Wi-Fi技術介紹

Wi-Fi的設備已經非常普及了，我們的手機，電腦，還有很多物聯網設備支持Wi-Fi。今天就給大家介紹一下Wi-Fi的歷史和一些特性。

Wi-Fi的前身

Wi-Fi是無線區域網（WLAN）的一個標準，最早的無線區域網可以追溯到上個世紀70年代，基於ALOHA協議的UHF無線網路連接了夏威夷島，是現在無線區域網的一個最初版本。隨後的1985年美國聯邦通信委員會制定了現在廣泛使用的免費Wi-Fi頻段，和我們的微波爐頻率相同。1991年NCR公司和AT&T公司發明了現在廣泛使用Wi-Fi的標準的802.11的前身，用在收銀系統，名字為WaveLAN。澳大利亞的天文學家John O』sullivan和他的同事開發了Wi-Fi技術的關鍵專利，起初使用在CSIRO (公共健康科學和工業研究組織)的項目上。

1997年發布了基於802.11協議的第一個版本，提供2Mbit/s速率，在1999年提高到11Mbit/s，使用價值大大提高，隨後Wi-Fi得以快速發展。

Wi-Fi的標準和速率

主流的Wi-Fi標準是802.11b（1999），802.11g（2003）和802.11n（2009），802.11ac（2013）,802.11ax（2017）。

他們之間是向下兼容的，舊協議的設備可以連接到新協議的AP，新協議的設備也可以連接到舊協議的AP，只是速率會降低。

11g，11b都是較早的標準，11b最快只能到11Mbps，11g最快能達到54Mbps。802.11n的速率理論最快可以達到600Mbps，802.11ac理論最快可以達到6.9Gbps，802.11ax理論最大速率10Gbps左右，單用戶速率提高不多，它的優勢是在多用戶，高並發場合提高傳輸效率。以上速率是理論的物理層傳輸速率，必須滿足最大傳輸頻道帶寬下發射接收都達到最大空間流數（多天線輸入輸出），這個條件一般情況達不到的。我們的手機，大多是單天線，少數是雙天線。以802.11n為例, 20M帶寬和單天線最快能達到72Mbps，40M的單天線可以達到150M，常見的USB單天線無線網卡最快也只能是150M，這必須要求無線路由器配置為40M帶寬，無線路由器默認配置是20M，因為2.4G的頻段過於擁擠，一般只配置20M帶寬，這樣單天線網卡也只能是極限的72Mbps。

以上說的速率都是物理層速率，物理層要附加很多消息保證信息的正確傳輸，在傳輸中還有衝突等待時間，這就是為什麼我們在實際使用無線網路傳輸數據的時候感覺速度比網卡顯示的速度要低很多的原因。還有一個概念，就是Wi-Fi的速率是包含上下行的，就是上下行加起來的速率。這和我們的有線全雙工乙太網還是有區別的。

為什麼要使用多天線。

現在市面的路由器都是多天線的，不像早期的路由器只有一根天線

多天線路由器

單天線路由器

因為最新的MIMO技術要求必須使用多天線。使用多天線可以提高傳輸速率和提高多並發用戶的傳輸效率。

上圖是MIMO的示意圖，多個發送，多個接受，相當於原來只有一條公路，現在好幾條公路，多個公路的通行量顯然比單個公路的通行量大。

Wi-Fi組網結構

Wi-Fi有兩種組網結構：一對多（Infrastructure模式），和點對點（Ad-hoc模式，也叫IBSS模式）。

我們最常用的Wi-Fi是一對多結構的。一個AP（接入點），多個接入設備，我們用的無線路由器是其實就是路由器+AP。Wi-Fi還可以點對點結構，比如兩個筆記本可以用Wi-Fi直接連接起來不經過無線路由器。

Wifi的頻道：

如下圖所示，2.4G的Wi-Fi劃為14個頻道，每個頻道帶寬20-22Mhz，不同的調製方式帶寬稍微不同。每個頻道的間隔為5M，很明顯，相鄰的多個頻道是有干擾的，相互沒有干擾的只有1，6，11，14或者1，5，9，13。這也是為什麼在有多個Wi-Fi熱點的地方會上不了網，或者非常慢。現在無線路由器都有手動設置頻道的功能，如果在家使用無線路由器最好設置到一個和附近的其他Wi-Fi信號不同的最好是間隔比較遠的頻道。

上圖是22M帶寬的情況，802.11n增加了支持40M帶寬。從圖中可以看出，如果支持40Mhz可用的頻道會更少，適合用在干擾比較少的場合，當然在5G頻段有更多的可用頻道。

802.11ac和802.11ax支持更多的頻道帶寬,增加了80M，160M。

Wi-FI的安全性

常用的Wi-Fi加密有WEP，WPA，WPA2。WEP安全性太差基本上被淘汰了。目前WPA2是被業界認為最安全的加密方式。WPA加密是WEP加密的改進版，包含兩種方式：預共享密鑰（PSK）和Radius密鑰。其中預共享密鑰（PSK）有兩種密碼方式：TKIP和AES，相比TKIP，AES具有更好的安全係數。WPA2加密是WPA加密的升級版，建議優先選用WPA2-PSK AES模式。WPA/WPA2加Radius密鑰是一種最安全的加密類型，不過由於此加密類型需要安裝Radius伺服器，一般用戶不容易用到。

Wi-Fi漫遊

「想漫遊，不如自己游！」。在一些公共場所不同樓層有不同的ssid，如果客戶換個樓層就必須重新連接，重新輸入密碼，這個體驗是非常糟糕的，怎麼讓客戶在一個很大的區域裡面無論走到什麼地方都可以一直保持連接？

Wi-Fi漫遊必須滿足以下條件：所有AP使用相同的SSID，（注意SSID區分大小寫）；必須採用相同的WEP或WPA加密方式，並設置相同的密碼。所有無線AP都需要處在統一個區域網內，指相同網段IP地址。AP間覆蓋範圍需要相對重疊，即AP半徑30米，那麼倆AP之間距離，最好控制在50米以內。（重疊範圍在20%~30%左右）相鄰AP間信道手動選擇，盡量採用不同，甚至不相鄰信道，2.4G頻率只支持3個不重疊的傳輸信道信道，信道1、6、11或13是不衝突的。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！