摘要

Wi-Fi連接的好與壞,，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的使用體驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生天上,、地下的差別,。優(yōu)質(zhì)的Wi-Fi連接,，主要取決于四個(gè)因素：通信距離長(zhǎng),，吞吐量大,，數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率低,，具備適當(dāng)?shù)墓泊婺芰?。而這一切都可以通過(guò)802.11ac來(lái)增強(qiáng)，本文為您詳細(xì)解讀,。

　　在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）發(fā)展勢(shì)頭的推動(dòng)下,，我們過(guò)去從未想過(guò)可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備今天正在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。現(xiàn)在煮咖啡也不必您親自走到咖啡機(jī)前,，您只需用自己的手機(jī)給咖啡機(jī)發(fā)一條命令即可,。咖啡機(jī)甚至可以了解您的喜好,，每次都按照您的喜好準(zhǔn)備咖啡,。

　　互聯(lián)設(shè)備及用戶(hù)的數(shù)量在不停地快速增長(zhǎng)。這真是件好事,！然而,，要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須能在任意環(huán)境中運(yùn)行自如,。無(wú)法連接到本地接入點(diǎn)（AP）的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備毫無(wú)用處,。在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要理解各種Wi-Fi參數(shù),，例如傳輸功率,、接收靈敏度、共存能力以及吞吐量,。本文將介紹成功的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)具備的一些重要特征,。

2.4GHz頻段擁擠不堪

　　如今，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備普遍使用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)是工作在2.4GHz頻段下的Wi-Fi及藍(lán)牙技術(shù),。但是使用Wi-Fi的不止是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,，每個(gè)家庭中的電視、筆記本電腦,、平板電腦和移動(dòng)電話(huà)也廣泛使用Wi-Fi技術(shù)?，F(xiàn)在，2.4GHz頻段就好像一個(gè)會(huì)議室,，好幾個(gè)人都想同時(shí)發(fā)言,。但是，如果想要讓大家理解發(fā)言?xún)?nèi)容,，每次就只能允許一個(gè)設(shè)備“發(fā)言”,。

　　現(xiàn)在想象一下，某個(gè)設(shè)備無(wú)法高效通信,，卻還喋喋不休,。其他設(shè)備張不開(kāi)嘴，會(huì)議室內(nèi)無(wú)法進(jìn)行有意義的通話(huà),。過(guò)去,，Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)并不重視性能和頻段利用,。隨著Wi-Fi設(shè)備的密度不斷增大，Wi-Fi聯(lián)盟需要在遵守協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了嚴(yán)格的性能要求,，符合性能要求的產(chǎn)品才能通過(guò)認(rèn)證,。

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商需要摒棄“唯低成本是瞻”的做法，確保他們?cè)O(shè)計(jì)的Wi-Fi互聯(lián)設(shè)備不會(huì)性能低下,，或給附近其他Wi-Fi設(shè)備造成不利影響,。哪怕只有一個(gè)設(shè)備性能低下，也足以拖垮客戶(hù)的整個(gè)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò),。

　　為了讓物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)歷久彌新,，必須要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用高可靠性Wi-Fi連接。供應(yīng)商必須要了解不良設(shè)計(jì)的后果,，因?yàn)檫@會(huì)直接關(guān)系到產(chǎn)品的成敗以及品牌的聲譽(yù),。無(wú)法連接到接入點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品對(duì)客戶(hù)而言毫無(wú)用處。

　　當(dāng)客戶(hù)遇到任何連接問(wèn)題時(shí),，他們很可能退回產(chǎn)品或在線(xiàn)留下產(chǎn)品差評(píng)。這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品失敗,，并對(duì)品牌產(chǎn)生負(fù)面影響,。即便是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)良好的情況下，對(duì)于不熟悉物聯(lián)網(wǎng)的客戶(hù)而言,，同樣有必要提供廣泛的技術(shù)支持,。

　　下面列舉幾種Wi-Fi連接不良時(shí)的典型特征：

• 通信距離短

• 吞吐量低

• 數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率高

• 共存能力差

Wi-Fi不良之一：通信距離短

　　過(guò)短的通信距離會(huì)限制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接接入點(diǎn)的距離。將設(shè)備連接到接入點(diǎn),，往往是客戶(hù)對(duì)您產(chǎn)品的初步印象,。如果實(shí)在無(wú)法連接，大多數(shù)情況下客戶(hù)都將退回產(chǎn)品,，大筆一揮留下差評(píng),。而您的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品無(wú)法在一定距離連接到接入點(diǎn)的原因，可能是傳輸功率低,、靈敏度差或不支持波束成形傳輸,，因?yàn)閃i-Fi鏈路需要兩個(gè)設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)包才能建立連接。

• 傳輸功率

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳輸功率會(huì)影響接入點(diǎn)接收其信號(hào)的能力,。功率超過(guò)一定水平后,，Wi-Fi功率放大器的輸出開(kāi)始失真。為了解決這個(gè)問(wèn)題,，大多數(shù)Wi-Fi設(shè)備會(huì)限制傳輸功率,。當(dāng)然，也有別的辦法,，賽普拉斯就使用專(zhuān)有方法解決Wi-Fi功率放大器的失真問(wèn)題,，增大傳輸功率,。

　　傳輸功率的另一大問(wèn)題在于不同國(guó)家設(shè)定的監(jiān)管限制。這就需要根據(jù)所在國(guó)的要求控制最大傳輸功率,，遵守監(jiān)管要求,。因此，Wi-Fi子系統(tǒng)必須提供便捷或自動(dòng)化的方法來(lái)控制傳輸功率,，這樣物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就既能以最大傳輸功率水平進(jìn)行傳輸,，同時(shí)又避免違反任何監(jiān)管（FCC、CE等）的規(guī)定,。

• 接收靈敏度

　　接收靈敏度指設(shè)備接收接入點(diǎn)信號(hào)的能力,。優(yōu)異的接收靈敏度加上優(yōu)異的傳輸功率是保證通信距離的關(guān)鍵。一些Wi-Fi設(shè)備內(nèi)置算法,，能在處理輸入信號(hào)時(shí)提供優(yōu)于其他設(shè)備的信噪比,。因此在為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選擇Wi-Fi設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮接收靈敏度,。

• 鏈路預(yù)算

　　鏈路預(yù)算也會(huì)對(duì)通信距離產(chǎn)生重大影響,。

　　傳輸功率、接收靈敏度及環(huán)境因素共同決定兩個(gè)Wi-Fi設(shè)備間的鏈路預(yù)算,。假設(shè)某設(shè)備的傳輸功率比另一臺(tái)設(shè)備大+3dBm(分貝毫瓦),，靈敏度高-3dBm。這樣可以將鏈路預(yù)算提升6dBm,。鏈路預(yù)算每提升6dBm,，就可以讓通信距離翻番（見(jiàn)圖）。

• 波束成形傳輸

　　波束成形傳輸用于將傳輸功率定向聚焦,，從而幫助提高聚焦方向上的通信距離,。例如，如果物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備支持波束成形傳輸,，就能在更遠(yuǎn)距離上連接到接入點(diǎn),。但是，并非所有Wi-Fi設(shè)備都支持波束成形傳輸,。波束成形技術(shù)最早出現(xiàn)在802.11n標(biāo)準(zhǔn)中,，不過(guò)最終如何實(shí)行由廠(chǎng)商決定。這就帶來(lái)了互操作性問(wèn)題,。在802.11ac標(biāo)準(zhǔn)中,，這項(xiàng)特性在WLAN規(guī)格里得到妥善定義，并且可以實(shí)現(xiàn)互操作,。因此,，要在無(wú)需中繼器的情況下提高通信距離，11ac成為必需條件,。

Wi-Fi不良之二：吞吐量低

　　吞吐量低會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響,，包括：

• 時(shí)延：吞吐量越低,，時(shí)延越長(zhǎng)。雖然大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備只需要發(fā)送幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),，但時(shí)延長(zhǎng)也會(huì)造成用戶(hù)體驗(yàn)不佳,。此外，時(shí)延長(zhǎng)還會(huì)降低醫(yī)療設(shè)備,、工業(yè)設(shè)備這些時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用的可靠性,。

• 電池使用壽命：在吞吐量/調(diào)制指數(shù)低的情況下，設(shè)備需要用較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)進(jìn)行傳輸,，會(huì)有更長(zhǎng)的活動(dòng)時(shí)間,，會(huì)直接縮短電池的使用壽命。

• 頻段利用率差：吞吐量低會(huì)增加通信的通話(huà)時(shí)間,。這樣會(huì)直接造成2.4GHz頻段更加擁擠,。

　　設(shè)備的吞吐量受鏈路預(yù)算、調(diào)制指數(shù)和頻段可用性等多個(gè)因素的影響,。Wi-Fi設(shè)備通過(guò)調(diào)節(jié)其鏈路數(shù)據(jù)速率來(lái)適應(yīng)鏈路預(yù)算,。較大的調(diào)制指數(shù)意味著較高的吞吐量。如果支持較高的調(diào)制指數(shù),，就需要對(duì)信號(hào)調(diào)節(jié)做出改進(jìn),。因此，某些設(shè)備在較低調(diào)制指數(shù)下的性能,，比在較高調(diào)制指數(shù)下時(shí)表現(xiàn)得更為優(yōu)異。在各種調(diào)制,、編碼方案下都能提供優(yōu)異的靈敏度和良好的傳輸功率,，才能在各種通信距離下提供優(yōu)異的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　要想實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的吞吐量,，必須對(duì)設(shè)備在所支持的各種調(diào)制指數(shù)和編碼方案下的吞吐量進(jìn)行考查,。與此同時(shí)，還需要選擇可支持較高調(diào)制指數(shù)的設(shè)備,。802.11ac標(biāo)準(zhǔn)可支持256-QAM（正交調(diào)幅）,。與802.11n標(biāo)準(zhǔn)支持的64-QAM相比，802.11ac設(shè)備能實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量,。

　　此外,，特定區(qū)域內(nèi)試圖通信的設(shè)備數(shù)量也會(huì)直接影響吞吐量。設(shè)備數(shù)量越多,，每個(gè)設(shè)備發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的時(shí)間就越短,。這就限制了有效吞吐量。這個(gè)問(wèn)題在2.4GHz頻段變得非常嚴(yán)重,，因?yàn)樵擃l段存在大量試圖通信的傳統(tǒng)Wi-Fi設(shè)備,，同時(shí)還有藍(lán)牙和Zigbee等其他無(wú)線(xiàn)設(shè)備,。因此，除了使用較高的調(diào)制指數(shù)提高吞吐量,，802.11ac標(biāo)準(zhǔn)也支持擁擠程度較低的5GHz頻段,，同樣有助于提高吞吐量。

Wi-Fi不良之三：數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率高

　　在Wi-Fi通信中,，一旦有數(shù)據(jù)包出錯(cuò),，就需要重新傳輸。數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率（PER）高的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備性能低下,，因?yàn)樗枰ㄙM(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間才能成功地傳輸數(shù)據(jù)包,。這樣可能會(huì)增加沖突數(shù)量，導(dǎo)致其他設(shè)備也不得不重新傳輸,，進(jìn)一步劣化PER,。該表顯示的是不同PER下通話(huà)時(shí)間的占用情況。該表體現(xiàn)的是用20個(gè)節(jié)點(diǎn),、按每秒傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的速率,、傳輸1,000字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，每秒時(shí)間里通話(huà)時(shí)間所占的百分比,。

　　根據(jù)該表,，錯(cuò)誤率90%的設(shè)備跟錯(cuò)誤率10%的設(shè)備相比，前者占用的通話(huà)時(shí)間是后者900%,。此外,，PER較高還會(huì)增加時(shí)延。如果數(shù)據(jù)包出現(xiàn)錯(cuò)誤,，就需要重新傳輸,。這對(duì)時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用來(lái)說(shuō)是個(gè)致命問(wèn)題。因此,，在為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用選擇Wi-Fi設(shè)備前,，應(yīng)掌握Wi-Fi設(shè)備的PER。802.11ac標(biāo)準(zhǔn)可起到很大幫助,，因?yàn)樗С謸頂D程度較低的5GHz頻段,，有助于減少數(shù)據(jù)包沖突數(shù)量。

Wi-Fi不良之四：共存能力差

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往需要同時(shí)使用Wi-Fi無(wú)線(xiàn)技術(shù)與藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)技術(shù),。難題在于它們工作在相同頻段下,，如果不進(jìn)行協(xié)調(diào)，兩者很難相容,。共存能力差會(huì)嚴(yán)重劣化Wi-Fi吞吐量,。

　　有多種共存方案可以使用，但它們的性能差異較大。創(chuàng)建共存算法需要耗費(fèi)數(shù)百人年的工作量,，它可以實(shí)時(shí)決定是否授予介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)Wi-Fi和藍(lán)牙的權(quán)限,。必須理想地控制Wi-Fi和藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)電的射頻鏈路，才能盡可能降低干擾,，實(shí)現(xiàn)性能最大化,。要實(shí)現(xiàn)并存，需要將來(lái)自Wi-Fi和藍(lán)牙核心的大量信息提供給性能優(yōu)異的仲裁器,。

　　某些Wi-Fi和藍(lán)牙組合設(shè)備內(nèi)置共存功能,，仲裁器通過(guò)并行總線(xiàn)與Wi-Fi和藍(lán)牙核心進(jìn)行通信。802.11n和802.11ac標(biāo)準(zhǔn)支持Wi-Fi在5GHz頻段下工作,，這對(duì)于同時(shí)需要使用Wi-Fi和藍(lán)牙才能工作的應(yīng)用來(lái)說(shuō)很有幫助,。因此，除了具備良好的共存機(jī)制之外,，還應(yīng)使用支持5GHz的設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)最理想的共存,。

起碼要用802.11ac (Wi-Fi 5)

　　良好的Wi-Fi連接是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品取得成功的關(guān)鍵。選擇通信距離長(zhǎng),、吞吐量大,、PER低，且能提供良好共存支持的設(shè)備至關(guān)重要,。802.11ac標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)波束成形傳輸,、提高吞吐量（通過(guò)提高調(diào)制指數(shù)）、降低PER,，加強(qiáng)共存能力（通過(guò)支持擁擠程度較輕的5GHz頻段）,，增加通信距離。組合設(shè)備具有業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的共存能力,，能顯著提高Wi-Fi的吞吐量,，即使需要同時(shí)使用藍(lán)牙也毫不影響。在為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選擇連接解決方案時(shí),，所有這些因素都應(yīng)考慮在內(nèi)。