《電子技術(shù)應(yīng)用》
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WiFi 6的優(yōu)勢與隱憂

2020-07-15
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: Wi-Fi6 5G WLAN

  采用IEEE 802.11ax標(biāo)準(zhǔn)的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)產(chǎn)品問世(以其Wi-Fi聯(lián)盟所命名的Wi-Fi 6逐漸為人所知),可謂WLAN又創(chuàng)非凡的里程碑,這組廣泛技術(shù)重新定義了過去25年來的組織LAN,。雖然原始傳輸速率(如今已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1Gbps)仍然是衡量WLAN進(jìn)展的主要指標(biāo),,但單憑此要素不再能滿足現(xiàn)今Wi-Fi的核心需求。更有趣和更重要的指標(biāo)還包括可用性,、可靠性和安全性,其中最重要的莫過于產(chǎn)能,能夠處理大量,、日益成長、多樣化,,且在許多情況下具有時(shí)間限制的串流流量,,如今對于仰賴穩(wěn)健、持續(xù)且透明的連線能力之員工生產(chǎn)力來說至關(guān)重要,。

  本文的主要目標(biāo)是探討未來十年Wi-Fi 6如何憑借其主要功能,、優(yōu)勢和技術(shù),取代前幾個(gè)世代的Wi-Fi,。同時(shí)也將檢視采用此技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn),,并針對網(wǎng)絡(luò)和IT管理員現(xiàn)在該做什么以充分利用此重大進(jìn)展提出建議。

  此外,,本文還將檢視Wi-Fi 6和5G的關(guān)系,。雖然Wi-Fi如今定義了組織網(wǎng)絡(luò)的邊緣,且為多數(shù)的室內(nèi),,甚至許多校園和公用環(huán)境中全體使用者和應(yīng)用的首選存取方式,,但5G行動(dòng)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)確實(shí)引發(fā)一些問題,這對所有的IT和網(wǎng)絡(luò)管理員都非常重要,。也許,,Wi-Fi 6和5G之間的合作關(guān)系大于競爭關(guān)系,,本文稍后將針對這一點(diǎn)提出分析。

  Wi-Fi技術(shù)承先啟后

  有鑒于龐大且持續(xù)成長的流量,,Wi-Fi顯然是主要的室內(nèi)組織(和住宅)網(wǎng)絡(luò)連線的選項(xiàng),。此外,它還遍及商業(yè)(如零售)環(huán)境和許多高人口密度的室外場所,。這樣的成果背后是由于IEEE 802.11工作小組持續(xù)運(yùn)用無線和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步不斷提高標(biāo)準(zhǔn),,進(jìn)而使產(chǎn)品持續(xù)提供現(xiàn)今和往后員工生產(chǎn)力不可或缺的成效(表1)。雖然Wi-Fi 6的核心技術(shù)很復(fù)雜,,但每一代Wi-Fi所展現(xiàn)的進(jìn)步已證明其數(shù)十年來部署于全球的價(jià)值,。

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  即使Wi-Fi 6延續(xù)了長期以來每個(gè)新WLAN標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng),也就是提升單一資料串流輸送量—例如,,假設(shè)是40MHz的通道,,單一Wi-Fi 6串流可較前一代標(biāo)準(zhǔn)提高原始輸送量(287vs.200Mbps)達(dá)43.5%—這也是Wi-Fi 6轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍μ囟ㄔO(shè)施使用者共享存取的關(guān)鍵動(dòng)機(jī),以改善他們的體驗(yàn)品質(zhì)(Qualityof Experience, QoE),,并透過將整體延遲減至最低來達(dá)成目的,。更高的頻譜效率(每個(gè)頻率、時(shí)間及空間單位若使用MIMO能成功傳輸更多位元數(shù)),,以及該頻譜的有效和高效共用是現(xiàn)今達(dá)成最佳產(chǎn)能的關(guān)鍵,。Wi-Fi 6的優(yōu)勢如圖1所示。

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  圖1 本測試結(jié)果顯示W(wǎng)i-Fi6改善產(chǎn)能的能力,。不像前幾代,,即使流量成長,使用者的輸送量仍然維持不變

  Wi-Fi 6關(guān)鍵五技術(shù)進(jìn)展?jié)M足當(dāng)代需求

  Wi-Fi 6延續(xù)Wi-Fi的悠久傳統(tǒng),,采用非常復(fù)雜的無線電和半導(dǎo)體技術(shù),,并將其用于低成本、小巧,、節(jié)能且可靠的元件,,適用于廣泛裝置和應(yīng)用。Wi-Fi 6奠基在802.11n(Wi-Fi 4)首創(chuàng)的技術(shù),,在此情況下采用了MIMO和正交分頻多工(Orthogonal Frequency-DivisionMultiplexing, OFDM),,以及額外的空間串流、多使用者M(jìn)IMO(Multi-User MIMO,MU-MIMO),,和802.11ac(Wi-Fi 5)的波束成形,。然而,Wi-Fi 6實(shí)際上卻是遠(yuǎn)超乎其前身的大躍進(jìn),,具備以下關(guān)鍵創(chuàng)新:

   正交分頻多重存?。∣rthogonalFrequency-Division Multiple Access, OFDMA)

  此技術(shù)使多位使用者得以在AP到用戶端裝置的單一傳輸中,分別被分到現(xiàn)有總頻寬的一部分,。由于任何既有的使用者可能僅需既定單一傳輸?shù)模ㄐ,。┎糠州斔土考纯?,因此OFDMA能提高效率并將延遲減至最低。

   1024-QAM

  正交振幅調(diào)變(QAM)是一種經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù),,用于高效的資訊通訊,。搭配1024-QAM,在特定傳輸過程中,,最多可發(fā)送10位元資訊,,同樣能提高效率和產(chǎn)能。

  雙向MU-MIMO

  這種創(chuàng)新技術(shù)讓AP得以同時(shí)接收多個(gè)用戶端的傳輸,,進(jìn)而補(bǔ)足Wi-Fi 5中開創(chuàng)的下游技術(shù)。

  BSS著色

  此技術(shù)讓特定傳送器得以判定相同通道上的鄰近訊號是否為干擾源,,而非假定每種情況都是,。

  目標(biāo)喚醒時(shí)間

  這種對現(xiàn)有節(jié)能協(xié)定的增強(qiáng),應(yīng)能大幅增進(jìn)行動(dòng)裝置的電池壽命,,這是眾人所期待的成果,。

  源于上述創(chuàng)新的關(guān)鍵新興主題是并行處理—盡管Wi-Fi以往曾提供特定時(shí)段、特定通道的單一傳送器和單一接受器之間的序列連線,,Wi-Fi6反而將重點(diǎn)放在(始于Wi-Fi 5的MU-MIMO)共用和平行/同時(shí)存取,。最終結(jié)果就是可用產(chǎn)能受到充分利用,這對滿足當(dāng)今和未來的流量需求至關(guān)重要,。

  Wi-Fi高流量/低延遲驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)需求

  檢視今日Wi-Fi安裝中所示的需求本質(zhì)時(shí),,達(dá)到最佳產(chǎn)能尤為重要。首先,,有越來越多的使用者群體,,通常各自配備了多個(gè)BYOD手機(jī)、平板電腦和筆記型電腦,。如2018年的思科(Cisco)視覺網(wǎng)絡(luò)指標(biāo),,便顯示業(yè)界所用的行動(dòng)裝置數(shù)量將在2022年達(dá)到123億臺(tái),即12%的年復(fù)合成長率(CAGR),。這些裝置中,,每一臺(tái)通常都同時(shí)執(zhí)行多款應(yīng)用程式,作為行動(dòng)整合通訊設(shè)施的一部分,,像電話語音和視訊串流,,其所需流量有時(shí)間限制,因此都需要將網(wǎng)絡(luò)延遲減至最低,。媒體能力也是流量的核心驅(qū)動(dòng)因素,,例如視訊串流最少可能需要兩個(gè)高達(dá)40~80Mbps左右的全幀4K流量;因正在布建或組態(tài)錯(cuò)誤造成的壅塞,、無線射頻干擾,,或無效Wi-Fi部署所致的任何延遲都會(huì)導(dǎo)致QoE不佳,,進(jìn)而令使用者失望且未達(dá)最佳的生產(chǎn)力。而若任何網(wǎng)絡(luò)都無法確保一般使用者的生產(chǎn)力,,那么它顯然無法提供所需的價(jià)值,。

  現(xiàn)在再將迄今尚被低估的來源—物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, IoT)持續(xù)成長的需求納入考量。本文認(rèn)為,,Wi-Fi將成為無線物聯(lián)網(wǎng)連接最熱門的選擇,,因?yàn)楦鞔蠼M織可利用已有的基礎(chǔ)架構(gòu)來提供環(huán)境控制、能源管理和實(shí)體安全,,包括自動(dòng)化視訊監(jiān)控等應(yīng)用,。雖然特定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的個(gè)別節(jié)點(diǎn)可能只會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的輕微負(fù)載,但所有此類來源的總需求往往很可觀,,而某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也確實(shí)很耗費(fèi)頻寬,。而物聯(lián)網(wǎng)的成長,伴隨著始終存在且不斷增加的整體網(wǎng)絡(luò)流量形式,,實(shí)為未來幾年Wi-Fi 6將被組織網(wǎng)絡(luò)加速采用,,并成為主流的關(guān)鍵理由。根據(jù)思科的VNI,,使用Wi-Fi的物聯(lián)網(wǎng)將在2022年以前位居50%以上的全球聯(lián)網(wǎng)裝置的核心,。

  當(dāng)再納入擴(kuò)增和虛擬實(shí)境(AR/VR)等快速崛起、高流量需求的應(yīng)用時(shí),,不難了解光是滿足應(yīng)用程式需求,,為何能以非常顯著的步調(diào)推動(dòng)W-Fi 6的采用。

  Wi-Fi 6/5G優(yōu)勢兼具

  在Wi-Fi的世界和電信業(yè)者的行動(dòng)電話通訊之間總有一種微妙的緊張關(guān)系,。乍看之下,,Wi-Fi專注于室內(nèi)寬頻服務(wù),其中特定設(shè)施的負(fù)責(zé)人或經(jīng)營公司提供網(wǎng)絡(luò),。行動(dòng)數(shù)據(jù)系由電信業(yè)者提供,,以往它利用的都是涵蓋通訊服務(wù)區(qū)域和用戶端之間、半徑長達(dá)數(shù)公里的服務(wù)區(qū)域,,且過去均著重語音甚于資料,。

  但如今,筆者發(fā)現(xiàn)Wi-Fi和行動(dòng)數(shù)據(jù)之間不只在核心技術(shù),,也在任務(wù)上有著廣泛重疊,。兩者均為寬頻,同時(shí)均對所有應(yīng)用提供支援,,從電子郵件和Web存取,,到有時(shí)間限制的語音和視訊,再到物聯(lián)網(wǎng),,無所不包,。而作為最新但仍在崛起的行動(dòng)數(shù)據(jù)之化身,,5G完成了從室內(nèi)電話增強(qiáng)到全I(xiàn)P寬頻連線,且長達(dá)數(shù)十年之久的行動(dòng)數(shù)據(jù)技術(shù)演進(jìn),,進(jìn)而取代了室內(nèi)電話,。

  這或許不足為奇,但Wi-Fi 6和5G在規(guī)格上非常相似,,兩者均提供1+Gbps的輸送量,,在基礎(chǔ)技術(shù)和整體系統(tǒng)架構(gòu)上也非常相似。Wi-Fi開創(chuàng)了Microcell的概念—存取點(diǎn)間隔數(shù)十公尺,,并以有線LAN互聯(lián)和驅(qū)動(dòng),,部署方便。如上所述,,行動(dòng)電話通訊以往都致力于昂貴的大型通訊服務(wù)區(qū)域,,并配有高聳基地臺(tái),但5G將以小型,、便宜的Microcell部署在人口密度高的地區(qū),更像Wi-Fi那樣,,其中部分Microcell甚至是透過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)互連,,這種技術(shù)也是由Wi-Fi開創(chuàng)和推廣普及。

  因此,,Wi-Fi和5G間的根本區(qū)別可簡化為兩個(gè)簡單要素,。5G主要使用由特定電信業(yè)者購買并保留給業(yè)者的授權(quán)頻譜,而Wi-Fi 6將繼續(xù)使用未授權(quán)頻譜,,免費(fèi)供符合相關(guān)技術(shù)要求的裝置使用,。但是,特定地區(qū)的特定電信業(yè)者通常只能取用幾千萬到幾億赫茲的頻譜,,而Wi-Fi約可以利用兩千兆赫茲的頻譜(假設(shè)在6GHz的頻段中FCC尚未分配),,且這種頻譜只在短距離內(nèi)管理和重新使用,進(jìn)而增強(qiáng)了整體頻譜效率,,并為5G的小型通訊服務(wù)區(qū)域策略提供了明確動(dòng)力,。

  第二個(gè)區(qū)別是行動(dòng)電話通訊系由電信業(yè)者提供給一般使用者的付費(fèi)服務(wù);Wi-Fi則可用于設(shè)備成本和任何持續(xù)的營運(yùn)支出,,成本和支出隨著管理,、分析、保障和自動(dòng)化的推進(jìn)而降低,,因?yàn)檫@些推進(jìn)提高了營運(yùn)人員的生產(chǎn)力,,進(jìn)而減少營運(yùn)支出。雖然未授權(quán)頻譜無法保留,,但事實(shí)上,,建物負(fù)責(zé)人和操作員往往對其建筑內(nèi)可在這些頻段部署哪些服務(wù)握有高掌控度,。在已有Wi-Fi運(yùn)作的設(shè)施中,雖然4G和5G仍可部署于其中的未授權(quán)頻段,,但筆者期望不會(huì)出現(xiàn)實(shí)際的互相干擾,,反倒期望隨著時(shí)間推移可大量合作。

  由于筆者預(yù)計(jì)2020年起制造的手機(jī)都能同時(shí)支援5G和Wi-Fi 6,,能夠?qū)崿F(xiàn)于兩個(gè)網(wǎng)域間的切換連線,,將成為徹底放大頻譜效率的最普遍做法。這樣的策略還能大幅減少或消除室內(nèi)5G部署,、分散式天線系統(tǒng),,以及疑難排解耗費(fèi)時(shí)間(可能但不必然干擾未授權(quán)頻段)的需求,借此降低成本,。

  最后,,本文實(shí)際上雖將Wi-Fi 6定義為5G技術(shù),但這跟預(yù)計(jì)將位居電信業(yè)者服務(wù)核心的5G NR技術(shù)不同,;不過所用的技術(shù)和實(shí)現(xiàn)的效能卻很相似,,真正的價(jià)值在于,應(yīng)用程式不會(huì)知道其中的區(qū)別,。對網(wǎng)絡(luò)世界最重要的需求來說,,平心而論,一切都關(guān)乎應(yīng)用,,本文認(rèn)為5G和Wi-Fi 6的共存和互通將產(chǎn)生巨大優(yōu)勢,,因而也將是Wi-Fi 6廠商和行動(dòng)數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)等的關(guān)鍵和共同目標(biāo)。

  Wi-Fi六項(xiàng)隱憂有賴克服

  除了明顯的優(yōu)勢之外,,重要IT設(shè)施任何一代的轉(zhuǎn)型都需有完整檢驗(yàn),。因此,為了公平起見,,Wi-Fi 6的任何考量中都必須解決以下抑制因素和顧慮︰

  802.11ac未完全部署或完全折舊

  Wi-Fi 6可以(而且透過早期部署,,大部分將)向下相容于Wi-Fi 5(802.11ac),甚至4(802.11n),,且在大部分的情況下效能都更高,。不建議在特定通道上長期新舊混合運(yùn)作,但這種做法的明顯便利性,,以及一代比一代高的性能可以減少此處的任何顧慮,。

  尚未廣泛提供工具部署和保障

  然而,這方面正在快速進(jìn)展,;讀者可向廠商查詢其產(chǎn)品發(fā)展藍(lán)圖,。即便有Wi-Fi6,能增強(qiáng)安全性、將干擾減至最低,,并將頻譜效率放到最大的工具始終都保有重要性,,而在任何部署決策中,廠商專有的差異常構(gòu)成了關(guān)鍵要素(圖2),。

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  圖2 每一代新的Wi-Fi都對系統(tǒng)廠商展現(xiàn)創(chuàng)新機(jī)會(huì),,并為客戶和一般使用者實(shí)現(xiàn)顯著優(yōu)勢。Wi-Fi 6將新焦點(diǎn)放在安全性,、高可用性和組織不可或缺的其他WLAN元素資料來源:Cisco Systems

  廠商服務(wù)不成熟

  有鑒于新的芯片,、系統(tǒng)、韌體,、驅(qū)動(dòng)程式,、軟件、涉及的管理和分析,,轉(zhuǎn)型為下一代的過程中,,這始終是個(gè)揮之不去的問題。同樣地,,這是廠商的關(guān)鍵討論重點(diǎn),,而整合新裝置的BYOD程序也應(yīng)視需要重新審視和更新。一如既往,,由于期望韌體和軟件在部署后就地升級將解決浮現(xiàn)的問題,,因此筆者相信此處的任何風(fēng)險(xiǎn)都很低。

  缺乏用戶端設(shè)備

  雖然2019年期間才有數(shù)個(gè)支援Wi-Fi 6的手機(jī)和其他行動(dòng)裝置,,但轉(zhuǎn)機(jī)于2020年將來到,2020年底之前,,數(shù)千萬臺(tái)支援Wi-Fi 6的裝置將上線,。而向下相容性仍將保有它的重要性,但如上所述,,成長中的網(wǎng)絡(luò)需求將在那段時(shí)期內(nèi)大幅驅(qū)使基礎(chǔ)架構(gòu)支援Wi-Fi 6,。

  沒有Wi-Fi聯(lián)盟互通性規(guī)格

  持平來說,撰寫本文時(shí),,IEEE標(biāo)準(zhǔn)本身也還不完整,。但是,如同前代Wi-Fi規(guī)格的慣例,,筆者期望往后不會(huì)有涉及硬件修改的變動(dòng),。

  等待「Wave2」

  如同Wi-Fi 5的情形,最初出現(xiàn)的產(chǎn)品中可能不會(huì)具有Wi-Fi 6的所有功能和優(yōu)勢,,以及廠商替「Wave2」(非正式名稱)版本保留的一些額外功能,。根據(jù)此要素所做的等待決定也可能是受到預(yù)算限制的影響。然而,值得注意的重點(diǎn)是,,等待可能也會(huì)導(dǎo)致過渡期間網(wǎng)絡(luò)功能欠佳,,而且即使是最初期的產(chǎn)品,其獲得的投資報(bào)酬率(ROI)實(shí)際上也可能讓資本支出有所回報(bào),。

      

  最重要的事實(shí)為Wi-Fi 6已經(jīng)到來,,該開始體驗(yàn)相關(guān)新技術(shù)和所需產(chǎn)品了。本文建議的計(jì)畫很簡單:首先,,讀者請聯(lián)絡(luò)相關(guān)廠商,,并了解其產(chǎn)品和供應(yīng)狀態(tài)的最新進(jìn)度。接下來,,檢查流量模式,、位置和趨勢;這有助于決定優(yōu)先順序和排定更新時(shí)程,。筆者預(yù)計(jì)配備新Wi-Fi 6技術(shù)的用戶端幾年內(nèi)不會(huì)有重大需求,,因此這個(gè)過程還是有一點(diǎn)喘息空間。但同樣地,,正如根據(jù)過去的證據(jù)所預(yù)期,,在Wi-Fi 5、甚至Wi-Fi 4模式下運(yùn)作的Wi-Fi 6 AP將產(chǎn)生更勝其前身的性能,,因此在短期內(nèi)進(jìn)行營運(yùn)部署,,確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)立即的ROI。此外,,也建議為了安全性和效能兩方面的理由,,應(yīng)盡快升級Wi-Fi 4之前的任何WLAN技術(shù)。

  但是,,即使生產(chǎn)部署不在目前的待辦事項(xiàng)清單,,筆者也建議組織立即開始取得Wi-Fi6的體驗(yàn),并使用內(nèi)部「Alpha版」部署測試系統(tǒng),,隨著用戶端的出現(xiàn),,2019年已進(jìn)行正式測試;同時(shí)評估新的管理,、保證(IDS/IPS,、頻譜監(jiān)控等)和分析功能,以及一般使用者的支援需求,。這也是檢查當(dāng)前和所需交換器(邊緣和核心)產(chǎn)能和設(shè)施,、Power over Ethernet(PoE)需求,以及所需布線規(guī)格的絕佳機(jī)會(huì),。未來幾年的大量部署之前,,當(dāng)需要測試Beta版功能時(shí),這項(xiàng)工作也能延續(xù)下去。無論如何,,請思考整體網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)系統(tǒng),,而不僅僅是Wi-Fi6轉(zhuǎn)換過程之中的無線元素。

  最后,,基于特定標(biāo)準(zhǔn)的所有產(chǎn)品都不會(huì)提供相同性能,、功能組合、靈活性和相關(guān)特色,,因此,,讓現(xiàn)有產(chǎn)品和所需搭配或許是整體成功的關(guān)鍵。

  經(jīng)過了二十年的Wi-Fi和三十幾年的WLAN之后,,人們可能會(huì)認(rèn)為在無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)方面,,總會(huì)「完成」。但正如網(wǎng)絡(luò)其余部分和IT整體的情形,,「完成」在現(xiàn)在和未來仍是一個(gè)抽象,、理論的概念。反之,,Wi-Fi 6在一長串的契機(jī)中還是另一個(gè)有益創(chuàng)新,,它提高了一般使用者和營運(yùn)人員的生產(chǎn)力,降低了成本,,并改善了投資報(bào)酬率,,而真正的利潤在于整體組織的成功。未來十年,,Wi-Fi 6將主宰WLAN領(lǐng)域,,而現(xiàn)在其實(shí)就是利用它所提供的一切的時(shí)機(jī)。


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