摘要

Wi-Fi連接的好與壞,，對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的使用體驗會產(chǎn)生天上,、地下的差別,。優(yōu)質(zhì)的Wi-Fi連接,，主要取決于四個因素：通信距離長,，吞吐量大,，數(shù)據(jù)包錯誤率低,，具備適當?shù)墓泊婺芰?。而這一切都可以通過802.11ac來增強,，本文為您詳細解讀,。

　　在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）發(fā)展勢頭的推動下，我們過去從未想過可以聯(lián)網(wǎng)的設備今天正在實現(xiàn)互聯(lián)?，F(xiàn)在煮咖啡也不必您親自走到咖啡機前,，您只需用自己的手機給咖啡機發(fā)一條命令即可?？Х葯C甚至可以了解您的喜好,，每次都按照您的喜好準備咖啡。

　　互聯(lián)設備及用戶的數(shù)量在不停地快速增長,。這真是件好事,！然而，要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的可持續(xù)發(fā)展,，物聯(lián)網(wǎng)設備必須能在任意環(huán)境中運行自如,。無法連接到本地接入點（AP）的物聯(lián)網(wǎng)設備毫無用處。在設計物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時,，系統(tǒng)設計人員需要理解各種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)設備普遍使用的無線技術是工作在2.4GHz頻段下的Wi-Fi及藍牙技術,。但是使用Wi-Fi的不止是物聯(lián)網(wǎng)設備，每個家庭中的電視,、筆記本電腦,、平板電腦和移動電話也廣泛使用Wi-Fi技術。現(xiàn)在,，2.4GHz頻段就好像一個會議室,，好幾個人都想同時發(fā)言。但是,，如果想要讓大家理解發(fā)言內(nèi)容,，每次就只能允許一個設備“發(fā)言”。

　　現(xiàn)在想象一下,，某個設備無法高效通信,，卻還喋喋不休。其他設備張不開嘴,，會議室內(nèi)無法進行有意義的通話,。過去，Wi-Fi標準并不重視性能和頻段利用。隨著Wi-Fi設備的密度不斷增大,，Wi-Fi聯(lián)盟需要在遵守協(xié)議的基礎上增加了嚴格的性能要求,，符合性能要求的產(chǎn)品才能通過認證。

　　物聯(lián)網(wǎng)設備制造商需要摒棄“唯低成本是瞻”的做法,，確保他們設計的Wi-Fi互聯(lián)設備不會性能低下,，或給附近其他Wi-Fi設備造成不利影響,。哪怕只有一個設備性能低下,，也足以拖垮客戶的整個Wi-Fi網(wǎng)絡。

　　為了讓物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡歷久彌新,，必須要求系統(tǒng)設計人員使用高可靠性Wi-Fi連接,。供應商必須要了解不良設計的后果，因為這會直接關系到產(chǎn)品的成敗以及品牌的聲譽,。無法連接到接入點的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品對客戶而言毫無用處,。

　　當客戶遇到任何連接問題時，他們很可能退回產(chǎn)品或在線留下產(chǎn)品差評,。這些問題會導致產(chǎn)品失敗,，并對品牌產(chǎn)生負面影響。即便是在產(chǎn)品設計良好的情況下,，對于不熟悉物聯(lián)網(wǎng)的客戶而言,，同樣有必要提供廣泛的技術支持。

　　下面列舉幾種Wi-Fi連接不良時的典型特征：

• 通信距離短

• 吞吐量低

• 數(shù)據(jù)包錯誤率高

• 共存能力差

Wi-Fi不良之一：通信距離短

　　過短的通信距離會限制物聯(lián)網(wǎng)設備連接接入點的距離,。將設備連接到接入點,，往往是客戶對您產(chǎn)品的初步印象。如果實在無法連接,，大多數(shù)情況下客戶都將退回產(chǎn)品,，大筆一揮留下差評。而您的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品無法在一定距離連接到接入點的原因,，可能是傳輸功率低,、靈敏度差或不支持波束成形傳輸，因為Wi-Fi鏈路需要兩個設備之間交換數(shù)據(jù)包才能建立連接,。

• 傳輸功率

　　物聯(lián)網(wǎng)設備的傳輸功率會影響接入點接收其信號的能力,。功率超過一定水平后，Wi-Fi功率放大器的輸出開始失真,。為了解決這個問題,，大多數(shù)Wi-Fi設備會限制傳輸功率。當然,，也有別的辦法,，賽普拉斯就使用專有方法解決Wi-Fi功率放大器的失真問題，增大傳輸功率。

　　傳輸功率的另一大問題在于不同國家設定的監(jiān)管限制,。這就需要根據(jù)所在國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化的方法來控制傳輸功率,，這樣物聯(lián)網(wǎng)設備就既能以最大傳輸功率水平進行傳輸，同時又避免違反任何監(jiān)管（FCC,、CE等）的規(guī)定,。

• 接收靈敏度

　　接收靈敏度指設備接收接入點信號的能力。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鍵,。一些Wi-Fi設備內(nèi)置算法,，能在處理輸入信號時提供優(yōu)于其他設備的信噪比。因此在為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選擇Wi-Fi設備時,，應充分考慮接收靈敏度,。

• 鏈路預算

　　鏈路預算也會對通信距離產(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Wi-Fi設備間的鏈路預算,。假設某設備的傳輸功率比另一臺設備大+3dBm(分貝毫瓦)，靈敏度高-3dBm,。這樣可以將鏈路預算提升6dBm,。鏈路預算每提升6dBm，就可以讓通信距離翻番（見圖）,。

• 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)設備支持波束成形傳輸,，就能在更遠距離上連接到接入點。但是,，并非所有Wi-Fi設備都支持波束成形傳輸,。波束成形技術最早出現(xiàn)在802.11n標準中，不過最終如何實行由廠商決定,。這就帶來了互操作性問題,。在802.11ac標準中，這項特性在WLAN規(guī)格里得到妥善定義,，并且可以實現(xiàn)互操作,。因此，要在無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

　　吞吐量低會對性能產(chǎn)生嚴重影響，包括：

• 時延：吞吐量越低，時延越長,。雖然大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設備只需要發(fā)送幾個字節(jié)的數(shù)據(jù),，但時延長也會造成用戶體驗不佳。此外,，時延長還會降低醫(yī)療設備,、工業(yè)設備這些時間關鍵型應用的可靠性。

• 電池使用壽命：在吞吐量/調(diào)制指數(shù)低的情況下,，設備需要用較長時間來進行傳輸,，會有更長的活動時間，會直接縮短電池的使用壽命,。

• 頻段利用率差：吞吐量低會增加通信的通話時間,。這樣會直接造成2.4GHz頻段更加擁擠。

　　設備的吞吐量受鏈路預算,、調(diào)制指數(shù)和頻段可用性等多個因素的影響。Wi-Fi設備通過調(diào)節(jié)其鏈路數(shù)據(jù)速率來適應鏈路預算,。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)，就需要對信號調(diào)節(jié)做出改進,。因此,，某些設備在較低調(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,。

　　要想實現(xiàn)優(yōu)異的吞吐量,，必須對設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行考查。與此同時,，還需要選擇可支持較高調(diào)制指數(shù)的設備,。802.11ac標準可支持256-QAM（正交調(diào)幅）。與802.11n標準支持的64-QAM相比,，802.11ac設備能實現(xiàn)更高的吞吐量,。

　　此外，特定區(qū)域內(nèi)試圖通信的設備數(shù)量也會直接影響吞吐量,。設備數(shù)量越多,，每個設備發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的時間就越短。這就限制了有效吞吐量,。這個問題在2.4GHz頻段變得非常嚴重,，因為該頻段存在大量試圖通信的傳統(tǒng)Wi-Fi設備，同時還有藍牙和Zigbee等其他無線設備。因此,，除了使用較高的調(diào)制指數(shù)提高吞吐量,，802.11ac標準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)包錯誤率高

　　在Wi-Fi通信中,，一旦有數(shù)據(jù)包出錯，就需要重新傳輸,。數(shù)據(jù)包錯誤率（PER）高的設備會導致網(wǎng)絡中的所有設備性能低下,，因為它需要花費更長時間才能成功地傳輸數(shù)據(jù)包。這樣可能會增加沖突數(shù)量,，導致其他設備也不得不重新傳輸,，進一步劣化PER。該表顯示的是不同PER下通話時間的占用情況,。該表體現(xiàn)的是用20個節(jié)點,、按每秒傳輸一個數(shù)據(jù)包的速率、傳輸1,000字節(jié)的數(shù)據(jù)時,，每秒時間里通話時間所占的百分比,。

　　根據(jù)該表，錯誤率90%的設備跟錯誤率10%的設備相比,，前者占用的通話時間是后者900%,。此外，PER較高還會增加時延,。如果數(shù)據(jù)包出現(xiàn)錯誤,，就需要重新傳輸。這對時間關鍵型應用來說是個致命問題,。因此,，在為物聯(lián)網(wǎng)應用選擇Wi-Fi設備前，應掌握Wi-Fi設備的PER,。802.11ac標準可起到很大幫助,，因為它支持擁擠程度較低的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)設備往往需要同時使用Wi-Fi無線技術與藍牙無線技術,。難題在于它們工作在相同頻段下，如果不進行協(xié)調(diào),，兩者很難相容,。共存能力差會嚴重劣化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數(shù)百人年的工作量,，它可以實時決定是否授予介質(zhì)訪問Wi-Fi和藍牙的權限。必須理想地控制Wi-Fi和藍牙無線電的射頻鏈路,，才能盡可能降低干擾,，實現(xiàn)性能最大化。要實現(xiàn)并存,，需要將來自Wi-Fi和藍牙核心的大量信息提供給性能優(yōu)異的仲裁器,。

　　某些Wi-Fi和藍牙組合設備內(nèi)置共存功能，仲裁器通過并行總線與Wi-Fi和藍牙核心進行通信,。802.11n和802.11ac標準支持Wi-Fi在5GHz頻段下工作,，這對于同時需要使用Wi-Fi和藍牙才能工作的應用來說很有幫助。因此,，除了具備良好的共存機制之外,，還應使用支持5GHz的設備才能實現(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)品取得成功的關鍵,。選擇通信距離長,、吞吐量大、PER低,，且能提供良好共存支持的設備至關重要,。802.11ac標準通過波束成形傳輸、提高吞吐量（通過提高調(diào)制指數(shù)）,、降低PER，加強共存能力（通過支持擁擠程度較輕的5GHz頻段）,，增加通信距離,。組合設備具有業(yè)經(jīng)驗證的共存能力，能顯著提高Wi-Fi的吞吐量,，即使需要同時使用藍牙也毫不影響,。在為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選擇連接解決方案時，所有這些因素都應考慮在內(nèi),。