Tìm hiểu về Simplex, Half Duplex và Full Duplex

Có 3 chế độ truyền, cụ thể là: Simplex (đơn công), half duplex (bán song công) và full duplex (song công toàn phần). Chế độ truyền xác định hướng của luồng tín hiệu giữa hai thiết bị được kết nối.

Sự khác biệt chính giữa 3 chế độ truyền là ở chế độ truyền đơn công, tín hiệu được truyền theo một hướng. Trong khi ở chế độ truyền bán song công, việc truyền tín hiệu có thể diễn ra theo cả 2 hướng, nhưng hai thiết bị được kết nối sử dụng luân phiên kênh (nghĩa là tín hiệu chỉ được truyền theo một chiều tại một thời điểm).

Mặt khác, trong chế độ truyền song công toàn phần, việc truyền tín hiệu diễn ra theo hai hướng cùng một lúc và kênh được sử dụng đồng thời bởi cả hai thiết bị đã kết nối.

Simplex

Trong chế độ truyền đơn công, việc giao tiếp giữa bên gửi và bên nhận chỉ xảy ra theo một hướng. Bên gửi chỉ có thể gửi dữ liệu và bên nhận chỉ có thể nhận dữ liệu. Bên nhận không thể trả lời bên gửi.

Truyền đơn công giống như con đường một chiều, trong đó các phương tiện chỉ đi theo một hướng và không có phương tiện từ hướng ngược lại được phép đi qua.

Lấy mối quan hệ giữa bàn phím và màn hình làm ví dụ, bàn phím chỉ có thể gửi đầu vào đến màn hình và màn hình chỉ có thể nhận đầu vào, rồi hiển thị nội dung trên đó. Màn hình không thể trả lời hoặc gửi bất kỳ phản hồi nào tới bàn phím.

Half Duplex

Việc giao tiếp giữa bên gửi và bên nhận diễn ra theo cả hai hướng trong truyền dẫn bán song công, nhưng mỗi lần chỉ được theo một hướng. Bên gửi và bên nhận có thể gửi cũng như nhận thông tin, nhưng chỉ một bên được phép gửi tại một thời điểm cụ thể. Half duplex vẫn giống như con đường một chiều, trong đó một phương tiện đi ngược chiều phải đợi cho đến khi đường vắng mới có thể đi qua.

Ví dụ, trong bộ đàm, cả hai đầu có thể nói, nhưng phải từng bên một thực hiện. 2 bên không thể nói cùng một lúc.

Full duplex

Trong chế độ truyền song công toàn phần, việc giao tiếp giữa bên gửi và bên nhận có thể diễn ra đồng thời. Bên gửi và bên nhận có thể truyền và nhận tín hiệu cùng một lúc. Chế độ truyền song công toàn phần giống như con đường hai chiều, trong đó các phương tiện có thể lưu chuyển theo cả hai hướng cùng một lúc.

Ví dụ, trong một cuộc trò chuyện qua điện thoại, hai người giao tiếp và cả hai có thể tự do nói và nghe cùng một lúc.

Sự khác biệt chính giữa 3 chế độ truyền

• Trong chế độ đơn công, tín hiệu được gửi theo một hướng. Trong chế độ bán song công, tín hiệu được gửi theo cả hai hướng, nhưng mỗi lần chỉ theo 1 hướng. Trong chế độ song công toàn phần, tín hiệu được gửi theo cả hai hướng cùng một lúc.
• Trong chế độ đơn công, chỉ có một thiết bị có thể truyền tín hiệu. Ở chế độ bán song công, cả hai thiết bị có thể truyền tín hiệu, nhưng mỗi lần một thiết bị. Ở chế độ song công toàn phần, cả hai thiết bị có thể truyền tín hiệu cùng một lúc.
• Song công toàn phần tốt hơn bán song công và bán song công tốt hơn so với đơn công.
• Đơn công: Bàn phím gửi lệnh đến màn hình. Màn hình không thể trả lời bàn phím.
• Bán song công: Sử dụng bộ đàm, cả hai bên có thể giao tiếp, nhưng phải thay phiên nhau.
• Song công toàn phần: Sử dụng điện thoại, cả hai bên có thể giao tiếp cùng một lúc.
• Chế độ truyền song công toàn phần cung cấp hiệu suất tốt nhất trong số ba phương thức, vì thực tế là nó tối đa hóa lượng băng thông có sẵn.

Cách thức song công ảnh hưởng đến router WiFi

Router WiFi là thiết bị điều chỉnh, cũng như lên kế hoạch luồng thông tin đến và từ bất kỳ thiết bị điện tử nào có WiFi (như máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh) đến Internet, sử dụng một tiêu chuẩn hoặc giao thức cụ thể có tên là IEEE 802.11, hoạt động ở chế độ bán song công. WiFi chỉ là nhãn thương hiệu cho tiêu chuẩn IEEE cụ thể này (tìm hiểu thêm về các tiêu chuẩn WiFi phổ biến tại đây).

Các thiết bị WiFi kết nối không dây với router bằng sóng radio ở tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz. Router lên kế hoạch, cũng như đảm bảo luồng thông tin chính xác giữa mỗi thiết bị được kết nối và Internet không bị xung đột hay mất mát bằng một Time Division Duplexing (TDD), hoạt động giống như song công toàn phần.

TDD mô phỏng song công toàn phần bằng cách thiết lập hoặc phân chia các khoảng thời gian xen kẽ giữa việc truyền và nhận. Các gói dữ liệu lưu chuyển theo cả hai chiều dựa trên việc phân chia thời gian. Bằng cách chia nhỏ các khoảng thời gian này, những thiết bị được kết nối theo cách này dường như được truyền và nhận đồng thời.

Tại sao router hiện tại không thể chạy ở chế độ song công toàn phần?

Vấn đề lớn nhất để đạt được khả năng song công toàn phần qua sóng radio là tự nhiễu. Hiện tượng nhiễu này mạnh hơn tín hiệu thực tế. Nói một cách đơn giản, nhiễu trong hệ thống song công toàn phần xảy ra khi một điểm duy nhất đang truyền và nhận đồng thời, nó cũng sẽ nhận được tín hiệu truyền của chính nó, do đó gây ra hiện tượng tự nhiễu.

Trên thực tế, truyền không dây song công toàn phần là điều có thể xảy ra trong lĩnh vực nghiên cứu và học thuật. Điều này phần lớn đạt được bằng cách loại bỏ sự tự nhiễu ở hai cấp độ. Đầu tiên là bằng cách đảo ngược chính tín hiệu nhiễu và sau đó quá trình khử nhiễu được tăng cường hơn nữa bằng kỹ thuật số. Một vài sinh viên ở Đại học Stanford đã xây dựng các nguyên mẫu radio song công toàn phần vào năm 2010 và 2011. Một số trong những sinh viên này đã tiếp tục thành lập một công ty startup thương mại có tên KUMU Networks, cam kết sẽ cách mạng hóa mạng không dây.

Bạn cũng có thể tìm thấy các công trình khác như IBFD (In-Band Full-Duplex) của Đại học Cornell và STAR (Simultaneous Transmit and Receive) của Photonic Systems Inc.

Còn mạng LAN có dây thì sao?

Phần có dây của mạng LAN giao tiếp ở chế độ song công toàn phần, với hai cặp dây xoắn tạo thành kết nối cáp Ethernet. Mỗi cặp được dành riêng để truyền và nhận các gói thông tin đồng thời, do đó không có sự xung đột dữ liệu hay bị nhiễu. Đây là mọi thứ bạn cần biết về cáp Ethernet.

Tiến bộ trong kết nối WiFi

Trong giao thức IEEE 802.11, các thay đổi đã được thực hiện để đạt đến phạm vi, thông lượng dữ liệu tốt hơn hoặc cả hai. Từ khi hình thành trong khoảng năm 1997 đến 2013, các chuẩn WiFi đã được sửa đổi từ 802.11 thành 802.11b/a, 802.11g, 802.11n và cuối cùng là 802.11ac. Cho dù có tiến bộ đến mức nào, chúng vẫn thuộc họ 802.11 và sẽ luôn chạy ở chế độ bán song công. Mặc dù các cải tiến đã được thực hiện, đáng chú ý nhất là bao gồm MIMO, nhưng việc chạy ở chế độ bán song công vẫn làm giảm một nửa hiệu suất phổ.

Thật thú vị, các router được MIMO hỗ trợ (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) tự quảng cáo tốc độ dữ liệu nhanh hơn nhiều. Các router này sử dụng nhiều ăng-ten để truyền và nhận nhiều luồng dữ liệu cùng một lúc, có thể tăng tốc độ truyền chung. Điều này thường được tìm thấy trong các router 802.11n hoặc model mới hơn, (tự cho là) có tốc độ từ 600 megabit/giây trở lên. Tuy nhiên, vì chúng hoạt động ở chế độ bán song công, 50% (300 megabit mỗi giây) của băng thông được dành riêng để truyền, trong khi 50% còn lại được sử dụng để nhận.

WiFi song công toàn phần trong tương lai

Có sự quan tâm xét về mặt thương mại ngày càng tăng đối với kết nối không dây song công toàn phần. Lý do chính là những tiến bộ trong FDD và TDD bán song công đang bão hòa. Cải tiến phần mềm, những tiến bộ trong việc điều chỉnh và việc cải thiện MIMO ngày càng khó hơn. Khi nhiều thiết bị kết nối không dây, nhu cầu tăng hiệu quả phổ cuối cùng sẽ trở nên tối quan trọng.

Kết nối không dây song công toàn phần đã chứng minh thành công trong việc nhân đôi tức thời hiệu quả phổ này.

Ở những khu vực có tác động tối thiểu đến phần cứng, cấu hình lại phần mềm, thay đổi quy định và đầu tư tiền tệ, sự thay đổi từ bán song công sang song công toàn phần sẽ bắt đầu trở nên ngày càng nổi bật hơn. Được thúc đẩy ban đầu bởi nhu cầu cần nhiều dung lượng hơn, có thể bạn sẽ thấy WiFi song công toàn phần trong tương lai gần, song song với các thành phần bán song công mới nhất.