1、Wi-Fi简介

Wi-Fi技术 

    Wi-Fi是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。IEEE 802.11是无线局域网通用的标准它是由电气和电子工程师协会IEEE所定义的无线网络通信的标准。虽然经常将Wi-Fi与802.11混为一谈但两者并不等同。

Wi-Fi联盟

    Wi-Fi联盟Wi-Fi Alliance简称WFA是一个商业联盟拥有 Wi-Fi的商标。它负责Wi-Fi 认证与商标授权的工作成立于1999年主要目的是在全球范围内推行Wi-Fi产品的兼容认证发展iEEE802.11标准的无线局域网技术。

Wi-Fi频段

    802.11b/g/n/ax定义在2.4GHz频段中802.11a/n/ac/ax工作在5GHz频段中。

 Wi-Fi信道

2、Wi-Fi的发展 

 WiFi遵循802.11协议该协议的发展如下图

802.11b

    * 最高11Mbps吞吐量

    * 工作在2.4GHz采用直序扩频DSSS

    * 802.11b是所有无线局域网标准中最著名也是普及最广的标准。在2.4GHz ISM频段中共有14个频宽为22MHz的频道可供使用3个信道不重叠。

802.11a

    * 最高速率达54Mbps

    * 802.11a工作在5GHz

    * 802.11a采用正交频分复用OFDM支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps数据速率。

802.11g

    * 最高速率54Mbps

    * 802.11g工作在2.4GHz频段

    * 802.11g采用正交频分复用OFDM支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps数据速率及802.11b速率支持13个信道

802.11n

    * 最高速率可达600Mbps

    * 802.11n协议为双频工作模式支持2.4GHz和5GHz兼容802.11a/b/g标准兼容

    * 802.11n采用MIMO与OFDM相结合

    * 传输距离大大增加。

    * 提高网络吞吐量性能40m频宽模式。

802.11ac:

    * 802.11ac工作频段为5GHz频率

    * 保持与旧的协议的兼容性。改进了物理层帧结构考虑不同信道带宽共存时的信道管理等

    * 安全性方面它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容

    * 802.11可支持20M、40M、80M、80+80M不连续非重叠、160M带宽其中20M、40M、80M是必选的。

WiFi版本

2019年Wi-Fi 6发布Wi-Fi联盟放弃了802.11命名的方案使用了数字的序号并将前两代技术802.11n和802.11ac分别命名为Wi-Fi 4和 Wi-Fi 5 

3、Wi-Fi主要技术

​​​​​​信道带宽和信号带宽: 

    在通信系统中信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。

DSSS直接序列扩频[802.11b]:

    直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum系统是将要发送的信息用伪随机码PN码扩展到一个很宽的频带上去在接收端用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理恢复出发送的信息。

    就是将信源与一定的PN码伪噪声码进行摸二加。例如说在发射端将"1"用11000100110而将"0"用00110010110去代替这个过程就实现了扩频而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"这就是解扩。

 OFDM正交分频[除802.11b外]:

    如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的为了能够充分利用信道的带宽就可以采用频分复用的方法。

    OFDM主要思想是将信道分成若干正交子信道将高速数据信号转换成并行的低速子数据流调制到在每个子信道上进行传输.

帧聚合

    MSDU允许对目的地及应用都相同的多个包进行聚合聚合后的多个包只有一个共同的MAC帧头。最大是7935字节。

    MPDU允许对目的地相同但是应用不同的多个包进行聚合其效率不如MSDU但还是会减少报文负载及空气传播时间。MPDU的最大的包为65535字节。

块应答

    为保证数据传输的可靠性802.11协议规定每收到一个单播数据帧都必须立即回应一个ACK帧。MPDU的接收端在收到MPDU后需要对其中的每一个MPDU进行处理因此需要对每一个MPDU发送应答帧。块确认机制通过使用一个ACK来完成对多个MPDU的应答以降低这种情况下ACK帧的数量。

​​​​​​​MU-MIMO技术[802.11ac]:

    多用户-多输入多输出其采用显示波束成形技术实现信号的传播方向和接受控制向多个终端发送数据同时保证终端彼此不受干扰。MU-MIMO之后可以将AP空间流灵活分配给多个终端进行数据传送缓解了AP和终端空间流能力不匹配的问题充分发挥了AP的性能。

    同时支持4个设备通信但只支持下行MU-MIMO。

​​​​​​RTS/CTS增强 [802.11ac]:

    Request To Send/Clear To Send请求发送/允许发送握手协议可以避免信道冲突导致的数据传输失败。当AP向某个客户端发送数据的时候AP会向客户端发送一个RTS报文这样在AP覆盖范围内的所有设备在收到RTS后都会在指定时间内不发送数据。目的客户端收到RTS后发送一个CTS报文这样在客户端覆盖范围内所有的设备都会在指定时间内不发送数据。 802.11ac设备在其使用的信道内以20MHz为单位的子信道内发送RTS。当信道带宽为80M时再复制3份充满80MHz当信道带宽为160MHz时复制7份充满160MHz。

4、Wi-Fi 6特点

OFDMA

    多址接入系统将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集将不同的子载波集分配给不同的用户实现多址。OFDMA系统可动态地把可用带宽资源分配给需要的用户很容易实现系统资源的优化利用。

MU-MIMO升级

    支持8个设备同时通信且同时支持上下行MU-MIMO。

BSS Coloring技术:

    Wi-Fi 6前采用CSMA/CA载波侦听多路访问/冲突避免机制即每次在传送数据前会监听无线信道上有无其它AP也在传送数据如果有先避让下个时间再传。多个AP同一信道时只能采用轮流单独通信的方式降低了网络容量。BSS机制为每个AP“着色”即数据包头增加6bit标识区分不同AP这样设备侦听到无线信道已经被占用时会先检查BSS Coloring是不是同一AP网络不是则不用避让从而允许多AP在同一信道上运行。

TWT协议

    目标唤醒时间允许AP规划与设备端的通信协商什么时候和多久会唤醒发送/接受数据允许设备在不进行数据传输时进入休眠状态。

分布式Wi-Fi架构

    分布式Wi-Fi6架构采用One Pod Per Room无线组网方案每个Pod都用作无线接入点每个接入点都将支持Wi-Fi和物联网标准。 One Pod Per Room的设计将在最大程度上实现对整个住宅的网络覆盖。以家庭为例我们可以可在客厅中放置一个路由器其他房间均可放置一个Pod来实现稳定的无线接入。作为一个小型的无线接入点每一个Pod将直接连接至路由器路由器再连接至互联网。因此每个Pod都将提供一条全新的通路在室内进行Wi-Fi连接时可选择最优通路进行Wi-Fi网络的使用为住宅内的每一所房间提供最优的网络传输速度同时也拥有足够的网络容量。其中最重要的一点是所有接入只需一个SSID。”