分布式Wi-Fi——并非聽起來那么簡單

使用Wi-Fi 時，客戶最在乎的三件事是：傳輸速度、網(wǎng)絡容量和覆蓋范圍。

當然，還有其他考慮因素，如易于連接和易于安裝。我們在易于連接方面已經(jīng)取得了巨大進步，另外，利用集成在單個設備中的分布式 Wi-Fi，易于安裝性也有所提高，而且還間接地解決了覆蓋問題。此外，還有一個麻煩的問題，就是避免鄰近的干擾，鄰道的干擾可能是造成 WIFI 速度慢的原因。

容量

雖然更高的數(shù)據(jù)速率似乎是最重要的問題，但我們還是先來看看容量問題，即多個用戶能否同時使用 Wi-Fi。

如今，大多數(shù)人都有一個路由器，而連接至該路由器的每個人都使用同一個 Wi-Fi 信道。這也意味著，那些用戶共享著相同的帶寬和相同的原始數(shù)據(jù)速率。如果還使用了中繼器，那么帶寬會被更多的人共享，當你跟中繼器對話時，中繼器也在同一信道上跟路由器對話，有力地擴大了覆蓋范圍。

為了解決這個問題，分布式 Wi-Fi 應運而生，極大改善了網(wǎng)絡狀況。網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都能夠以自己的頻段與最終用戶對話，同時以另一個頻段與連接至互聯(lián)網(wǎng)的主路由器通信。

換種說法就是，原來的 Wi-Fi 有效地使用了 3 個信道（采用 2.4 GHz 頻段），以避免使用與相鄰網(wǎng)絡相同的信道。目前，“現(xiàn)代 Wi-Fi”使用 40 MHz 寬的信道，可有效地支持 10 個 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段的信道，不僅能夠輕松地避開相鄰網(wǎng)絡使用的信道，還能夠?qū)崿F(xiàn)家中網(wǎng)絡的優(yōu)化利用，使不同用戶使用不同信道，允許包含多個接入點的分布式 Wi-Fi 使用家中的一個無線基礎設施。

分布式Wi-Fi——并非聽起來那么簡單

Wi-Fi 中的不同信道讓人感覺就像數(shù)字無線電那樣簡單，只需按下按鈕就可以切換頻道，但實際上并沒那么簡單。低廉的 Wi-Fi 無線電技術很容易造成信道之間的信號干擾問題，尤其是使用較高或最大輸出功率時。泄漏的信號會有效的干擾相鄰信道，嚴重減少信道的整體容量。

目前，Wi-Fi 網(wǎng)絡關鍵要做的就是確保有效地分離各個信道，以防止相互之間的信號干擾。如此一來，構建 Wi-Fi 產(chǎn)品不僅僅與 Wi-Fi 芯片有關，而且還與“前端”有關，也就是 Wi-Fi 芯片與天線之間的放大器和濾波器，起到增強或削弱分布式 Wi-Fi 系統(tǒng)容量的作用。

提高數(shù)據(jù)速率非常重要

現(xiàn)在回到原始數(shù)據(jù)速率上來。我們對更高數(shù)據(jù)速率的需求似乎是永遠無法滿足的。所以，我們來看看我們從哪里來，要到哪里去，如下表所示：

值得注意的是，該表關注的是原始數(shù)據(jù)速率。但當然，我們都清楚在現(xiàn)實生活中，原始數(shù)據(jù)速率與實際吞吐量之間存在明顯差異，實際吞吐量有可能只是原始數(shù)據(jù)速率的一半或更少?？紤]到這一點，我們應該清楚，盡管 IEEE 802.11ax在原始數(shù)據(jù)速率方面確實有所提升，但其主要目的是將實際吞吐量提高至 IEEE 802.11ac 的 4倍。為了實現(xiàn)這種容量提升，可通過分離 MIMO 通信流并將其分配給不同用戶來實現(xiàn)吞吐量的最優(yōu)化。

增強型藍牙？

實現(xiàn)更多帶寬的另一個例子就是 IEEE 802.11 標準的 60 GHz 系列（最初從屬于 WiGig，但現(xiàn)在返回至 Wi-Fi 聯(lián)盟）。第一個協(xié)議 （IEEE 802.11ad） 在幾年前就出現(xiàn)了，但至今仍未被廣泛采用，而下一代協(xié)議目前已經(jīng)在準備階段，如下表所示：

不幸的是，60 GHz 存在一個問題，即無法穿墻，因此只能在房間里使用。

但是，這真的是一個問題嗎？如果它只能在房間里使用，那就意味著它不會干擾其他房間里使用的相同信道/頻率，所以相鄰信道更少。聽起來非常不錯，不是嗎？也許有人會想：如果 60 GHz 8011.ad 已經(jīng)存在了數(shù)年，為什么迄今為止仍未普及？

有點不對勁

為理解這一點，不妨將它比作道路系統(tǒng)。我們擁有連接各個城市的高速公路、連接街區(qū)的主干道，有街區(qū)里的小街道。請注意，這里有一個層次結(jié)構，而這種層次結(jié)構很合理。我們不會在街區(qū)之間鋪設高速公路，也不會使用小街道連接各大城市。但是我們家里的互聯(lián)網(wǎng)就不同了。

與大型高速公路相比，互聯(lián)網(wǎng)或者云的互聯(lián)速度非常高（100 Gb/s 或更高）。但是高速公路的駛出車道，即接入我們家的“本地環(huán)路”（或無線術語中的“小基站”），通常最高為 100 Mb/s 的速率，但也開始出現(xiàn) 1 Gb/s 光纖和 10 Gb/s DOCSIS 3.1 的基站。然后，我們可以選擇在家或建筑物內(nèi)使用分布式 Wi-Fi 網(wǎng)絡，例如，速率為 1 Gb/s 的 802.11ac或 10 Gb/s 的以太網(wǎng)線纜。最后，通過與終端節(jié)點連接（電視、游戲機、平板電腦、智能手機），我們再次可以達到理論上的 1 Gb/s 速率，如果我們使用 IEEE 802.11d （WiGig），我們甚至可實現(xiàn) 7 Gb/s 的速率。

這有點不對勁，層次結(jié)構似乎不太合理。接入家里的速率并不支持終端節(jié)點的最高速率。就如同我們屋子里鋪設了高速公路，但是進入屋子的卻只是小街道。即使在屋子里，也沒有真正合理的層次結(jié)構。我們來看看這個可視化表現(xiàn)形式：

在這種情況下 WiGig 并沒有用

所以，也就不難理解為什么 WiGig （IEEE 802.11d） 沒能成功了。既然外面只是一條 1 Gb/s 的公路和一條 100 Mb/s 的單行道本地環(huán)路，那又何必在房間里建一條快好幾個 Gb/s 的高速公路呢？所以，在這種情況下，就不要對 10 Gb/s（IEEE 802.11ay） 抱有太高預期了。能夠提高接入終端節(jié)點的數(shù)據(jù)速率固然很好，但是如果基礎設施不支持，那有什么意義呢？

所以，從數(shù)據(jù)速率的角度來看，從 IEEE 802.11ac 發(fā)展到 IEEE 802.11ax 并沒有太明顯的變化，反而是側(cè)重于提高家里的容量（供多用戶同時使用）會更有意義。但是，真正的問題在于如何提高進出家庭網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)量。

數(shù)據(jù)串流和數(shù)據(jù)量突然暴增會影響數(shù)據(jù)速率

另外，還要考慮數(shù)據(jù)串流和數(shù)據(jù)量突然暴增的影響，這會使問題變得更加復雜。除此之外，還有一個因素也會產(chǎn)生影響，讓問題雪上加霜。數(shù)據(jù)串流和數(shù)據(jù)量突然暴增之間存在一定差異。通過數(shù)據(jù)串流傳輸電影時，通常需要在很長一段時間內(nèi)保持持續(xù)不斷的帶寬，比如需要 20 Mb/s 的持續(xù)速率，才能在線播放高畫質(zhì)電影。鑒于家里有 100 Mb/s 的信道，這聽起來似乎相當可行。但是，這里說的 100 Mb/s 在某種程度上是統(tǒng)計意義上的速度。如果信道中的每個人都在觀看電影，那么接入家里的 100 Mb/s 速率將快速降至相當?shù)偷乃俾?。周六晚上通過數(shù)據(jù)串流觀看電影可能會有點費勁，因為您不是信道中（或小基站中）的唯一用戶。這與屋里的每個人在同一時間沖涼，導致供水系統(tǒng)壓力下降沒有任何區(qū)別。

數(shù)據(jù)量突然暴增是另一個統(tǒng)計效應，就好比是有人打開了家里的所有水龍頭，以便得到盡可能多的水流。如果有人設法以盡可能快的速度下載電影（例如，以便稍后再看），則會造成一次真正的耗數(shù)據(jù)量突然暴增，因為系統(tǒng)會試著盡可能地接近 100 Mb/s 的速率。在短時間內(nèi)，這應該沒有任何問題。但是，這種速率將無法持續(xù)，因為附近其他用戶的速率將快速下降。從統(tǒng)計學角度來看，信道中的每個用戶同時下載電影的可能性也許沒有那么高，但是數(shù)據(jù)量突然暴增對可用帶寬具有影響的事實毋庸置疑。

需要采取什么措施？

有鑒于此，讓我們回到層次結(jié)構被打亂的問題上來。我們需要采取什么措施才能恢復平衡？因為在這個問題得以解決之前，很難真正提升家里的數(shù)據(jù)速率。下面我們來仔細看一看，要知道，家庭網(wǎng)絡的使用模式非常重要：家里有多少人、多少間房、每個用戶同時使用多少臺設備，等等。

我們以一家四口為例。一個房間里播放著網(wǎng)絡電臺，媽媽在另一個房間里進行視頻會議，爸爸在電腦上下載一份很大的報告，兒子在玩視頻游戲，女兒在用手機觀看 YouTube，同時電視上放著電影。1 Gb/s 的住宅接入速度應該能夠滿足這個家庭的需要，在家里設置一個 500 Mb/s 的分配系統(tǒng)，從終端設備到接入點的訪問速度為 100 Mb/s，如下所示：

這個例子就像我們前面討論的一樣，可以將 1 Gb/s 的速率接入家里，但在目前的實際應用中還很難做到。盡管 10Gb/s DOCSIS 3.1 已開始推行，但大多數(shù)人仍使用 100 Mb/s 或更低的速率。這意味著，目前建筑內(nèi)所有基礎設施的產(chǎn)能明顯過剩，且當前終端節(jié)點的原始數(shù)據(jù)速率超過 1 Gb/s。

換個角度思考

我們也可以反過來問：手機或平板電腦中的 802.11ad 協(xié)議和 7 Gb/s 速率何時才能派上用場？如果家用基礎設施能夠處理 15-20 Gb/s 速率，且接入家里的速率達 30-50 Gb/s，那么應該不成什么問題。只可惜，這一天可能還要再等一等……

目前所宣傳的光纖到戶 （FTTH） 速率為符合 DOCSIS 3.0 規(guī)范的 1 Gb/s。下一代 DOCSIS 3.1 FD（全雙工模式）支持10 Gb/s 速率，所以看起來我們離那一天越來越近了，可惜，到目前為止，這方面還沒有任何規(guī)劃。此外，對于家用分布式 Wi-Fi，基于 IEEE 802.11ax 協(xié)議的計劃速率在建筑內(nèi)不會超過 4 Gb/s，但是我們發(fā)現(xiàn)家里或辦公室的許多設備都可以實現(xiàn)這一速率。所以，如果需要，10-100 Gb/s 以太網(wǎng)可能會有所幫助。

那么從現(xiàn)實角度來看，我們能指望什么呢？

在不久的將來，終端節(jié)點可能使用 1 Gb/s IEEE 802.11ac，家用基礎設施將使用 4 Gb/s IEEE 802.11ax，也有可能達到類似于 10 Gb/s DOCSIS 3.1 FD 的水平。這將為家庭和建筑的互聯(lián)網(wǎng)接入帶來一個平衡局面，可能會是行業(yè)的下一個穩(wěn)定期。在這種情況下，我們可以有效地均衡所有資源，建立合理的層次結(jié)構。

這一切意味著什么？

我們得出了以下幾個有趣的結(jié)果和結(jié)論：

1. 新興的 Wi-Fi 標準 IEEE 802.11ax 首先將出現(xiàn)在分布式 Wi-Fi 系統(tǒng)中，因為這是流量匯聚的第一個地方，最能受益于更高的數(shù)據(jù)速率。

2. 針對終端節(jié)點的 IEEE 802.11ax 將在一段時間里仍然停留在宣傳推廣層面，因為支持更高數(shù)據(jù)速率的基礎設施尚不存在。

3. 在未來相當長的一段時間里，對終端節(jié)點而言，IEEE 802.11ac 似乎是最佳的選擇，因為它避免了 .11ax 的復雜性和效果不明顯的問題。而對于性能較低的終端節(jié)點，802.11n 仍將是一個較好的解決方案。

4. 我們需要 IEEE 802.11ax 的后繼標準，以增加室內(nèi)分布式 Wi-Fi 基礎設施的帶寬。15-25 Gb/s 是一個不錯的目標。我們的目的應該是讓 60 GHz IEEE 802.11ad 派上用場，或許可以通過定義 IEEE 802.11ay 的角色來實現(xiàn)。

5. 短期來看，IEEE 802.11ad 和 802.11ay 的前景仍相當黯淡。但從更長遠的角度來看，如果基礎設施到位，這些標準將逐漸成為主流。

6. 接入千家萬戶的 DOCSIS 3.1 FD 本地環(huán)路可提更快的網(wǎng)絡接入速率，從而可以在很大程度上改善當前真正的瓶頸。

7. 此外，除了強行提高原始數(shù)據(jù)速率這種粗暴做法外，我們其實可以采用更加智能的方法解決問題。云和終端節(jié)點之間的邊緣路由器功能可消除互聯(lián)網(wǎng)高速公路的上行和下行數(shù)據(jù)速率壓力。

審核編輯 ：李倩