Wi-Fi là công cụ kết nối giữa người dùng với mạng Internet không thể thiếu trong cuộc sống hiện nay. Để đạt hiệu năng mạng cao nhất, cần phải cấu hình Wi-Fi như thế nào cho hợp lý. Bài viết này sẽ giải đáp một cách tỉ mỉ nhất.
Hiệu năng của một hệ thống mạng Wi-Fi liên quan nhiều đến các kênh (channel) mà thiết bị truy cập không dây AP (access point) đang sử dụng. Bạn có thể phủ sóng một tòa nhà bằng các thiết bị AP đời mới nhất, được đặt ở các vị trí thuận lợi nhất, nhưng hệ thống vẫn không hoạt động hiệu quả nếu chúng không được thiết lập kênh tối ưu trên các băng tần (band) của mạng Wi-Fi.
Cần phải thiết lập AP để tránh bị nhiễu do có cùng băng tần, nghĩa là khi các AP trong cùng một phạm vi có kênh giống nhau hay phủ chồng lên nhau. Cũng cần phải lưu ý tránh nhiễu từ các thiết bị không phát sóng Wi-Fi gây ra chẳng hạn như điện thoại không dây, tai nghe Bluetooth hay các thiết bị khác có phát tín hiệu không dây, trong đó có cả lò vi sóng. Cả hai loại nhiễu này có thể được giảm thiểu bằng cách thiết lập chọn kênh Wi-Fi tốt hơn.
Hầu như không thể nào loại bỏ hoàn toàn tất cả mọi loại nhiễu vì tình trạng này có thể xuất phát từ những người dùng không có ý thức bên trong tòa nhà, ví dụ như trường hợp có ai đó đã lắp đặt bộ định tuyến không dây dùng riêng hay đã kích hoạt trạm phát Wi-Fi di động (hotspot) trên smartphone hay tablet của họ. Đồng thời, hiện tượng nhiễu cũng có thể xuất phát từ mạng trong văn phòng hay tòa nhà kế cận mà bạn không kiểm soát được. Càng phức tạp hơn nữa là loại nhiễu này có thể thay đổi bất kỳ lúc nào khi người dùng vào ra khu vực với thiết bị của họ hay khi họ tắt mở thiết bị. Đây là lý do bạn phải kiểm tra thường xuyên xem hệ thống mạng Wi-Fi của mình có bị nhiễu hay không.
Hầu hết các AP ngày nay đều có tính năng tự động chọn kênh giúp thiết lập kênh tốt nhất khi thiết bị khởi động. Bên cạnh đó, một số mẫu AP còn có thêm tính năng chọn kênh động để dò sóng Wi-Fi liên tục hay định kỳ nhằm chuyển sang kênh có tín hiệu tốt nhất. Nhưng mức độ cảm biến và chính xác nói chung thay đổi tùy theo loại AP, do đó bạn nên luôn kiểm tra lại những lần tự động dò kênh bằng cách thủ công ngay sau đó và sau này cũng phải kiểm tra định kỳ. Tuy nhiên, để có thể phân tích các kênh chính xác, trước hết bạn cần phải tìm hiểu về các băng tần và kênh của mạng không dây.
Công nghệ ngày nay hiện có hai băng tần vô tuyến RF (Radio Frequency) dành để sử dụng mạng Wi-Fi là 2,4GHz và 5GHz. Cả hai băng tần này dùng phổ sóng vô tuyến không cần đăng ký, nghĩa là thiết bị Wi-Fi không truy cập độc quyền vào các làn sóng trong không gian nhưng phải chia sẻ với các thiết bị không dây khác, gồm điện thoại không dây, camera an ninh không dây, lò vi sóng, thiết bị Bluetooth và Zigbee, hệ thống radar cùng những chủng loại thiết bị khác. Thiết bị Wi-Fi dùng các chuẩn cũ hơn như 802.11b và 802.11g chỉ sử dụng băng tần 2,4GHz, trong khi thiết bị dùng chuẩn mới hơn là 802.11n và 802.11ac có thể sử dụng cả hai loại băng tần 2,4GHz và 5GHz.
Bạn sẽ thấy rằng băng tần 2,4GHz khá chật chội và có thiết kế kênh trùng lắp nên làm hạn chế số kênh khả dụng. Dù băng tần này thật sự không đủ rộng cho các mạng Wi-Fi nhưng việc nó phải chia sẻ với nhiều công nghệ không dây không cần đăng ký sử dụng cũng làm cho băng tần càng kém hiệu quả hơn. Trong khi đó, băng tần 5GHz rộng hơn nhiều nên ít bị nghẽn, dù vậy có vài quy định về cách sử dụng có thể làm hạn chế số kênh khả dụng trong băng tần này.
Băng tần 2,4GHz là như thế nào?
Băng tần 2,4GHz có tất cả 14 kênh cho Wi-Fi, nhưng thực tế thì thường chỉ có tối đa 3 kênh. Trước hết, không phải tất cả các khu vực đều hỗ trợ cả 14 kênh. Ở Bắc Mỹ, chỉ có các kênh 1 – 11 được hỗ trợ hoàn toàn, trong khi hầu hết các khu vực khác hỗ trợ đến kênh 13. Ở Nhật Bản, tất cả các kênh đều sử dụng được, nhưng kênh 14 được giới hạn cho chuẩn cũ 802.11b.
Hiện tượng các kênh trùng lắp nhau (như được mô tả trong biểu đồ bên cạnh) làm giảm đáng kể số kênh khả dụng. Khi một AP hay thiết bị Wi-Fi khác phát tín hiệu trên một kênh nào đó, thiết bị này thật sự lan rộng tín hiệu qua không gian của khoảng 4 kênh, có băng thông khoảng 20MHz hay 22MHz, tùy theo chuẩn không dây được sử dụng. Số kênh của thiết bị tương ứng với tần số trung tâm.
Như biểu đồ cho thấy, nếu thiết lập AP vào kênh 1, tín hiệu sẽ lan rộng đến kênh 3. Nếu AP được thiết lập cho kênh 6, tín hiệu sẽ truyền đi qua các kênh 4 và 8. Khi ở trên kênh 11, tín hiệu sẽ đi từ kênh 9 đến 13. Nếu chỉ sử dụng các kênh 1, 6 và 11 (thường được gọi là kênh không bị trùng lắp), bạn có được băng thông khả dụng lớn nhất. Kênh 14 cũng là một kênh không bị trùng lắp khác, nhưng kênh này chỉ được hỗ trợ ở Nhật Bản.
Chuẩn không dây 802.11n, được giới thiệu vào năm 2009, có thêm tùy chọn tính năng liên kết kênh (channel bonding), giúp kết hợp hai kênh 20MHz cạnh nhau để tạo ra một kênh có băng thông 40MHz duy nhất, đồng thời cũng là một cách giúp tăng thông lượng và tốc độ kết nối Wi-Fi. Tuy nhiên, như bạn có thể hình dung từ biểu đồ, chỉ có đủ không gian trong băng tần 2,4GHz cho một kênh 40MHz không bị trùng lắp, với không gian còn lại chỉ đủ chỗ cho một kênh 20MHz thông thường không bị trùng lắp. Các mặt hạn chế này có thể chấp nhận được trong rất ít môi trường mạng. Do đó, tốt hơn hết là nên dùng các băng thông kênh sẵn có trong băng tần 2,4GHz.
Thế còn băng tần 5GHz?
Băng tần 5GHz rất khác so với băng tần 2,4GHz. Như có thể thấy trong minh họa dưới đây, băng tần này có nhiều không gian tần số hơn, có thể cung cấp đến 25 kênh. Tuy nhiên, có nhiều lưu ý khi sử dụng băng tần 5GHz và số kênh có thể cấu hình được trên AP có thể ít hơn nhiều so với số 25 kênh.
Có thể thấy rõ ngay là cách đánh số kênh của băng tần 5GHZ hoàn toàn khác. Kênh Wi-Fi đầu tiên là 36 và kênh cuối cùng là 165. Tuy nhiên, không phải tất cả các kênh đều có thể sử dụng được. Thay vì cho phép chọn từ mỗi kênh liên tiếp (36, 37, 38, …), thiết bị Wi-Fi được cấu hình để hoạt động chỉ trên các kênh không trùng lắp (36, 40, 44, …) nếu các kênh có độ rộng 20MHz có sẵn được sử dụng. Tất cả các kênh có thể lập cấu hình được tách khỏi nhau bằng 4 kênh, nhưng sẽ có nhiều chỗ gián đoạn (như khoảng cách từ kênh 64 đến 100) vì không gian tần số dành cho Wi-Fi không hoàn toàn liên tục.
Không phải tất cả AP đều hỗ trợ mọi kênh khả dụng, phần lớn là vì có quy định giới hạn sử dụng các phần khác nhau của băng tần. Một vài loại AP không có công nghệ cần thiết để đáp ứng yêu cầu giới hạn này vì nhiều hãng cung cấp có thể chọn không đưa các công nghệ này vào thiết bị nhằm tiết giảm chi phí.
Các quy định giới hạn ảnh hưởng nhiều nhất đến mạng không dây áp dụng cho các kênh từ 52 đến 144. Thiết bị AP truy cập những kênh này phải hỗ trợ các tính năng chọn tần số động DFS (dynamic frequency selection) và điều khiển công suất phát TPC (transmit power control). Đây là các cơ chế phát hiện và phòng tránh giúp AP không gây ra nhiễu cho các hệ thống radar có ưu tiên cao hơn trong không gian tần số đó.
Nếu một AP phát hiện có hoạt động radar (chẳng hạn như từ các trạm quân sự hay thời tiết) trên các kênh ở một ngưỡng nào đó, nó phải giảm công suất phát qua TPC hay đổi kênh qua DFS. Hoạt động radar có thể được phát hiện bởi các mạng cách trạm radar với khoảng cách tối đa lên đến hơn 30km. Quá trình bổ sung được thực hiện sau khi phát hiện radar có thể gây gián đoạn kết nối không dây cho người dùng băng tần 5GHz khi AP thử chọn các kênh khác. Ngoài ra, mức độ chính xác của quá trình phát hiện cũng khác nhau và bạn có thể gặp trường hợp phát hiện lầm từ các nguồn tần số vô tuyến RF khác.
Giống như băng tần 2,4GHz, chuẩn 802.11n có thêm tùy chọn tính năng kết nối kênh trong băng tần 5GHz cung cấp đến 12 kênh có băng thông 40MHz không trùng lắp. Chuẩn 802.11ac của năm 2014 có băng thông kênh lớn hơn trong băng tần 5GHz. Trong các sản phẩm 802.11ac đời đầu vốn đang sử dụng rộng rãi, các kênh có băng thông lên đến 80MHz được hỗ trợ, có thể cung cấp đến 6 kênh không trùng lắp với băng thông cỡ đó. Các sản phẩm 802.11ac đợt thứ hai vừa được sản xuất có thể hỗ trợ kênh có băng thông lên đến 160MHz, chỉ cung cấp hai kênh không trùng lắp. Điều này không thể chấp nhận được trong hầu hết các môi trường mạng, tuy nhiên có thể sẽ có thêm không gian được mở ra trong những năm sắp đến.
Hãy nhớ rằng nếu AP không có kênh DFS/TPC từ 52 đến 144, hay nếu bạn không thể dùng các kênh này do có hoạt động radar ở gần, thì số kênh sử dụng được cho hệ thống mạng của bạn sẽ bị giảm nhiều. Ở băng thông kênh 20MHz sẵn có, bạn có thể sử dụng đến 9 kênh không trùng lắp. Ở băng thông 40MHz có 4 kênh không trùng lắp và ở mức 80MHz chỉ có hai kênh. Do đó, đối với AP không hỗ trợ tất cả các kênh, bạn sẽ có thể cần phải dùng kênh 40MHz.
Kiểm tra mức sử dụng kênh
Để có một cái nhìn nhanh và đơn giản về sóng truyền trong không khí, bạn có thể dùng công cụ phát hiện Wi-Fi miễn phí trên laptop hay thiết bị Android. Phần mềm này sẽ liệt kê các AP gần đó và cung cấp thông tin cơ bản của các AP này gồm kênh, mức tín hiệu và tình trạng bảo mật. Tuy nhiên, hầu như không có công cụ nào phát hiện được mức nhiễu nền hay cho biết tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (signal-to-noise ratio) vốn là hai con số nên xem xét ngoài tín hiệu khi xác định kênh tốt nhất. Loại công cụ này cũng thường không có khả năng phát hiện tên mạng Wi-Fi (SSID) đã bị ẩn, vốn là tính năng rất hữu ích nếu cần nhận dạng một mạng không dây đã tắt tính năng quảng bá SSID.
Để có thêm chi tiết đầy đủ, bạn có thể dùng phần mềm phân tích Wi-Fi và các công cụ khảo sát bằng bản đồ chuyên nghiệp, chẳng hạn như các phần mềm của AirMagnet, Ekahau hay TamoGraph. Chúng sẽ cho biết độ nhiễu và mức độ SNR hay thậm chí các tên mạng SSID bị ẩn. Các công cụ khảo sát bằng bản đồ cho phép bạn hình dung được mức sử dụng kênh, tín hiệu và các thông số khác trên bản đồ nhiệt. Biết rõ về hệ thống mạng sẽ cực kỳ hữu ích, nhất là đối với các mạng lớn.
Để biết chính xác hơn về các kênh Wi-Fi, bạn cũng có thể dùng phần mềm phân tích phổ RF như AirMagnet Spectrum XT hay Wi-Spy. Những công cụ này cho biết mức độ tín hiệu và nhiễu, ngay cả từ các thiết bị không dùng Wi-Fi. Thường thì các công cụ phát hiện Wi-Fi và thậm chí các phần mềm phân tích chuyên nghiệp tự chúng không thể đọc được tín hiệu không-Wi-Fi. Tuy nhiên, hầu hết các phần mềm phân tích và công cụ khảo sát chuyên nghiệp đều có tích hợp trình phân tích phổ RF.
Cấu hình băng tần và kênh
Khi đã hiểu về các băng tần và kênh Wi-Fi, bạn có thể quản lý tín hiệu sóng không dây tốt hơn. Khi phát triển một hệ thống mạng, thường tốt nhất nên thiết kế để phủ sóng đầy đủ 5GHz với tầm phát ngắn hơn 2,4GHz. Nghĩa là bạn sẽ phải đặt các AP gần nhau hơn khi dùng mạng chỉ có băng tần 2,4GHz. Có thể đặt bất cứ nơi nào với khoảng cách từ 6 – 12m tùy theo môi trường và cần phải khảo sát để quyết định nơi đặt. Bạn cũng có thể dùng tính năng tự động chuyển băng tần (band steering) trên AP để nhiều người dùng có thể dùng băng tần lớn hơn, ít bị nghẽn hơn.
Khi ấn định kênh cho AP bằng phương pháp thủ công, hãy nhớ tốt hơn hết là nên dùng các kênh có băng thông 20MHz có sẵn trên các kênh 1, 6 hay 11 cho mạng 2,4GHz, để tránh vấn đề kênh trùng lắp. Đối với mạng 5GHz, hãy dùng băng thông kênh 40MHz và tránh các kênh DFS/TPC 52-144 dù AP của bạn có hỗ trợ các kênh này. Nếu cần tăng thêm thông lượng để có tốc độ nhanh hơn hay mạng nhiều người dùng hơn, và trong trường hợp cho rằng không có vấn đề bị nhiễu radar, có thể thử dùng tất cả các kênh có băng thông kênh lớn hơn.
Các vùng phủ sóng không dây của AP nên gối lên nhau để không có khoảng trống nào trong vùng phủ sóng (còn gọi là vùng chết), nhưng hãy nhớ thay đổi luân phiên các kênh của mỗi AP để không bị nhiễu do cùng kênh hay trùng kênh. Khi ấn định kênh, nên bắt đầu với các AP ở cạnh biên của vùng muốn phủ sóng, vì bạn cũng sẽ phải xét đến việc sử dụng kênh của các mạng lân cận. Nếu nhà có nhiều tầng, việc này phải thực hiện khéo léo hơn.
Như đã nói ở trên, tốt nhất là ngoài tín hiệu phải còn xét đến mức độ nhiễu và SNR khi đánh giá các kênh và kiểm tra vùng phủ sóng. Nhiễu cơ bản là mức độ can thiệp mà AP và thiết bị không dây phải đương đầu. SNR là sai phân giữa nhiễu và tín hiệu, là trị số dùng để đánh giá chất lượng tổng thể của tín hiệu. Thường thì SNR càng cao, chất lượng tín hiệu càng tốt và về lý thuyết, kết nối giữa AP và thiết bị không dây càng tốt.
Khi muốn tối ưu hóa mạng không dây, bạn nên ấn định vài trị số tối thiểu như mức tín hiệu là âm 60 decibel-milliwatts (dBm), mức nhiễu là âm 90dBm và SNR là 30dB. Đồng thời, phải đảm bảo đạt được các trị số này hay cao hơn khi tính toán vùng phủ sóng Wi-Fi. Bạn có thể tăng hay giảm các chuẩn này tùy theo mức hiệu năng mà bạn muốn có cho hệ thống mạng của mình.
Ngoài việc xem xét tín hiệu, nhiễu và SNR khi chọn kênh, bạn cũng cần xem xét mức sử dụng mạng trung bình hay thông lượng bình thường cho mỗi AP, mà vài phần mềm phân tích Wi-Fi có thể cho biết các mức độ này. Thí dụ, nếu băng tần 2,4GHz có quá nhiều người dùng và không có kênh nào hoàn toàn trống, bạn sẽ phải so sánh hoạt động của các AP. Có thể tốt hơn là dùng một kênh mà AP kế cận cho thấy có tín hiệu cao hơn (và do đó gây nhiễu nhiều hơn cho AP đang cấu hình) mà có ít thiết bị không dây dùng, hơn là chọn một kênh mà AP kế cận có tín hiệu thấp hơn (gây ít nhiễu hơn) mà có nhiều hoạt động không dây hơn nhiều.
Sẽ có thêm nhiều kênh 5GHz
Năm 2014, Ủy ban FCC (Federal Communications Commission) đã phân bổ thêm không gian trong băng tần 5GHz cho Wi-Fi, nhưng trong vài năm nữa dự kiến vẫn chưa có loại AP mới nào hỗ trợ chuẩn này. Không gian mới này sẽ đủ cho thêm 11 kênh 20MHz, 6 kênh 40MHz, 3 kênh 80MHz hay 2 kênh 160MHz. Điều này sẽ giúp việc sử dụng băng thông kênh lớn hơn thiết thực hơn nhiều.
Tuy nhiên, trong khi chờ đợi, công nghệ mới Multi-User MIMO (MU-MIMO) được giới thiệu cùng với chuẩn 802.11ac thế hệ thứ hai có thể giúp tăng tốc độ mà không cần kênh rộng hơn. Hiện giờ công nghệ này mới chỉ có trên các bộ định tuyến tiêu dùng và sẽ được áp dụng trên các thiết bị AP dành cho doanh nghiệp vào năm tới.
