下一代 Wi-Fi 技术 Wi-Fi 6 是什么?它能让网速更快吗?_详细解读_最新资讯_热点事件

编者按:本文来自微信公众号“少数派”(ID:sspaime),作者:广陵止息,36氪经授权发布。

大家手上的设备越多,就越能感受到无线网络带来的便利性。

从去年年底开始,一个全新的名词「Wi-Fi 6」出现在大家眼前。Wi-Fi 6 是什么?它能带来哪些好处?我该怎么享受到它?这些关于 Wi-Fi 6 的疑问,将在这篇文章里得到解答。

▍Wi-Fi 6 是什么?

Wi-Fi 6 就是下一代 Wi-Fi 技术。

和过去的 Wi-Fi 技术一样,Wi-Fi 6 也依然做的是你熟悉的工作——让你手上的设备无需任何线缆就可以接入互联网。当然新的无线技术不仅能让你的设备更快地接入互联网,它还提供了更大的无线容量、更高的可靠性以及其他的特性,我们将在下文中详细地展开和解释。

路由器和接入点(AP)

Wi-Fi 6 对于以前所有的 Wi-Fi 技术都是兼容,当你换了一个 Wi-Fi 6 的路由器或者接入点1 (Access Point)你的设备都是能正常工作的,只不过新的特性也需要使用支持 Wi-Fi 6 的设备。

Wi-Fi 6 还会被叫做 802.11ax (或者 IEEE 802.11ax),后面一种命名方式对普通的消费者而言,不仅难以记忆还没办法比较哪一个更好。好在 IEEE 标准协会注意到了这点,在 2018 年 10 月将 802.11ac 改名叫做 Wi-Fi 5,更老的 Wi-Fi 协议也同样变为 Wi-Fi + 数字 的形式,方便用户进行记忆和对比:数字越大的,版本越新。

历代 Wi-Fi

▍Wi-Fi 6 带来了哪些好处

更快的速度

几乎所有的无线协议新一代的速度都会比上一代快,Wi-Fi 6 自然也在这方面做了不少努力,它最大可以达到 9.6 Gbps(大约是 1.2 GB/s,不过想要达到这一速度条件非常苛刻而已),对比上一代的 Wi-Fi 5 最大的速度只有 6.9 Gbps,提升了 40% 以上。

我相信肯定有人会说:「Wi-Fi 6 那么快的速度只有在实验室里才能达到」「我互联网速度用不到那么快的 Wi-Fi 6」「日常生活里根本用不到 Wi-Fi 6 这样的速度」

但是不能否认的是:理论速度比上一代快,意味着 Wi-Fi 6 可以有更大的带宽给每个设备,而 Wi-Fi 6 其他特性可以动态的分配带宽,让每个设备都可以满足潜在的最大速度。打一个形象的例子:Wi-Fi 6 路由器就像是一个新的物流中心,能容纳比上一个物流中心多了一倍的货物,同时它还有一个非常智能的「调度中心」,可以将每卡车正好塞满多个客户刚好需要的量,几辆车一起发车,运送到不同用户的手里。

而为了达到更快的速度和更精准的调度 Wi-Fi 6 引入了几个新技术:

MU-MIMO 多用户多输入多输出:可能有不少读者已经在别的地方看到 Wi-Fi 5 中已经使用了这项技术,但是 Wi-Fi 6 中将它应用到了上行链路中。

MIMO 技术

MU-MIMO 分为 MU 和 MIMO 两部分,MIMO 代表了多输入和多输出,(对于无线路由器/接入点来说)就是让多条天线在一个无线电频率上向同一个设备同时发送和接收数据的技术,打个形象的比喻就是:多辆卡车同时在一条路上向同一个用户发货。

MIMO 能提升的性能和数据流(也被称为空间流)有关,一般用类似 8×8 这样字段来表示,x 前面表示发射天线数量,x 后面则表示接受天线的数量,能同时工作的天线数量越多自然更快。Wi-Fi 6 第一代无线路由器/接入点最大支持 8×8 规模的空间流,而 Wi-Fi 5 只支持 4×4 个,而随着 Wi-Fi 6 的发展空间流的规模还会越来越大,速度还会越来越快。

发射和接受天线数量

MU 则代表了多用户,当多个设备同时接在无线路由器/接入点上时,每个设备都可以建立独立的互不相同的 MIMO 数据流,减少相互之间的竞争,不支持 MU 的无线路由器/接入点同一时间 MIMO 只能服务于一个设备。

MU 代表了多用户

160MHz 宽频段技术同样来自 Wi-Fi 5。经过 Wi-Fi 6 无线认证的无线路由器/接入点会完整支持 160MHz 宽频段。频段宽度就和道路宽度一样,更宽的频段能一次运输更多的数据,也就是更宽的道路可以开更大的卡车一次去运输更多的货物。过去既定的「道路宽度」是 80MHz。所以 160MHz 宽频段可以使用连续的 80MHz 频段,也可以使用非连续的 80MHz 频段组成,非常自由。

160MHz

OFDMA 是 Wi-Fi 6 引入的一个新技术,能够在一次传输机会(TXOP)中向多个设备发送接收数据,而没有这项技术的 Wi-Fi 5 每一次只能向一个设备发送接收数据。OFDMA 实际上就是将整个频段拆分成每个设备需要的频段,从最小的 2MHz (适用于需要远距传输的 IoT 物联网的传感器) 到最大的 160MHz 频段(适用于较近距离高速率传输),之间灵活调整。

OFDMA 功能

OFDMA 功能也可以打个形象的比方:物流中心给某个客户发货的时候,发现卡车没填满,老的调度系统(Wi-Fi 5)会选择直接发货,然后再给下一个客户发货,下一个客户同样没填满卡车,依次往复;而新的调度系统(Wi-Fi 6)会尝试填满整个卡车,这个卡车会一次性把所有的货物发给每个不同的客户。OFDMA 技术可以帮助设备访问互联网时大幅度减少延迟,提高传输效率。

Wi-Fi 6 那么快的原因

以上就是三项主要的提升 Wi-Fi 6 传输速率的技术解释,当然 Wi-Fi 6 提升速率手段远不止这三个,还包括了:

  • 1024-QAM:在相同环境下能够编码更多的数据,有效提高吞吐量。

  • 灵活的传输间隔安排:减少上一次传输干扰下一次传输的可能性,同样可以提高吞吐量。

  • 6GHz 频道的使用:未来6GHz 频道也将加入 Wi-Fi 6 协议中,并标记为 Wi-Fi 6E,能提供更快的传输速率、更多的频道容量以及更低的延迟。

更长的电池续航

Wi-Fi 6 技术除了让网络变得更快以外,它还能让设备在待机环境下变得更加省电,这个技术被称为目标唤醒时间(TWT)模式。

过去 Wi-Fi 协议使用的节能模式会周期性地主动唤醒设备,让设备接收存放在无线路由器/接入点缓冲区中的数据。而有些设备(比方说部分 IoT 传感器)可能不需要那么频繁的唤醒,过于频繁的唤醒反而会让它们的电池寿命缩短很多。

新的 TWT 模式

而 TWT 省电模式则是:按照设备期望的唤醒周期,向设备传输数据,这样每个设备都可以有截然不同的唤醒周期,无线路由器/接入点可以更好得进行调度,满足各式各样的节电需求。

TWT 省电模式搭配 OFDMA 技术还可以帮助设备,在复杂的传输周期里,依然可以按照预定的计划发送和接收数据,而不会造成消息延迟,随着未来家中的 IoT 设备越来越多,TWT 省电模式和 OFDMA 技术搭配也会显得更加重要。

更好的网络安全性

我们正在使用的 WPA 2 加密方式已经服役了 16 年了,很多安全特性放到今天来看已经非常过时了,所以 Wi-Fi 6 将使用更加安全的 WPA 3。

首先是优化了连接到 Wi-Fi 时的握手阶段,在握手阶段,过去的 WPA 2 是可以尝试使用字典暴力破解密码(通俗来说就是一个一个去试),而 WPA 3 会在多次尝试失败以后直接将客户端拉进「黑名单」。

接下来改进的就是一键接入功能,用 DPP 去替代 WPS,WPS 功能早就有非常多的安全问题了。但是又不能没有一键接入,不然没有显示接口的设备(比方说 IoT 传感器、智能灯泡等)要怎么接入互联网。所以 WPA 3 中使用了全新的 DPP 协议,DPP 协议可以让用户使用更现代的方式——通过二维码、密码、NFC 和蓝牙安全地添加设备到互联网中。

第三个优化了的场景就是公共网络,WPA 2 下公共网络其他人可以直接读取所有人的访问记录,而 WPA 3 会对公共网络下的每一个设备都提供单独的互不相同的加密方式,保护每个人的隐私。

最后改进了加密方式,WPA 3 将加密位数提升到了 192 位,简单来说你在没设定 Wi-Fi 密码的时候,你的数据也是受到一定强度的加密保护的。当然设定 Wi-Fi 密码以后这个强度还会有显著的提升。

降低来自「邻居家」的干扰

使用同一个频段无线路由器/接入点会互相干扰,导致传输性能下降。这也是为什么频宽总体更窄的 2.4G Wi-Fi 在有更多其他 2.4G Wi-Fi 的环境下性能表现会更差的原因。本来更加「宽广」的 5G Wi-Fi 是无需考虑干扰的问题的,但是随着 160MHz 宽频段的使用以及越来越多的 5G 无线路由器/接入点,干扰自然会越来越多。

Wi-Fi 6 为了应对这一问题,将会使用 BBS 着色(BBS Coloring)的方式,来降低无线路由器/接入点之间干扰。只有相同颜色的无线路由器/接入点才会造成干扰。

得益于 BBS 着色,相同颜色(频段)才会干扰

抛去复杂的技术说明,简单来说 BBS 着色就是给无线路由器/接入点「涂上一层颜色」,每一个频段都是一种颜色。遇到来自不同颜色的信号时,会尽可能使用较高的信号强度去传输数据;遇到相同颜色的信号时,则会降低信号强度去减少相互之间的干扰。

BBS 着色后,无线路由器/接入点还能「感知到」周围相对空闲的频段并切换过去,降低相互之间的干扰。

▍Wi-Fi 6 对生活有哪些帮助?

从当下来看:Wi-Fi 6 可以有效降低多人在同一无线网络下进行游戏时的延迟;也不会因为环境中较慢的设备拖慢了整体网络的速度;家里或者公司无线设备比较多的环境下,Wi-Fi 6 还可以更好地给每个设备分配带宽。

长远来看:新出的智能家具或者 IoT 设备可以有更好的续航;家里还可以在不使用智能家居中枢的时候,将智能家居放在离无线路由器/接入点更远的位置;自己家中的无线路由器/接入点和别人家的干扰更小,获得更好的无线性能。

放更长远来看:更快的速度可以让多名用户在同一范围内观看不同的 4K 甚至 8K 视频 ;还可以让我们轻松在家使用无线 AR/VR/MR 设备,甚至基于游戏仓的全息游戏都可能会实现。

▍为了享受 Wi-Fi 6 我们要给手头的设备升个级

虽然 Wi-Fi 6 兼容老的客户端接入,但是各种新特性还是要无线路由器/接入点和接入的客户端都支持才行。

目前为止已经有不少设备已经通过了 Wi-Fi 6 验证了。

无线路由器/接入点

对于无线路由器/接入点来说,选购时始终要相信一分价钱一分货,这个道理。目前支持的产品如下图:

目前支持的无线路由器简单对比

Cisco 和华为都已经推出了相应的 Wi-Fi 6 版本的接入点了,最大同时支持 2.4GHz 4×4 和 5GHz 8×8 总计 12 条空间流,当然价格也非常不便宜就是了。

设备

目前支持 Wi-Fi 6 的设备和相关如下图(下图仅仅只是举例):

目前支持的设备

160MHz 和 MU-MIMO 的取舍

在这篇文章的最后,我还想和大家聊一聊换了 Wi-Fi 6 无线路由器/接入点以后关于 160MHz 和 MU-MIMO 的取舍问题。

MU-MIMO 同时通信是有上限的,因为空间流流是不可能超过它天线的数量的,每个无线路由器/接入点的技术详情里都会明确标注 2.4G 和 5G 的天线数量。这里以 Cisco Catalyst 9130AX 接入点的 Wi-Fi 6 技术说明为例:它最多能支持 8×8 MU-MIMO。

也就说所有的空间流(卡车)加起来不能超过 8 个,但是这 8 个空间流可以以任意分配给客户端:可以被支持 1 个 8×8 MU-MIMO 的客户端直接用掉;可以在2个 4×4 MU-MIMO 的客户端之间平均分配;还可以在4个 2×2 MU-MIMO 的客户端之间平均分配;还或者无规律地分配给 1个 3×3 MU-MIMO 的客户端 ,加上 1 个2×2 MU-MIMO 的客户端,再加上 3 个 1×1 MU-MIMO 的客户端。但是无论怎么分配都不能超过 8 个空间流(卡车)。

而 160MHz 虽然能直接让传输速度变为原来的两倍,但是会直接导致 MU-MIMO 砍半:原来支持 4×4 MU-MIMO 的无线路由器/接入点会变为2×2 MU-MIMO,直接导致总的可用空间流减少,进而导致其他支持 MU-MIMO 吞吐量折半,或者根本没办法分配到 MU-MIMO。而且想要体验 160MHz 也是需要设备支持的,加上穿墙能力更差和干扰气象雷达的可能性(导致不能用),我是更推荐大家使用 80MHz。

所以就我个人观点来看,最近几年买到了 Wi-Fi 6 无线路由器,在 4×4 MU-MIMO 或者更低的情况下,还是选择 80MHz 频段比较好。如果你买专业接入点,它们如果有提供 8×8 MU-MIMO 的空间流,那么的确可以考虑开启 160MHz 宽频段带来极限的速度体验,但是 80MHz 频段依然可以让更多的设备享受到 MU-MIMO 带来的速度提升。

▍Wi-Fi 6 才刚刚开始

Wi-Fi 6 和其他很多新技术一样,一切才刚刚开始。它不会突然之间就改变了我们的生活,而是慢慢地在未来影响我们,让我们在更繁忙的网络下有更高速、更安全和更省电的无线体验。

以上就是 Wi-Fi 6 的科普,希望它能帮助到你。