千家微课堂

BY:?BRYON MOYER

WiFi无处不在，它是使用非授权频谱的最流行的通信协议。但是作为物联网(IoT)的通用协议，它由于拥塞和消耗的能量而面临挑战。

有两种新方法可以解决这些问题。一种是一次使用多个通道。第二个涉及新的802.11 ah HaLow标准。两者都将对扩展几乎无所不在的无线通信技术大有帮助。

“目前全球有超过80亿个WiFi设备，” Edgewater Wireless首席执行官Andrew Skafel说。“没有人能想到WiFi会那么成功。随着越来越多的设备尝试通过WiFi连接，这种成功也带来了挑战。如果连接性能下降，那大部分的下降是由于干扰和竞争。”

未来，WiFi将在新的5G生态系统中扮演重要角色。Synopsys的高级员工产品经理Rita Horner表示：“ 5G对于短距离而言太昂贵了。“因此，您可以将蓝牙从计算机或电话连接到耳机， WiFi连接范围要比蓝牙大，而5G则比WiFi更大。”

虽然WiFi可以增强5G，但如果WiFi覆盖范围或容量滞后，则会反过来拖累5G。“美国的5G毫米波使用较高的S频段，而在世界其他地区，它们使用较低的毫米波频段，可以用来替代或增强手机和WiFi上的频段”，Arteris IP营销副总裁Kurt Shuler说。

可用WiFi带宽的更有效利用可以减少WiFi流量的拥塞。同时，使用新的WiFi HaLow(IEEE 802.11ah)标准的设备的引入可以以更少的功率传输更远的距离。它们在一起，就有潜力更有效地服务于物联网市场。

WiFi爆炸性的增长

当WiFi最初的设计与应用并不是针对物联网。Skafel说：“ WiFi是蜂窝电话的近亲。” 当初只是为了“在地下室中将笨重的笔记本电脑连接到调制解调器。”

然而，从此之后，希望借助WiFi进行通信的设备数量激增。他说：“突然之间，WiFi应用不断增加，现在它已经出现在每台笔记本电脑和智能手机中，已经成为物联网的主要机制。” 其他使用相同的未经许可的工业、科学和医学(ISM)频段的协议的可能无法与WiFi完全竞争，而且这些协议会使接收的信号不太干净。

这带来了两个主要挑战-干扰和竞争。干扰仅仅是多个发射机使用相同的频率范围并降低信号质量的事实，而与信号的性质无关。在WiFi中，通过在传输之前先检查是否有人在说话，可以避免干扰。如果有人在讲话，则存在争用，新的发送器必须退出，然后再试一次。使用相同频率的设备越多，它们越难获得对信道的访问权限。

随着连接设备数量的增加，WiFi变得越来越拥挤。某些连接使用的带宽很少，例如IoT和智能家居设备。其他视频流如高清视频流则占用大量带宽，并且它们对延迟非常敏感。随着太多设备争夺相同频率，传输性能会下降。

WiFi的结构

主流WiFi(今天称为802.11n或802.11ac)使用两个主要频段。一个集中在2.4 GHz附近，另一个集中在5 GHz附近。期望5 GHz范围可提供更高的带宽，但要权衡的是信号覆盖范围和穿墙的能力。

“ 5 GHz频率是2.4的一半，” Skafel说。“所以传播距离很短，也不能很好地穿过墙壁，因此连接非常不稳定。例如将手放在接入点的前面，就会发现性能下降。” 在这些频带内是信道，实际传输发生在给定连接的那些信道之一上。

多个通道的可用性意味着多个设备应该能够使用WiFi，而不必彼此竞争。但是，实际上，给定的WiFi接入点(AP)将使用一个通道。他说：“在2.4 GHz频段中，有11个信道，可能多达13个，具体取决于您所在的位置。” “传统的WiFi一次只能使用其中一个信道。”

接入点将使用哪个通道通常是在工厂设置的，并且永远不会改变。大多数接入点只是打开电源，然后进入某个信道，尽管有些接入点会嗅探一下那个时刻没有干扰，然后选择该信道。但是，如果整个社区碰巧都具有来自同一制造商的固定通道访问点，则它们都将争夺同一信道，而所有其他信道都将不使用。

他说：“可能发生的最糟糕的事情是有人在一个频段内触发了另一个接入点。” “然后发生的事情是这两个无线电相互干扰，并且性能下降。”

一种本能是对时间切片进行访问以允许所有人加入。但是，据Skafel所说，这是不允许的。他说：“如果要进行时间切片，实际上就破坏了WiFi协议。”

下一个显而易见的答案是，接入点将使用多个通道，甚至在条件发生变化时也可以实现负载平衡。尽管这种动态适应可能会成为未来，但就目前而言，仅使用多个通道的能力将是缓解拥塞的重要一步。但是大多数通道重叠，从而限制了可以同时激活的通道数量。在2.4 GHz频段中，只有通道0、6和11是不重叠的。

文章来源：《数字技术与应用》 网址: http://www.szjsyyyzz.cn/zonghexinwen/2020/0808/534.html