Wi-Fi的起源与降生

第一个Wi-Fi网络泛起在20世纪90年月末期，21世纪初进入快速生长时期
。现现在，人们使用移动智能终端越来越频仍，而大大都移动装备没有以太网接口，这使得Wi-Fi已成为移动通讯的首选接入手艺
。Wi-Fi不但用于家庭，还用于全球的企业和公共场合
。Wi-Fi标准的手艺名称是IEEE 802.11，这也意味着IEEE在维护这个标准
。接下来我们来看看Wi-Fi的由来
。

1971年6月，第一个数据包以9600bps的速率在一个名为ALOHAnet无线网络上发送乐成，该网络接纳的ALOHA通讯协议就是后面IEEE 802.11协议的先行者
。为了支持无线网络通讯，在1985年，美国政府机构联邦通讯委员会（FCC）开放了几个无线射频（RF）频段，无需允许即可使用，包括 900 MHz、2.4 GHz和5 GHz
。这些被称为“垃圾带”无线频段取自工业、科学和医疗频段（ISM），以及未经允许的国家信息基础设施频段（U-NII）
。

厥后电气和电子工程师协会（IEEE）建设了802.11委员会，认真开发和宣布无线局域网（WLAN）标准
。该委员会于1997年6月宣布了第一个IEEE 802.11标准规范，使用了未经允许的2.4 GHz频段，接纳跳频（FHSS）及前向纠错码（FEC）实现2Mbps的传输速率
。之后在1999年对802.11原始标准修订后，宣布802.11a与802.11b
。

为了实现Wi-Fi产品及终端的兼容和互通，在1999年，建设了行业协会Wi-Fi Alliance®，认真Wi-Fi产品的互操作性测试和认证
。同时，它创立了Wi-Fi ®的名称并对其举行了商标注册
。

下图为Wi-Fi协议生长历程
。

▲图1：Wi-Fi协议生长历程

以下将会以历代协议宣布的时间顺序，对每一代Wi-Fi协议睁开形貌
。

Wi-Fi协议的生长

802.11b

IEEE于1999年宣布了802.11b标准
。802.11b使用与原始802.11标准相同的2.4 GHz频率，接纳高速直接序列扩频（HR/DSSS）的简朴调制手艺，并且使用了增补代码键控（CCK）编码，它支持的最大理论速率为11 Mbps，是802.11正式标准中传输速率最慢的标准
。由于802.11b事情在2.4 GHz，家用电器或其他使用2.4 GHz的网络可能会对其造成滋扰
。

▲图2：802.11b主要特征

802.11和向后兼容性

从一最先，种种802.11标准就是为了向后兼容而设计的，因此古板装备可以在与新一代装备相同的网络中运行
。然后网络治理员可以逐步刷新他们的装备，而无需在每个新标准版本上举行彻底替换
。这有助于802.11手艺的一连生长
。可是，802.11b在易于向后兼容方面是个破例
。802.11b是唯一不使用正交频分复用（OFDM）调制的标准
。因此使用OFDM的802.11标准的装备必需确保802.11b装备知道将要传输的所有流量，包括无法解码的流量
。

这是通过使用请求发送（RTS）/扫除发送（CTS）新闻作为；せ评赐瓿傻
。每次装备准备好发送流量时，它首先发送RTS新闻，该新闻由CTS新闻进一步确认
。这意味着关于每个数据帧，必需传输另外两个治理帧
。这会在网络上爆发大宗流量开销并且显得较量低效率
。某些网络治理员选择从无线AP上禁用802.11b速率（1,2,5.5和11 Mbps）以阻止此问题
。现在仅使用802.11b的客户端在现在变得越来越有数，阻止支持802.11b速率是有原理的
。可是，这个选择会限制Wi-Fi的笼罩规模
。当信号质量较低时，非802.11b装备可能会回退到802.11b速率
。因此，在无线AP上禁用1,2,5.5和11 Mbps速率将阻止边沿客户端毗连
。

802.11a

802.11a标准也在1999年由IEEE宣布
。802.11a事情在不太拥挤的5 GHz频段，使其不易受到滋扰
。该标准使用与原始标准相同的数据链路层协媾和帧名堂，但接纳了新的基于OFDM调制的空口物理层及最高64-正交振幅调制（QAM）编码，理论最高速率54 Mbps，带宽远高于802.11b
。OFDM是一种在20MHz频宽上可以扩展52个数据子载波的调制要领，通过并行传输大大提升传输速率
。但由于802.11a装备的实验本钱和重大性，在其时首批商业安排的Wi-Fi大都使用802.11b标准，这就是早期802.11a装备在市面上少见的缘故原由
。

▲图3：802.11a主要特征

802.11g

IEEE于2003年宣布了802.11g标准，802.11g团结了修正案802.11a和802.11b的功效
。802.11g标准接纳与802.11a相同的OFDM调制手艺，使用64-QAM编码手艺，与802.11a一样，它支持最高理论速率54 Mbps
。可是802.11g与802.11b一样，它事情在拥挤的2.4 GHz频段，因此容易遇到与802.11b相同的滋扰问题
。802.11g向后兼容802.11b装备，802.11b终端可以毗连到802.11g接入点（可是事情在802.11b的速率），这使用户更容易过渡到这种新手艺，由于他们可以在切换到新标准的同时保存一些旧终端
。

▲图4：802.11g主要特征

802.11n（Wi-Fi 4）

IEEE于2009年宣布802.11n修正案
。802.11n带来了许多新的功效
。802.11n支持2.4 GHz和5 GHz两个频段，向后兼容802.11a/b/g，并允许使用更高的40MHz带宽（捆绑2条20MHz信道）
。802.11n仍然使用OFDM和64-QAM，但在天线部分中引入了一个主要特征——多输入多输出（MIMO），即装备可以使用多个天线同时收发，发射器和吸收器中最多4个天线，从而提高了系统吞吐量和稳健性，而不需要更高的带宽或发射功率
。使用所有这些特征和一些特另外刷新（对802.11标准的简单MAC层协议举行优化等），使用802.11n标准的装备整机可以抵达600Mbps的吞吐量，与之前的协议相比增添了10倍
。依附802.11n标准，Wi-Fi变得更快，更可靠
。

▲图5：802.11n主要特征

802.11ac（Wi-Fi 5）

802.11ac手艺事情在5 GHz频段，协议标准分为两个阶段，包括802.11ac Wave1与802.11ac Wave2，划分在2014年和2015年宣布，向后兼容802.11a/b/g/n
。支持802.11ac Wave1的装备能够以3.4 Gbps的速率举行传输，而Wave 2装备则能够以6.9 Gbps举行传输，装备的速率险些是802.11n的8倍
。802.11ac增添了MIMO流的数目（从4条到8条），并通过进一步编码性能（高达256-QAM）来提高信道使用率，能够在高达160 MHz的信道上运行
。它还引入了下行链路多用户-多输入多输出（DL MU-MIMO）手艺提升空口使用率，MU-MIMO允许装备同时向多个终端举行下行传输，最多4个终端同时传输
。

▲图6：802.11ac主要特征

802.11ax（Wi-Fi 6）

802.11ax标准于2019年宣布
。802.11ax事情在2.4 GHz和5 GHz两个频段，并且也能够兼容以前的Wi-Fi装备
。802.11ax从两个大方面实现了高速率、大并发的性能目的，其中MU-MIMO和正交频分多址（OFDMA）是802.11ax乐成的要害
。OFDMA机制可以同时为多个终端提供较小但专属的子信道，进而改善每个终端的平均传输速率；上行和下行偏向多用户-多输入多输出(UL/DL MU-MIMO)，实现上行链路最多可同时为8个用户提供效劳，容量是802.11ac的8倍，下行链路最多可同时为8个用户提供效劳，容量是802.11ac的2倍
。另外接纳1024-QAM、空间复用（Spatial Reuse）、基本效劳集着色（BSS Coloring）、网络分派矢量（NAV）、目的叫醒时间（TWT）等功效机制，802.11ax可以提供高达9.6Gbps的传输速率
。

▲图7：802.11ax主要特征

全新的Wi-Fi命名规则

在2018年，Wi-Fi同盟接纳步伐使Wi-Fi标准名称更容易识别和明确
。他们将已推出的802.11ax标准改为Wi-Fi 6，并且还将之前宣布的两个标准802.11n与802.11ac划分重命名为Wi-Fi 4和Wi-Fi 5
。 下面表格为历代Wi-Fi协议的比照
。

▲表1：历代Wi-Fi协议比照

PP电子5金狮网络在新一代Wi-Fi场景下的探索

近20年来，Wi-Fi改变了各人事情和生涯方法
。新一代的Wi-Fi 6网络可进一步降低智能装备的电池消耗，使其成为更多场景（包括智能家居和物联网-IoT）可使用的坚实选择
。而PP电子5金狮网络通过十多年来扎根场景、自主立异，提供全场景无线解决计划，现在在中国企业级WLAN市场中多行业占有率排名第1位（数据泉源：IDC数据报告2018年12月）
。从第一代无线产品的面世到业界首发Wi-Fi 6产品，PP电子5金狮网络近期又推出了旗舰级Wi-Fi 6无线AP——RG-AP880-I，以及一站式物联网效劳平台HOLO，一直用新手艺和新产品让各人的交流变得越发顺畅
。

本期作者：范景昊

PP电子5金狮网络互联网系统部行业咨询

往期精彩回首

●【第一期】浅谈物联网手艺之通讯协议的纷争

●【第九期】第七代无线手艺802.11ax详解

●【第十七期】浅谈UWB（超宽带）室内定位手艺

●【第二十四期】Wi-Fi 6真的很“6”（概述篇）——不但是更高的传输速率

●【第二十五期】 Wi-Fi 6真的很“6”（手艺篇） ——前方高能，小白慎入