WiFi知识点

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WiFi名字的由来

 

 

Wi-Fi这个术语经常被误以为是指无线保真（Wireless Fidelity），类似历史悠久的音频设备分类：长期高保真（1930年开始采用）或Hi-Fi（1950年开始采用）。即便是Wi-Fi联盟本身也经常在新闻稿和文件中使用“Wireless Fidelity”这个词，事实上，Wi-Fi一词是没有任何意义。

1999年，几家富有远见的公司联合起来组成了一个全球性非营利性协会——无线以太网兼容性联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA），其目标是使用一种新的无线网络技术，无论品牌如何，都能带来最佳的用户体验。在2000年，该小组采用术语“Wi-Fi”作为其技术工作的专有名称，并宣布了正式名称：Wi-Fi Alliance。

无线频率

无线是通过电磁波来传输数字信号的一种方式。使用网线上网，是有物理的网线，使用无线上网，可以想象成是你的手机，电脑与无线路由器之间有一条（或者几条）虚拟的网线。

主要的无线分类和频率和用途

 

 

2.4G工作在UHF频段，属于分米波。2.4G非常拥挤，蓝牙，微波炉，zigbee（物联网设备），业余无线电等都在这个频段，所以日常生活中，2.4G的WiFi干扰非常严重。但是2.4G的覆盖范围比5G要大，这也就是在家里，可以搜到左右邻居的无线信号的原因。能搜到的信号基本都是2.4G信号。

5G工作在SHF频段，属于厘米波。日常生活中干扰较少。主要的干扰源是雷达等。5G的覆盖范围相对2.4G小很多。

无线在传输过程中。会被不同的材质吸收，导致信号的衰减，这是无线衰减的主要形式。一般来说，材质的密度越高，含有的金属越多，对无线信号的吸收越强烈。会造成无线信号损耗的，还包括反射，散射，折射，衍射等。

我国房屋周中，大部分是承重墙，钢筋水泥结构，对无线的损耗非常强，所以在家中使用的无线路由器，号称的穿墙能力，在承重墙面前是不堪一击的。

电磁波穿透不同材质的损耗情况

 

 

因为电磁波既有波的属性，也有粒子的属性，在传输的过程中，遇到障碍物，会发生穿透，反射，衍射，折射，散射等现象，我们连接的无线信号，是经过这些复杂过程之后的综合结果。

802.11标准

Wi-Fi与IEEE 802.11常常被混淆，两者的区别可以概述为IEEE 802.11是一种无线局域网标准，而Wi-Fi是IEEE 802.11标准的一种实现。

802.11标准的制定周期大概是4，5年左右，基本在最新一代标准出台的时候，上一个标准仍然是目前的主流。

技术上不需要立刻的追求新，需要根据的自己的实际需求。目前的路由器，主要还是WIFI5和WIFI6。WIFI标准向下兼容。

802.11标准的发展大事记

 

 

现在支持802.11a，802.11b的设备已经非常少了。

WiFi1：802.11b 1999年 2.4G 11Mbps

WiFi2：802.11a 1999年 5G 54Mbps

WiFi3：802.11g 2003年 2.4G 54Mbps

WiFi4，WiFi5，WiFi6对比表

 

 

 

 

2.4G频段信道

各国对2.4G频段的支持情况，我们国家支持的2.4G频段是1到13。

 

 

 

 

每个信道之间的中心频率都是相隔5MHz的整数倍。

部分的终端，无法支持超过11的信道，设置的时候需要注意。

2.4G互不干扰的信道少，而且很多民用设备也在使用2.4G的频段，这就是2.4G信道拥挤的原因。

所以2.4G信道中的干扰非常大，很多人的手机经常出现无线满格，但是实际上根本不能上网就是这样的原因。

工信部规定的2.4G频段的最大功率是EIRP≤500mw或者EIRP≤27dBm。

 

 

传统的802.11标准中，每20MHz预留小部分带宽，可以绑定为40MHz带宽，增强带宽，但是2.4G频段中干扰大，不是很建议使用40MHz。

2.4G中互不干扰的信道是1，6 ，11，但是因为2.4G的传播范围广，经常在家中可以搜索到很多附近邻居家的2.4G信号，很多信道占用很多，几乎找不到干净的信道可以使用，而且大多数路由器都可以自己优化信道，所以手工给2.4G设置一个信道的意义并不大，不会对网络性能起到明显的改善作用。

5G可以使用20MHz，40MHz，80MHz，160MHz，具体可以支持什么频率，由路由器使用的SOC决定。

5G频段信道

我国支持的5G频段是：36，38，40，42，44，46，48，149，153，157，161。

如果购买了日版的电子设备，想连接5G的无线，就需要将5G的频段，改为日本和中国都支持的频段（36，40，44，48），设备才能搜索到5G信号，正常连接。还有一些老旧的设备，也许无法支持149以上的5G信道，也需要进行信道调整。

 

 

与路由器的距离相同时，5G信号相对2.4G信号较弱，这是由电磁波的物理特性决定的：波长越长衰减越少，也更容易绕过障碍物继续传播。5G信号频率高、波长短，而2.4G信号频率低、波长长，所以5G信号穿过障碍物时衰减更大，穿墙能力比2.4G信号弱，所有双频无线路由器都存在这样的情况。

如下是2.4G和5.8G在自由空间传播的损耗公式（其中F是频率，单位是MHz；D是距离，单位是km）
无线电磁波在自由空间的衰减公式：L=32.5+20lgF+20lgD。
2.4G频段的衰减公式：L1=100+20lgD；
5.8G频段的衰减公式：L2=108+20lgD。
以上公式可以看出5.8G的衰减相对于2.4G要高，相应的覆盖的距离要小一些。

2.4G与5G的优缺点

 

 

 

如果终端（电视等）距离路由器比较近，周围障碍物少，建议连接5G，如果终端（手机等）距离路由器很远，障碍物多，根据情况可以选择2.4G。

无线传播示意图

可以看到墙体对无线的阻隔作用。

 

 

 

无线功率和天线

我们看到的路由器，经常将【穿墙】和多个硕大的外置天线作为卖点，很多人在买路由器的时候，觉得天线多，粗，长，信号就好。没有外置天线的路由器信号就不好。那么实际上，天线数量的多少对无线的覆盖有多大的影响呢？

根据木桶原理，终端的无线速度，取决于终端和路由器的协商，根据终端的类型，无线的衰减等，无线终端会与路由器之间，最终协商为一个合适的速率，这个协商速率通常会小于路由器支持的最大速率。上限是路由器支持的最大速率。所以单纯的提高路由器的无线功率，并不一定可以取得好的效果，同时各个国家也对路由器的无线功率有严格的规定。

无线功率

毫瓦（mW）

功率单位，2.4G的最大功率是100mW。5G的最大功率是500mw。

无线路由器的功率很低，而且严格受到国家的管控，只要是符合国家标准的产品，都是安全的，可以放心使用。认为路由器的无线有危险的同学，都是心理作用了。

分贝毫瓦（dBm）

无线功率绝对值单位是dBm。

dbm的计算公式 ：10lgP P=无线功率/1mw

0dBm=1mw

17dBm=50mw

20dBm=100mw

[例1] 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例2] 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=46dBm

dBi

dBi为无线天线的增益大小单位。高dBi不是将WiFi信号增强了，而是将信号更集中的发射和接收。dBi数值越大，增益越高，垂直角度越小，传输距离相对越远。

 

 

 

 

无线增益示意图

等效全向辐射功率（EIRP）

无线电通信领域的一个常见概念，它指的是卫星或地面站在某个指定方向上的辐射功率，理想状态下等于功放的发射功率乘以天线的增益。通常理解配置EIRP就是配置发射的功率。体现为最强点的功率。单位是dBW

EIRP=有效功率+天线增益-天线馈线线路损耗

天线和增益

路由器的天线的作用是收发无线电波。

无线路由器上，外置的天线，常见的是鞭状全向天线，内置的天线，也是全向天线。室外的基站等，会使用全向天线和定向天线。

 

 

天线在进行辐射的时候，与电磁场强度的方向，一般为垂直极化和水平极化两种。

水平极化由于受大地磁场影响，损耗较大，较少采用，单极化天线一般采用垂直极化天线。

 

 

 

在相同功率下，增益越多，天线的定向性越强，定向角度越小。

 

 

增益值的单位是dbi。天线的增益，在最大的辐射方向上，与无方向的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。

全向天线的信号强度图，面包圈的样子。

 

 

 

 

增益后，面包圈变得更扁平，增加了覆盖的范围。能量更集中，水平方向上信号越强，抗干扰能力越强，在某些方向上信号减弱。

 

 

 

天线的数量实际上要与路由器支持的MIMO技术匹配，无论是外置天线，还是内置天线。

如果是2*2的MIMO，则只需要2根天线，因为很多路由器是2.4和5G的双频路由器，可以使用独立天线来分别传输2.4G信号和5G信号，则天线数量更多一些。

比如Redmi AX6，有6根天线，其中2根负责2.4G，4根负责5G。

 

 

 

 

路由器的摆放位置

正是基于前面的天线，无线的特定，路由器在摆放的时候，位置尽量高一些，尽量摆放在房间 中央，周围少遮挡，路由器的天线与地面垂直90度摆放。这样水平方向的无线信号最强，覆盖范围最广。如果路由器的天线多余2个，其他天线也可以调整一些角度，让覆盖更均匀。

 

 

 

MIMO技术

MIMO（multiple input multiple output）（多输入多输出）

MIMO是更能提升无线性能的关键技术，在802.11n标准中首次提出。

在发送端和接收端，都使用多天线的MIMO技术，则可以极大的提高信道容量。提高传输的可靠性，传输范围和吞吐量。

在MIMO之前是SISO（Single-Input Single-Output）（单输入单输出）

 

 

 

我们在使用网线上网的时候，网线就是一个物理上的信道。当使用无线上网的时候，要想网速更快，就需要将虚拟的网线（信道）合并到一起进行数据的收发。

MIMO的写法是AxB MIMO，A表示发送端的天线数量，B表示接收端的天线数量。

MIMO又细分为SU-MIMO和MU-MIMO

SU-MIMO（Single-User Multiple-InputMultiple-Output）（单用户多输入多输出）

MU-MIMO（ Multi-User Multiple-Input Multiple-Output ）（多用户多输入多输出）

其中，MU-MIMO，可以进一步的提升速率。MU-MIMO在WIFI5中首次提出。

 

 

 

WIFI6

2020年1月3日的802.11ax标准，Wi-Fi联盟，采用新的命名Wi-Fi6。便于记忆和推广。

Wifi6向下兼容11a/b/g/n/ac

WIfi6的主要功能点

 

 

wifi6与wifi5的对比

 

 

 

WIFI6的主要功能增强的特性

• WIFI6支持上下行的MU-MIMO，WIFI5只支持下行，

• WIFI6支持OFDMA（正交频分多址）。WIFI5支持OFDM（正交频分复用）

OFDM与OFDMA的区别

 

 

因为WIFI6的理论速度达到9.6Gbps。适合内网有大量数据传输的场景。因为目前的家用宽带主流还在1G以内。WIFI6支持的外网带宽，达到10G的时候，WIFI6才会是瓶颈。但是WIFI6带来的新特性，与支持WIFI6的终端配合，会带来更好的无线体验。

CPU和无线芯片

对于无线路由器来说，功能的多少和性能的强弱，主要取决于CPU和无线功放芯片。路由器的系统更多是锦上添花。如果追求特殊的OS层面的需求，可以考虑可以进行刷新系统的路由器型号。

CPU

CPU决定着路由器可以提供的功能。CPU也会进行大量的计算，所以高端路由器的发热都会较大。

目前路由器上，主要使用高通，博通，MTK的CPU。之前还有华为海思的CPU。

以高通芯片为例。高通的WiFi6芯片方案，最高端的平台是Qualcomm Networking Pro 1200 Platform，可以有12个空间流；后面依次是Pro 800、Pro 600和Pro 400，分别最多带8、6和4个空间流，具体规格如下：

 

NETGEAR的RAX120 AX6000M的拆解图，源自koolshare，最重要的就是这个CPU芯片。

 

 

 

无线芯片

与CPU配合工作，分为2.4G芯片和5G芯片。高端路由器，可以采用多个无线芯片，倍数增加无线的带宽。

下图是NETGEAR的RAX120 AX6000M的拆解图，源自koolshare

其中的无线芯片是高通的QCN5024，2.4G芯片，支持4x4MIMO，支持802.11ax，最高速率为1200Mbps

 

 

下图中的无线芯片是高通的QCN5054，5G芯片，支持802.11ax，支持4x4 MU-MIMO，80MHz。

 

 

 

路由器的芯片拓扑图

 

 

MESH技术

MESH分布式技术，在路由器之间，生成一种网状网络，不同接入点可以以星状、树状、串联和总线方式，混合组成一整张网状网络。在这张大网中不仅SSID统一，无线设备还可以自由寻找信号最好的节点去连接传输数据，用户手持设备在不同节点穿梭时连接是无缝切换的。

对于大面积的无线覆盖，MESH具有部署简单，灵活，同时兼顾漫游体验。但是大部分产品的MESH组网，都需要占用无线带宽，为了使用体验，最佳的状态是使用有线进行MESH组网，或者选择三频路由器，三频路由器有无线MESH的专用频段，终端的网速不会受到影响，体验会更好一些。

MESH组网适合同时满足下面需求的用户

1、需要无线覆盖面积在100平米以上，或者覆盖范围内有大量的承重墙

2、装修的时候，没有预留网线

3、需要良好的无线漫游体验

MESH联网示意图

 

 

MESH组网示意图

AC+AP

AC+AP介绍

对于大户型，复式的建筑，别墅，酒店，商场，企业来说，需要多个路由器进行覆盖，并且需要很好的漫游体验。这个时候，最佳的体验是AP方式组网，搭配AC进行统一管理。AC可以是独立硬件，或者使用软件来实现。一些品牌的产品，所有的数据都需要AC进行处理，AC的性能决定着整个网络的性能。一些品牌的产品，AC仅是管理作用，不进行数据转发。AP需要配合支持POE的交换机进行供电，所以在部署AC+AP的网络的时候，不仅需要预先部署网线，同时涉及到的设备比较多，需要对使用人的网络技术要求较高。

AP是无线接入点（Wireless AccessPoint），负责释放无线信号，转发无线数据的作用，无线覆盖范围，依靠多个AP来实现。AP因为安装方式的原因，AP的天线都是内置天线。AP的安装类型又分为吸顶式AP和面板式AP。吸顶式AP可以做的比较大，性能更强。面板式AP，受限于体积和安装的位置，无论是性能，散热，信号覆盖范围，都会差一些。只要条件允许，尽量选择吸顶式AP。

吸顶式AP示意图

 

 

面板式AP示意图

 

 

AC无线控制器（Wireless AccessPoint Controller）

负责控制AP的所有设置。有的品牌，AC会集中进行数据转发，有的品牌，AC只进行管理，不参与数据转发。对于集中进行数据转发的AC，AC的性能会是网络中的一个瓶颈，一定要选择性能强的AC。AC与AP的品牌要一致。

常见的AC与交换机的形状类似

 

 

 

POE交换机

POE（Power Over Ethernet）（基于局域网供电系统）

基于网线，可以为基于IP的终端进行供电（摄像头，IP电话，AP等），在传输数据的同时，可以提供直流电的供电。可以减少额外的电线需求，节省成本。需要注意的是POE的供电标准和供电功率，供电标准需要与AP支持的标准一致，供电功率需要大于AP的功率。

POE交换机示意图

 

 POE系统架构图

 

 

POE供电有802.3af（PoE）、802.3at（PoE+）、802.3bt（PoE++）三种标准。

不同的标准，供电的电压，功率都不同。POE供电，最好6类网线起步。

 

 

AC+AP组网的设备清单

AC：必须，有的品牌是硬件AC，有的是软件AC，软件AC，需要安装在一个主机上或者其他系统上。

AP：必须，无线的性能和覆盖就靠他了，性能越高越好，注意AP和AC必须是同一个品牌。

POE交换机：必须，需要是千兆POE交换机，注意POE的协议与AP支持的协议一致。有些品牌会将AC和POE集成在一起，可以节省费用，高端产品一般都是独立型号。可以是其他品牌。

网关设备：必须，用来接入宽带，不需要释放无线信号，注重网络转发性能。可以是其他品牌。

网线：必须，需要提前进行布线，网线至少6类。确保施工的网线质量。保障网线8芯都需要连通。

机柜：非必须，如果用到的设备众多，需要配置一个小型机柜，用来安装设备，综合布线和散热。如果是少量的设备，根据设备的大小和多少，可以安装在弱电箱内，但是为了系统稳定，一定要注意散热问题。

无线漫游

当使用AP或者MESH方式组网的时候，多个路由器，提供一个相同的无线信号，终端在移动的过程中，实现无缝的漫游，终端自动连接到合适的路由器上，漫游时候不会发生数据丢包，或者有少量的数据丢包。

无线漫游示意图

 

 

漫游的前提是没有无线信号覆盖的盲区，如果存在盲区，那么终端在移动到盲区的时候，无法连接到无线信号，肯定是断网的状态。或者处在信号覆盖的边缘，即使可以联网，但是性能很差。

终端在进行漫游的时候，越是复杂的认证方式，比如Radius认证，需要的重新认证的步骤越多，重新连接的时间就越长。为了加快认证速度，有3个与快速漫游有关的标准推出。

和快速漫游有关的标准主要是三个：802.11k、802.11v、802.11r。

STA：终端

• 802.11k负责让STA了解附近的AP分布状况。

• 802.11v负责让AC引导STA切换AP，而不是由STA自行决定，从而更好的切换。

• 802.11r负责让STA在AP间切换时，不用重新认证，加速连接。

苹果官网上明确说明了哪些产品支持802.11kvr协议，但是安卓手机品牌众多，三星的一些型号有明确的标识，一般安卓手机可能并不支持。如果AP开启了kvr协议的支持，但是终端不支持的时候，有可能会引起终端的漫游异常。这个功能在复杂的网络环境下，建议不要开启。网络的兼容和稳定最重要。

结束语

WiFi的相关知识就介绍完了，这是一个比较概括的描述，每个小的知识点，都可以写一篇文章，希望对大家了解WiFi技术有所帮助，在您选择路由器的时候，多一些技术参考。

 

 

 

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From： https://www.cnblogs.com/rongjiangwei/p/16726720.html