WiFi是當(dāng)下人們最常用的無(wú)線局域網(wǎng)連接技術(shù)，沒(méi)有之一，多見(jiàn)于家居生活和公共場(chǎng)所中的手機(jī)、平板、筆記本設(shè)備的連接。本月4日， WiFi聯(lián)盟公布了最新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議新標(biāo)準(zhǔn)WiFi 6，它的標(biāo)準(zhǔn)代碼為802.11ax，這是迄今為止最新的WiFi標(biāo)準(zhǔn)，距離第一代WiFi標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)已有20余年時(shí)間。在這20年的時(shí)間里，WiFi標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷六代變遷，這些標(biāo)準(zhǔn)有何不同？讓我們來(lái)看一下。
WiFi ≠802.11
既然是講Wi-Fi協(xié)議，那么首先就要糾正一個(gè)常識(shí)性誤區(qū)，即將WiFi等同于802.11協(xié)議。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，802.11是由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE內(nèi)的工作組制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)，而WiFi是無(wú)線局域網(wǎng)聯(lián)盟WLANA的一個(gè)商標(biāo)，該商標(biāo)僅保障使用該商標(biāo)的商品互相之間可以合作，與標(biāo)準(zhǔn)本身實(shí)際上沒(méi)有關(guān)系。但是因?yàn)閃iFi主要采用802.11系列的無(wú)線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此人們逐漸習(xí)慣用WiFi來(lái)稱呼802.11協(xié)議。
WiFi無(wú)線協(xié)議的演變
第一代WiFi標(biāo)準(zhǔn)：802.11
20世紀(jì)90年代初，IEEE成立了專門的802.11工作組，專門研究和定制WLAN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并在1997年6月推出了第一代WLAN協(xié)議--IEEE 802.11-1997。此處的802.11指的是IEEE制訂的第一代協(xié)議，并非是整個(gè)系列協(xié)議，在802.11之后的協(xié)議(802.11a/b/g/n/ac/ax) 都是由802.11發(fā)展而來(lái)的，且加入了字母后綴來(lái)進(jìn)行區(qū)分，不同的后綴代表著不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)工作頻段和不同的傳輸速率。
作為IEEE最初制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802.11協(xié)議定義了物理層工作在ISM的2.4G頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbps。很遺憾的是，由于它在傳輸速度和傳輸距離上的表現(xiàn)都不盡如人意，因此并未被大規(guī)模使用。
第二代WiFi標(biāo)準(zhǔn)：802.11b
1999年，IEEE吸取了上一次的教訓(xùn)，在制定802.11a標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，直接將頻段定在了5GHz，物理層的最高速率也隨之水漲船高到了54Mbps。但是，802.11a協(xié)議也并沒(méi)有被市場(chǎng)認(rèn)可，相對(duì)來(lái)說(shuō)表現(xiàn)的更出色的反而是幾乎和它同時(shí)制訂的802.11b協(xié)議。
盡管2003世界無(wú)線電通信會(huì)議讓802.11a在全球的應(yīng)用變得更容易，不同的國(guó)家還是有不同的規(guī)定支持。美國(guó)和日本甚至都已經(jīng)出現(xiàn)了相關(guān)規(guī)定對(duì)802.11a進(jìn)行了認(rèn)可，但是在其他地區(qū)，如歐盟卻因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題被禁止使用。再加上802.11a產(chǎn)品中5GHz的組件研制成功太慢，等其開(kāi)始大規(guī)模推廣的時(shí)候，市場(chǎng)早已被大批的802.11b產(chǎn)品占領(lǐng)，802.11a沒(méi)有被廣泛的采用。再加上802.11a的一些弱點(diǎn)，和一些地方的規(guī)定限制，使得它的使用范圍更窄了。
802.11b協(xié)議可以說(shuō)是802.11a是同胞兄弟了。但它本身卻是基于2.4GHz頻率，同時(shí)最大的傳輸速度相比802.11a來(lái)說(shuō)也只有11Mbps。11Mbps的傳輸速率在現(xiàn)在看來(lái)肯定算不了什么，但在2000年的時(shí)候，雖然不是翹楚，但也已經(jīng)能夠滿足大部分人的需求了。更何況基于2.4GHz的802.11b在傳輸距離和穿墻能力上本來(lái)就比基于5GHz的802.11a協(xié)議要有優(yōu)勢(shì)，加上當(dāng)時(shí)802.11a的核心芯片研發(fā)進(jìn)度緩慢，802.11b就此抓住了機(jī)會(huì)，占領(lǐng)了市場(chǎng)，為日后稱霸天下打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
第三代WiFi標(biāo)準(zhǔn)：802.11g
2003年7月，IEEE制訂了第三代Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)：802.11g。（為什么不是c呢？因?yàn)?02.11協(xié)議還應(yīng)用在其他的很多領(lǐng)域，有些字母被用了，就只能排到g了）。
802.11g繼承了802.11b的2.4GHz頻段和802.11a的最高54Mbps傳輸速率。同時(shí)，它還使用了CCK技術(shù)后向兼容802.11b產(chǎn)品。此時(shí)開(kāi)始，IEEE在制訂每一代新協(xié)議的時(shí)候都會(huì)將后向兼容考慮進(jìn)去，畢竟換了新路由器舊手機(jī)就因?yàn)椴恢С中聟f(xié)議而連不上Wi-Fi這種情況誰(shuí)都受不了。
說(shuō)到這里，就還要再提一下在802.11a和802.11g上都有使用到的一種技術(shù)：OFDM。OFDM即正交頻分復(fù)用技術(shù)，是由MCM發(fā)展而來(lái)的一種實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低、應(yīng)用最廣的一種多載波傳輸方案，可以消除碼間串?dāng)_，同時(shí)使得信道均衡變得相對(duì)容易。OFDM技術(shù)也因此被應(yīng)用在之后的每一代Wi-Fi協(xié)議中。
第四代WiFi標(biāo)準(zhǔn)：802.11n
如果說(shuō)802.11b是奠定了整個(gè)帝國(guó)的基礎(chǔ)的一代，那么802.11n一定是給帝國(guó)開(kāi)疆?dāng)U土的一代。時(shí)間繼續(xù)推進(jìn)，這時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了在線圖片、視頻、流媒體等服務(wù)，而隨著YouTube、無(wú)線家庭媒體網(wǎng)關(guān)、企業(yè)VoIP Over WLAN等應(yīng)用對(duì)WLAN技術(shù)提出了越來(lái)越高的帶寬要求，傳統(tǒng)技術(shù)802.11a/g已經(jīng)無(wú)法支撐。用戶需求呼喚著全新一代WLAN接入技術(shù)。
2009年，IEEE宣布了新的802.11n標(biāo)準(zhǔn)。雖然802.11n協(xié)議還是基于2.4GHz頻段，但傳輸速率最高可達(dá)600Mbps。這是因?yàn)椴捎昧薓IMO、波束成形和40Mhz綁定技術(shù)。802.11n通過(guò)MIMO和40Mhz綁定技術(shù)使得傳輸速率大大提升，而波束成形則增大了傳輸距離。
第五代WiFi標(biāo)準(zhǔn)：802.11ac
隨著時(shí)代的繼續(xù)發(fā)展，人們身邊擁有著越來(lái)越多的無(wú)線設(shè)備，而2.4GHz這個(gè)頻段，因?yàn)楸旧淼膬?yōu)越性，被各種協(xié)議使用（常見(jiàn)的藍(lán)牙4.0系列協(xié)議、無(wú)線鍵鼠等），已經(jīng)變得擁擠不堪，IEEE此時(shí)就將新的第五代Wi-Fi協(xié)議制訂在了5GHz的頻段上。現(xiàn)在說(shuō)的很多雙頻Wi-Fi，其實(shí)就是2.4GHz和5GHz的混合雙頻Wi-Fi。
802.11ac在提供良好的后向兼容性的同時(shí)，把每個(gè)通道的工作頻寬將由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大約10%的實(shí)際頻率調(diào)制效率提升，最終理論傳輸速度將由802.11n最高的600Mbps躍升至1Gbps。當(dāng)然，實(shí)際傳輸率可能在300Mbps～400Mbps之間，接近目前802.11n實(shí)際傳輸率的3倍（目前802.11n無(wú)線路由器的實(shí)際傳輸率為75Mbps～150Mbps之間），完全足以在一條信道上同時(shí)傳輸多路壓縮視頻流。
實(shí)際上，802.11ac協(xié)議還分為wave1和wave2兩個(gè)階段，兩者的主要區(qū)別就在于后者提升多用戶數(shù)據(jù)并發(fā)處理能力和網(wǎng)絡(luò)效率。而這背后的功臣，就非MU-MIMO莫屬了。MU-MIMO技術(shù)可以理解為MIMO的升級(jí)版或者是多用戶版本，MU-MIMO技術(shù)賦予了路由器并行處理的能力，讓路由器同時(shí)和多個(gè)設(shè)備進(jìn)行溝通，這極大的改善了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
第六代WiFi標(biāo)準(zhǔn)：802.11ax
802.11ax早在2015年就制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了，不過(guò)2017年開(kāi)始才真正有路由器支持802.11ax標(biāo)準(zhǔn)。
802.11ax協(xié)議基于2.4GHz和5GHz兩個(gè)頻段，并非是ac雙頻路由器那樣不同的頻段對(duì)應(yīng)不同的協(xié)議，ax協(xié)議本身就支持兩個(gè)頻段。這顯然迎合了當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等發(fā)展潮流。
802.11ax又被稱為“高效率無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)”（High-Efficiency Wireless，HEW），將大幅度提升用戶密集環(huán)境中的每位用戶的平均傳輸率，即在高密環(huán)境下為更多用戶提供一致且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流（平均傳輸率），將有效減少網(wǎng)絡(luò)擁塞、大幅提升無(wú)線速度與覆蓋范圍。其實(shí)，設(shè)計(jì)802.11ax的首要目的是解決網(wǎng)絡(luò)容量問(wèn)題，因?yàn)殡S著公共Wi-Fi的普及，網(wǎng)絡(luò)容量問(wèn)題已成為機(jī)場(chǎng)、體育賽事和校園等密集環(huán)境中的一個(gè)大問(wèn)題。
802.11ax采用了兩個(gè)關(guān)鍵新技術(shù)，即上行MU-MIMO和OFDMA。
MU-MIMO技術(shù)在前面已經(jīng)提到過(guò)，802.11ac協(xié)議中的MU-MIMO技術(shù)只是單純的下行MU-MIMO，只有在路由器給設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候才可以用，而如今隨著智能設(shè)備的發(fā)展，人們對(duì)于上行速率的要求也在提高，傳個(gè)超清視頻圖片什么的已經(jīng)是家常便飯了。上行MU-MIMO技術(shù)就是為此而生，改善了設(shè)備在向路由器傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的擁堵情況，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
OFDMA的采用是802.11ax與以前的無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)相比最大的變化。在OFDM系統(tǒng)中，用戶占用了整個(gè)信道。隨著用戶數(shù)量的增多，用戶之間的數(shù)據(jù)請(qǐng)求會(huì)發(fā)生沖突，從而造成瓶頸，導(dǎo)致當(dāng)這些用戶在請(qǐng)求數(shù)據(jù)（特別是在流式視頻等高帶寬應(yīng)用中）時(shí)，服務(wù)質(zhì)量較差。而在OFDMA中，用戶僅在規(guī)定時(shí)間內(nèi)占用子載波的一個(gè)子集。OFDMA要求所有用戶同時(shí)傳輸，因此每個(gè)用戶都需要將其數(shù)據(jù)包緩沖為相同的規(guī)定比特?cái)?shù)，這樣無(wú)論數(shù)據(jù)量有多少所有用戶都能在時(shí)間上保持一致。此外，OFDMA AP可根據(jù)用戶對(duì)帶寬的需求來(lái)動(dòng)態(tài)地改變用戶所占用頻譜的數(shù)量。
Wi-Fi各協(xié)議參數(shù)
從IEEE通過(guò)802.11標(biāo)準(zhǔn)起，到現(xiàn)在已經(jīng)有二十年，期間更是克服了眾多的技術(shù)挑戰(zhàn)，WiFi逐漸演變成我們今天所熟知的超快速、高便利的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)隨著無(wú)線技術(shù)的不斷發(fā)展，WiFi還將迎來(lái)更多新的里程碑。