305月 2019

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我們需要Wi-Fi 6 嗎?

wifi by xfire

在2019臺北電腦展上Intel推出了首次采用10nm制程工藝的CPU產品,代號為Ice Lake的第十代酷睿移動筆記本處理器,還有其配套的PCH,集成了802.11 ax MAC,這也意味著采用 Ice Lake的處理器的筆電將能享受到Wi-Fi 6標準,注意,這里是集成了MAC而已,具體實現還得看筆記本廠商的外圍電路設計,不過新筆電采用Wi-Fi 6標準也是未來的趨勢,同樣在2019臺北電腦展上戴爾新發布的幾款新筆電包括XPS二合一系列以及外星人系列都宣稱支持到Wi-Fi 6標準了。

也許有同學會疑惑,啥時候冒出來個Wi-Fi 6標準,Wi-Fi 不都是8021.11a、b、g、n、ac這樣叫的么?其實這個Wi-Fi 6標準就是802.11的下一代標準8021.11ax,Wi-Fi聯盟覺得隨著版本的迭代,a、b、g、n、ac、ax這樣的叫法很容易使得小白用戶暈菜,無法區分到底哪個版本更吊一些,所以Wi-Fi聯盟在2018年10月4號發布新一代Wi-Fi標準8021.11ax時,決定采用數字序號的方法重新命名Wi-Fi的版本,數字越大的意味著性能更吊,這樣小白用戶就很容易區分了。

  • Wi-Fi 1 是 802.11b 標準,于1999年發布。
  • Wi-Fi 2 是 802.11a 標準,于 1999 年發布。
  • Wi-Fi 3 是 802.11g 標準,于2003年發布。
  • Wi-Fi 4 是 802.11n 標準,于 2009 年發布。
  • Wi-Fi 5 是 802.11ac 標準,于2014年發布。
  • Wi-Fi 6 是當前最新的版本,也稱為 802.11ax,于 2019 年發布最終版本。

關于Wi-Fi 6標準,華為有一份技術白皮書,感興趣的同學可以去了解一下:
https://e.huawei.com/zh/material/onLineView?materialid=b3f46485597c4d72b43a6a27c6480646

Wi-Fi 6 標準吸納了大量5G關鍵技術,如OFDMA、MU-MIMO、1024 QAM等,華為依托于對5G技術的深厚理解和掌握,也成為了Wi-Fi 6標準的主要貢獻者,華為提交了163個802.11ax標準提案,在全球所有廠商中排名第一,華為的專家也擔任了5個 Wi-Fi國際標準工作組主席職位。在華為任職的Osama Aboul-Magd博士作為802.11ax標準工作組主席,主導并深度參與了新標準的制定工作。

由于一些丑陋的原因,華為前陣子一度被停止了Wi-Fi聯盟會員的資格,不過在老wu寫這篇文章時,Wi-Fi聯盟的主要貢獻者名單上又出現了華為的名字,開玩笑呢,Wi-Fi聯盟能少得了華為嗎?

看到Wi-Fi 6新標準出來,也許剛買了新路由器的同學有點慌,馬上要6.18大促了,是不是退貨上Wi-Fi 6 路由器呢?

其實通過華為的Wi-Fi 6 技術白皮書我們可以了解到,Wi-Fi 6引入上行 MU-MIMO、OFDMA 頻分復用、1024-QAM 高階編碼等技術,主要是從頻譜資源利用、多用戶接入等方面解決網絡容量和傳輸效率問題。目標是在密集用戶環境中將用戶的平均吞吐量相比如今的 Wi-Fi 5 提高至少4 倍,并發用戶數提升 3 倍以上。

我們知道,下一代移動通信技術5G的通信速率將會非常快,在采用毫米波、波束賦形、Massive MIMO 等眾多新技術加持后,ITU IMT-2020規范要求5G理論最速度將高達20 Gbit/s,可以實現寬信道帶寬和大容量MIMO。而當前家用千兆寬帶理論速率峰值約為 1Gb/s,主流手機 Wi-Fi 連接理論速率峰值為 150Mb/s。

5G 速度是很快了,但受流量資費的限制,大家外出到公共建筑內,如果有免費的Wi-Fi接入點,大家更愿意切換到Wi-Fi而不是使用移動網絡的流量,比如去大型商超,看演唱會或者球賽,大家都會體會到由于大量的Wi-Fi接入,使得公共Wi-Fi的使用體驗很差,特別是去會展的時候,老wu很多次都遇到會展的Wi-Fi不給力,網絡擁堵到不行,甚至連自家的基于2.4G Wi-Fi的智能設備組網都成困難。

還有就是隨著物聯網和智能家居的進一步普及,家里的Wi-Fi設備也會越來越多,現在家庭 Wi-Fi 網絡的接入也開始變得擁擠起來。因此 Wi-Fi 網絡仍需要不斷提升速度,同時還需要考慮是否能接入更多的終端,適應不斷擴大的客戶端設備 數量以及不同應用的用戶體驗需求。

劃重點,Wi-Fi 6關注的重點并不是單設備的峰值速率,Wi-Fi 6更關注的是密集用戶場景下的平均吞吐率,關注的是應用、用戶體驗和整個無線生態。

就目前普通家用而言,802.11ac 也即 Wi-Fi 5標準已經很給力了,在 2013 年發布的 802.11ac 標準引入了更寬的射頻帶寬(提升至 160MHz)和更高階的調制技術(256-QAM),傳輸速度高達 1.73Gbps,進一步提升 Wi-Fi 網絡吞吐量。另外,在 2015 年發布了 802.11ac wave2 標準,將波束成形和 MU-MIMO 等功能推向主流,提升了系統接入容量。唯一但遺憾的是 802.11ac 僅支持 5GHz 頻段的終端,削弱了 2.4GHz 頻段下的用戶體驗。

老wu為什么建議大家現在上Wi-Fi 5呢?主要是因為現在Wi-Fi 6的路由器太貴了!!! ?? 京東查了下,現在標出來支持 Wi-Fi 6的家用路由器就華碩家的,ROG GT-AX11000 萬兆電競游戲路由 售價4399,另一款 RT-AX88U 電競路由 售價2999,這敗家之眼真的是名副其實的夠敗家的了 ??

6.18要買Wi-Fi路由的話老wu還是建議買802.11ac 也即 wifi 5標準的路由器,首先是5G的頻段,避開擁堵的2.4G,5G傳輸距離和穿墻能力也沒2.4G那么強,進一步避免了鄰居家的干擾,還有就是MU-MIMO技術,如果家里有多個設備需要高帶寬低延遲的傳輸的話,這個就顯得比較實用了。

MU-MIMO 即Multi-User Multiple-Input Multiple-Output 的縮寫,直譯為“多用戶 多輸入 多輸出”, 是最新Wi-Fi技術標準802.11ac Wave 2(即802.11ac 2.0標準)的最重要特性之一,能徹底改變Wi-Fi網絡的運行方式,顯著提高網絡總吞吐量和總容量,將上網速度提升三倍。802.11ac Wave 2另外兩個特性是數據傳輸通道最高可擴張至160MHz提供第四空間流,可真正實現網絡資源的充分利用和性能提升。其工作原理如下圖所示:

傳統的SU-MIMO路由器信號呈現一個圓環(如上圖左),以AP(路由器或熱點等)為圓心,呈360度向外發射信號,并依據遠近親疏,依次單獨與上網設備進行通訊。這時當接入的設備過多時,就會出現設備等待通訊的情況,網絡卡頓的情況就由此產生;更為嚴重的是,這種依次單獨的通訊,是基于設備對AP(路由器或熱點等)總頻寬的平均值。也就是說,如果擁有100MHz的頻寬,按照“一次只能服務一個”的原理,在有3個設備同時接入網絡的情況下,每個設備只能得到約33.3MHz頻寬,另外的66.6MHz則處于閑置狀態。即在同一個Wi-Fi區域內,連接設備越多寬頻被平均得越小,浪費的資源越多,網速也就越慢。

而使用MU-MIMO路由器則不同(如上圖右),MU-MIMO路由的信號在時域、頻域、空域三個維度上分成三部分,就像是同時發出三個不同的信號,能夠同時與三部設備協同工作;尤其值得一提的是,由于三個信號互不干擾,因此每臺設備得到的頻寬資源并沒有打折扣,資源得到最大化的利用,從路由器角度衡量,數據傳輸速率提高了3倍,改善了網絡資源利用率,從而確保Wi-Fi無間斷連接。

同時,WIFI的理論最大帶寬它是跟MIMO數有關的,如下表所示:

我們看客戶端這一塊,802.11ac 也即wifi 6標準 2×2 MU-MIMO 160MHz通道帶寬下最大速率能達到2.4Gbps,而 802.11ac也即wifi 5標準2×2 MU-MIMO 160MHz通道帶寬下最大速率能達到1.73Gbps

當前家里大部分新筆電和智能手機是802.11ac 2×2 MU-MIMO的,而智能設備則是1×1 MU-MIMO的,但是蘋果家2017款以后的MBP比較吊,它是3×3 MU-MIMO的,如果想讓新的MacBook Pro跑滿WIFI性能,你就得買6天線的支持3×3 MU-MIMO 的802.11ac 路由器啦,比如華碩家的敗家之眼 GT-AC5300 8根天線 支持 4×4 MU-MIMO,TP-LINK 的 WDR7660 6根天線支持 3×3 MU-MIMO,而老wu買的華為家的WS5200 4根天線就只支持到2×2 MU-MIMO啦,當然啦,4×4 MU-MIMO 還是很貴的,大家看自己實際的聯網需求來購買啦,常用的2×2 MU-MIMO也就夠了。

另外一個比較實用的就是波束成形(Beam-forming)技術了,波束成形技術可以自動檢測手機、電腦等終端設備在網絡中的位置,再將wifi能量集中到終端所在的方位,可根據終端設備的位置,進行智能信號跟隨,動態調整到最佳無線發射角度,增強信號質量,改善遠處設備上網體驗。

而現在有些電競路由器還有數據包分析加速功能,為游戲設備單獨提供鏈路優化加速的功能,其具體效果如何老wu沒體驗過不好評價,但電競路由器售價又要上去了一大截。

而wifi 6的幾個核心新特性:

  • OFDMA 頻分復用技術
  • DL/UL MU-MIMO 技術
  • 更高階的調制技術 (1024-QAM)
  • 空分復用技術(SR) & BSS Coloring 著色機制
  • 擴展覆蓋范圍 (ER)

都是為了針對高密部署場景所配置的,5G從室外走向室內,而 WIFI 6 則打算從室內走向室外,相愛相殺 ?? 但短期內誰都沒法替換掉對方

當然,相對于wifi 5,新的wifi 6能支持2.4G頻段,依然需要兼容老標準的設備,并考慮面向未來物聯網絡、綠色節能等方向的發展趨勢。IoT 網絡設備使用 2.4GHz 頻段,對有些流量不大的業務場景(如電子圍欄、資產管理等),終端設備非常多,使用成本更低的僅支持 2.4GHz 的終端是一個性價比非常高的選擇。

SO, 我們現階段需要Wi-Fi 6嗎?家庭環境wifi 5 就夠用了,wifi 6更適合于室外大型公共場所、高密場館、室內高密無線辦公、電子教室等場景。

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