Wi-Fi 6 新一代无线网络标准好在哪?

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18年年底,新一代的 Wi-Fi 标准终于完成了制定,按照 IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers,电气和电子工程师协会)的命名规范,新规范名为 802.11ax

Wi-Fi 6

命名

802.11ax 这个名字看上去实在是让人有点迷糊,加上之前的 b a g n ac 啥的,一般用户根本不知道哪个是新标准,哪个是旧标准,所以这一次 Wi-Fi Alliance(Wi-Fi 联盟)修改了命名规则,将最新的 802.11ax 改成了 Wi-Fi 6,之前的旧标准也随之改名。

技术标准命名 人类可读命名
802.11n Wi-Fi 4
802.11ac Wi-Fi 5
802.11ax Wi-Fi 6

这么一来就很简单易懂了,也能清楚得知道哪个是新的标准了(毕竟大家都知道数字大小的区别)。

小贴士:一般路由器中都将 802.11 b/a/g/n 写在一起,其实这几个东西并不是一代协议,而是代表 2.4G 频段,而实际上 Wi-Fi 4(即 802.11n)是支持 2.4G 和 5G 频段的。

支持

新的协议需要双向设备的支持,在 19 年的台北电脑展上,很多新的 AMD X570 芯片组的主板已经支持了 Wi-Fi 6 标准(一般是英特尔的 AX200 网卡)。

补充一下,在 2020 年 6 月发售的英特尔十代桌面处理器专属座驾 Z490 芯片组也全系支持 Wi-Fi 6 标准(一般是英特尔的 AX201 网卡)。

新特性

根据「协议进化论」,速度一般都是更新换代的关键指数。

速率

在 Wi-Fi 5 时代,即使是 160 MHz 带宽的 5GHz Wave 2 网络,单条空间流*也只能达到 866 Mbps 的速率。

小贴士:“空间流*”是指 Spatial Stream 简称 SS,可以简单理解为天线。

额外提一句在 Wi-Fi 5 时代,协议中间进行过修订,即存在 Wave 1 (2013) 和 Wave 2 (2016) ,区别在于 Wave 2 支持了 MU-MIMO 技术、160MHz 信道带宽支持、支持更多的 5GHz 频段和空间流。

一般的手机和电脑的无线网卡只支持到 2x2 ,也就是两条上行、两条下行,于是单台设备单向最高支持到 866Mbps x 2 ≈ 1.7 Gbps,更重要的是 Wi-Fi 5 标准并不强制要求路由器提供 160MHz 信道带宽支持,也就是说常见的 Wi-Fi 5 路由器使用的依然是 80MHz 信道带宽,于是 866Mbps 就是常见的 Wi-Fi 5 路由器的速度上限了。

而在 Wi-Fi 6 时代,160MHz 信道带宽成为强制标准,目前市面上(相对)便宜的 Wi-Fi 6 路由器也都支持 160MHz,这样的情况下,即使你的手机或者电脑只支持 Wi-Fi 5(前提是支持 160MHz)也能获取更大的通信带宽的提升,而后来又推出的 Wave 2 网络(支持了 10bit 1024-QAM 调制技术)也成为了 Wi-Fi 6 的基础,在 Wi-Fi 6 上,即使在 80MHz 的“半血”状态下,Wi-Fi 6 的单个空间流也能达到 600MHz,双天线下就是 1200Mbps,而在 160MHz 的“满血”状态下,就能轻松达到 2400Mbps,也就是 2.4Gbps。理论上,如果有支持 160MHz 4x4 的设备,那么在 Wi-Fi 6 上就可以实现4.8Gbps 的无线传输速率。

         
Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 速率对比
80MHz160MHz
1×1 2×2 1×1 2×2
Wi-Fi 5 速率 433Mbps 866Mbps 866Mbps 1.7Gbps
Wi-Fi 6 速率 600Mbps 1.2Gbps 1.2Gbps 2.4Gbps

OFDMA

除了速度的提升之外,还有一个重要的改进就是 OFDMA 正交频分多址技术,相比于旧的 OFDM 模式,实际上的区别就是单一信号可以负载更多的走向不同的数据。

举个例子:比如一个电梯,有ABC三人在等待,A去2层 B去3层 C去4层,在老的 OFDM 模式下,电梯先会载A到2层后,然后再载B到3层,以此类推;而在 OFDMA 模式下,可以让 ABC 三人同时上电梯,到2层后A下电梯,到3层后B下电梯,到4层后C下电梯,这样可以大幅度降低无线信号的延迟,以及有效降低多人同时使用时会网络速率的影响。

旧 OFDM 图例 新 OFDMA 图例

其他

在当前智能家居的时代,连一个插座或台灯都需要接入网络,因此在日后会有越来越多的设备接入 Wi-Fi,因此 OFDMA 正交频分多址技术就显得尤为重要了。除此之外,Wi-Fi 6 还增加了 TWT 时间表唤醒功能、 BSS 着色技术等,这些技术虽然听不懂是什么,但是在这些技术的加持下,Wi-Fi 6 可以着实地降低设备的功耗,可以在信道不冲突的情况下尽可能跑满带宽。

测试对比

为了显示 Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 的区别,从本地 NAS 下载一个 10.2GB 的视频文件到本机。

Wi-Fi 5 (80MHz)

下载时,峰值速率为 76.2MB/s,平均速率为 71.7MB/s。
上传时,峰值速率为 76.2MB/s,平均速率为 54.9MB/s,但是波动非常大,大多数时间只能保持在 40~60MB/s。

LAN (1000M)

下载时,峰值速率为 117.1MB/s,平均速率为 115MB/s,表现非常稳定,几乎就是一条直线,
上传时,峰值速率为 117.7MB/s,平均速率为 117.5MB/s。

Wi-Fi 6 (80MHz)

下载时,峰值速率为 102.4MB/s,平均速率为 97.0MB/s。
上传时,峰值速率为 97.8MB/s,平均速率为 93.6MB/s。

即便在半血情况下,速度相比于 Wi-Fi 5 (80MHz) 高了三分之一左右,基本跑满了千兆网络,最大的优点就是上传速度比 Wi-Fi 5 稳定多了,这是因为 Wi-Fi 6 比 Wi-Fi 5 多支持了上行的 MU-MIMO 技术。

Wi-Fi 6 (160MHz)

WiFi6 160MHz 满血情况下,

下载时,峰值速率为 113.8MB/s,平均速率为 110.6MB/s。
上传时,峰值速率为 113.6MB/s,平均速率为 110.5MB/s。

可以看到在 160MHz 下,已经跑满了千兆,并且稳定性堪比有线网络。

单位

Mbps 和 MB/s 区别

没错,网络单位是区分大小写的,日常运营商们所说的百兆、千兆网络是指 Mbps ,小写的 b 是指 bit(位),而 Mbps 实际上就是 Megabit Per Second,而一般电脑上下载工具所使用的 MB/s 中的 B 表示的是 Byte(字节),MB/s = MegaByte Per Second,1 Byte = 8 Bit,所以千兆网络 1000Mbps = 125MB/s ,而网络传输过程还存在损耗,因此理论速度上限为 125MB/s ,而实际速度上限为 110MB/s 左右,而实际上还存在 MB 和 MiB 单位之间的转换。

MB 和 MiB 区别

原来没太注意 MB 与 MiB 的区别,甚至都不清楚还有 MiB 这单位。两者具体的差别是「MB 等单位是以 10 为底数的指数」,而「MiB 等单位是以 2 为底数的指数」。

十进制单位 / / 二进制单位 / /
单位名词 缩写 数量级 单位名词 缩写 数量级
KiloByte KB 10^3 KibiByte KiB 2^10
MegaByte MB 10^6 MebiByte MiB 2^20
GigaByte GB 10^9 GigiByte GiB 2^30
TeraByte TB 10^12 TebiByte TiB 2^40
PetaByte PB 10^15 PebiByte PiB 2^50
ExaByte EB 10^18 ExbiByte EiB 2^60
ZettaByte ZB 10^21 ZebiByte ZiB 2^70
YottaByte YB 10^24 YobiByte YiB 2^80

例如:1KB = 10^3 = 1000B,1MB = 10^6 = 1000KB,1GB = 10^9 = 1000MB;而 1KiB = 2^10 = 1024,1MiB = 2^20 = 1048576 = 1024KiB。

实际上这个单位的区别就是在购买硬盘等存储设备时,标称值与实际值存在差异的原因。原因是标出的是以十进制 MB、GB 为单位的,1GB 就是 1,000,000,000 Byte,而操作系统是以二进制 MiB、GiB 为单位的,1GiB 就是 2^30=1,073,741,824,相比较而言,1GiB要比1GB多出1,073,741,824-1,000,000,000=73,741,824,所以检测实际结果要比标出的少一些。

附录

参考链接

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