极速来临，无线网络协议新技术前瞻

米沃奇

相信大家对IEEE 802.11协议都很熟悉，从1997年的第一代无线局域网标准IEEE 802.11，到目前已发展到第5代，新的协议IEEE 802.11ac和802.11ad正在不断完善中，不久就将会被广泛应用。

IEEE 802.11ac，是一个802.11无线局域网（WLAN）通信标准，它通过5GHz频带进行通信。理论上，它能够提供最多1Gbps带宽进行多站式无线局域网通信，或是最少500Mbps的单一连接传输带宽。802.11ac是802.11n的继承者。它采用并扩展了源自802.11n的空中接口（air interface）概念，包括更宽的RF带宽（提升至160MHz），更多的MIMO空间流（增加到8），多用户的MIMO，以及更高阶的调制（达到256QAM）。下面我们就对新协议做简单介绍。

1.核心技术

802.11ac的核心技术主要基于802.11a，继续工作在5.0GHz频段上以保证向下兼容性，但数据传输通道会大大扩充，在当前20MHz的基础上增至40MHz或者80MHz，甚至有可能达到160MHz。再加上大约10%的实际频率调制效率提升，新标准的理论传输速度最高有望达到1Gbps，是802.11n 300Mbps的三倍多。

2.开发背景

802.11n无线标准在2009年9月11日获得IEEE标准委员会正式批准后，电子电气工程师协会（IEEE）就已经全面转入了下一代802.11ac的制定工作，目标是在2012年带来千兆级别的无线局域网传输速度。2014年，802.11ac占全球1.76亿接入点（AP）出货量的18%。

其实802.11ac项目早在2008年上半年就已经着手开始，当时被称为“Very High Throughput”，目标直接就是达到1Gbps。2008年下半年，项目分为两部分：一是802.11ac，工作在5.8GHz，用于中短距离无线通信，正式定为802.11n的继任者；另一个则是802.11ad，工作在60GHz，市场定位与UWB类似，主要面向家庭娱乐设备。802.11ac标准草案2.0版于2012年1月19日正式在IEEE的官方网站上进行投票，2月18日结束投票后将根据结果形成最终的标准。

在下一代标准诞生之前，现有的802.11n也会进行过渡性升级，支持三路乃至四路MIMO（多输入多输出）数据流，理论速度可从当前双路的300Mbps提升到三路的450Mbps、四路的600Mbps。Intel 5300芯片组、苹果AirPort Extreme（2009年10月升级版）等实际上已经支持三路MIMO数据流，连上新设备即可提供450Mbps的理论传输速度。

3.802.11ac和802.1 1ad区别

1）802.11ac

从核心技术来看，802.11ac是在802.11n标准之上建立起来的包括将使用802.11n的5GHz频段。

不过在通道的设置上，802.11ac将沿用802.11n的MIMO技术，为它的传输速率达到Gbps量级打下基础，第一阶段的目标达到的传输速率为1Gbps，目的是达到有线电缆的传输速率。802.11ac每个通道的工作频宽将由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效率提升，最终理论传输速度将由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps。当然，实际传输率可能在300Mbps～400Mbps之间，接近目前802.11n实际传输率的3倍（目前802.11n无线路由器的实际传输率为75Mbps～150Mbps之间），完全足以在一条信道上同时传输多路压缩视频流。

此外，802.11ac还将向后兼容802.11全系列现有和即将发布的所有标准和规范，包括即将发布的802.11s无线网状架构以及802.11u等。安全性方面，它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容，使得无线连接能够在安全性方面达到企业级用户的需求。根据802.11ac的实现目标，未来802.11ac将可以帮助企业或家庭实现无缝漫游，并且在漫游过程中能支持无线产品相应的安全、管理以及诊断等应用。

2）802.11ad

802.11ad的出现针对的是多路高清视频和无损音频超过1Gbps的码率的要求，它将被用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。从无线传输最为重要的频段使用上分析，由于应用难度的增大，6GHz以下的频段都不能满足要求，经过标准制定小组的确定，高频载波60GHz频谱成为了802.11ad的工作频段。目前看来，在此频段上世界上大多数国家具备足够空间以供其工作。并且通过对MIMO技术的支持，在实现多路传输的基础上，将使单一信道传输速率过1GHz，目前802.11ad草案中显示的资料表明其将支持近7Gbps的吞吐量。面对如此惊人的无线传输能力，背后肯定将有一些短板来限制标准达到这一水平。由于60GHz频率的载波穿透能力很差，在空气中信号衰减也比较严重，这就严重限制了其传输距离与信号覆盖范围，有效连接只能局限于一个不大的范围内。不过虽然其信号覆盖范围受限制，但其频谱将会比以往更加“纯净”，因为现在来看，当今在此频率下工作的设备还比较少。所以从应用的角度来看，802.11ad的出现主要是用来服务于家庭中各个房间内设备的高速无线传输，比如实现高清信号的传输就相当不错。

4.802.11ac和802.1 1ad两者关系

1）频率使用上互不干扰

两者所需要的工作频段完全不同，作为802.11n的延续，802.11ac主攻6GHz以内的频段，通过将单通道频率提升来达到千兆传输的目标。而802.11ad直接奋战在60GHz的高频段，利用在此频段设备较少的优势，为用户带来较小范围内最佳高码率无线传输服务。endprint

2）主打市场上相互补充

同样以千兆Wi-Fi为己任的标准，802.11ac主打传输应用，通俗一点就是让千兆无线传输成为可能，完全从传输速度上满足日益增长的需求。

802.11ad主打的是功能体验，因传输范围的限制，802.11ad主要通过不断发展的高清视频和无损音频需求做出响应，面对此类超过1Gbps的码率的要求，为家庭用户无线应用体验带来跨越式的进步。

5.802.11ac优点和缺点

1）优点

802.11ac标准提供了一种更接近于传统的蜂窝式无线网络的Wi-Fi体验。802.11ac不仅提高了吞吐量，还能比以前的Wi-Fi版本更好的管理通道绑定引起的互操作性问题。而且，802.11ac利用更好的编码算法，天线配置也更加密集，所以更省电，还提高了Wi-Fi接入点（AP）的覆盖范围。所以，802.11ac每个无线接入点可以支持更多用户。而且802.11ac的无线接入点是向后兼容802.11n的，所以升级AP会变得非常简单。

2）缺点

任何复杂的技术都要有一个稳定的支撑，802.11ac也不例外，它只有在基础设施能够支撑的情况下才能发挥它的优势性能。也就是说，虽然从理论上来看802.11ac能够提供高达1Gbps的传输速率，但是必须有强大的硬件来支持它传输，这就显著增加了设备的复杂性。而如果没有相应的硬件来支撑，那么我们也不会体验到802.11ac的高传输速率。

6.802.11ac性能

虽然802.11ac标准草案提高了传输速度并增加了带宽，可以支持企业网络中数量越来越庞大的设备，但是企业开始发现，这个标准需要依赖于更高频率的传输频道，因此会影响Wi-Fi信号覆盖范围。虽然801.11ac无线协议（千兆Wi-Fi）承诺能够提供1.3Gbps吞吐量，并且支持并发高清流媒体，但是这个协议只能运行在5GHz频道上。这个宽大的频道给802.11ac提供了足够在设备与接入端之间实现更高传输速度的空间，但是5GHz频道的覆盖范围小于通常使用的2.4GHz频道。

7.802.11ac的特点

1）无中断可扩展性。在大多数设置中，802.11ac的安装将覆盖802.11n或者更旧的基础设施。重要的是，802.11ac AP需要透明的支持，也许最初是在向后兼容802.11n模式，甚至用作传感器来检测未经授权的802.11n活动。这些新的AP在以后可以转换为配置访问。

2）双千兆以太网端口

双无线射频在现在的AP中很常见，2个802.11ac无线射频可能会淹没单个端口。在任何双无线射频AP都应该考虑部署两个GbE端口。当然，1.3Gbps吞吐量不太可能会淹没千兆以太网（GbE）交换机端口，因为实际吞吐量可能不会超过峰值的一半。请注意：供应商通常会提到最大可能速度，这不大可能是给定无线射频频率传播和其他无线传输之类的问题。

3）支持密集部署

802.11ac接入点更宽的通道（2.4和5GHz频段）以及更好的无线电调制，再加上不断增加的容量需求，都意味着我们可能需要更多的AP。鉴于这里的固有复杂性，控制功能应该能够自我配置AP，对无线信道和发射功率分配做出关键决策，以及自动满足其他运营参数。

4）增强的管理功能

整体管理功能可能是性能和价值的主要差别。为此，需要仔细考虑如何让这些创新不只是提高吞吐量和可靠性，还能改善IT管理效率和总体拥有成本。

8.发展趋势

使用2.4GHz的Wi-Fi产品和802.11n一样走到了生命的尽头，虽然Wi-Fi认证11ac产品必须支持向后兼容11n，但实现11ac千兆数据速率的唯一方法是使用5GH频段。

每个新的802.11修订版都会带来两次Wi-Fi认证产品。802.11b后面跟着802.11a和802.11g；而802.11n草案后面则是802.11n最终版。同样，在2013年年中推出的第一波802.11ac产品采用了802.11ac草案标准；支持更多最终标准的第二波产品将于2014年推出，但最早要到2015年才会获得Wi-Fi认证。

9.建设成本

如果说技术理论已经趋于成熟，那么在应用到实践中所需考虑的建设成本就成为运营商所关注的焦点问题。由于新标准所在频段较高，这无疑会增加相关建网成本。802.11ac是对802.11n的延续，使用频段也有重合，建网成本不会有太大差别，特别是规模应用以后，成本会更加接近。而802.11ad由于运行在60GHz超高频段上，建网及运营成本的确会高出许多，但这一标准主要面向视频应用，是对现有有线视频设备的替代，两大标准有着不同的应用领域。

每一次无线技术的进步都与我们的生活密切相关，与802.11n的诞生一样可知，新千兆无线传输速率标准的提出是为了满足我们日益增长的无线传输需求，为打造新一代无线网络生活奠定基础。无论从技术发展的本身或者无线互联使用者对无线传输的期待来看，802.11ac/ad标准的确立都是具有特殊意义与使命的，虽然制定出一个兼容并蓄、统一的行业标准还有很长的路要走，最终正式的802.11ac/ad将必然会成为兼容多种数据格式的无线通用技术。

10.部署条件

基于802.11ac标准的相关无线局域网产品，虽然速度高达1.3Gbps的无线局域网可以带来很大利益，但是企业必须具备一些的特性和性能：

1）无中断，可扩展

802.11ac将可以在原有的802.11n标准，甚至更老的基础设施上覆盖安装。而且，可支持透明接入。也就是说，或许最初会向下兼容802.11n模式，甚至只是作为传感器来检测未经授权的802.11ac活动。这些新的接入点之后可以转换为标准访问。

2）双千兆以太网端口

接入点普遍是双射频无线接入，然而，单端口可能确实无法支持两个802.11ac无线射频，考虑双千兆以太网端口吧。而且，1.3Gbps吞吐量是不大可能给千兆以太网交换机端口造成太大压力，因为实际吞吐量应该不超过峰值的一半。注意：供应商通常会报出最大可能速度，但考虑到既定的无线频率传播和其它无线电传输问题，其实这个最大可能速度是不会实现的。

3）支持密集部署

一些无线局域网管理员认为越高的吞吐量意味着需要越少的接入点，其实并非如此。更宽的信道（2.4和5GHz频带），更具主动性的无线射频模式，以及日益增长的容量需求，意味着802.11ac标准需要更多的接入点。由于目前网络内已存在的复杂度，控制功能应该具备自行配置接入点，决定无线射频频道，分配传输功率，以及自动满足其它操作参数的能力。

4）加强的管理功能。

802.11ac整体的管理功能可能是性能和价值的主要差别点。因此，不仅要详细考虑这些创新是如何提高吞吐量和可靠性，同时也要考虑到IT管理效率，和总体成本。

802.11ac标准的放行意味着无线局域网（WLAN）迎来巨大变革。不单是其亮相之初所宣扬的更高的速度（最大可至7Gbps），也直接影响了无线局域网在企业中所扮演的角色。现阶段，对于一些企业来说，将以太网基础设施全部迁移至无线局域网是可行的，至少就网络接入方面来说。然而，迁至802.11ac仍需要详尽的计划和考量。首先一个问题是，现有的无线基础设施能否满足迁移要求。为此，为现有的802.11n基础设施添加兼容ac的接入点仅仅是第一步。之后应当引入更多的802.11ac客户端（能提供更高速Wi-Fi的智能手机、平板及其他设备），这将会驱动802.11ac的真正实施。endprint