<menu id="maoyy"></menu>
<menu id="maoyy"><tt id="maoyy"></tt></menu>
<xmp id="maoyy">
<menu id="maoyy"><strong id="maoyy"></strong></menu>
<optgroup id="maoyy"><strong id="maoyy"></strong></optgroup>

應用

技術

物聯網世界 >> 物聯網新聞 >> 物聯網熱點新聞
企業注冊個人注冊登錄

為了解決網絡擁塞,Wi-Fi 6采用了哪些黑科技?

2022-05-17 17:24 物聯傳媒
關鍵詞:Wi-Fi6

導讀:在上一期的文章(鏈接)中,我給大家介紹了Wi-Fi的信道競爭接入原理。Wi-Fi設備的接入,核心就在于載波偵聽多路訪問/碰撞避免(CSMA/CA)。

在上一期的文章(鏈接)中,我給大家介紹了Wi-Fi的信道競爭接入原理。Wi-Fi設備的接入,核心就在于載波偵聽多路訪問/碰撞避免(CSMA/CA)。

這個先聽后說的機制,從1997年的第一代Wi-Fi(802.11)就開始使用。然而,20多年前的無線網絡設備很少,沒有人會去考慮,當設備增多時,競爭入網帶來的網絡擁塞問題。

Wi-Fi的真正普及,是從2008年的Wi-Fi 4(802.11n)開始??梢哉f,從那時起,Wi-Fi真正成為家庭和企業互聯網接入最常見的方式。支持Wi-Fi的設備型號數量,也成指數上升。

如今,Wi-Fi設備在我們的生活中無處不在。隨便打開家里的無線路由管理界面,可能就有不下10個Wi-Fi設備同時在線。

設備數量的增加,導致了網絡擁塞、性能下降、延時升高等問題。這些問題在Wi-Fi 5(802.11 ac)時代變得愈加嚴重。所以,在設計Wi-Fi 6(802.11 ax)時,專家們專門針對網絡擁塞問題進行了改進和創新。

那么,Wi-Fi 6是通過哪些新技術來提高無線信道容量的呢?

正交頻分多址OFDMA

熟悉Wi-Fi的朋友們應該知道,Wi-Fi的空口采用了正交頻分復用(OFDM)的調制方式,即整個帶寬由相互正交的子載波組成。

在Wi-Fi 6中,802.11工作小組從LTE上引入了OFDMA的接入方式。就多了這么一個“A”字,可以說是給網絡容量帶來了質變。

如下面左邊圖所示,基于Wi-Fi 5的OFDM在任意一個時段,頻道中的所有帶寬只能分配給一個用戶,哪怕這個用戶的數據需求并不需要占用到全部帶寬。

而其他用戶接入網絡時,需要等待下一個發送機會窗口(TXOP)。這在信道資源的使用上,是非常低效的,尤其是設備顯著增多時。

image.png

圖 1 OFDM與OFDMA對比

OFDMA改變了這一點。OFDMA通過將子載波組成一個個資源單元(RU)的方式,頻道可以把瞬時帶寬動態劃分給不同的用戶。

比如上圖右邊這張圖中,第一個TXOP分配給了用戶0和用戶1,第二個OP全部分給了用戶2,接著第三個TXOP中,資源被平均分配給了四位用戶。

OFDMA一下子提高了瞬時支持的用戶數量。

以下圖的20MHz帶寬為例,經過子載波分配,20MHz可以最多支持9個設備同時接入,40MHz則可以支持18個設備,以此類推。

image.png

圖 2 采用OFDMA的20MHz下可用的資源單元數量

(Wi-Fi 6中每個子載波是78.125khz,20MHz就是256個子載波。6 Edge表示距離邊緣有6個子載波作為保護帶。)

可以說,OFDMA對Wi-Fi信道的容量帶來了質變。

BSS coloring

在過去的Wi-Fi技術中,小區間同頻干擾(Co-Channel Interference,CCI)是影響信道容量的另一個重要因素。

上篇文章提到,CSMA/CA的核心是采用先聽后說(listen before talk,LBT),設備先對無線信道進行監聽,在確保沒有被占用的情況下,發送數據。

在多AP mesh組網(AP,Access Point,無線接入點)的情況下,小區內的設備會收聽到臨近同頻道的小區的干擾信號,導致設備會誤認為本小區此時的無線信道正在被占用,于是停止發送。

這種干擾,在網絡沒有優化好或者可用的頻道數量很少的情況下,會顯著降低網絡容量。

如下圖所示,4個Wi-Fi AP采用了三頻道組網。但由于可用的頻道只有三個,AP1和AP2不得不都部署在同樣的頻道Channel 6上,這時AP2的信號對于歸屬于AP1中的用戶設備來說就是干擾——Overlapped Basic Service Set(OBSS,重疊基本服務單元,可以理解為頻率相同的重疊小區)。

image.png

圖 3 三頻組網下的同頻道干擾場景

當用戶設備與AP1進行通信時,由于設備收到同頻的AP2的干擾信號,用戶設備會誤認為AP1的小區此時正在被小區內其他設備占用,于是等待下一個時間段發送。這么一來,網絡性能就降低了。

不僅僅是多小區組網,這種干擾問題也會出現在Wi-Fi AP很靠近的情況下。比如你家中雖然只有一臺無線AP,但如果隔壁鄰居也有AP跟你部署在一樣的頻道上,CCI也會導致你的設備接入成功率下降。

可悲的是,大多數廠商在設備出廠時,都將Wi-Fi AP的默認頻道放在第一個頻道上。這樣的話,干擾問題就更嚴重了。如果你發現這種問題,不妨更改一下家里Wi-Fi AP的頻道,這樣會明顯減少干擾,提升網速。

Wi-Fi 6的解決方案,是通過在MAC層引入了BSS Coloring(小區顏色編碼)技術,來區分本小區和干擾小區。也就是說,在同頻道工作,存在相互干擾的AP,會附上不同的顏色碼,加以區分。

當用戶設備收到AP信號后,會對比其收到的顏色與目前關聯的AP顏色是否一致。顏色一致時,用戶才會認為信號是本小區內信號。

如果收到的信號的顏色與關聯的AP顏色不同,用戶判定該信號屬于干擾信號。如下圖所示,由于采用了不同顏色碼,綠色小區的頻道1不再受到臨近小區頻道1(藍色和紅色)的干擾。

image.png

圖 4 Wi-Fi 6中的BSS Coloring技術

看到這里你可能要問,就算標了色,但干擾信號還是會收到啊,怎么解決干擾呢?

上篇文章我們說過,Wi-Fi中的先聽后說,分兩個檢測門限,分別檢測信號功率(SD)和信道能量(ED)。這兩個門限在以往的Wi-Fi技術標準和設備中,是固定的,無法有效區分是本小區的信號還是臨近小區的信號(下圖左邊)。

image.png

圖 5 差異化信號檢測門限和動態調整

Wi-Fi 6采用了差異化檢測門限,給不同顏色碼的小區分配不同的檢測門限(上圖右邊)。

具體的方法是,將使用同頻道的干擾小區信號檢測門限升高,同時把同色的本小區內信號檢測門限降低。通常周邊小區的干擾信號由于傳播衰減,信號強度會較低,不會超過相對較高幅度的檢測門限。而本小區內信號用較低的檢測,有助于提高檢測靈敏度。

通過這種差異化的門限檢測,信道就不會被誤判為被占用,從而提高了信道容量。

信號檢測門限同時可以隨著網絡環境進行動態調整,可以說是一種自感知網絡的實現形式。

多用戶協調,多進多出(MU-MIMO)

單用戶多路輸入輸出(SU-MIMO),從Wi-Fi 5開始被引入。AP和終端使用多路天線來發送和接收,多路天線使用同頻但彼此正交的信號來提高信道使用率。

手機一般會用兩根Wi-Fi天線,支持2x2 MIMO——兩路發送和接收。

AP由于不受體積和電源限制,可以做到4甚至8根天線。MU-MIMO中的MU指的是多用戶(Multiple Users),一個AP使用同樣的信道來服務多個不同用戶,每路用戶分配1-2根天線,每根天線之間信號正交,互不干擾。

image.png

圖 6 AP使用MU-MIMO來復用信道

Wi-Fi 5雖然在wave 2的標準更新中增加了下行MU-MIMO,但大多數廠商并沒有在設備上去實現MU-MIMO功能。

在Wi-Fi 6時代,MU-MIMO終于得到了應用,并被擴展到了上行,即多終端設備不僅可以同時接收,也可以利用相同信道同時向AP發送數據。

有了MU-MIMO和OFDMA,那么自然就會想到:如果AP能夠協調其服務的多用戶同時對信道進行訪問,而不是一個個獨立來競爭請求的話,信道使用率還會提高。

如下圖所示,AP通過發送一個觸發信號,來同步需要接入的4位用戶的開始發送和結束時間。四位用戶不再相互競爭信道資源,而是采用MU-MIMO或者OFDMA的方式,與AP進行通信。

image.png

圖 7 Wi-Fi 6的多路收發協調功能

結語

Wi-Fi 6,是Wi-Fi歷史上最重要的一次更新。

即使是目前最新的Wi-Fi 7,也僅僅是對Wi-Fi 6的主要特性進行一些加強。

Wi-Fi 6的更新還有很多,比如1024QAM調制,目標設備喚醒時間(Target Wake Time)等等,今天我們只介紹了跟網絡容量相關的特性。

網絡容量上的提升,是我認為Wi-Fi 6眾多更新中最有用的功能,同時也是企業和個人用戶升級Wi-Fi網絡和終端的重要原因。

為了提高系統容量,Wi-Fi工程師們想盡了一切物理層和MAC層的方法。但是,最終容量還是受限于香農極限。

要進一步從根本上增加網絡容量,只能從增加頻譜的角度來解決。尤其是現有的2.4GHz,由于大量藍牙、遙控器等無線設備的使用,已經變得擁擠不堪。而5GHz,又存在諸多訪問限制。

頻譜資源對于Wi-Fi系統來說,變得非常有限。這就促進了Wi-Fi 6E的誕生。

Wi-Fi 6E,是將現有的Wi-Fi 6拓展到6GHz(5925-7125 MHz)上,一下子將頻譜的容量增加了三倍。同時,6GHz也是802.11組織為Wi-Fi 7(IEEE802.11 be)做的前期鋪墊。

那么,Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7具體如何提升性能呢?我會在下一期文章給大家一一道來。

本文作者唐欣博士,目前擔任Spectrum Lab技術總監。

參考文獻:

[1] Aruba Networks White Paper – 802.11ax.

[2] Cisco WhitePaper- IEEE 802.11ax: The Sixth Generation of Wi-Fi.

[3] National Instruments - Introduction to 802.11ax High-Efficiency Wireless

亚洲欧洲曰韩国产,伍六七和梅花十三爆黄,麻豆91精品一区二区不卡
<menu id="maoyy"></menu>
<menu id="maoyy"><tt id="maoyy"></tt></menu>
<xmp id="maoyy">
<menu id="maoyy"><strong id="maoyy"></strong></menu>
<optgroup id="maoyy"><strong id="maoyy"></strong></optgroup>