802.11AX白皮书

3 802.11AX的技术特性7 使用模式：我们能用802.11AX做什么？27 后向兼容性、部署注意事项和升级策略28 强制和可选功能28 性能估计29 信道化32 结论32 附录（现有功能和推迟到802.11AX Wave 2的新功能）33 Wi-Fi联盟第一次会议召开19年后，Wi-Fi承载了50%以上的互联网流量。 WI-FI市场和802.11AX的起源 无论是在家里还是在工作场合，Wi-Fi现在已经成为从电脑或手机接入互联网的主要方式。2018年，也就是 兼容性插拔测试支持互操作测试方案和认证计划的拟定。这就是Wi-Fi行业如何在整个生态系统中所有不同的供应商之间确保Wi-Fi客户端与Wi-Fi接入点相互兼容的方法。 考虑到已经发货的大约180亿台Wi-Fi设备，80亿台正在使用，以及每年新增的30亿台，我们应该很难找到任何没有Wi-Fi信号的地方了。即使是通过LTE、小型蜂窝和固定速率数据计划来提高速度和容量的手机网络，也需要依赖Wi-Fi来满足用户的流量需求。如今很难想象没有Wi-Fi的手机会是什么样。 最近一次主要的“PHY”或物理层认证是802.11ac，“Wave 1”商用产品从2014年开始发货，“Wave 2”商用产品从2016年开始发货。但是对802.11ac开展的工作可以追溯到2008年：这项工作的酝酿期持续了很长时间。 因此，甚至在802.11ac Wave 2产品开始商用之前，IEEE就开始研究下一个“PHY”标准，命名为“802.11ax”。该项目于2014年3月正式启动，截至2018年初，通过一系列“信函投票”：标准的范围现已确定，随着每次修订，细节变得越来越扎实。预计在2019年底IEEE会最终批准802.11ax标准，在此之前数月这个标准就已经被有效冻结。 图2：按运营商划分的每月平均数据使用量 2018年1月（安卓用户，单位：MB） Wi-Fi标准起源于电气和电子工程师协会(IEEE)，802.11工作组每年召开6次会议，以及许多临时的电话会议，推动各个专项任务工作组更新和扩展支持Wi-Fi的技术标准。在IEEE制定标准后，焦点转移到Wi-Fi联盟，Wi-Fi联盟是拥有“Wi-Fi”商标的行业商业论坛，通过一系列 图3：企业接入点发货量 所有这些示例都以多个接入点的重叠覆盖为特征，无论这些接入点是在同一网络中被管理的还是互不协同的，都服务于许多需要数据的客户端设备。因此，IEEE和Wi-Fi联盟着手改善每个人的性能，特别是在覆盖重叠的区域：在一些地方，通过接入点之间的协同可以减少干扰信号，而在另一些地方，通过增强协议功能使Wi-Fi信号具有更好的抗干扰性。 早期对802.11的物理层修正开创了一个先例，Wi-Fi联盟与IEEE并行开始工作，以加速上市时间，802.11ax同样遵循这一时间表：有关“Wi-Fi CERTIFIED AX™”认证计划的工作已经开始；第一次兼容性插拔大会在2018年初举行，正式认证预计将在2019年某个时候推出。 认证路径与标准化工作的这种重叠对于缩短上市时间非常重要，并且由于标准组织和设备供应商在以前的物理层修订方面具备经验，因此风险可以被理解并最小化。 然而，用于手机和电脑的互联网接入服务并不是Wi-Fi的唯一用途。市场日益成长的物联网(IoT)传感器正在许多地方使用Wi-Fi进行连接，但是有一些因素限制了它的使用。因此，802.11ax中的新功能允许为低数据速率连接有效分配资源，提高IoT传感器的电池寿命，并扩展Wi-Fi的信号覆盖范围。 802.11ax的设计目标 在决定如何在当前的802.11ac版本之上对Wi-Fi做进一步改善时，IEEE和Wi-Fi联盟调查了Wi-Fi的部署和使用情况，以确定阻碍Wi-Fi获得更广泛使用的障碍以及用户群体不满的原因。 Wi-Fi也广泛用于无线互联网服务提供商(WISP)以及室外点对点链路，在这个领域802.11ax提供了延长传输距离、提高数据速率和减少干扰影响等功能。 结论是要脱离以前的升级途径（即在“良好”的现场条件下提高峰值数据速率），更多关注“真实”的现场条件，不仅要提高峰值性能，还要提高真实环境下的平均和最差性能。 时间表 802.11ax的开发程序广泛遵循“PHY”协议（例如802.11n和802.11ac）的先前实践这需要一定程度的并行开发，Wi-Fi联盟在IEEE全面完成底层规范之前就开始了认证测试工作。与以前的物理层协议一样，商业压力将推动接入点和终端供应商在Wi-Fi联盟认证之前发布“预标准”设备：在2018年年中至年末，以及2019年年中Wi-Fi联盟认证发布之前，我们可以看到商业可用的设备上市。 这些年来，现实世界的情况发生了变化，很大程度上是得益于Wi-Fi的成功。接入点无处不在，甚至覆盖了许多户外空间。在许多地方，网络拥塞已经成为一个严重的问题。 例子包括繁忙的机场和火车站、多住宅公寓楼，甚至学校和大学环境。 图4：企业接入点发货量 虽然这种进度压缩不是推出复杂新协议的理想方式，但802.11n和802.11ac的先例表明，早期802.11ax设备成为孤立设备的风险非常低。供应商以前已经成功应对了这些挑战。 频谱和法规 虽然有许多倡议和游说努力，旨在开放新频谱以及消除对广泛采用类似Wi-Fi的无线技术限制，但只有少数改变能够及时完成并对802.11ax产生影响。自802.11ac以来，2.4 GHz和5 GHz频段的法规没有显著变化。 就像802.11ac一样，802.11ax也被分成两“代”。功能的精确分布还没有最终确定，但是本文将集中讨论我们期望在Wave 1中看到的那些功能，在附录中讨论Wave 2中的功能。在Wave 1（上图所示的时间线）和Wave 2上市之间可能会有两年的时间。 一个新的发展是，虽然802.11ac仅支持在5 GHz频段工作（802.11n协议适用于2.4 GHz），但802.11ax适用于两个频段：它可以取代目前使用的所有Wi-Fi。尽管许多人认为2.4 GHz频段在人口稠密的地区被过度使用，以致于无法利用，但Wi-Fi社区认为，这一频段仍有许多机会，特别是对于IoT来说，它的卓越的传播特性仍有利用价值。 升级时间 新的物理层Wi-Fi标准需要新的硬件，因此Aruba经常被我们的客户问到“何时是升级的合适时间”？与802.11n到802.11ac Wave 1和802.11ac Wave 2一样，还是那个答案，就是在您准备好的时候升级。随着标准的进步，半导体技术变得更加强大，以及设备供应商持续增加功能，大约每两年就会有一款新的、更好的Wi-Fi接入点出现。在阅读了这样一篇文章后，一些客户能够确定他们需要的特定功能，并决定等待802.11ax早期发货，以便他们能够利用这一优势，但大多数客户由于受到预算和建设期限以及其他事件的影响，我们的建议是使用在做出购买决策时现有的最佳技术。 如期望的那样，如果法规变化允许新频谱被分配给无需许可或轻量许可的用途，那么IEEE和Wi-Fi联盟将能够扩展802.11ax规范，以便Wi-Fi在这些新频段中运行。 此外，在讨论频谱时，不要忽视对Wi-Fi非常重要的第三个频段。使用60 GHz频段的“WiGig”协议现在已经被IEEE和Wi-Fi联盟采用，并且在2.4和5 GHz频段与Wi-Fi具有显著的通用性，允许连接在不同频段之间无缝切换。然而，由于毫米波频率的不同特性，WiGig具有不同的物理层规范，不属于802.11ax。 与LTE和5G的融合 所有Wi-Fi设备都必须满足新的认证、授权和加密安全标准。使用了很久的WPA2认证将在2018年被WPA3取代，预计所有802.11ax设备也应符合WPA3，以支持最佳安全实践。 这是一个通信行业大动荡的时期。一方面，蜂窝网络运营商（移动运营商）正在进行4G扩建，但同时已经在为5G做准备。他们不仅在传统的互联网和手机市场上看到了机遇，而且在很多其他市场上也看到了机遇，例如IoT、智能城市、住宅固定无线宽带接入以及面向企业客户的托管服务。这一点，以及新的许可频谱和新技术的出现，使得5G的适用范围比之前的2G、3G、4G要广得多。为了适应这些新的用例和市场，5G标准组织已经扩大了他们的范围。 802.11ax中的新功能 与此同时，5G和802.11ax的无线电技术具有许多共同的特点：MU-MIMO、空间分集、波束成形、OFDMA、信道聚合等。这一方面因为频谱效率、高数据速率、长距离和良好电池寿命等驱动因素是蜂窝网络、专用网络和家用网络所共有的，另一方面也是因为这些都是最新的无线电技术，任何新的无线电标准都希望采用这些技术。 但是5G的另一个方面也许更有趣。为了覆盖新市场，尤其是企业网络，5G标准现在包括了将Wi-Fi和相关认证协议集成到5G网络中的详细规范。这与适用于LTE/5G或Wi-Fi用途的轻量频谱一起，为未来的网络提供了更广泛的可能性。 IEEE 802.11ax标准中有50多项功能：并非所有功能都将被Wi-Fi联盟采用。以下是各种功能（包括Wave 1和Wave 2功能）的总结。 因此，在3GPP和Wi-Fi联盟所瞄准的市场重叠日益增加的推动下，在无线电和系统层面，5G和Wi-Fi越来越紧密地联系在一起。 •下行链路和上行链路OFDMA：OFDMA是802.11ax中相对复杂的功能之一。它允许单次传输（对于下行链路OFDMA，则为接入点传输）在信道内按频率分割，使得寻址到不同客户端设备的不同帧使用不同的子载波组。上行链路OFDMA等效于下行链路OFDMA，但是在这种情况下，多个客户端设备在同一信道内的不同子载波组上同时传输。上行链路OFDMA比下行链路更难管理，因为必须协调许多不同的客户端：接入点发送触发帧来指示每个客户端可以使用哪些子信道。 相关的Wi-Fi标准和认证 802.11ax作为新的PHY，经过了一些MAC方面的修改，有几个认证先决条件。Wi-Fi联盟将要求所有Wi-Fi CERTIFIED AX™设备都是Wi-Fi CERTIFIED AC™设备，也是Wi-Fi CERTIFIED N™设备。它还需要Wi-Fi CERTIFIED AgileMultiband™认证，一组允许客户端更广泛地了解网络负载的功能，以及移动（或被移动）到最佳频段和接入点的能力。大多数接入点和客户端设备已经支Agile Multiband所需的功能，尽管这是一个相对较新的计划，而且并非所有当代设备都有认证。 •下行链路和上行链路MU-MIMO：下行链路版本扩展了现有的802.11ac功能，其中接入点确定多径条件允许它在单个时间间隔内向不同的客户端设备发送帧。802.11ax增加了下行链路MU-MIMO组的大小，允许更高效的操作。 上行链路MU-MIMO是802.11ax新增加的功能，但被推迟到Wave 2：像上行链路OFDMA一样，接入点必须协调多个客户端的同时传输。 •室外运行：许多功能提高了室外性能。最重要的是一种新的数据包格式，其中最敏感的字段现在被重复使用，以便提高坚固性。有助于更好室外运行的其他功能包括更长的保护间隔和引入冗余以允许纠错。 •发射波束成形：这是另一个现有功能，其中接入点使用多个发射天线使接收器的天线接收到最强信号。它提高了数据速率并扩大了信号覆盖范围。 •降低功耗：现有的省电模式辅以新机制，允许更长的休眠间隔和预定的唤醒时间。此外，对于IoT设备，引入了20MHz的纯信道模式，允许只支持该模式的更简单、功能更弱的芯片。 •更高阶调制：802.11a/g采用64-QAM，802.11ac采用256 QAM：在802.11ax中，最高阶调制扩展到1024-QAM。这增加了良好条件下（高信噪比）的峰值数据速率。 •空间再利用：当争夺传输机会时，允许在远方设备占用频率资源的同时进行传输，而在以前所有设备必须等待资源被释放。这通过在给定的地理区