp những trục trặc nhất định, khó khăn trong việc thiết lập các phương tiện và vấn đề thời gian để bắt tín hiệu 60 GHz.

Tuy nhiên, việc áp dụng chuẩn 802.11ad cho BYOD chưa được rộng rãi bởi vì nó vốn không hỗ trợ trong hầu hết các thiết bị người dùng. Hiện tại, 802.11ad có thể được sử dụng trên các thiết bị là nhờ các bộ chuyển đổi (adapter) tích hợp. Khi công nghệ trở thành xu thế chủ đạo, nhiều thiết bị hỗ trợ hơn sẽ được đưa ra thị trường [2].

Ứng dụng video streaming với độ nét cao

Streaming video tiêu tốn nhiều băng thông hơn các ứng dụng khác trong các mạng doanh nghiệp, vì vậy 802.11ad là một lựa chọn hấp dẫn do nó cung cấp rất nhiều năng lực mạng.

Đối với việc truyền tải video, hầu hết các nhà quản lý mạng thường đặt khoảng 20 Mbps trên mỗi luồng video để đảm bảo cho tốc độ khung hình, độ phân giải và chất lượng tổng thể thật hợp lý. Áp dụng dải 60 GHz, sẽ rất hữu ích trong liên kết video HDMI, vì những liên kết này đòi hỏi khoảng 3,3 Gbps để truyền dẫn dữ liệu không nén [2].

Thử tưởng tượng người dùng chỉ mất chưa đầy 3 giây để download 1 GB dữ liệu từ trên mạng thông qua mạng WiFi. Đây thực sự là trải nghiệm rất tuyệt vời cho người dùng. Bên cạnh đó, người dùng cũng có thể truyền trực tuyến nội dung video HD định dạng không nén mà không hề gặp bất kì trở ngại nào.

Tuy nhiên, một điều người dùng cần lưu ý rằng việc các thiết bị được áp dụng chuẩn WiFi mới không có nghĩa rằng người dùng có thể sử dụng Internet trên thiết bị của mình nhanh hơn. Các tác vụ trực tuyến như download tập tin, tăng tốc độ duyệt web, chơi game online... còn phụ thuộc vào tốc độ đường truyền do nhà cung cấp dịch vụ Internet cấp cho bạn. Tốc độ WiFi nhanh hơn ở đây chỉ hữu dụng trong trường hợp kết nối WiFi nội bộ giữa các thiết bị với nhau để truyền tải dữ liệu giữa chúng.

Tài liệu tham khảo

[1].http://www.dailytech.com/Samsung.
[2].http://vientin.com/blog/detail/229.
[3].http://mwrf.com/test-amp-measurement.
[4]. Wireless LAN at 60GHz - IEEE 802.11ad Explained,Application Note, Agllent Technologies.
[5].http://nsp.com.vn/vi/tin-tuc-su-kien/143-ieee-chap-thuan- chuan-80211ad-cho-mang-wireless-lan.html.
[6] https://www.tinhte.vn/threads/mot-so-thong-tin-co-ban- ve-802-11ac-chuan-wi-fi-the-he-thu-nam.2124649/.
[7].http://www.thongtincongnghe.com/article/64400.

Đỗ Hữu Tuyến

(TCTTTT Kỳ 1/11/2014)