802.11ac ก้าวต่อไปแห่งเครือข่ายแลนไร้สาย, ลองเล่น Belkin AC1200

นับตั้งแต่มาตรฐาน 802.11 ได้รับการยอมรับในวงกว้าง การใช้เครือข่ายแลนไร้สายก็กลายเป็นฟีเจอร์มาตรฐานในโน้ตบุ๊กและคอมพิวเตอร์แทบทุกตัวในโลก แลนไร้สายเป็นฟีเจอร์สำคัญที่ทำให้อุปกรณ์ขนาดเล็กเช่นโทรศัพท์มือถือสามารถเชื่อมต่อเครือข่ายได้โดยไม่ต้องมีพอร์ตสำหรับต่อสาย รวมถึงการให้บริการกับคนจำนวนมากก็สามารถทำได้โดยไม่ต้องลากสายที่ยุ่งยาก

แต่ที่ผ่านมาความจริงข้อหนึ่ง คือ ความเร็วของแลนไร้สายนั้นต่ำกว่าแลนปกติอยู่มาก นับแต่มาตรฐาน 802.11 ตัวแรกที่ทำความเร็วได้เพียง 1Mbps และพัฒนามาเป็นมาตรฐาน 802.11b ที่ทำความเร็วได้ 11Mbps ข้อจำกัดเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องใหญ่อะไรในช่วงแรก เพราะความเร็วของอินเทอร์เน็ตก็มักต่ำกว่าความเร็วของแลนไร้สายเหล่านี้อยู่แล้ว แต่ในช่วงหลัง ปัญหาใหม่เข้ามาแทนที่ เมื่อจำนวนเครื่องใช้งานมากขึ้นเรื่อยๆ ลักษณะการทำงานของคลื่นวิทยุที่ต้องแบ่งช่วงเวลาการส่งข้อมูลในช่องสัญญาณเดียวกัน ทำให้ความเร็วสูงสุดต้องหารกันไปตามจำนวนผู้ใช้ ขณะที่ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตสามารถทำความเร็วได้สูงขึ้นเรื่อยๆ ทุกวันนี้การซื้อการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตระดับ 100Mbps ไม่ใช่เรื่องแปลกอีกต่อไป การใช้งานแลนไร้สายรูปแบบใหม่ๆ เช่นการส่งภาพระดับ Full HD แสดงออกจอภาพ ต้องการแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ แต่การเชื่อมต่อแลนไร้สายกลับกำลังพบกับทางตัน

มาตรฐานใหม่ๆ เพื่อให้การใช้งานแลนไร้สายได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ค่อยๆ ถูกเสนอเข้ามาในแวดวงการวิจัยอย่างต่อเนื่อง

MIMO ช่องสัญญาณเท่าเดิมข้อมูลเพิ่มขึ้น

เทคโนโลยีที่เราได้ยินกันมากในช่วงหลัง คือ multiple-input, multiple-output (MIMO) ที่อาศัยสัญญาณช่องเท่าเดิม แต่เพิ่มจำนวนเสาส่งและเสารับให้มากขึ้น ทำให้ได้รับความเร็วสุดท้ายที่เพิ่มขึ้น

MIMO อาศัยความจริงที่ว่าในการส่งสัญญาณออกไป คลื่นจะเดินทางไปหลายเส้นทาง เรียกว่า multipath ก่อนหน้านี้คลื่นที่แยกออกเป็นหลายเส้นทางนี้เคยเป็นปัญหาในการสื่อสาร เพราะแต่ละเส้นทางจะไปกวนกันเองที่ตัวรับ ทำให้ถอดข้อมูลกลับมาได้ยากขึ้น แต่ MIMO อาศัยตัวส่งและตัวรับที่มีหลายตัว ทำให้มีความสามารถเช่น

• Beamforming: เป็นการปรับ phase และ amplitude ของสัญญาณวิทยุที่ส่งออกจากแต่ละเสา เพื่อให้สัญญาณไปถึงภาครับได้ชัดเจนที่สุด เทคนิคนี้ทำให้ประสิทธิภาพการรับสัญญาณดีขึ้น แม้ว่าฝั่งรับจะมีเพียงเสาเดียว เทคนิคนี้รองรับมาตั้งแต่มาตรฐาน 802.11n แต่ปัญหาคือการปรับ phase ให้ดีขึ้นได้ จะต้องมีกระบวนการส่งข้อมูลกลับไปยังภาคส่ง ในมาตรฐาน 802.11n นั้นกระบวนการนี้ยังไม่เป็นมาตรฐาน ทำให้การอาศัยเทคนิคนี้ต้องใช้ชิปจากผู้ผลิตเดียวกันทั้งฝั่งส่งและฝั่งรับเท่านั้น แต่ในมาตรฐาน 802.11ac กระบวนการตอบกลับจะเป็นมาตรฐานเดียวกัน ทำให้การทำ beamforming ข้ามผู้ผลิตสามารถทำได้
• Spatial Multiplexing: การส่งข้อมูลหลายชุดออกไปพร้อมกันในช่องสัญญาณเดียวกัน แต่ส่งออกไปจากตัวส่งหลายชุดแยกกันไป เมื่อตัวรับมีจำนวนเท่ากับตัวส่ง หากคุณภาพสัญญาณดีพอ จะสามารถแยกสัญญาณออกมาเป็นชุดเท่ากับที่ส่งออกมาได้ ฟีเจอร์นี้เป็นฟีเจอร์สำคัญของเทคโนโลยี MIMO แต่ต้องรับจำนวน spatial stream เท่าๆ กันทั้งสองฝั่ง (ดูคร่าวๆ จากจำนวนเสาสัญญาณ) ในมาตรฐาน 802.11n และมาตรฐาน 802.11ac นั้นฟีเจอร์นี้เป็นออปชั่นเสริม แปลว่าตัวรับส่งแบบเสาเดียวก็ผ่านมาตรฐานได้ แต่ใน 802.11ac นั้นรองรับสูงสุดถึง 8 spatial streams เทียบกับ 4 spatial streams ใน 802.11n
• Space Time Coding: รองรับการส่งข้อมูลชุดเดิมไปที่เข้ารหัสเป็น matrix เพื่อส่งออกไปยังเสาหลายต้น เพิ่มความเสถียรของสัญญาณได้เป็นอย่างดี
• Multiple-User MIMO ฟีเจอร์ใหม่ของ 802.11ac ยังรองรับการใช้งานพร้อมกันหลายคน ทำให้ผู้ใช้แต่ละคนสามารถส่งข้อมูลพร้อมกัน แต่อาศัยความจริงว่าผู้ใช้แต่ละคนอยู่คนละจุดกันแล้วสัญญาณที่ส่งออกมามีความแตกต่างกันไป เมื่อเสาฝั่งรับมีหลายเสาก็่สามารถถอดรหัสข้อมูลของผู้ใช้แต่ละคนกลับออกมาได้ เรียกว่า Space Division Multiple Access (SDMA)

เพิ่มช่องสัญญาณ เร่งความเร็วได้ในกรณีผู้ใช้ไม่มาก

ทางแก้ปัญหาความเร็วไม่พอใช้งานแบบกำปั้นทุบดินของ 802.11n และ 802.11ac คือ การขยายช่องสัญญาณจากเดิม 802.11 นั้นใช้ช่องสัญญาณช่องละ 20 MHz ก็รองรับการรับส่งทีละ 40 MHz ใน 802.11n เรียกว่าการทำ channel bonding

ปัญหาของการใช้ช่องสัญญาณขนาดใหญ่ขึ้นเช่นนี้คือการรบกวนผู้ใช้อื่นๆ เช่นกรณีของคลื่น 2.4 GHz นั้นมีช่องสัญญาณเพียง 60 MHz เท่านั้น การรับส่งข้อมูลด้วยแบนด์วิดท์ขนาด 40 MHz หมายความว่าจะมีคนสามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงสุดได้เพียงคนเดียวเท่านั้น การทำ channel bonding จึงแนะนำให้ทำบนคลื่น 5 GHz ที่มีช่องสัญญาณกว้างกว่า (แต่ต่างกันไปมากในแต่ละประเทศ)

ในมาตรฐาน 802.11ac นั้นรองรับการใช้ช่องสัญญาณทีละ 160 MHz ทำให้ความเร็วสูงขึ้นมาก แต่ก็เรียกได้ว่าใช้งานบนคลื่น 2.4 GHz ไม่ได้เลย เรื่องใหม่ของ 802.11ac อีกอย่างหนึ่งคือความสามารถในการใช้คลื่นทีละ 160 MHz นั้นไม่จำเป็นต้องเป็นช่องสัญญาณติดกัน แต่สามารถใช้ช่องสัญญาณ 80 MHz สองช่องแยกจากกันได้

ถ้าใครบ้านเดี่ยวแยกจากชุมชน เทคนิคนี้น่าจะช่วยให้แทบลืมสายแลนไปได้เลย แต่หากอยู่คอนโดแล้วอีกไม่กี่ปีข้างหน้ามีคนใช้คลื่น 5 GHz เต็มไปหมด เทคนิคนี้ก็แทบจะไม่ช่วยอะไร

การมอดูเลตแบบใหม่ ในกรณีที่สัญญาณรบกวนต่ำ

ขีดจำกัดของความเร็วในการสื่อสารไร้สายนั้นถูกจำกัดด้วยความแรงของสัญญาณที่ได้รับต่อความแรงของสัญญาณรบกวน (signal to noise ratio - SNR) เป็นหลัก การมอดูเลตสัญญาณที่ส่งข้อมูลได้มากๆ เช่น 64-QAM อาจจะทนทานต่อสัญญาณรบกวนต่ำ แต่ในกรณีที่พื้นที่ใช้งานมีคุณภาพดีมากๆ เช่น บ้านที่มีพื้นที่รอบกว้างๆ หรือมีการกั้นคลื่นรบกวนอย่างดี หากการ์ดรองรับการมอดูเลตที่ส่งข้อมูลได้มากขึ้นก็จะทำความเร็วได้

ใน 802.11n นั้นรองรับการมอดูเลตข้อมูลที่ 64-QAM สูงสุด แต่ 802.11ac นั้นรองรับไปถึง 256-QAM

ลองเล่นของจริง Belkin AC1200 และ AC Wi-Fi Dual Band

แม้ว่ามาตรฐาน 802.11ac ยังไม่เสร็จสิ้น แต่ช่วงนี้สินค้าก็มีจำหน่ายกันโดยใช้มาตรฐานเบื้องต้นที่มีอยู่กันออกมาก่อนแล้ว หนึ่งในผู้ผลิตที่ออกสินค้ามาชุดแรกก็คือ Belkin AC1200 ที่รองรับทั้งคลื่น 2.4 GHz และ 5 GHz พร้อมกัน

หมายเหตุ: ผมได้รับการสนับสนุนจาก ทาง Belkin เป็นการ "ยืม" ทั้งเราท์เตอร์และอแดปเตอร์มาทดลองใช้งาน

ตอนแรกที่เห็นรูปของ AC1200 ก็ไม่คิดอะไร จนกระทั่งเปิดกล่องถึงได้รู้ว่ามัน "ตัวใหญ่มาก" เท่าจานข้าวกลางๆ จานหนึ่ง ผมเอาไปวางเทียบกับ Buffalo ของผมเองแล้วพบว่ามันใหญ่ขึ้นไปอีกขั้น และอาจจะเป็นเรื่องการออกแบบเสาอากาศ ทำให้ AC1200 ออกแบบมาเพื่อการ "ตั้ง" เพียงอย่างเดียว ฐานตั้งนั้นถอดออกไม่ได้ และเป็นที่เก็บรหัสผ่าน Wi-Fi เริ่มต้น

รหัส Wi-Fi ตั้งต้นมาให้ 8 ตัวอักษร ไม่ค่อยดีนักสำหรับคนที่ต้องการป้องกันตัวเองจากแฮกเกอร์จริงๆ มีรายงานก่อนหน้านี้ว่ารหัสเหล่านี้สามารถถอดจาก MAC ได้ง่ายในบางรุ่น แต่ไม่ยืนยันว่าจะถอดรหัสได้แบบเดียวกันใน AC1200 นี้หรือไม่ แต่ไม่ว่าอย่างไร ผมเองก็แนะนำให้สร้างรหัสผ่านใหม่ที่ยาวกว่า 10 ตัวอักษร

ที่ส่งมาด้วยกันคืออแดปเตอร์แบบสองคลื่นเหมือนกัน ทำให้สามารถใช้งานกับ AC1200 ได้ทั้งสองคลื่น ตามแต่จะเลือก

ตัว AC1200 นั้นแยกการเลือกว่าจะต่อกับคลื่นย่านไหนด้วยการแยก SSID ออกจากกัน ถ้าดูในหน้าจอจะพบว่ามีให้เลือกความกว้างช่องสัญญาณให้เลือก ค่าเริ่มต้นนั้นในย่าน 2.4 GHz จะให้เลือก 20 MHz ไว้ เพราะช่องสัญญาณรวมมีเพียง 60 MHz การเลือกช่องกว้างจะรบกวนการทำงานผู้อื่น ขณะที่ย่าน 5 GHz นั้นจะให้เลือกได้ถึง 80

ค่าเริ่มต้นเมื่อไม่ตั้งค่าอะไรเลย จะมี SSID ให้สามอย่าง แยกกันระหว่างคลื่นสองความถี่ และการใช้งานของแขกเท่านั้น ทำให้เราสามารถตั้งรหัสผ่านง่ายๆ ที่อาจจะรีเซ็ตบ่อยๆ ให้คนที่มาเยี่ยมบ้านเราใช้งานอินเทอร์เน็ตได้

ที่น่าแปลกใจนิดหน่อยสำหรับผม คือ SSID สำหรับแขกนั้นตั้งค่าเป็นแบบไม่เข้ารหัสและมีหน้าล็อกอินเมื่อพยายามเข้าเว็บ เรียกว่า "Cafe -style" ซึ่งมุมมองผมดูไม่จำเป็นอะไร แต่ก็สามารถเปลี่ยนเป็น WPA ได้ โดยใช้รหัสแยกจากรหัสปกติ

ทั้งอแดปเตอร์รับ และตัวเราท์เตอร์นั้นระบุว่าสามารถเชื่อมต่อได้ความเร็วสูงสุด 867 Mbps ซึ่งหากเชื่อมต่อบนคลื่นกว้าง 80 MHz ต้องเชื่อมต่อได้สัญญาณคุณภาพสูงพอที่จะทำ 2 spatial stream (จากเสาอากาศสองเสาทั้งฝั่งรับและส่ง) พร้อมๆ กับสามารถเข้ารหัสสัญญาณแบบ 256-QAM ได้ ผมลองเชื่อมต่อในห้องของผมเองพบว่าสัญญาณโดยทั่วไปได้ที่ 234 - 300 Mbps เท่านั้น การเชื่อมต่อโดยทั่วไปก็น่าจะทำความเร็วได้ประมาณนี้ ในแง่ของการใช้งาน น่าจะทำให้ความเร็ว Wi-Fi แซงความเร็วอินเทอร์เน็ตบ้านได้แทบทุกคนแล้ว

ก้าวต่อไปของแลนไร้สาย

ผมเองเคยใช้งานแลนไร้สายมาตั้งแต่ 10 ปีก่อน เมื่อครั้งการ์ดราคาถูกที่สุดในตลาดยังแพงกว่า 2000 บาท ความต้องการที่เพิ่มขึ้นในช่วงหลังทำให้คลื่น 2.4 GHz เต็มจนแทบไม่สามารถใช้งานจริงจังได้หากอยู่ในย่านชุมชนหนาแน่น (โดยเฉพาะคอนโด) ทางเลือกใช้งานคลื่น 5 GHz ในช่วงหลังมีราคาถูกลงมาก และผู้ที่ซื้อมาใช้งานในช่วงนี้ก็น่าจะได้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกับโฆษณาพอสมควร

แต่ถ้าใครจะอัพเกรดไปใช้งานคลื่น 5 GHz อาจจะต้องระวังไว้ว่าเทคโนโลยีใหม่ๆ มีการใช้คลื่นความถี่ที่ "ดุเดือด" มากยิ่งขึ้นเรื่อยๆ ตัวเลขโฆษณาความเร็วสูงสุดของเราท์เตอร์รุ่นต่างๆ มาพร้อมกับการกินช่องสัญญาณมากขึ้นเรื่อยๆ แม้จะมีเทคนิคเพื่อการเพิ่มความเร็วในช่องสัญญาณเท่าเดิมก็ตามที เราคงต้องหวังการเปิดคลื่นให้ใช้งานเสรีอีกจำนวนมากๆ เช่น ผ่านทาง whitespace ที่นำคลื่นทีวีเดิมมาใช้งานแลนไร้สายแทน แต่มาตรการเช่นนี้คงแก้ปัญหาได้เป็นรายประเทศ ไม่สามารถแก้ปัญหาได้พร้อมๆ กันเกือบทั้งโลกเหมือนคลื่น 2.4 GHz และ 5 GHz แบบนี้อีกแล้ว

ด้วยแนวทางเช่นนี้มันคงไม่น่าแปลกใจนัก ถ้าในอนาคตเราจะเจอช่วงเวลาที่คลื่น 5 GHz กลับมาเต็มอีกครั้ง แต่ด้วยเทคนิคการใช้งานคลื่นความถี่ที่คุ้มค่ากว่าเดิมในสมัยนี้ เราอาจจะหวังได้ว่าแม้จะเจอช่วงที่คลื่นหนาแน่นมากๆ เราก็ยังทำความเร็วได้ดีกว่าในสมัยนี้ที่การเชื่อมต่อมักล้มเหลวไปเลย

มาตรฐานใหม่อย่าง 802.11ac น่าจะออกฉบับจริงได้ในช่วงปี 2015 จนทุกวันนี้ Wi-Fi Alliance เองก็ยังไม่มีบริการทดสอบความเข้ากันได้ของอุปกรณ์ในกลุ่มนี้ อย่างไรก็ดี จนทุกวันนี้ ผู้ผลิตจำนวนมากเริ่มมีสินค้าออกสู่ตลาด และยังไม่มีรายงานความ "เข้ากันไม่ได้" แต่อย่างใด ที่ผ่านมาในสมัยมาตรฐาน 802.11n นั้นก็มีปัญหาเมื่อมาตรฐานออกมาแล้ว กับการ์ดที่ผลิตโดยผู้ผลิตรายย่อยไม่มากนัก หากใครที่ต้องการความเร็วในการเชื่อมต่อสูงมาก เทคโนโลยี 802.11ac ก็น่าจะกลายเป็นมาตรฐานของอุปกรณ์ในอนาคตแทน 802.11n ในทุกวันนี้ ก็เป็นการลงทุนที่ทำได้ และสำหรับบางคนที่มีปัญหากับการใช้คลื่น 2.4 GHz เพราะอยู่ในย่านที่การใช้งานสูง ทางเลือกที่ต้องทำเพื่อแก้ปัญหาในตอนนี้คงเป็นการหนีไปใช้คลื่น 5 GHz กันอยู่ดี