Tìm hiểu về công nghệ phát sóng WiFi theo đường thẳng

Trong các kỹ thuật về mạng WiFi, beamforming (tạm dịch: điều hướng chùm sóng) là một khái niệm khá mới mẻ với người dùng cuối, bởi đơn giản nó được dùng nhiều hơn trên WiFi chuẩn ac, trong khi chuẩn WiFi phổ biến nhất hiện nay vẫn đang mới dừng lại ở chuẩn n. Tuy nhiên, trên thực tế nó là một khái niệm, ý tưởng hết sức đơn giản. Kỹ thuật beamforming về cơ bản đó là thay vì phát các tín hiệu sóng ra cả một khu vực rộng lớn, rồi hy vọng rằng thiết bị nhận sẽ nằm trong khu vực đó và nhận được; thì tại sao người ta không thiết kế để các chùm sóng phát thẳng luôn về đích nhận.

 

Trong các lĩnh vực kĩ thuật, đôi lúc những ý tưởng đơn giản nhất sẽ đem lại hiệu quả làm việc gần như cao nhất – nhưng cũng đồng thời lại khó thực hiện nhất. Không nói đâu xa, ý tưởng về ổ cứng dùng khí Heli đóng kín trong khoang đĩa – như đã giới thiệu trong một bài viết mới đây của GenK – đã tốn hơn 30 năm thai nghén và hơn 1 thập kỉ nghiên cứu trước khi có thể được ứng dụng vào thực tế. Tương tự như vậy, mặc cho việc chuẩn phát sóng không dây WiFi (hay IEEE 802.11) đã có một quá trình phát triển khá dài – bắt đầu từ những năm cuối thế kỉ 20, sau đó liên tục được cải tiến qua các thế hệ a,b,g,n – nhưng phải mãi đến thế hệ 802.11ac gần đây thì kĩ thuật beamforming mới thực sự có tác động đến thị trường.

Trước đó, thực ra IEEE đã phát triển beaforming trên thế hệ Wifi chuẩn n - hiện là chuẩn phổ biến nhất trên các thiết bị phổ thông. Tuy nhiên do vẫn còn trong giai đoạn sơ khai, sự thống nhất trong giao tiếp sử dụng kỹ thuật beamforming giữa sản phẩm của các hãng khác nhau (chẳng hạn giữa router và card Wifi trên laptop của bạn) là rất kém. Nói cụ thể hơn, do trên phiên bản này beaforming đây là một tính năng tùy chọn (optional) nên các hãng sản xuất phần cứng có thể chọn tích hợp nó hoặc không, hoặc nếu có thì cũng mỗi nơi làm một kiểu. Điều đó khiến cho kỹ thuật này hầu như không được chú ý đến – nhất là trên các sản phẩm thuộc phân khúc trung cấp trở xuống.

 

Còn trên 802.11ac – chuẩn Wifi mới nhất thường được trang bị cho các sản phẩm mới ra mắt trong những tháng gần đây (802.11ad hay WiGig vẫn đang trong quá trình hoàn thiện) – người dùng đã có thể yên tâm về sự ổn định của beamforming. Tính năng này vẫn được giữ dưới dạng tùy chọn – nghĩa là thiết bị của bạn dù có Wifi ac thì vẫn có khả năng không hỗ trợ beamforming tùy theo quyết định của nhà sản xuất. Cải tiến quan trọng nằm ở chỗ IEEE đã hoàn thành việc chuẩn hóa việc tích hợp beamforming lên các thiết bị phát sóng. Giờ đây chỉ cần 2 thiết bị thực hiện giao tiếp với nhau bằng kỹ thuật beamforming – dữ liệu sẽ được trao đổi một cách thống nhất và xuyên suốt bất kể xuất xứ và hãng sản xuất – tương tự như cách mà đa số chuẩn phát sóng khác đang làm việc hiện nay. Ngay cả nếu một trong 2 thiết bị không hỗ trợ beamforming, quá trình truyền dữ liệu sẽ đơn giản được thực hiện bằng phương pháp phát sóng broadcast thông thường và chất lượng sóng sẽ kém hơn đôi chút chứ hoàn toàn không gây ảnh hưởng gì lớn.

Cách phát sóng tập trung theo từng hướng trong kỹ thuật beamforming sẽ đem lại các lợi thế về tiết kiệm năng lượng, tối ưu băng thông và tăng tầm phát của sóng Wifi. Kéo theo là cải thiện chất lượng và trải nghiệm cho các tác vụ như stream video, cuộc gọi thoại cũng như mọi loại giao tiếp cần băng thông cao và độ trễ thấp khác.

Cơ chế tổng quát

 

Cách đơn giản nhất để tưởng tượng về cách phát sóng broadcast truyền thống mà các thiết bị Wifi ngày nay vẫn sử dụng là hình ảnh của một chiếc bóng đèn tròn tỏa ánh sáng đều đặn ra mọi hướng xung quanh. Còn sóng phát ra từ các thiết bị giao tiếp bằng beamforming sẽ giống ánh sáng phát ra từ một bóng đèn pin – tập trung hơn, sáng hơn và chiếu xa hơn.

Một trong các công nghệ quan trọng đóng vai trò quan trọng nhất trong việc biến cách phát sóng này trở thành hiện thực là MIMO (multiple-input, multiple-output). Đây là công nghệ sử dụng nhiều anten trong cả quá trình phát và nhận dữ liệu để tăng tải và tầm phát sóng so với các kỹ thuật SIMO (Single Input Multiple Output) và MISO (Multiple Input Single Output) trước kia. 

Beamforming cho phép bắn các chùm sóng đến đúng mục tiêu với hiệu suất tốt nhất, giảm nhiễu và những lãng phí trong quá trình truyền tải. Nếu sử dụng phương pháp MIMO (Multiple Input Multiple Output), thiết bị phát WiFi chuẩn n sẽ chia gói dữ liệu ra thành nhiều phần, mỗi phần được gọi là một luồng dữ liệu và phát từng luồng dữ liệu qua các ăng-ten riêng rẽ. Do gặp phải các vật cản, những tín hiệu này sẽ qua các bộ định tuyến, đến các ăng-ten thu ở những thời điểm khác nhau. Wi-Fi ac thì khác. Với Beamforming, gói dữ liệu sẽ được truyền trực tiếp, chính xác từ ăng-ten phát đến ăng-ten thu xác định, qua đó tiết kiệm băng thông đáng kể. MIMO được giới thiệu lần đầu trên Wifi 802.11n, và đã được thực sự hoàn thiện trên các thiết bị sử dụng chuẩn ac.

 

Nếu thiết bị WiFi client (tức thiết bị nhận sóng dữ liệu) cũng hỗ trợ beamforming, 2 thiết bị có thể trao đổi thông tin về vị trí (tương đối) của nhau để tối ưu hướng truyền sóng. Các thiết bị phát sóng các chùm sóng beamforming được gọi là beamformer, và các thiết bị nhận được gọi là beamformee. 

Hạn chế hiện nay

Một thực tế là các thiết bị đầu cuối như smartphone, tablet, laptop chỉ mới bắt đầu tiếp nhận Wifi ac trong thời gian gần đây. Hơn nữa việc tích hợp thêm cơ chế phát sóng trên các thiết bị dạng này sẽ khó khăn hơn trên các thiết bị mạng chuyên dụng. Vì vậy có lẽ chúng ta sẽ còn phải chờ thêm một thời gian nữa trước khi có một hệ sinh thái các thiết bị hoàn toàn giao tiếp với nhau theo cơ chế beamforming.

Linksys EA6900 - một trong số cá router 802.11ac hỗ trợ beamforming.

Tuy vậy, việc các thiết bị Wifi client cũng hỗ trợ beamforming không phải lúc nào là điều bắt buộc để các router có thể tận dụng các lợi thế của kỹ thuật này. Đơn cử như với Beamforming , một phiên bản cải tiến do hãng Netgear phát triển trên các thiết bị của mình, chất lượng sóng vẫn được cải tiến đáng kể ngay cả khi ta dùng của hãng này router (cụ thể là các model R6300, R6200, R6250 hay R7000 Nighthawk) phát sóng cho bất kì thiết bị hỗ trợ Wifi ac nào. Hiện nay với sự phổ biến dần của chuẩn Wifi mới này, hầu hết các hãng sản xuất đều đã từng bước tích hợp beamforming lên các thiết bị router và access point của mình, kèm theo là các cải tiến của riêng mình để hỗ trợ ngay cả các Wifi client chưa hỗ trợ beamforming. Bước đầu các hãng có lẽ sẽ chỉ tập trung vào các sản phẩm thuộc phân khúc cao cấp, trong đó phải kể đến Linksys EA6900, D-Link DIR-868L và Trendnet TEW-812DRU.

Tham khảo:PCworld