【转帖】超能课堂(188) WiFi 6凭什么可以如此“六”？

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不明觉厉

这些东西 自己理解的还是少呢

电脑硬件可能一年甚至不到一年就会开始更新换代，但是路由器就不一样，它们的更新换代往往是以5年甚至是10年为间隔的，就像我们5年前对比的那四款高端802.11ac路由器，放到今天也仍然是主流甚至更高的水准，甚至在入门级市场上，我们也还能看到各种仍在生产销售中的802.11n路由器，可见路由器市场的更新换代是需要很长时间的。

然而在这个802.11ac路由器仍是主流、802.11n路由器仍未退市的时间点上，全新的WiFi 6路由器跳了出来，并对802.11ac路由器表示“在座的各位都是垃圾”。当然事实上也是如此，从WiFi 6公开的技术规格与性能表现来看，其主流级产品就已经拥有了超越802.11ac时代高端产品的实力，高端产品则是呈完全碾压的姿态，昨日实力还很强802.11ac在WiFi 6面前已成菜鸡形态。

WiFi 6究竟是什么？

WiFi 6就是第六代WiFi，其背后是802.11ax规范，但为什么要叫做WiFi 6而不像以往那样直接用规范编号来命名呢？这里面其实并不涉及技术问题，单纯就是一种推广手段。以往的路由器和网卡产品都是直接标注自己所用规范的编号来进行等级划分的，例如大家熟悉的802.11n和802.11ac等，这对于熟悉网络规范的玩家来说当然不是什么问题，然而并不是每一个消费者都会知道规范的代表着什么，甚至连这几数字与字母的组合有什么意义都不知道，因此新旧规范对应的路由器产品在这些消费者眼里就好像没有代差一样，只要是近期生产上市的，那就都是“新款路由器”，自然都使用了最新的技术了。

就这样，一些价格便宜但仍在使用旧规范的路由器产品就会因为销量很好始终无法退出市场，最终入门级和主流级市场上往往会混杂这两代甚至是三代的路由器，显然对于新规范产品的推广是很不友好的。而要解决这个问题的方法其实也很简单，那就是让消费者直接看到这是第几代规范的路由器产品就可以了，因此第六代无线网络规范也就是802.11ax被命名为WiFi 6，而802.11ac和802.11n也因此有了新的名字叫WiFi 5和WiFi 4，这样三个标准之间的代差就一目了然了。

顺带一提的是，理论上802.11a/b/g也应该顺理成章地改名为WiFi 1/2/3，但事实上WiFi联盟并没有这么做，至少没有这么公开说过，或许是因为这三个标准真的很老，而且相应的产品已经完全退出市场，没必要再做区分吧。至于802.11ad，虽然很多人都以为它会是新一代的WiFi标准，但事实上802.11ad的传输距离实在太短，很难大规模推广普及，因此它从诞生之初就注定着只能作为辅助标准而存在，自然也无法没有正式的WiFi等级了。

WiFi 6的基本规格相比WiFi 5有什么变化？

当然新的名字并不是WiFi 6可以碾压802.11ac或者说WiFi 5的原因，事实上WiFi 6虽然是从WiFi 5演变而来，但是其本身有作出了很多技术上的突破，这才是WiFi 6相比前辈更为强大的理由。

我们先来看看WiFi 6和WiFi 5在规格上有什么不同，从目前公开的信息可以看到，WiFi 6与WiFi 5都支持20/40/80/80+80/160MHz频带，不过WiFi 5只涉及5GHz频段，而WiFi 6则覆盖2.4GHz和5GHz频段，低速设备和高速设备都有所覆盖，调制模式上WiFi 5是256-QAM，WiFi-6是1024-QAM，前者的数据流最大支持4个，后者则最大支持8个，因此WiFi 5的理论吞吐量可以做到3.5Gbps，而WiFi 6则可以做到惊人的9.6Gbps。WiFi 6的能做到如此强劲，跟以下这5个技术是特色是分不开关系的。

支持上行与下行MU-MIMO

WiFi 5对应的802.11ac分为了Wave 1和Wave 2两个阶段，后者可以视为WiFi 5的完全体，而这两者之间的一个重要区分就是后者引入了MU-MIMO（多用户多进多出）而前者是SU-MIMO（单用户多进多出）。WiFi 6则延续了WiFi 5的MU-MIMO，而且支持的数据链路从4条升级到了8条，也就是可以支持8x8 MU-MIMO，这也是WiFi 6的无线带宽相比WiFi 5会有明显增长的重要原因。

不过更重要的一点是，WiFi 5的MU-MIMO仅支持下行MU-MIMO，也就是上层网络设备在向下层设备分发数据时可以用到MU-MIMO，但反过来就不行；而WiFi 6则支持上行MU-MIMO与下行MU-MIMO，也就是说上下两层网络设备相互之间传送数据时都可以用上MU-MIMO，理论上进一步提高无线带宽的利用率。

支持1024-QAM，数据容量更高

QAM级别越高，信号中包含的数据就越多。WiFi 5所用的是256-QAM，而WiFi 6使用的是1024-QAM，数据容量上后者比前者要高出25%，这就意味着后者拥有更高的数据传输速度。

OFDMA技术让WiFi 6设备可以共用信道

WiFi 5与WiFi 6之间的性能差距来自于很多方面的因素，其中WiFi 6所用的OFDMA技术就是一个重要原因。OFDMA也就是正交频分多址技术，它是OFDM的技术演进，是一种利用OFDM对信道进行父载波化后，在部分子载波上加载传输数据的技术，在我们目前所用的4G网络上，就应用了OFDMA技术。

WiFi 5使用的是OFDM技术，那么其相比WiFi 6的OFDMA技术有什么不足呢？上面这张图就很形象地进行了解释，使用OFDM技术的WiFi 5在传输用户数据的时候，是每个用户都占用一个信道，不管你的数据有多少，这个信道都要传输完一个用户的数据后，才交给下一个用户使用，这样的工作模式其实并不能充分利用带宽；而使用OFDMA的WiFi 6则允许不同的用户共用一个信道，这样不仅无线带宽可以得到充分利用，网络响应时间也会更短，因此越多的设备接入，WiFi 6相比WiFi 5的优势就会越明显。

用BSS Coloring识别同一信道上的不同设备

不过那么多的设备都同时使用一条信道的话，那么传输数据的时候WiFi 6路由器又如何区分各个数据是对应什么设备的呢？在WiFi 5设备上，由于传输数据要占用一条信道，因此设备会采用一种名为CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）机制，简单来说就是传输前先查询一下相应的信道是否有其他设备在使用，如果有那就标注为忙碌，等到信道空闲时才会使用。这种传输方式虽然简单，但是信道利用率并不高，使用同一信道的设备越多，网络堵塞的情况就会越严重。

而在WiFi 6上，由于使用了OFDMA技术，多个设备可以共用一个信道同时传输数据，为此WiFi 6还引入了BSS Coloring着色机制。简单来说就是给每一个设备进行独立标注，然后在数据中也加入相应的标签，这样即便同一个信道中有不同的设备存在，传输数据时也会有相应的地址，直接发送到位而不会错误地发送到其它设备中。再结合OFDMA共用信道的特色，这样网络的各个信道都可以一直维持最高效率运行，进一步提升网络效率。

TWT机制让慢速设备不再长时间占用带宽

上述四项技术特色为WiFi 6的高性能铺平了道路，但是这些更多地是为高速设备而服务，而随着智能家居的逐步推广，我们的路由器上连接的往往不仅有手机、电脑等对网络需求比较高的终端，也会有各种对带宽要求不明显的智能家居设备。这些设备一定程度上也会影响我们的网络状态，特别是当他们传输数据的时候，一定程度上也会拖慢网络的响应速度，为此WiFi 6引入了TWT也就是Target Wake Time机制。

TWT机制是专门针对低速设备实行的，主要是面向对网络带宽要求不高的智能家居产品，例如只配置有2.4GHz频段、20MHz频带的WiFi设备等。当路由器与这些低速设备交换数据时，会同时生成一个唤醒时间表，只有到了需要唤醒时间，路由器才会唤醒设备进行数据交换。而且路由器也可以提前对不同的低速设备进行唤醒时间排序，避免同时唤醒多个设备引起网络堵塞，这也是一种优化网络带宽利用率的技术手段。

上述5项就是WiFi 6为什么可以碾压WiFi 5的主要原因，它们每一项都有独当一面之处，在相互结合之后则可以迸发出更高的实力。不过正如开篇所示，路由器的更新换代往往需要比较长的时间，因此即便WiFi 6有如此明显的优势，但想要在市场上取代WiFi 5的位置，短期内确实不太可能，而且对于目前的绝大部分用户来说，WiFi 5也不是不能满足自己的需求。

不过WiFi 6取代WiFi 5的时间可能会比大家想象的更短，因为现在的WiFi 6跟WiFi 5刚开始推广时不一样，现在正处于智能设备蓬勃发展的时期，用户在手中需要联网的设备越来越多，而且WiFi 6路由器登场后也不是自己独自一人奋斗，相应的WiFi 6设备包括手机、无线网卡等都已经开始在市场上推广。因此WiFi 6要取代WiFi 5其实比WiFi 5取代WiFi 4更加容易，或许不久的将来我们就会发现，自己身边的无线网络已经逐步变为WiFi 6了。

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