知识科普:新一代Wi-Fi 6技术应用前景如何?

移动网络与Wi-Fi,一个从室外走向室内,一个从室内走向室外,多年来Wi-Fi是移动网络的室内覆盖补充,也承担着大量的数据流量卸载,两者既爱又恨,但又谁也离不开谁。

Wi-Fi 6的热度持续看涨,各大厂商都纷纷摩拳擦掌,频频出击。那到底什么是Wi-Fi 6?它究竟有什么魅力呢?

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Wi-Fi 6是按照代际沿袭下来的。只不过这不是它的本名,按它的父辈——全球最大的专业学术组织IEEE(电气电子工程师协会)的初衷,它的本名应该是802.11ax。

为了更好地普及推广,2018年10月,由无线网络标准组织Wi-Fi联盟对不同Wi-Fi标准制定了新的命名,802.11ax也就被命名为Wi-Fi 6,而且以后您的手机或平板上的Wi-Fi信号标识也将以“Wi-Fi+数字”的方式呈现,一目了然。

802.11又是什么?

说起802.11这串数字,就要追溯到1997年啦。当时IEEE(电气电子工程师协会)推出了第一个无线局域网标准802.11,此后每一代新版Wi-Fi标准都以“802.11”为名,只是在后面加上一两个字母作为区分,所以就有了802.11g、802.11n、802.11ac等让人不明觉厉的名字。

现在,手机、平板电脑等无线终端越来越普及,机场、车站、体育馆、大型会场、大学教室等人员密集场所,人手一部甚至多部无线终端的情况逐渐成为常态,这就要求Wi-Fi技术必须在网络带宽、接入数量、时延等方面不断改进。

什么是Wi-Fi?

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既然是讲Wi-Fi协议,那么首先讲的必然就应该是Wi-Fi了。Wi-Fi其实说白了就是一种让包括电脑手机平板在内的电子设备能够连接到一个无线网络的技术。但很多人都不知道的是,Wi-Fi本身是一个品牌或者说是商标,由Wi-Fi联盟所持有。

Wi-Fi联盟的前身是1999年成立的无线以太网兼容性联盟WECA(Wireless Ethernet CompatibilityAlliance)。而Wi-Fi联盟一直在使用的这个802.11系列的无线通信协议标准,是由IEEE下属的802.11工作组所制定的。

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看到这里是不是觉得很懵?简单来说就是由IEEE内的802.11工作组制定802.11系列标准,而Wi-Fi联盟对使用802.11系列标准的设备进行认定,符合Wi-Fi联盟的认定标准的设备就可以打上Wi-Fi的这个logo。

前段文章及此处的802.11指的是IEEE制订的第一代协议,并非是整个系列协议,在802.11之后的协议都加入了字母后缀来进行区分。

作为IEEE最初制定的一个无线局域网标准,802.11协议定义了物理层工作在ISM的2.4G频段,数据传输速率设计为2Mbps。很遗憾的是,由于它在传输速度和传输距离上的表现都不尽如人意,因此并未被大规模使用。

说到这里,就还要再提一下在802.11a和802.11g上都有使用到的一种技术:OFDM。

OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术,是由MCM(Multi-Carrier Modulation,多载波调制)发展而来的一种实现复杂度低、应用最广的一种多载波传输方案。OFDM主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。

正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上可以看成平坦性衰落,从而可以消除码间串扰,而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。

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假设我们现在有很多车要从A地到B地,没有使用OFDM技术之前,路是一条路,所有的车四处乱开,横冲直撞,结果谁都快不了。

现在使用了OFDM技术,将一条大路划分为很多个车道,大家都按照车道驾驶,这样既可以提高速度,又能减少车与车之间的干扰。同时这条道的车多了,就匀一点到那条车少的道上去,管理上也方便很多。

OFDM技术也因此被应用在之后的每一代Wi-Fi协议中。

Wi-Fi 6,6在哪里?

Wi-Fi的几项性能指标有传输距离、传输速率、网络容量和电池续航。随着技术与时代的发展,人们对速率和带宽的要求越来越高。

传统的Wi-Fi连接中存在一系列问题:比如网络拥堵、覆盖范围小、需不断切换SSID等等。

但Wi-Fi 6将带来新改变:优化了设备的功耗和覆盖能力,支持多用户高速率并发,能够在用户密集的场景下体现出更好的性能,同时带来了更远的传输距离与更高的传输速率。

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(图片来源:科技智能化)

总体而言,相对于“前辈”,Wi-Fi 6的优势就是“双高双低”:

高速率:得益于上行MU-MIMO、1024QAM调制方式、8*8MIMO等技术的引入,Wi-Fi 6的最高速率可达9.6Gbps,传说中风一样的速度。

高接入数:Wi-Fi 6最重要的改进是减少拥塞并允许更多设备连接到网络。目前,Wi-Fi 5可与4个设备同时通信,而Wi-Fi6将允许同时与多达数十个设备通信。Wi-Fi 6还利用源自5G的OFDMA(正交频分多址)和多路信号波束成形等技术,两者的作用是分别提高频谱效率和网络容量。

低时延:运用了OFDMA、SpatialReuse 等技术,Wi-Fi 6实现在每个时间段内多个用户同时并行传输,不必排队等待,减少相互竞争,提升了效率,降低了时延。从Wi-Fi 5的30ms降低至20ms(华为独家智能应用加速技术,时延可进一步降低至10ms),平均时延降低33%。

低能耗:Wi-Fi 6中的另一项新技术TWT允许AP与终端之间协商通信,减少了保持传输和搜索信号所需的时间,这就意味着减少电池消耗并改善电池续航表现,终端功耗会降低30%。

前几代技术对比

与前几代Wi-Fi技术相比,Wi-Fi 6不一样。Wi-Fi 6在物理帧、调制、编码、多用户并发等多方面进行了技术改进和优化。Wi-Fi6的关注点不只是单设备的峰值速率,Wi-Fi 6更关注的是应用、用户体验和整个无线环境的优化。

Wi-Fi 6协议的设计目标和关注点,更贴合于现阶段多Wi-Fi终端、多应用普及的场景。现阶段各类终端和应用繁多,如视频类应用、即时通讯类应用等,因此无线场景中多并发、短报文的情况越来越多,早期的Wi-Fi协议应对这种情景并无技术优势,而Wi-Fi 6针对这些场景做了大量的改进和优化,能大幅度的提升大家的无线体验。

Wi-Fi 6作为致力提升无线使用效率和用户真实体验的标准,定义了很多和以往协议截然不同的技术规格。例如更高的调制阶数(1024-QAM)、更窄的子载波间隔、上下行OFDMA技术、上下行MU-MIMO技术(其中下行MU-MIMO在Wi-Fi 5时引入)、空间复用技术等。

从上表里可以看到,Wi-Fi 6的技术改进是方方面面的,这些技术点的改进又可以归纳为几个方面,主要是带宽提升、高密度接入和更好的抗干扰能力;其中高密度接入和抗干扰能力的提升恰恰又是最能提升无线使用体验的。

看完上面的,大家应该清楚Wi-Fi 6比现在的Wi-Fi 5强在哪里了。其实,Wi-Fi 6技术的升级是全方位的,但很多技术的收益和获取,并不能单纯依赖标准制定的一些接口和相应的芯片去完全实现。

要理想地利用Wi-Fi 6的技术,让Wi-Fi 6实实在在地发挥出其预期优势,还需要配合成熟的软件平台和有效的无线优化算法,只有这两方面的配合才能发挥出Wi-Fi 6的真正性能。

关于Wi-Fi6的应用前景如何,其实可以参与国内的一些厂商。比如,对于Wi-Fi 6的技术探索和产品化,锐捷网络一直走在业界前列。在技术标准的草案阶段就开始投入预研,并把Wi-Fi 6相关技术提前移植到上一代的Wi-Fi 4/5协议中,提出Pre-ax算法,从而有效提高了无线网络的通信质量。可看出锐捷网络在Wi-Fi技术上的研发能力和相关算法上的沉淀。

同时,锐捷网络也是业界首批推出Wi-Fi 6商用产品的厂商,锐捷网络Wi-Fi 6产品已经在2018年8月量产,到现在已经把全系无线产品升级到Wi-Fi 6;从推出产品到现在半年左右的时间,Wi-Fi 6产品已经在十几个客户成熟规模商用,同时为配合Wi-Fi 6产品,锐捷网络也推出全新的2.5G POE交换机RG-S2930-12GT12MG4XS-UP-H,此POE交换机满足Wi-Fi 6 AP对更大流量的带宽需求,让Wi-Fi 6酣畅淋漓的“6”起来。

网络发展到“万物互联”时代,Wi-Fi的价值已经从“人与人之间信息的传递”转变为“关键应用的承载”,并与各行业的业务深度融合。Wi-Fi6产品,将帮助用户搭建一张可满足未来三至五年业务需求的高品质无线网络。

哪里需要它

生而不同,Wi-Fi 6更关注的是密集用户场景下的平均吞吐率,是应用、用户体验和整个无线生态。

这些场景的显著特点在于海量的用户——不仅是单个AP有很多用户接入,近距离部署的AP数量也很庞大。Wi-Fi 6可以确保每个用户都拥有绝佳的Wi-Fi使用体验,相比之下,通过Wi-Fi 4和Wi-Fi 5很难达成这个目标。

新一代Wi-Fi,Wi-Fi6应用前景如何?
2019年2月,华为发布了业界首个Wi-Fi 6产业白皮书——《释放Wi-Fi潜能,2019~2023企业级Wi-Fi 6产业发展与展望》,该报告对新一代无线技术Wi-Fi 6深度剖析,并对未来3~5年Wi-Fi6产业发展预测,对未来的应用也有了清晰描绘,例如:

家庭、体育场馆和其他公共场所等用户密集场景下的超高清视频应用;

无线VR的教学,包括VR+3D室内设计课程、VR+汽车检测维修课程、VR+生物/化学实验课程等;

在仓库场景中的AGV自动分拣,无线条码扫描,运输管理系统对接;

4K/8K无线视频会议,可以实现50Mbps/人,40人一个AP。

另外,在传统场景中,Wi-Fi 6享有成本优势:

举个例子,一所大学一般有几万名师生,占地几千亩,由于Wi-Fi 6能够承载大量用户,因而同等覆盖区域和用户数量条件下,Wi-Fi 6所需的AP数量少于Wi-Fi4或Wi-Fi 5。

Wi-Fi 6什么时候来到你身边?

2019年是Wi-Fi 6商用的元年,未来2到3年的时间,Wi-Fi 6将会在Wi-Fi市场上普及并最终取代Wi-Fi 5。

据第三方分析机构Dell’Oro预测,2019年,Wi-Fi 6 AP将占室内AP市场出货量的10%,2023年达到90%,预计90%企业部署Wi-Fi 6 。

目前,许多芯片厂商已经生产了Wi-Fi 6芯片,可投入使用。各种测试正在紧锣密鼓地进行,以确保各厂商芯片的互联互通。

在推动Wi-Fi技术的商业化应用方面,行业组织Wi-Fi联盟是核心力量,全球Wi-Fi产品只有通过该组织的兼容性认证后才能为市场广泛接受。

Wi-Fi联盟表示将于2019年第三季度推出针对Wi-Fi 6的认证计划,来确保基于802.11ax技术的设备能够符合行业制定的互操作性和安全性标准,进而满足用户体验下一代Wi-Fi标准时获得优质的性能和覆盖范围。

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