WiFi 6的优势与隐忧
2020-07-15
14:00:00
来源: Sophie
来源：内容来自「 新电子 」，谢谢。
采用IEEE 802.11ax标准的无线区域网络(WLAN)产品问世(以其Wi-Fi联盟所命名的Wi-Fi 6逐渐为人所知)，可谓WLAN又创非凡的里程碑，这组广泛技术重新定义了过去25年来的组织LAN。虽然原始传输速率(如今已远远超过1Gbps)仍然是衡量WLAN进展的主要指标，但单凭此要素不再能满足现今Wi-Fi的核心需求。更有趣和更重要的指标还包括可用性、可靠性和安全性，其中最重要的莫过于产能，能够处理大量、日益成长、多样化，且在许多情况下具有时间限制的串流流量，如今对于仰赖稳健、持续且透明的连线能力之员工生产力来说至关重要。
本文的主要目标是探讨未来十年Wi-Fi 6如何凭借其主要功能、优势和技术，取代前几个世代的Wi-Fi。同时也将检视采用此技术所面临的挑战，并针对网络和IT管理员现在该做什么以充分利用此重大进展提出建议。
此外，本文还将检视Wi-Fi 6和5G的关系。虽然Wi-Fi如今定义了组织网络的边缘，且为多数的室内，甚至许多校园和公用环境中全体使用者和应用的首选存取方式，但5G行动数据的出现确实引发一些问题，这对所有的IT和网络管理员都非常重要。也许，Wi-Fi 6和5G之间的合作关系大于竞争关系，本文稍后将针对这一点提出分析。
有鉴于庞大且持续成长的流量，Wi-Fi显然是主要的室内组织(和住宅)网络连线的选项。此外，它还遍及商业(如零售)环境和许多高人口密度的室外场所。这样的成果背后是由于IEEE 802.11工作小组持续运用无线和半导体技术的进步不断提高标准，进而使产品持续提供现今和往后员工生产力不可或缺的成效(表1)。虽然Wi-Fi 6的核心技术很复杂，但每一代Wi-Fi所展现的进步已证明其数十年来部署于全球的价值。
即使Wi-Fi 6延续了长期以来每个新WLAN标准的传统，也就是提升单一资料串流输送量—例如，假设是40MHz的通道，单一Wi-Fi 6串流可较前一代标准提高原始输送量(287vs.200Mbps)达43.5%—这也是Wi-Fi 6转变为针对特定设施使用者共享存取的关键动机，以改善他们的体验品质(Qualityof Experience, QoE)，并透过将整体延迟减至最低来达成目的。更高的频谱效率(每个频率、时间及空间单位若使用MIMO能成功传输更多位元数)，以及该频谱的有效和高效共用是现今达成最佳产能的关键。Wi-Fi 6的优势如图1所示。
图1 本测试结果显示Wi-Fi6改善产能的能力。不像前几代，即使流量成长，使用者的输送量仍然维持不变
Wi-Fi 6延续Wi-Fi的悠久传统，采用非常复杂的无线电和半导体技术，并将其用于低成本、小巧、节能且可靠的元件，适用于广泛装置和应用。Wi-Fi 6奠基在802.11n(Wi-Fi 4)首创的技术，在此情况下采用了MIMO和正交分频多工(Orthogonal Frequency-DivisionMultiplexing, OFDM)，以及额外的空间串流、多使用者MIMO(Multi-User MIMO,MU-MIMO)，和802.11ac(Wi-Fi 5)的波束成形。然而，Wi-Fi 6实际上却是远超乎其前身的大跃进，具备以下关键创新：
▪ 正交分频多重存取(OrthogonalFrequency-Division Multiple Access, OFDMA)
此技术使多位使用者得以在AP到用户端装置的单一传输中，分别被分到现有总频宽的一部分。由于任何既有的使用者可能仅需既定单一传输的(小)部分输送量即可，因此OFDMA能提高效率并将延迟减至最低。
正交振幅调变(QAM)是一种经过验证的技术，用于高效的资讯通讯。搭配1024-QAM，在特定传输过程中，最多可发送10位元资讯，同样能提高效率和产能。
这种创新技术让AP得以同时接收多个用户端的传输，进而补足Wi-Fi 5中开创的下游技术。
此技术让特定传送器得以判定相同通道上的邻近讯号是否为干扰源，而非假定每种情况都是。
这种对现有节能协定的增强，应能大幅增进行动装置的电池寿命，这是众人所期待的成果。
源于上述创新的关键新兴主题是并行处理—尽管Wi-Fi以往曾提供特定时段、特定通道的单一传送器和单一接受器之间的序列连线，Wi-Fi6反而将重点放在(始于Wi-Fi 5的MU-MIMO)共用和平行/同时存取。最终结果就是可用产能受到充分利用，这对满足当今和未来的流量需求至关重要。
检视今日Wi-Fi安装中所示的需求本质时，达到最佳产能尤为重要。首先，有越来越多的使用者群体，通常各自配备了多个BYOD手机、平板电脑和笔记型电脑。如2018年的思科(Cisco)视觉网络指标，便显示业界所用的行动装置数量将在2022年达到123亿台，即12%的年复合成长率(CAGR)。这些装置中，每一台通常都同时执行多款应用程式，作为行动整合通讯设施的一部分，像电话语音和视讯串流，其所需流量有时间限制，因此都需要将网络延迟减至最低。媒体能力也是流量的核心驱动因素，例如视讯串流最少可能需要两个高达40~80Mbps左右的全帧4K流量；因正在布建或组态错误造成的壅塞、无线射频干扰，或无效Wi-Fi部署所致的任何延迟都会导致QoE不佳，进而令使用者失望且未达最佳的生产力。而若任何网络都无法确保一般使用者的生产力，那么它显然无法提供所需的价值。
现在再将迄今尚被低估的来源—物联网(Internet of Things, IoT)持续成长的需求纳入考量。本文认为，Wi-Fi将成为无线物联网连接最热门的选择，因为各大组织可利用已有的基础架构来提供环境控制、能源管理和实体安全，包括自动化视讯监控等应用。虽然特定物联网应用中的个别节点可能只会增加网络的轻微负载，但所有此类来源的总需求往往很可观，而某些物联网应用也确实很耗费频宽。而物联网的成长，伴随着始终存在且不断增加的整体网络流量形式，实为未来几年Wi-Fi 6将被组织网络加速采用，并成为主流的关键理由。根据思科的VNI，使用Wi-Fi的物联网将在2022年以前位居50%以上的全球联网装置的核心。
当再纳入扩增和虚拟实境(AR/VR)等快速崛起、高流量需求的应用时，不难了解光是满足应用程式需求，为何能以非常显著的步调推动W-Fi 6的采用。
在Wi-Fi的世界和电信业者的行动电话通讯之间总有一种微妙的紧张关系。乍看之下，Wi-Fi专注于室内宽频服务，其中特定设施的负责人或经营公司提供网络。行动数据系由电信业者提供，以往它利用的都是涵盖通讯服务区域和用户端之间、半径长达数公里的服务区域，且过去均着重语音甚于资料。
但如今，笔者发现Wi-Fi和行动数据之间不只在核心技术，也在任务上有着广泛重叠。两者均为宽频，同时均对所有应用提供支援，从电子邮件和Web存取，到有时间限制的语音和视讯，再到物联网，无所不包。而作为最新但仍在崛起的行动数据之化身，5G完成了从室内电话增强到全IP宽频连线，且长达数十年之久的行动数据技术演进，进而取代了室内电话。
这或许不足为奇，但Wi-Fi 6和5G在规格上非常相似，两者均提供1+Gbps的输送量，在基础技术和整体系统架构上也非常相似。Wi-Fi开创了Microcell的概念—存取点间隔数十公尺，并以有线LAN互联和驱动，部署方便。如上所述，行动电话通讯以往都致力于昂贵的大型通讯服务区域，并配有高耸基地台，但5G将以小型、便宜的Microcell部署在人口密度高的地区，更像Wi-Fi那样，其中部分Microcell甚至是透过无线网状网络互连，这种技术也是由Wi-Fi开创和推广普及。
因此，Wi-Fi和5G间的根本区别可简化为两个简单要素。5G主要使用由特定电信业者购买并保留给业者的授权频谱，而Wi-Fi 6将继续使用未授权频谱，免费供符合相关技术要求的装置使用。但是，特定地区的特定电信业者通常只能取用几千万到几亿赫兹的频谱，而Wi-Fi约可以利用两千兆赫兹的频谱(假设在6GHz的频段中FCC尚未分配)，且这种频谱只在短距离内管理和重新使用，进而增强了整体频谱效率，并为5G的小型通讯服务区域策略提供了明确动力。
第二个区别是行动电话通讯系由电信业者提供给一般使用者的付费服务；Wi-Fi则可用于设备成本和任何持续的营运支出，成本和支出随着管理、分析、保障和自动化的推进而降低，因为这些推进提高了营运人员的生产力，进而减少营运支出。虽然未授权频谱无法保留，但事实上，建物负责人和操作员往往对其建筑内可在这些频段部署哪些服务握有高掌控度。在已有Wi-Fi运作的设施中，虽然4G和5G仍可部署于其中的未授权频段，但笔者期望不会出现实际的互相干扰，反倒期望随着时间推移可大量合作。
由于笔者预计2020年起制造的手机都能同时支援5G和Wi-Fi 6，能够实现于两个网域间的切换连线，将成为彻底放大频谱效率的最普遍做法。这样的策略还能大幅减少或消除室内5G部署、分散式天线系统，以及疑难排解耗费时间(可能但不必然干扰未授权频段)的需求，借此降低成本。
最后，本文实际上虽将Wi-Fi 6定义为5G技术，但这跟预计将位居电信业者服务核心的5G NR技术不同；不过所用的技术和实现的效能却很相似，真正的价值在于，应用程式不会知道其中的区别。对网络世界最重要的需求来说，平心而论，一切都关乎应用，本文认为5G和Wi-Fi 6的共存和互通将产生巨大优势，因而也将是Wi-Fi 6厂商和行动数据产业等的关键和共同目标。
除了明显的优势之外，重要IT设施任何一代的转型都需有完整检验。因此，为了公平起见，Wi-Fi 6的任何考量中都必须解决以下抑制因素和顾虑︰
Wi-Fi 6可以(而且透过早期部署，大部分将)向下相容于Wi-Fi 5(802.11ac)，甚至4(802.11n)，且在大部分的情况下效能都更高。不建议在特定通道上长期新旧混合运作，但这种做法的明显便利性，以及一代比一代高的性能可以减少此处的任何顾虑。
然而，这方面正在快速进展；读者可向厂商查询其产品发展蓝图。即便有Wi-Fi6，能增强安全性、将干扰减至最低，并将频谱效率放到最大的工具始终都保有重要性，而在任何部署决策中，厂商专有的差异常构成了关键要素(图2)。
图2 每一代新的Wi-Fi都对系统厂商展现创新机会，并为客户和一般使用者实现显著优势。Wi-Fi 6将新焦点放在安全性、高可用性和组织不可或缺的其他WLAN元素资料来源：Cisco Systems
有鉴于新的芯片、系统、韧体、驱动程式、软件、涉及的管理和分析，转型为下一代的过程中，这始终是个挥之不去的问题。同样地，这是厂商的关键讨论重点，而整合新装置的BYOD程序也应视需要重新审视和更新。一如既往，由于期望韧体和软件在部署后就地升级将解决浮现的问题，因此笔者相信此处的任何风险都很低。
虽然2019年期间才有数个支援Wi-Fi 6的手机和其他行动装置，但转机于2020年将来到，2020年底之前，数千万台支援Wi-Fi 6的装置将上线。而向下相容性仍将保有它的重要性，但如上所述，成长中的网络需求将在那段时期内大幅驱使基础架构支援Wi-Fi 6。
持平来说，撰写本文时，IEEE标准本身也还不完整。但是，如同前代Wi-Fi规格的惯例，笔者期望往后不会有涉及硬件修改的变动。
如同Wi-Fi 5的情形，最初出现的产品中可能不会具有Wi-Fi 6的所有功能和优势，以及厂商替「Wave2」(非正式名称)版本保留的一些额外功能。根据此要素所做的等待决定也可能是受到预算限制的影响。然而，值得注意的重点是，等待可能也会导致过渡期间网络功能欠佳，而且即使是最初期的产品，其获得的投资报酬率(ROI)实际上也可能让资本支出有所回报。
最重要的事实为Wi-Fi 6已经到来，该开始体验相关新技术和所需产品了。本文建议的计画很简单：首先，读者请联络相关厂商，并了解其产品和供应状态的最新进度。接下来，检查流量模式、位置和趋势；这有助于决定优先顺序和排定更新时程。笔者预计配备新Wi-Fi 6技术的用户端几年内不会有重大需求，因此这个过程还是有一点喘息空间。但同样地，正如根据过去的证据所预期，在Wi-Fi 5、甚至Wi-Fi 4模式下运作的Wi-Fi 6 AP将产生更胜其前身的性能，因此在短期内进行营运部署，确实可以实现立即的ROI。此外，也建议为了安全性和效能两方面的理由，应尽快升级Wi-Fi 4之前的任何WLAN技术。
但是，即使生产部署不在目前的待办事项清单，笔者也建议组织立即开始取得Wi-Fi6的体验，并使用内部「Alpha版」部署测试系统，随着用户端的出现，2019年已进行正式测试；同时评估新的管理、保证(IDS/IPS、频谱监控等)和分析功能，以及一般使用者的支援需求。这也是检查当前和所需交换器(边缘和核心)产能和设施、Power over Ethernet(PoE)需求，以及所需布线规格的绝佳机会。未来几年的大量部署之前，当需要测试Beta版功能时，这项工作也能延续下去。无论如何，请思考整体网络的生态系统，而不仅仅是Wi-Fi6转换过程之中的无线元素。
最后，基于特定标准的所有产品都不会提供相同性能、功能组合、灵活性和相关特色，因此，让现有产品和所需搭配或许是整体成功的关键。
经过了二十年的Wi-Fi和三十几年的WLAN之后，人们可能会认为在无线区域网络方面，总会「完成」。但正如网络其余部分和IT整体的情形，「完成」在现在和未来仍是一个抽象、理论的概念。反之，Wi-Fi 6在一长串的契机中还是另一个有益创新，它提高了一般使用者和营运人员的生产力，降低了成本，并改善了投资报酬率，而真正的利润在于整体组织的成功。未来十年，Wi-Fi 6将主宰WLAN领域，而现在其实就是利用它所提供的一切的时机。
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