大话Wi-Fi 20年

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Wi-Fi,你看不到、摸不到,也听不到,但它已经对现代世界产生了巨大的影响,并且这一影响力将不断延续。从家用无线网络,到办公室和公共场所,无需依赖线缆而实现的高速连接无处不在,并且彻底改变了计算方式。

毫不夸张地说,由于Wi-Fi的随时可访问性,我们因此能够过上更美好的生活——以一种更直接、更简单且具有高度移动性的方式使用我们的笔记本电脑、平板电脑和便携式电子设备,不必再担心错综复杂的电线束缚住我们。

Wi-Fi的兴起

尽管可能难以置信,但现在距离IEEE批准初始802.11标准已过去了20个年头。这是《20年Wi-Fi发展史:通往无线自由之路》系列博客的第一部分,将回顾Wi-Fi的历史,了解该技术如何克服众多技术挑战,如何发展成为我们如今所熟知的高度便利的超快无线标准。随后,我们将讨论Wi-Fi的未来发展方向。

始于未授权频谱

虽然现在我们认为802.11无线技术是一种主要用于将个人计算设备和智能手机连接到互联网的技术,但事实上,最初发明它是为了连接普通收银机。在20世纪80年代末期,零售硬件和销售点(PoS)计算机系统制造商NCR公司遇到了一个大问题。其客户——百货商店和超市不希望在每次改变商店布局时都要撬起地板。


FCC当时作出了一项裁决,开放某些频段供免费使用,这激发了一个颠覆性想法的诞生。通过在未授权频谱中使用无线连接(而不是传统的有线连接),电子收银机和PoS系统可以在商店内轻松移动,零售商无需进行大规模改造工作。


不久后,NCR将该项目分配给荷兰办事处的一个工程团队。面临创建无线通信协议的挑战,这些工程师成功开发出了被认为是Wi-Fi 前身的“WaveLAN”。NCR并未将其保留为完全专有的协议,而是将其设立为一项标准,随着该技术的浮现,公司有望成为无线连接市场的领导者。到1990年,基于未授权频谱中的无线通信,IEEE 802.11工作组成立。


通过利用当时的创新扩频技术减少嘈杂环境中的干扰并提高信号完整性,初始版Wi-Fi最终于1997年正式实现标准化。其运行时的吞吐量仅为2Mbit/s,但它为未来奠定了基础。

无线以太网

虽然802.11无线标准发布于1997年,但它并未立即进入快车道。在相当长的一段时间里,缓慢的速度和昂贵的硬件阻碍了它对大众市场的吸引力,但局面注定要改变。10 Mbit/s以太网是当时的网络标准。IEEE 802.11工作组知道,如果可以达到这一标准,他们将打造一个旗鼓相当的无线竞争对手。


1999年,他们成功了,802.11b应运而生。该技术使用与初始802.11无线标准相同的2.4GHz ISM频段,但将支持的吞吐量大幅提高到了11Mbit/s。无线以太网终于成为现实。


在802.11b建立后不久,IEEE工作组又发布了更快的802.11a标准。该标准在5GHz频段上运行,提供高达54Mbit/s的速度,而不使用日益拥堵的2.4GHz频段。


由于802.11a占用的是5GHz频段,远离热门(因而拥堵)的2.4GHz频段,因此在嘈杂环境中的性能更好;然而,较高的载波频率也意味着,与2.4GHz无线连接相比,其范围较小。由于设备较便宜、标称范围更好,802.11b被证明是当时最受欢迎的无线标准。但是,虽然比802.11a更具成本效益,但对普通消费者而言,802.11b的价格仍不够低。路由器和网络适配器仍需花费数百美元。

乔布斯带来转机

这一切在史蒂夫·乔布斯的一通电话后发生了改变。那时,苹果将要推出新的计算机系列,希望将无线网络功能集成到该系列计算机中。但设定的条款非常苛刻——苹果希望以99美元的价格购买网卡,当然,涉及的数量可能非常庞大。朗讯科技(在此阶段已收购NCR)同意了。


虽然最初面临许多困难,但苹果的这笔交易最终将Wi-Fi交付到了消费者手中,并将其推向主流。PC制造商看到苹果计算机先发制人,于是也想集成无线网络功能。很快,戴尔、东芝、惠普和IBM等主要PC硬件制造商全都提供Wi-Fi。


微软也凭借Windows XP赶上了Wi-Fi的潮流。微软与朗讯的工程师合作,在操作系统中集成了Wi-Fi连接功能。用户无需安装第三方驱动程序或软件即可进行无线连接。随着Windows XP的发布,Wi-Fi现已在全球数百万台计算机上获得原生支持——这项技术正式进入“大时代”。

Wi-Fi提速之旅

这是《20年Wi-Fi发展史:通往无线自由之路》系列博客中的第二部分。本部分将回顾Wi-Fi的提速之旅,介绍该技术如何发展成为我们如今所熟知的高速连接。

世纪之初的无线革命

在新世纪之初,由于无线连接的好处变得明朗,Wi-Fi迅速受到欢迎。随着企业和消费者开始意识到Wi-Fi的潜力,咖啡店、机场和酒店开始出现热点,这便是我们如今所熟知的移动计算的雏形。许多家庭用户开始使用宽带互联网,能够在家中轻松共享连接。


感谢IEEE 802.11工作组的努力,最初只为连接收银机(参见上一篇博客)而设计的专有无线协议已成为无线网络标准的基础,从而改变了整个社会结构。

应对挑战,提高速度

1999年,802.11b的出现为Wi-Fi的大规模采用创造了条件。其价格更加便宜,使消费者更容易获得,而且11Mbit/s的速度足够快,可替换企业用户的有线以太网连接。21世纪之初,受宽带互联网激增的推动,802.11b大获成功。消费者和企业都发现,通过无线方案,可以轻松共享DSL、有线和其他宽带技术所提供的新型高速连接。


随着宽带速度成为常态,消费者的计算机使用习惯也发生了相应改变。音乐/电影分享和流式音频等较高带宽应用开始在消费者市场日渐流行。


同时,在企业市场中,由于无线是与基于以太网的快速本地网络竞争,因而需要应对更大的速度需求。如果要采用无线,企业用例(如VoIP、文件共享和打印机共享,以及桌面虚拟化)需要无缝工作。


即使在21世纪之初,802.11b可支持的速度距离领先水平亦相去甚远。在有线方面,10/100M以太网已经是广泛应用的标准。凭借100Mbit/s的速度,它比802.11b标称的11Mbit/s速度快了近10倍。802.11b的协议开销意味着,最大理论速度实际上只有5.9 Mbit/s。但在实践中,由于802.11b使用日益普及的2.4GHz频带,因此实证速度比这还要低。来自微波炉、无绳电话和其他消费性电子产品的干扰意味着,真实速度通常无法达到5.9Mbit/s(有时甚至相差很远)。

Wi-Fi发展概览,按发布日期、频率和最大数据速率划分

802.11g:更便宜且向后兼容

为了解决速度问题,2003年,IEEE 802.11工作组推出了802.11g。虽然802.11g和802.11b一样使用2.4GHz频带,但它能够实现高达54 Mbit/s的速度。即使在扣除协议开销后速度下降,其最大理论速度31.4Mbit/s也足以适应不断加快的家庭宽带速度。

实际上,802.11g并不是第一个实现54Mbit/s的802.11无线标准。这一殊荣应归于早在1999年便已实现的802.11a。不过,802.11a使用单独的5.8GHz频率来实现高速度。虽然5.8GHz受到的来自消费性电子产品的无线电干扰较少,但这也意味着它与802.11b不兼容。鉴于这一事实,再加上设备更昂贵,802.11a仅在企业细分市场受到欢迎,从未渗透到体量更大的家庭/消费者领域。


通过使用2.4GHz达到54Mbit/s,802.11g能够实现高速度,同时保留与802.11b的完全向后兼容性。这一特性非常重要,因为802.11b此时已成为消费类设备的主要无线标准。其向后兼容性与更便宜的硬件(802.11a相比)是主要卖点,802.11g很快便成为消费者、甚至企业相关应用的全新快速无线标准。


802.11n:进一步提高速度

802.11n于2009年推出,在802.11g和802.11a的基础上进一步提高了速度。802.11n在2.4GHz或5.8GHz频段运行(但不同时在这两个频段运行),通过帧聚合提高了传输效率,并引入了可选的MIMO和40Hz通道——通道宽度是802.11g的两倍。


802.11n提供的网络速度明显加快。在低端,如果使用与802.11g网络相同类型的单天线、20Hz通道宽度配置运行,802.11n网络可达到72Mbit/s。此外,如果使用双倍宽度的40Hz通道与多天线,则数据速率可以更快——达600 Mbit/s(对于四天线配置)。

Wi-Fi未来之路

1997年,Wi-Fi实现标准化,改变了我们的计算方式。如今,无论是在家里用平板电脑看节目,还是从相机机传输照片,几乎每个人每天都要使用Wi-Fi连接。支持Wi-Fi的产品每周出货量都达数百万台,并且,这项技术似乎还在持续不断地应用于新的设备类型。


Wi-Fi尽管起步阶段不太起眼,后续发展却十分迅猛。虽然初始标准只能达到2Mbit/s的数据速率,但如今的Wi-Fi配置能够支持数千兆的速度。介绍Wi-Fi历史的系列博客包括3个部分,这是最后一部分,我们将展望一下无线标准的未来。

千兆无线时代

大规模采用的最新802.11无线技术是802.11ac。该技术是802.11n的扩展版,专门针对5GHz频段作出了改进,在2.4GHz频段中则保持802.11n技术确保向后兼容性。

在5GHz频段上,802.11ac可以支持最高160Hz的带宽,这在拥堵的2.4GHz频段中是不可能实现的。此外,波束合成以及对高达8个MIMO流的支持提高了可支持的速率。根据不同的配置,数据速率的范围从最低433Mbps到6933Mbps(如果路由器和终端用户设备均使用多天线)。


如果这还不够快,更前沿的802.11ad标准(现已开始出现在市场上)使用60GHz“毫米波”频段,即使没有MIMO传播,也可实现高达4.6Gbps的数据速率。当然,在60GHz频率下,无线传输范围和渗透率则大幅减少。

Wi-Fi 6:开启全新连接未来

Wi-Fi CERTIFIED 6在运行IEEE 802.11ax技术的所有设备之间确保互操作性并改善用户体验。Wi-Fi 6结合了多用户MIMO、OFDMA、1024-QAM、BSS着色和目标等待时间等主要基本增强技术,对5GHz和2.4GHz频段均有益处。

Wi-Fi 6中的主要技术(资料来源:Wi-Fi联盟)

借助低延迟、高网络利用率和节能技术,Wi-Fi 6提供更快的速度,从高密度企业到实现电池供电的低功耗物联网设备,这些技术可带来实质性的好处。

Wi-Fi联盟预测,到2020年,全球支持Wi-Fi 6的设备出货量将超过16亿台。WIFI将开启全新连接时代。

发布于 01-13

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