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若缺智慧管理 Wi-Fi 6将如折翼之鹰

2021-7-14 18:25| 查看: 62| 评论: 0|原作者: Bill McFarland,Plume執行長

人们热烈地讨论着Wi-Fi 6将如何改变消费者体验和互连环境,但热闹的背后却隐藏着一个事实:Wi-Fi 6的成败将取决于其控制系统…
Wi-Fi 6终于进入了消费者家庭!如果业界预测正确,这项技术将成为未来十年的主要技术之一。Wi-Fi联盟预期仅今年就会有将近20亿台Wi-Fi 6装置提供给消费者、商业实体和政府机构,人们热烈地讨论着Wi-Fi 6将如何改变消费者体验和互连环境,热闹的背后却隐藏着一个事实:Wi-Fi 6的成败将取决于其控制系统。
尽管Wi-Fi 6在技术上已经取得了不小的突破,但如果不对家庭Wi-Fi网络进行智能化管理和优化,这种技术的新功能就无法发挥其全部价值。Wi-Fi 6要在拥挤的家庭网络环境中真正改善使用者体验,需要其他一些工具进行辅助,例如网络优化和控制。
本文将介绍Wi-Fi 6最重要的几项功能、可能出现的问题,以及解决方法。

160MHz通道带宽
大多数Wi-Fi 6装置都会支持160MHz信道,尽管Wi-Fi 5也具有这种能力,但很少有Wi-Fi 5装置支持带宽超过80MHz的通道。理论上讲,通道带宽加倍,传输量也会翻倍,因此用户可以体验到加倍的下载速度和加倍的分辨率。
问题在于,包括美国在内的大多数国家目前都只有两个独立的160MHz通道可用,而且带宽较小的装置也在共享这些通道。在密集环境中,这将造成很大的问题。在这种环境中,多个装置相互竞争,并且不同用户的通道相互重迭,最终产生很大的干扰。
为了缓解这个问题,可以进行特殊的网络配置。首先,需要对160MHz传输中80MHz子通道上的干扰进行检测及预测,以便通道分配和带宽选择能够智慧地完成。另外,考虑环境中的整体干扰情况也很重要,这样才能优化整栋楼(或相邻大楼)里通道的分配,并且在需要的地方分配更多的资源。
这样的配置透过本地管理的网络无法实现,必须在云端进行集中处理。例如,在一栋楼中,云端平台将分析负载和装置类型等因素,并考虑每个接入点(AP)网络中曾经和现在存在的所有客户端和负载,然后根据这些资料和分析,为整个建筑中的每个AP分配通道带宽。
为了尽量减少相邻大楼之间产生冲突,还可以将频道「铺开」。而且,在不得不复用通道的情况下,优化平台会对之前的状况进行分析,并选择问题最少的大楼来共享频道。

正交频分多址(OFDMA)
OFDMA是Wi-Fi 6的一项主要技术,它透过对信道进行更小的频率分配(资源单元)来提高效率和容量,数据从一个AP并行发送,因此可以同时传输到大量装置。这避免了802.11数据封包开销和时间浪费,尤其是在物联网和其他低数据速率装置的数据传输中。
但是有一个问题,只有当大量物联网装置共享一个AP时,OFDMA才能发挥其作用提高效率。这种情况在今天的智慧家庭中并不常见,现在的智能家庭网络已经发展成为包含网状网络、中继器或多个网关的多AP拓扑。
如果只允许客户端连接到最近的AP,那么每一个AP不会有足够的装置组合起来进行OFDMA传输。但是,强迫客户端连接到距离较远的AP又将导致数据速率下降,这意味着OFDMA运行需要严格的优化和客户端匹配。
支持OFDMA的客户端匹配原理很复杂。这需要一个集中式智能网络控制器来了解哪些AP和客户端具有Wi-Fi 6功能,同时还要考虑历史观察数据,以便对每个客户端的数据需求都做出前瞻性预测。
然后,控制器会根据功能、需要承载的流量、讯号强度和装置的数据使用情况,对每个装置应连接到哪个AP做出最佳选择。最后,控制器还要具备对每个装置进行匹配的能力(每种装置类型都有专用的匹配机制),并将其保持在正确的AP上,即便它不是离装置最近的AP,图1显示了相邻接入点之间的争用问题。

图1:处理相邻接入点之间的争用问题。

(来源:IEEE)
 
目标唤醒时间
目标唤醒时间(TWT)可延长装置电池寿命,因为它使装置只是偶尔传输数据或以低工作周期运作。AP为此保留了一个时间窗口,用来唤醒每个客户端、进行快速通讯并返回睡眠状态,同时预留广播时间,使其不被其他通讯占用。
在家庭网络中,几个AP经常在同一频道上运作,这意味着多个AP可能会尝试为不同的装置安排相同的TWT。为了避免重迭,可利用云端的中央调度程序来协调同信道AP的TWT周期。为使家庭网络中每个AP上的TWT安排达到最佳,调度程序需要了解所有TWT客户端的传输要求、AP间的共享通道、哪些客户端连接到哪个AP,以及AP与客户端之间的讯号强度。
在一栋楼中,优化器还可以查看它所控制的所有重迭网络,并对整栋楼内的TWT分配和装置分组进行规划。控制器会考虑哪些房屋的数据相互干扰,以及每套房屋的客户端功能和负载要求。

6GHz频率
6GHz频谱的低功率应用和高功率应用都存在一些问题。由于低功率传输(18dBm/63mW)无法进行远距离传输或以高数据速率传输,因此一个优化系统就需要更复杂的多AP配置来选择合适的网络拓扑,以及进行频率分配和客户端匹配。另一方面,如果要使用自动频率控制(AFC)系统(30dBm/1W),则用于传输的频道不能与附近的微波系统冲突。这就涉及AP与智能控制器之间的通讯,智能控制器用于查找FCC数据库、考虑地理数据及计算干扰等级,然后将指令返回AP。
无论哪种模式,控制器在分配网络无线电资源之前都必须考虑客户端类型、负载和功能这些因素。AP使用6GHz频段并非总是最佳选择,而是要视网络中客户端的能力而定,例如,AP将6GHz频段用于回程连接可能会有助于回程,性能却很可能不如使用5GHz频段好。因此,不具备6GHz的高性能客户端可能会以较低的速度连接,从而影响了家庭使用体验。

审慎而乐观
家庭网络会变得更加拥挤和复杂。美国家庭现在已经平均拥有14.5台连网装置。到2023年,全球智能装置的出货量预计将增长至14亿台。可说,Wi-Fi 6的黄金时代已经来临。
然而,家庭网络如果没有智慧化管理和优化,Wi-Fi 6将无法发挥其优势。这个新的连接时代若要满足大家的期望,必须解决技术的局限性。这是一项复杂的任务,但只要方法正确,Wi-Fi 6仍然触手可及。

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