Tiêu chuẩn IEEE 802.11 - 1997:
- Tháng 6 năm 1997, IEEE đưa ra chuẩn mạng nội bộ không dây (WLAN) đầu
tiên là 802.11 theo tên của nhóm giám sát sự phát triển của chuẩn này. Lúc này, 802.11 sử dụng băng tần ISM với tần số 2,4GHz và hỗ trợ băng thông 1Mbps và 2Mbps. Chuẩn 802.11-1997 đã cho phép ba công nghệ khác nhau có thể sử dụng: hồng ngoại, trải phổ nhảy tần số FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum) và trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Do tốc độ khá chậm cho hầu hết các ứng dụng nên các sản phẩm chuẩn không dây này không còn được sản xuất nữa.
Tiêu chuẩn IEEE 802.11a:
- IEEE 802.11a được IEEE ban hành vào tháng 9 năm 1999, là một chuẩn được cải thiện từ 802.11-1997. Trong khi 802.11-1997 chỉ có thể truyền tải dữ liệu với tốc độ 2Mbps thì 802.11a có thể truyền tải dữ liệu với tốc độ 54Mbps, chuẩn này tuy có cùng tốc độ với chuẩn 802.11g nhưng chuẩn này có tần số hoạt động cao nhất là 5Ghz. Băng thông lớn nên chứa được nhiều kênh hơn hai chuẩn 802.11b và 802.11g. Nhưng do chuẩn này có tần số hoạt động cao hơn tần số của các thiết bị viễn thông nên hệ thống sử dụng mạng không dây thiết bị 802.11a ít bị ảnh hưởng của sóng. Đó cũng chính là nguyên nhân làm cho hệ thống mạng không dây sử dụng chuẩn này không tương thích với các hệ thống mạng không dây sử dụng chuẩn 802.11b, 802.11g. Chuẩn 802.11a đạt tốc độ 36->54Mbps trong phạm vi 10->15m
- IEEE 802.11a sử dụng một phương thức mã hóa được gọi là ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), đây được coi là kỹ thuật trội hơn so với trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS. OFDM hoạt động bằng cách chia nhỏ kênh truyền dữ liệu tốc độ cao thành nhiều kênh
truyền phụ có tốc độ thấp hơn, và sau đó sẽ được truyền song song. Mỗi kênh truyền tốc độ cao có độ rộng là 20MHz và được chia nhỏ thành 52 kênh phụ, mỗi cái có độ rộng khoảng 300kHz. OFDM có tốc độ truyền cao hơn và có khả năng phục hồi lỗi tốt hơn, nhờ vào kỹ thuật mã hóa và sửa lỗi của nó. - Ngoài việc tăng về tốc độ, một ưu điểm khác trong việc sử dụng tần số 5GHz là không có nhiều thiết bị sử dụng tần số này, vì vậy khả năng xuyên nhiễu giữa các thiết bị sẽ giảm. Mặc dù vậy việc sử dụng băng tần 5GHz cũng có một nhược điểm lớn. Do tần số 5GHz sử dụng sóng ngắn nên kỹ thuật này có phạm vi phủ sóng kém hơn và tín hiệu bị cản trở nhiều hơn bởi những vật cản như các bức tường; thậm chí không có nhiều bức tường nhưng nếu tín hiệu truyền trong không gian có nhiều đối tượng (bàn và ghế,…) cường độ tín hiệu bị suy giảm rất nhanh. Do chi phí cao hơn, 802.11a thường chỉ được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp, ngược lại, 802.11b thích hợp hơn cho nhu cầu gia đình.
Tiêu chuẩn IEEE 802.11b:
- Song hành với 802.11a, IEEE tiếp tục đưa ra chuẩn mở rộng thứ hai cũng dựa vào 802.11 đầu tiên là 802.11b, với tần số hoạt động 2,4GHz. Việc tiếp tục sử dụng tần số 2,4GHz có cả ưu điểm và nhược điểm. Ưu điểm ở đây là tần số này không bị điều chỉnh lại và vì vậy giá thành chi phí sản xuất sẽ rẻ hơn.
- Thay đổi chủ yếu trong 802.11b là tốc độ dữ liệu tối đa. Tốc độ dữ liệu tối đa của 802.11b đạt khoảng 11Mbps, con số có thể so sánh với tốc độ Ethernet truyền thống ở những năm 1999 và 2000. Với tốc độ này, nhiều khách hàng có thể sử dụng Wi-Fi và thừa hưởng tất cả những ưu điểm về khả năng di động mà không bị các nhược điểm về tốc độ. Cùng với việc giảm được đánh kể giá thành trong công nghệ đã làm cho công nghệ 802.11b được sự chấp thuận một cách rộng rãi.
- IEEE 802.11b sử dụng kỹ thuật DSSS và giao thức đa truy cập cảm ứng sóng mang chống va chạm CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Do giao thức trên CSMA/CA, trong thực tế 802.11b có
tốc độ tối đa mà một ứng dụng có thể đạt được là khoảng 5,9Mbps sử dụng giao thức điều khiển truyền vận TCP (Transmission Control Protocol) và 7,1Mbps sử dụng UDP (User Datagram Protocol). Chuẩn 802.11b thừa hưởng kỹ thuật DSSS từ chuẩn 802.11-1997 ban đầu và sử dụng kỹ thuật khóa mã bù CCK (Complementary Code Keying). CCK sử dụng một tập 64 từ có mã 8 bit, cho phép chúng được bên nhận nhận ra một cách chính xác với các kỹ thuật khác, ngay cả khi có sự hiện diện của nhiễu.
- Với tốc độ 5,5Mbps sử dụng CCK để mã hóa 4 bit mỗi sóng mang, và với tốc độ 11Mbps mã hóa 8 bit mỗi sóng mang. Cả hai tốc độ đều sử dụng kỹ thuật điều chế khóa dịch pha cầu phương QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) và tín hiệu ở 1,375MBps. Vì FCC điều chỉnh năng lượng đầu ra thành 1W EIRP (Effective Isotropic Radiated Power). Do đó với những thiết bị 802.11, khi di chuyển ra khỏi sóng radio, radio có thể thích nghi và sử dụng kỹ thuật mã hóa phức tạp hơn để gửi dữ liệu và kết quả là tốc độ chậm hơn.
- Một trong những nhược điểm của IEEE 802.11b là băng tần dễ bị nghẽn và hệ thống dễ bị nhiễu bởi các hệ thống mạng khác, lò vi ba, các loại điện thoại hoạt động ở tần số 2,4 GHz và các mạng Bluetooth. Đồng thời IEEE 802.11b cũng có những hạn chế như: thiếu khả năng kết nối giữa các thiết bị truyền giọng nói, không cung cấp chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) cho các phương tiện truyền thông.
Bảng 2.1 Các lựa chọn của chuẩn 802.11b
Tốc độ dữ
liệu Mã và độ dài mã Điều chế Tốc độ ký
tự Bits/Symbol
1Mbps 11(Baker sequence) BPSK 1MSps 1
2Mbps 11 (Baker sequence) QPSK 1MSps 2
5,5Mbps 8 (CCK) QPSK 1.375MSps 4
Tiêu chuẩn IEEE 802.11g hay IEEE 802.11g-2003:
- Khi tốc độ Ethernet tăng, điều này đã tác động đến chuẩn 802.11, tháng 7/2003, IEEE phê chuẩn 802.11g. Chuẩn này cố gắng kết hợp tốt nhất 802.11a và 802.11b, hoạt động ở tần số 2.4 GHz giống như 802.11b và 802.11-1997 . - IEEE 802.11 sử dụng kỹ thuật OFDM, để có thể cung cấp các dịch vụ có tốc độ lên tới 54Mbps. Trước đây, FCC cấm sử dụng OFDM tại 2,4GHz. Nhưng hiện nay FCC đã cho phép sử dụng OFDM tại cả hai băng tần 2.4GHz và 5GHz. 802.11g cũng có hỗ trợ CCK.
- Một thuận lợi rõ ràng của 802.11g là tương thích với 802.11b (được sử dụng rất rộng rãi ) và có được tốc độ truyền cao như 802.11a . Tuy nhiên số kênh tối đa mà 802.11g được sử dụng vẫn là 3 như 802.11b. Bên cạnh đó, do hoạt động ở tần số 2,4 GHz như 802.11b, hệ thống sử dụng 802.11g cũng dễ bị nhiễu như 802.11b.
Tiêu chuẩn IEEE 802.11n:
- Với nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, tốc độ 11 Mbps của chuẩn 802.11b, 54Mbps của chuẩn 802.11a/g dù rất hấp dẫn nhưng cũng chưa thỏa yêu cầu của người dùng. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao hơn đó, IEEE đã hình thành nhóm làm việc phát triển chuẩn 802.11n. Phạm vi làm việc của nhóm này là định nghĩa điều chỉnh lớp vật lý và lớp MAC để chuyển giao một giá trị nhỏ nhất 100Mbps thông qua một điểm truy nhập dịch vụ MAC. Chuẩn 802.11n đã được IEEE phê duyệt đưa vào sử dụng chính thức vào tháng 10 năm 2009 và cũng đã được Hiệp hội Wi-Fi (Wi-Fi Alliance) kiểm định và cấp chứng nhận cho các sản phẩm đạt chuẩn.
- 802.11n sử dụng một quan điểm phát triển đang sử dụng tại các công nghệ hiện hữu trong khi giới thiệu công nghệ mới ở đó chúng cung cấp hiệu quả làm việc sự phát triển để thấy được yêu cầu của việc phát triển những ứng dụng. Sử dụng lại những công nghệ quý báu như OFDM, mã hóa sửa lỗi từ phía trước, đan xen và ánh xạ điều biến biên độ cầu phương đã được sửa và giữ lại, giá cả giảm xuống và hoàn toàn tương thích với các công nghệ trước đó.
- Một trong những điều mong đợi nhất của người dùng thiết bị đầu cuối Wi-Fi không gì khác ngoài tốc độ và tầm phủ sóng. Theo đặc tả kỹ thuật, chuẩn 802.11n có tốc độ lý thuyết lên đến 600Mbps (cao hơn 10 lần chuẩn 802.11g) và vùng phủ sóng rộng khoảng 250m (cao hơn chuẩn 802.11g gần 2 lần, 140m). Hai đặc điểm then chốt này giúp việc sử dụng các ứng dụng trong môi trường mạng Wi-Fi được cải tiến đáng kể, phục vụ tốt cho nhu cầu giải trí đa phương tiện, nhiều người dùng có thể xem phim chất lượng cao, gọi điện thoại qua mạng Internet (VoIP), tải tập tin dung lượng lớn đồng thời... mà chất lượng dịch vụ và độ tin cậy vẫn luôn đạt mức cao.
- Chuẩn 802.11n hỗ trợ kỹ thuật OFDM tốt hơn, hỗ trợ băng thông rộng hơn và tốc độ mã hóa cao hơn để tăng tốc độ đạt tối đa 65Mbps so với 52Mbps của chuẩn 802.11a và 802.11g. 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ lên đến 300Mbps. 802.11n cũng cho tầm phủ sóng tốt hơn các chuẩn Wi-Fi trước đó nhờ tăng cường độ tín hiệu. Chuẩn 802.11n xây dựng trên các chuẩn 82.11 trước đó bằng cách thêm vào anten MIMO, các kênh 40 MHz và sự kết hợp khung trên lớp MAC.
- Anten MIMO sử dụng nhiều anten để gửi nhiều thông tin hơn so với khi sử dụng một anten. Nó tạo ra phân tập anten và ghép kênh không gian cho 802.11n. Chức năng ghép kênh phân chia theo không gian SDM (Spatial Division Multiplexing) cho phép ghép nhiều luồng dữ liệu độc lập trong một kênh. MIMO SDM có thể làm tăng đáng kể tốc độ dữ liệu khi số các luồng dữ liệu trong không gian tăng lên. Với 4 anten cho cả hai đầu cuối, chuẩn 802.11n có thể cho tốc độ lên tới 600 Mbps. Các kênh 40MHz, gấp đôi băng thông gấp đôi kênh 20MHz sử dụng trong các chuẩn 802.11a/g trước đó, điều này cho phép tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu trong một kênh đơn 20MHz. Thiết bị có thể làm việc được ở cả băng 5GHz và 2,4GHz.
- Với ưu điểm là tốc độ nhanh nhất, vùng phủ sóng tốt nhất; trở kháng lớn hơn để chống nhiễu từ các tác động của môi trường, tương lai chuẩn IEEE 802.11n sẽ phổ biến trên toàn cầu và thay thế các chuẩn IEEE 802.11 khác.
Bảng 2.2 Các tiêu chuẩn phổ biến của IEEE 802.11
Tiêu chuẩn 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n Tốc độ tối đa 54Mbps 11Mbps 54Mbps 300Mbps Kỹ thuật sử dụng OFDM DSSS DSSS, OFDM OFDM Tần số 5GHz 2,4GHZ 2,4GHZ 2,4GHz, 5GHz Luồng dữ liệu 1 1 1 1 - 4 Độ rộng băng thông 20MHz 20MHz 20MHz 20 MHz, 40 MHz 600 Combined 300 Tốc độ (Mbps) 150 54 11 140 250 Khoảng cách truyền (m) 802.11n Dual band 2.4GHz 5GHz 802.11n 2 Tx / 2 Rx 802.11n 1 Tx / 1 Rx 802.11g 802.11b
Hình 2.2 Tốc độ và khoảng cách truyền dữ liệu của Wifi