極速來(lái)臨，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議新技術(shù)前瞻

米沃奇

相信大家對(duì)IEEE 802.11協(xié)議都很熟悉，從1997年的第一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11，到目前已發(fā)展到第5代，新的協(xié)議IEEE 802.11ac和802.11ad正在不斷完善中，不久就將會(huì)被廣泛應(yīng)用。

IEEE 802.11ac，是一個(gè)802.11無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）通信標(biāo)準(zhǔn)，它通過(guò)5GHz頻帶進(jìn)行通信。理論上，它能夠提供最多1Gbps帶寬進(jìn)行多站式無(wú)線局域網(wǎng)通信，或是最少500Mbps的單一連接傳輸帶寬。802.11ac是802.11n的繼承者。它采用并擴(kuò)展了源自802.11n的空中接口（air interface）概念，包括更寬的RF帶寬（提升至160MHz），更多的MIMO空間流（增加到8），多用戶的MIMO，以及更高階的調(diào)制（達(dá)到256QAM）。下面我們就對(duì)新協(xié)議做簡(jiǎn)單介紹。

1.核心技術(shù)

802.11ac的核心技術(shù)主要基于802.11a，繼續(xù)工作在5.0GHz頻段上以保證向下兼容性，但數(shù)據(jù)傳輸通道會(huì)大大擴(kuò)充，在當(dāng)前20MHz的基礎(chǔ)上增至40MHz或者80MHz，甚至有可能達(dá)到160MHz。再加上大約10%的實(shí)際頻率調(diào)制效率提升，新標(biāo)準(zhǔn)的理論傳輸速度最高有望達(dá)到1Gbps，是802.11n 300Mbps的三倍多。

2.開(kāi)發(fā)背景

802.11n無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)在2009年9月11日獲得IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正式批準(zhǔn)后，電子電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）就已經(jīng)全面轉(zhuǎn)入了下一代802.11ac的制定工作，目標(biāo)是在2012年帶來(lái)千兆級(jí)別的無(wú)線局域網(wǎng)傳輸速度。2014年，802.11ac占全球1.76億接入點(diǎn)（AP）出貨量的18%。

其實(shí)802.11ac項(xiàng)目早在2008年上半年就已經(jīng)著手開(kāi)始，當(dāng)時(shí)被稱(chēng)為“Very High Throughput”，目標(biāo)直接就是達(dá)到1Gbps。2008年下半年，項(xiàng)目分為兩部分：一是802.11ac，工作在5.8GHz，用于中短距離無(wú)線通信，正式定為802.11n的繼任者；另一個(gè)則是802.11ad，工作在60GHz，市場(chǎng)定位與UWB類(lèi)似，主要面向家庭娛樂(lè)設(shè)備。802.11ac標(biāo)準(zhǔn)草案2.0版于2012年1月19日正式在IEEE的官方網(wǎng)站上進(jìn)行投票，2月18日結(jié)束投票后將根據(jù)結(jié)果形成最終的標(biāo)準(zhǔn)。

在下一代標(biāo)準(zhǔn)誕生之前，現(xiàn)有的802.11n也會(huì)進(jìn)行過(guò)渡性升級(jí)，支持三路乃至四路MIMO（多輸入多輸出）數(shù)據(jù)流，理論速度可從當(dāng)前雙路的300Mbps提升到三路的450Mbps、四路的600Mbps。Intel 5300芯片組、蘋(píng)果AirPort Extreme（2009年10月升級(jí)版）等實(shí)際上已經(jīng)支持三路MIMO數(shù)據(jù)流，連上新設(shè)備即可提供450Mbps的理論傳輸速度。

3.802.11ac和802.1 1ad區(qū)別

1）802.11ac

從核心技術(shù)來(lái)看，802.11ac是在802.11n標(biāo)準(zhǔn)之上建立起來(lái)的包括將使用802.11n的5GHz頻段。

不過(guò)在通道的設(shè)置上，802.11ac將沿用802.11n的MIMO技術(shù)，為它的傳輸速率達(dá)到Gbps量級(jí)打下基礎(chǔ)，第一階段的目標(biāo)達(dá)到的傳輸速率為1Gbps，目的是達(dá)到有線電纜的傳輸速率。802.11ac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。

此外，802.11ac還將向后兼容802.11全系列現(xiàn)有和即將發(fā)布的所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，包括即將發(fā)布的802.11s無(wú)線網(wǎng)狀架構(gòu)以及802.11u等。安全性方面，它將完全遵循802.11i安全標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容，使得無(wú)線連接能夠在安全性方面達(dá)到企業(yè)級(jí)用戶的需求。根據(jù)802.11ac的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，未來(lái)802.11ac將可以幫助企業(yè)或家庭實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游，并且在漫游過(guò)程中能支持無(wú)線產(chǎn)品相應(yīng)的安全、管理以及診斷等應(yīng)用。

2）802.11ad

802.11ad的出現(xiàn)針對(duì)的是多路高清視頻和無(wú)損音頻超過(guò)1Gbps的碼率的要求，它將被用于實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部無(wú)線高清音視頻信號(hào)的傳輸，為家庭多媒體應(yīng)用帶來(lái)更完備的高清視頻解決方案。從無(wú)線傳輸最為重要的頻段使用上分析，由于應(yīng)用難度的增大，6GHz以下的頻段都不能滿足要求，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)制定小組的確定，高頻載波60GHz頻譜成為了802.11ad的工作頻段。目前看來(lái)，在此頻段上世界上大多數(shù)國(guó)家具備足夠空間以供其工作。并且通過(guò)對(duì)MIMO技術(shù)的支持，在實(shí)現(xiàn)多路傳輸?shù)幕A(chǔ)上，將使單一信道傳輸速率過(guò)1GHz，目前802.11ad草案中顯示的資料表明其將支持近7Gbps的吞吐量。面對(duì)如此驚人的無(wú)線傳輸能力，背后肯定將有一些短板來(lái)限制標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到這一水平。由于60GHz頻率的載波穿透能力很差，在空氣中信號(hào)衰減也比較嚴(yán)重，這就嚴(yán)重限制了其傳輸距離與信號(hào)覆蓋范圍，有效連接只能局限于一個(gè)不大的范圍內(nèi)。不過(guò)雖然其信號(hào)覆蓋范圍受限制，但其頻譜將會(huì)比以往更加“純凈”，因?yàn)楝F(xiàn)在來(lái)看，當(dāng)今在此頻率下工作的設(shè)備還比較少。所以從應(yīng)用的角度來(lái)看，802.11ad的出現(xiàn)主要是用來(lái)服務(wù)于家庭中各個(gè)房間內(nèi)設(shè)備的高速無(wú)線傳輸，比如實(shí)現(xiàn)高清信號(hào)的傳輸就相當(dāng)不錯(cuò)。

4.802.11ac和802.1 1ad兩者關(guān)系

1）頻率使用上互不干擾

兩者所需要的工作頻段完全不同，作為802.11n的延續(xù)，802.11ac主攻6GHz以?xún)?nèi)的頻段，通過(guò)將單通道頻率提升來(lái)達(dá)到千兆傳輸?shù)哪繕?biāo)。而802.11ad直接奮戰(zhàn)在60GHz的高頻段，利用在此頻段設(shè)備較少的優(yōu)勢(shì)，為用戶帶來(lái)較小范圍內(nèi)最佳高碼率無(wú)線傳輸服務(wù)。endprint

2）主打市場(chǎng)上相互補(bǔ)充

同樣以千兆Wi-Fi為己任的標(biāo)準(zhǔn)，802.11ac主打傳輸應(yīng)用，通俗一點(diǎn)就是讓千兆無(wú)線傳輸成為可能，完全從傳輸速度上滿足日益增長(zhǎng)的需求。

802.11ad主打的是功能體驗(yàn)，因傳輸范圍的限制，802.11ad主要通過(guò)不斷發(fā)展的高清視頻和無(wú)損音頻需求做出響應(yīng)，面對(duì)此類(lèi)超過(guò)1Gbps的碼率的要求，為家庭用戶無(wú)線應(yīng)用體驗(yàn)帶來(lái)跨越式的進(jìn)步。

5.802.11ac優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)

802.11ac標(biāo)準(zhǔn)提供了一種更接近于傳統(tǒng)的蜂窩式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的Wi-Fi體驗(yàn)。802.11ac不僅提高了吞吐量，還能比以前的Wi-Fi版本更好的管理通道綁定引起的互操作性問(wèn)題。而且，802.11ac利用更好的編碼算法，天線配置也更加密集，所以更省電，還提高了Wi-Fi接入點(diǎn)（AP）的覆蓋范圍。所以，802.11ac每個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)可以支持更多用戶。而且802.11ac的無(wú)線接入點(diǎn)是向后兼容802.11n的，所以升級(jí)AP會(huì)變得非常簡(jiǎn)單。

2）缺點(diǎn)

任何復(fù)雜的技術(shù)都要有一個(gè)穩(wěn)定的支撐，802.11ac也不例外，它只有在基礎(chǔ)設(shè)施能夠支撐的情況下才能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)性能。也就是說(shuō)，雖然從理論上來(lái)看802.11ac能夠提供高達(dá)1Gbps的傳輸速率，但是必須有強(qiáng)大的硬件來(lái)支持它傳輸，這就顯著增加了設(shè)備的復(fù)雜性。而如果沒(méi)有相應(yīng)的硬件來(lái)支撐，那么我們也不會(huì)體驗(yàn)到802.11ac的高傳輸速率。

6.802.11ac性能

雖然802.11ac標(biāo)準(zhǔn)草案提高了傳輸速度并增加了帶寬，可以支持企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量越來(lái)越龐大的設(shè)備，但是企業(yè)開(kāi)始發(fā)現(xiàn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)需要依賴(lài)于更高頻率的傳輸頻道，因此會(huì)影響Wi-Fi信號(hào)覆蓋范圍。雖然801.11ac無(wú)線協(xié)議（千兆Wi-Fi）承諾能夠提供1.3Gbps吞吐量，并且支持并發(fā)高清流媒體，但是這個(gè)協(xié)議只能運(yùn)行在5GHz頻道上。這個(gè)寬大的頻道給802.11ac提供了足夠在設(shè)備與接入端之間實(shí)現(xiàn)更高傳輸速度的空間，但是5GHz頻道的覆蓋范圍小于通常使用的2.4GHz頻道。

7.802.11ac的特點(diǎn)

1）無(wú)中斷可擴(kuò)展性。在大多數(shù)設(shè)置中，802.11ac的安裝將覆蓋802.11n或者更舊的基礎(chǔ)設(shè)施。重要的是，802.11ac AP需要透明的支持，也許最初是在向后兼容802.11n模式，甚至用作傳感器來(lái)檢測(cè)未經(jīng)授權(quán)的802.11n活動(dòng)。這些新的AP在以后可以轉(zhuǎn)換為配置訪問(wèn)。

2）雙千兆以太網(wǎng)端口

雙無(wú)線射頻在現(xiàn)在的AP中很常見(jiàn)，2個(gè)802.11ac無(wú)線射頻可能會(huì)淹沒(méi)單個(gè)端口。在任何雙無(wú)線射頻AP都應(yīng)該考慮部署兩個(gè)GbE端口。當(dāng)然，1.3Gbps吞吐量不太可能會(huì)淹沒(méi)千兆以太網(wǎng)（GbE）交換機(jī)端口，因?yàn)閷?shí)際吞吐量可能不會(huì)超過(guò)峰值的一半。請(qǐng)注意：供應(yīng)商通常會(huì)提到最大可能速度，這不大可能是給定無(wú)線射頻頻率傳播和其他無(wú)線傳輸之類(lèi)的問(wèn)題。

3）支持密集部署

802.11ac接入點(diǎn)更寬的通道（2.4和5GHz頻段）以及更好的無(wú)線電調(diào)制，再加上不斷增加的容量需求，都意味著我們可能需要更多的AP。鑒于這里的固有復(fù)雜性，控制功能應(yīng)該能夠自我配置AP，對(duì)無(wú)線信道和發(fā)射功率分配做出關(guān)鍵決策，以及自動(dòng)滿足其他運(yùn)營(yíng)參數(shù)。

4）增強(qiáng)的管理功能

整體管理功能可能是性能和價(jià)值的主要差別。為此，需要仔細(xì)考慮如何讓這些創(chuàng)新不只是提高吞吐量和可靠性，還能改善IT管理效率和總體擁有成本。

8.發(fā)展趨勢(shì)

使用2.4GHz的Wi-Fi產(chǎn)品和802.11n一樣走到了生命的盡頭，雖然Wi-Fi認(rèn)證11ac產(chǎn)品必須支持向后兼容11n，但實(shí)現(xiàn)11ac千兆數(shù)據(jù)速率的唯一方法是使用5GH頻段。

每個(gè)新的802.11修訂版都會(huì)帶來(lái)兩次Wi-Fi認(rèn)證產(chǎn)品。802.11b后面跟著802.11a和802.11g；而802.11n草案后面則是802.11n最終版。同樣，在2013年年中推出的第一波802.11ac產(chǎn)品采用了802.11ac草案標(biāo)準(zhǔn)；支持更多最終標(biāo)準(zhǔn)的第二波產(chǎn)品將于2014年推出，但最早要到2015年才會(huì)獲得Wi-Fi認(rèn)證。

9.建設(shè)成本

如果說(shuō)技術(shù)理論已經(jīng)趨于成熟，那么在應(yīng)用到實(shí)踐中所需考慮的建設(shè)成本就成為運(yùn)營(yíng)商所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。由于新標(biāo)準(zhǔn)所在頻段較高，這無(wú)疑會(huì)增加相關(guān)建網(wǎng)成本。802.11ac是對(duì)802.11n的延續(xù)，使用頻段也有重合，建網(wǎng)成本不會(huì)有太大差別，特別是規(guī)模應(yīng)用以后，成本會(huì)更加接近。而802.11ad由于運(yùn)行在60GHz超高頻段上，建網(wǎng)及運(yùn)營(yíng)成本的確會(huì)高出許多，但這一標(biāo)準(zhǔn)主要面向視頻應(yīng)用，是對(duì)現(xiàn)有有線視頻設(shè)備的替代，兩大標(biāo)準(zhǔn)有著不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

每一次無(wú)線技術(shù)的進(jìn)步都與我們的生活密切相關(guān)，與802.11n的誕生一樣可知，新千兆無(wú)線傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)的提出是為了滿足我們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的無(wú)線傳輸需求，為打造新一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)生活奠定基礎(chǔ)。無(wú)論從技術(shù)發(fā)展的本身或者無(wú)線互聯(lián)使用者對(duì)無(wú)線傳輸?shù)钠诖齺?lái)看，802.11ac/ad標(biāo)準(zhǔn)的確立都是具有特殊意義與使命的，雖然制定出一個(gè)兼容并蓄、統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路要走，最終正式的802.11ac/ad將必然會(huì)成為兼容多種數(shù)據(jù)格式的無(wú)線通用技術(shù)。

10.部署條件

基于802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品，雖然速度高達(dá)1.3Gbps的無(wú)線局域網(wǎng)可以帶來(lái)很大利益，但是企業(yè)必須具備一些的特性和性能：

1）無(wú)中斷，可擴(kuò)展

802.11ac將可以在原有的802.11n標(biāo)準(zhǔn)，甚至更老的基礎(chǔ)設(shè)施上覆蓋安裝。而且，可支持透明接入。也就是說(shuō)，或許最初會(huì)向下兼容802.11n模式，甚至只是作為傳感器來(lái)檢測(cè)未經(jīng)授權(quán)的802.11ac活動(dòng)。這些新的接入點(diǎn)之后可以轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)訪問(wèn)。

2）雙千兆以太網(wǎng)端口

接入點(diǎn)普遍是雙射頻無(wú)線接入，然而，單端口可能確實(shí)無(wú)法支持兩個(gè)802.11ac無(wú)線射頻，考慮雙千兆以太網(wǎng)端口吧。而且，1.3Gbps吞吐量是不大可能給千兆以太網(wǎng)交換機(jī)端口造成太大壓力，因?yàn)閷?shí)際吞吐量應(yīng)該不超過(guò)峰值的一半。注意：供應(yīng)商通常會(huì)報(bào)出最大可能速度，但考慮到既定的無(wú)線頻率傳播和其它無(wú)線電傳輸問(wèn)題，其實(shí)這個(gè)最大可能速度是不會(huì)實(shí)現(xiàn)的。

3）支持密集部署

一些無(wú)線局域網(wǎng)管理員認(rèn)為越高的吞吐量意味著需要越少的接入點(diǎn)，其實(shí)并非如此。更寬的信道（2.4和5GHz頻帶），更具主動(dòng)性的無(wú)線射頻模式，以及日益增長(zhǎng)的容量需求，意味著802.11ac標(biāo)準(zhǔn)需要更多的接入點(diǎn)。由于目前網(wǎng)絡(luò)內(nèi)已存在的復(fù)雜度，控制功能應(yīng)該具備自行配置接入點(diǎn)，決定無(wú)線射頻頻道，分配傳輸功率，以及自動(dòng)滿足其它操作參數(shù)的能力。

4）加強(qiáng)的管理功能。

802.11ac整體的管理功能可能是性能和價(jià)值的主要差別點(diǎn)。因此，不僅要詳細(xì)考慮這些創(chuàng)新是如何提高吞吐量和可靠性，同時(shí)也要考慮到IT管理效率，和總體成本。

802.11ac標(biāo)準(zhǔn)的放行意味著無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）迎來(lái)巨大變革。不單是其亮相之初所宣揚(yáng)的更高的速度（最大可至7Gbps），也直接影響了無(wú)線局域網(wǎng)在企業(yè)中所扮演的角色?，F(xiàn)階段，對(duì)于一些企業(yè)來(lái)說(shuō)，將以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施全部遷移至無(wú)線局域網(wǎng)是可行的，至少就網(wǎng)絡(luò)接入方面來(lái)說(shuō)。然而，遷至802.11ac仍需要詳盡的計(jì)劃和考量。首先一個(gè)問(wèn)題是，現(xiàn)有的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施能否滿足遷移要求。為此，為現(xiàn)有的802.11n基礎(chǔ)設(shè)施添加兼容ac的接入點(diǎn)僅僅是第一步。之后應(yīng)當(dāng)引入更多的802.11ac客戶端（能提供更高速Wi-Fi的智能手機(jī)、平板及其他設(shè)備），這將會(huì)驅(qū)動(dòng)802.11ac的真正實(shí)施。endprint