Vì sao Wifi bị chậm?

Sau khi nâng cấp thiết bị phát Wifi mà tốc độ Wifi vẫn không được cải thiện, có thể vì chúng ta chưa hiểu bản chất của Wifi. Đừng vội trách nhà sản xuất bộ phát Wifi, vì kể cả khi đạt được tốc độ lý thuyết đúng như quảng cáo, vẫn sẽ còn rào cản khiến tốc độ thực tế thấp hơn.

Trong bài viết này, mình sẽ mổ xẻ sâu hơn về sóng Wifi, và từ đó, chúng ta sẽ hiểu hơn về tốc độ của Wifi từ lý thuyết đến thực tế. Bài viết này mình sẽ chỉ tập trung vào tốc độ của kết nối Wifi, từ bộ phát sóng Wifi đến thiết bị cuối sử dụng sóng Wifi.

Băng thông quảng cáo 

Đầu tiên chúng ta sẽ nhìn vào con số dễ thấy nhất của hầu hết các bộ phát Wifi hiện đang được quảng cáo trên thị trường, các bạn sẽ dễ dàng bắt gặp các con số như 1200, 1800, 3000, 5400, 6600 hay 11000 Mbps

Thực ra, con số này là tổng băng thông của sóng Wifi mà thiết bị phát Wifi có thể cung cấp, không phải là tốc độ cao nhất.

Con số này thường là tổng băng thông của tất cả các băng tần mà bộ phát Wifi có: 2.4 Ghz + 5Ghz + 6Ghz và cũng thường được làm tròn lên. Một vài ví dụ:

Thực tế, đối với hầu hết các thiết bị cuối thông thường chúng ta sử dụng như điện thoại, máy tính… chúng ta chỉ có thể sử dụng 1 băng tần, không thể sử dụng 2 băng tần cùng 1 lúc. Vì vậy, băng thông Wifi tối đa mà thiết bị cuối đạt được sẽ chỉ là băng thông của 1 băng tần. 

Ví dụ với 1 bộ phát Wifi có băng thông 3000Mbps = 600Mbps 2.4Ghz + 2400Mbps 5Ghz, thiết bị đang kết nối đến băng tần 5Ghz chỉ có băng thông tối đa là 2400Mbps chứ không phải 3000Mbps, còn tốc độ tối đa có đạt được đến băng thông này không, chúng ta sẽ bàn tiếp ở phần sau.

Và lưu ý 1 chút là băng thông tối đa cũng không vô nghĩa, vì chúng ta đâu chỉ dùng 1 thiết bị cuối, nếu có nhiều thiết bị cuối sử dụng nhiều băng tần mà bộ phát có, chúng ta có thể sẽ khai thác được toàn bộ băng thông của bộ phát Wifi. Vì vậy, khi các nhà sản xuất quảng cáo bằng con số này, chúng ta cũng không thể trách họ được.

Wifi là bắt tay hai chiều 

Trước khi phân tích tiếp về tốc độ Wifi, mình chỉ muốn nhấn mạnh, Wifi là một giao thức kết nối bắt tay 2 chiều, và vì vậy tốc độ Wifi cũng sẽ phụ thuộc vào cả hai phía. 

Điều đó có nghĩa là thiết bị cuối cũng là yếu tố quyết định tốc độ Wifi. Nếu mua những bộ phát Wifi có băng thông / tốc độ Wifi rất cao, nhưng thiết bị cuối lại không ‘giao tiếp’ được ở mức tốc độ cao như vậy, chúng ta cũng không thể sử dụng hết tốc độ mà bộ phát Wifi cung cấp.

Tốc độ Wifi vật lý – PHY Speed

Mình sẽ lấy ví dụ với một băng tần Wifi 5Ghz hoặc 6Ghz, có băng thông tối đa là 4800Mbps, chúng ta sẽ bóc tách tiếp con số này.

PHY Speed (hay PHY Rate, Link Speed…) là tốc độ vật lý, hay tốc độ lý thuyết, là con số được tạo thành từ các yếu tố vật lý của phần cứng. PHY Speed phụ thuộc vào nhiều yếu tố, giả sử để đạt được con số 4800Mbps, bộ phát Wifi sẽ cần một số thông số sau: 

• Cường độ sóng (RSSI) cao và độ nhiễu (Noise) thấp
• Định dạng điều chế: 1024-QAM (10bit) – có trên Wifi 6(ax)
• Độ rộng sóng 160Mhz
• Số luồng truyền phát 4×4 (4 gửi 4 nhận)

Thế nhưng nếu thiết bị cuối chỉ cần không đáp ứng được các yếu tố đó của bộ phát, tốc độ vật lý cũng sẽ giảm xuống.

Ví dụ thiết bị cuối đang ở gần bộ phát, có RSSI rất cao, thiết bị có hỗ trợ Wifi 6 và điều chế 1024-QAM, nhưng lại chỉ có anten 2×2 MIMO, tốc độ vật lý đạt được cũng sẽ giảm chỉ còn 2400Mbps (thiết bị A trên ảnh), và nếu thiết bị cuối chỉ có hỗ trợ độ rộng kênh 80Mhz, lúc này tốc độ vật lý sẽ chỉ còn là 1200Mbps (thiết bị B trên ảnh).

MIMO

MIMO là Multi Input Multi Output, hiểu đơn giản là sử dụng nhiều luồng để truyền tín hiệu đồng thời trên cùng một băng tần.

Vấn đề ảnh hưởng đến tốc độ Wifi đó là các thiết bị phát Wifi hiện nay thường hỗ trợ 2×2, 3×3, 4×4 MIMO, nhưng các thiết bị di động như điện thoại và laptop hầu hết chỉ đang “mắc kẹt” với anten 2×2 MIMO Wifi mà thôi.

Vì sao lại mắc kẹt ở 2×2? Vì thực ra với thiết bị di động, hầu như chưa có ứng dụng nào yêu cầu tốc độ quá lớn để hoạt động với an ten 4×4, để rồi phải hi sinh năng lượng cũng như thời lượng pin cho hệ thống anten như vậy. Vì vậy các nhà sản xuất thường sẽ chỉ trang bị anten 2×2 cho các thiết bị di động để cân bằng giữa hiệu năng và năng lượng tiêu thụ.

Chính vì thế, 1 thiết bị cuối sẽ không khai thác được hết băng thông của 1 bộ phát Wifi. Tuy nhiên, chúng ta hãy nhớ rằng, bộ phát Wifi không chỉ phát Wifi cho duy nhất 1 thiết bị cuối. Ví dụ 1 bộ phát Wifi hỗ trợ 4×4 MIMO có thể cung cấp băng thông tối đa đồng thời cho 2 thiết bị cuối 2×2 MIMO.

Tốc độ PHY rate tối đa tham khảo khi dùng anten 2×2-MIMO:

• Wifi 4 (n) (64-QAM): 144Mbps (20Mhz); 300Mbps (40Mhz)
• Wifi 5 (ac) (256-QAM): 866Mbps (80Mhz); 1733Mbps (160Mhz)
• Wifi 6 (ax) (1024-QAM): 1200Mbps (80Mhz); 2400Mbps (160Mhz) 

MCS Index

Quay lại về câu chuyện giao tiếp 2 chiều, MCS Index sẽ là một chỉ số để giúp chúng ta xác định xem 2 thiết bị sẽ sử dụng PHY Rate là bao nhiêu để giao tiếp với nhau. 

Trong một quá trình kết nối và truyền tải dữ liệu qua Wifi, 2 thiết bị sẽ liên tục liên lạc với nhau để tìm được tiếng nói chung.

• Bộ phát Wifi: Tôi có 4800Mbps ở 160Mhz với 4×4 MIMO và 1024-QAM
• Thiết bị: Tôi lại chỉ có 866Mbps ở 80Mhz với 2×2 MIMO và 256-QAM
• Bộ phát Wifi: Hiện tại cậu ở xa tôi quá, cường độ sóng tại đó không cao, mức nhiễu cũng hơi nhiều, tôi nghĩ ta nên dùng điều chế 64-QAM ở PHY=650Mbps để đảm bảo dữ liệu không rơi rớt giữa đường nhé
• Thiết bị: Nhất trí, dùng PHY=650Mbps thôi

Để có được cuộc nói chuyện như vậy, các thiết bị có một chỉ số là gọi là MCS Index để có thể quyết định sẽ giao tiếp với nhau như thế nào, tuỳ thuộc vào tình hình cường độ tín hiệu (RSSI, SNR…) để đảm bảo việc giao tiếp được thông suốt. 

Các bạn có thể xem qua một số thông tin về MSC Index của Wifi 4 và 5 tại bảng dưới.

Thực ra, nếu xem công thức toán học để tính toán tốc độ truyền tải PHY trong bảng MSC Index, ngoài chế độ điều chế, số luồng, lượng dữ liệu trên một kênh, còn có một số thông số chuyên sâu khác nữa như Coding, Guard Interval, Symbol duration… mà có lẽ mình sẽ không đi quá sâu nữa, chỉ giới thiệu công thức để các bạn tham khảo những yếu tố sẽ ảnh hưởng đến tốc độ vật lý PHY mà thôi, công thức này dành cho Wifi 4 và 5, Wifi 6 nếu có OFDMA sẽ dùng một công thức khác gần giống.

Như vậy, tuỳ vào cường độ sóng (RSSI), mức độ nhiễu (Noise), chuẩn điều chế, và số luồng truyền tải, 2 thiết bị sẽ bàn với nhau và chọn MSC Index phù hợp để có được tốc độ truyền tải vật lý PHY rate mà cả 2 có thể dùng chung.

Đừng bỏ quên kênh (Channel)

Trước giờ chúng ta chỉ đề cập đến kênh khi muốn tránh bị nhiễu, thường chúng ta setup mạng Wifi nhưng thường để kênh Auto để thiết bị phát tự động chọn kênh phù hợp, tránh nhiễu với các mạng Wifi lân cận.

Tuy nhiên, có những lúc thiết bị cuối lại không hỗ trợ một vài kênh trên bộ phát Wifi, gây ra việc thiết bị cuối không kết nối được với độ rộng kênh lớn nhất, dẫn đến việc 2 thiết bị không giao tiếp được với tốc độ PHY cao nhất.

Ví dụ cụ thể với trường hợp mình từng gặp, thiết bị phát hỗ trợ dải kênh 160Mhz mới từ 149 đến 177, tuy nhiên laptop lại chỉ hỗ trợ đến kênh 165. Vì vậy, nếu phát Wifi ở dải kênh 149-177, laptop chỉ có thể thiết lập được độ rộng kênh 80Mhz từ 149 đến 161, dẫn đến tốc độ PHY chỉ là 866Mbps. Sau đó, mình đã cài đặt thiết bị phát dùng dải kênh 36-64 hoặc 100-128 để laptop sử dụng được độ rộng kênh 160Mhz, và tốc độ PHY đã lên 1733Mbps.

Tốc độ thực tế còn gánh Wifi Overhead

Từ đầu đến giờ chúng ta vẫn đang nói đến những thứ thuộc về tốc độ vật lý và lý thuyết PHY Rate (PHY Speed / Link Speed / Tx,Rx Rate). Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta đạt được đúng tốc độ đó khi sử dụng. Vì sao?

Đó là vì tín hiệu Wifi phải cõng rất nhiều thông tin bên cạnh những data thực tế mà chúng ta sử dụng. Nó giống như việc những thùng hàng (data – dữ liệu) không thể tự di chuyển mà sẽ cần phải có chiếc xe chở chúng.

PHY = 1200Mbps = 1.2Gbps lúc này giống như một cây cầu chỉ có thể chịu được một chiếc xe với tổng khối lượng là 1.2 tấn đi qua, trừ đi khối lượng của xe tầm 300kg, chúng ta chỉ còn 900kg hàng hoá dữ liệu. Khối lượng 300kg của chiếc xe lúc này chính là Wifi Overhead.

Với kết nối Wifi đang có tốc độ vật lý PHY 1200Mbps, tốc độ thực tế chúng ta sử dụng sẽ sẽ chỉ rơi vào khoảng 900 Mbps mà thôi, hoặc với PHY 866Mbps, thực tế sẽ chỉ đạt khoảng 600Mbps. Thông thường Wifi Overhead sẽ chiếm khoảng 30% (±10%), khiến tốc độ thực tế chỉ còn khoảng 70% (±10%) tốc độ lý thuyết đối với với Wifi ac và ax, còn Wifi n có thể sẽ đạt tới 85%. Tất nhiên sẽ còn phụ thuộc vào ngoại cảnh cũng như thiết bị.

Wifi Overhead thường sẽ chứa các thông tin khác bên trong gói tin để đưa được dữ liệu đến đích như:

• SSID/MAC: Địa chỉ vật lý mà gói tin cần đi đến, để đến được đúng bộ phát Wifi
• IP/TCP: Địa chỉ mạng, sau khi đến bộ phát Wifi, gói tin sẽ phải đi tiếp đến đâu
• Thông tin để tránh va chạm hoặc xung đột trên đường
• Chỗ dự phòng cho lỗi khi va chạm hoặc xung đột có thể gửi lại gói tin
• Và còn nhiều thông tin khác nữa…

Khi sử dụng dây Ethernet, về bản chất chúng ta cũng sẽ gặp Ethernet Overhead, tuy nhiên chỉ chiếm rất ít, chỉ khoảng dưới 5% mà thôi, đó là lý do vì sao đối với mạng dây 1000Mbps, lý thuyết chúng ta sẽ có 1000Mbps, nhưng thực tế thường đôi khi chúng ta chỉ đạt được 950Mbps.

Ngoài ra, tính chất Half Duplex của Wifi cũng là một yếu tố khiến cho tốc độ Wifi thực tế sẽ luôn thấp hơn tốc độ Wifi lý thuyết. 

Half Duplex vs Full Duplex

Half-Duplex không hẳn là Half-Speed.

Với dây cáp, chúng ta có Full Duplex, tức là có thể vừa gửi và nhận đồng thời. Ví dụ với sợi cáp Ethernet 1Gbps, bạn có thể Download 1Gbps và Upload 1Gbps đồng thời.

Nhưng với Wifi 1Gbps, chúng ta chỉ có thể hoặc Download 1Gbps hoặc Upload 1Gbps. Nếu làm cả 2 công việc này đồng thời, tốc độ sẽ bị chia ra có thể 50/50, hoặc 30/70 hoặc bất kì con số nào khác tuỳ thuộc vào khả năng hoặc chế độ cân bằng tải của bộ phát Wifi và thiết bị cuối.

Nhưng kể cả khi chúng ta chỉ làm 1 tác vụ download qua Wifi, trong quá trình đó, thực ra vẫn sẽ có một số thông tin cần được upload lên. Ví dụ như khi xe đi đến nơi, người nhận vẫn phải gọi 1 cuộc điện thoại cho người gửi để báo là xe đã cập bến, mặc dù có thể sẽ không chiếm nhiều băng thông để làm việc đó, nhưng cũng vẫn sẽ ảnh hưởng đến tốc độ download thực tế.

Còn tình huống Half Duplex mà gây giảm 50% tốc độ Wifi, sẽ thường là trường hợp sử dụng Mesh Wifi, khi mà một Node vừa uplink và downlink thông qua Wifi, node lúc này thường sẽ chia cố định 50% băng thông cho uplink và 50% cho downlink.

Mình cũng có một bài viết chia sẻ thêm một số hiểu lầm về hệ thống Mesh Wifi, các bạn có thể xem thêm tại đây.

Tổng kết

Khi các nhà sản xuất quảng cáo rằng Wifi của họ có thể cung cấp băng thông 11000 Mbps, đó là con số tổng băng thông của nhiều băng tần, không phải là tốc độ tối đa.

Đối với 1 băng tần, việc chúng ta không đạt được đến tốc độ tối đa của băng tần đó có thể đáp ứng, dù đã ở gần bộ phát Wifi, nhiều khả năng là do thiết bị cuối đang có hạn chế về phần cứng như: độ rộng kênh, chế độ điều chế, số anten hay số luồng truyền phát, dẫn đến PHY rate tối đa có thể sử dụng thấp hơn tiêu chuẩn mà thiết bị phát cung cấp. Đây là lý do khiến tốc độ Wifi lý thuyết không đạt được đến tốc độ Wifi quảng cáo.

Tốc độ truyền tải dữ liệu thực tế cũng vẫn sẽ thấp hơn tốc độ lý thuyết khoảng 70% (±10%) là do Wifi Overhead. Đây cũng là nguyên nhân chính khiến tốc độ Wifi thực tế không bao giờ cao được như tốc độ Wifi lý thuyết.

Bài viết này chỉ gói gọn trong tốc độ Wifi giữa thiết bị cuối và thiết bị phát. Trong thực tế khi sử dụng Internet, tốc độ Internet khi sử dụng Wifi còn ảnh hưởng do nhiều yếu tố trên đường truyền nữa.

Ví dụ tốc độ Wifi lý thuyết tối đa PHY = 2400Mbps, tốc độ thực tế 70% là khoảng 1680Mbps, nhưng uplink của bộ phát Wifi là cổng WAN/LAN bị giới hạn ở 1000Mbps (mình đã từng chia sẻ về vấn đề này tại đây). Tiếp đến đi qua cổng WAN sẽ tiếp tục là giới hạn tốc độ của gói cước nhà mạng, ví dụ 300Mbps, tốc độ truy cập internet bằng Wifi thực tế sẽ chỉ còn 300Mbps mà thôi.

Hi vọng bài viết đã cung cấp thêm nhiều thông tin cho các bạn về Wifi. Cám ơn các bạn đã quan tâm theo dõi.

Nguồn tham khảo:

Understanding Wi-Fi, MCS Index, Semfio Networks, WLAN Professionals, Intel, Apple, Apple, TechTarget, CWNP, GoNET

Nếu thấy nội dung bài viết hữu ích, hãy chia sẻ cho bạn bè và người thân. Đừng quên theo dõi Ngon Bổ Xẻ qua Facebook và Youtube để luôn cập nhật các nội dung mới nhất. Ngoài ra, mình cũng có lập Group FB chuyên chia sẻ các deal hời cho anh em về công nghệ, điện từ, gia dụng… các bạn cũng có thể tham gia nha. Một lần nữa, chân thành cám ơn các bạn và hẹn gặp lại trong những nội dung kế tiếp ❤️

• Page
• Group
• Telegram
• Subcribe

---

Chia sẻ bài viết: