Wi-Fi - 6 知识点整理

2019年IEEE推出IEEE 802.11ax，WiFi联盟（WFA）称其为WiFi-6
Wi-Fi (Wireless Fidelity) 无线保真，无线兼容性认证
ISM免授权频段通信技术 + 商标 + 商业认证 + 技术联盟
第一代：IEEE 802.11
第二代：IEEE 802.11a/b a-2.4 GHz，b-5 GHz
第三代：IEEE 802.11g 向后兼容性，硬件造价低
第四代：IEEE 802.11n MIMO波束成形空间复用，安全加密
第五代：IEEE 802.11ac 下行MU-MIMO
第六代：IEEE 802.11ax OFDMA，上行MU-MIMO，1024QAM，6GHz?，TWT节能，BSS coloring抗干扰
5年一代

Wi-Fi 网络基本要素

接入点（Access Point）：实现无线到有线、有线到无线的帧转换
STA / 客户端：支持Wi-Fi功能的终端设备（笔记本电脑、平板电脑、智能手机）
服务集标识符 SSID（Service Set Identifier）：一般不超过32个字符的字符串
基本服务集 BSS（Basic Service Set）：使用相同SSID的一个AP及一个无线设备群组基本服务组（一般覆盖直径100m）
无线介质 WM（Wireless Media）：通常为无线射频
分布式系统 DS（Distributed System）：运行在各AP上的一种服务，实现各个AP之间能够以有线或者无线的方式进行互联，同时不影响各AP所负责区域（BSS）内的无线覆盖

可以通过有线/无线方式将多个BSS构成扩展服务集（ESS），使用同一个SSID，条件：

多个BSS相邻
BSS通过DS互联

漫游：同一个ESS中不同BSS间切换，无需重复认证，但要重新关联！！

Wi-Fi网络基本架构

自治式网络架构：FAT AP （胖AP）
集中式网络架构：AC + FIT AP （无线控制器 + 瘦AP）

STA 接入原理

无线扫描 -> 链路认证 -> 关联 -> 数据传输 -> 解除认证 -> 解除关联

无线扫描
主动扫描：探测请求帧（指定单播/不指定广播SSID，AP隐藏SSID则不会回应）、探测响应帧
被动扫描：监听周围AP定期发送的信标帧
链路认证
开放系统认证（不安全）：所有请求认证的客户端均会通过
共享密钥认证：AP和STA具有共同的密钥Key，AP在收到STA请求后会向STA发送挑战码X，STA收到X后用Key将其加密成Y再发送给AP，AP对STA发来的Y用密钥Key解密为X，认证成功！
公式化过程： f − 1 ( f ( X ) ) = X f^{-1}(f(X)) = X f−1(f(X))=X
关联
一台STA - 一台AP，由STA发起
关联请求帧：无线硬件参数、服务配置参数（QoS）、加密算法
关联响应帧
数据传输
解除认证：STA或AP都可以单方面解除
解除关联：STA或AP都可以单方面解除

AP在AC中上线原理

AP获取IP地址（静态配置 / DHCP动态配置）
CAPWAP隧道建立：无线接入点控制与规范，control and provisioning of wireless access point，AP和AC之间互通的通用封装和传输协议。控制隧道（Echo报文）+ 数据隧道（Keepalive报文）
AP接入控制
AP版本升级
CAPWAP隧道维持
AC业务配置下发

Wi-Fi 6 主流技术：OFDMA 与 MU-MIMO 对比

OFDMA	MU-MIMO
多用户细分子信道（资源单位RU），提升并发效率	多用户使用不同空间流，提升容量
降低时延	每个用户速率更高
适合低带宽应用	适合高带宽应用
适合小包报文传输	适合大包报文传输

生存（把握人的见解，科研-创业）

信息（边际成本已变为固定成本）
模型（GPT使能，即将）
决策（即将）

Wi-Fi 6 与 5G 对比

Wi-Fi 6：近距离、高密度覆盖、高性能 ---- 聚焦室内
5G：广覆盖、连续性、可移动性 ---- 聚焦室外，渗透室内

Wi-Fi 6优势：主流的企业无线方案，在频谱、终端生态、网络成本、用户无限流量体验、部署简单灵活性和管理要求上更胜一筹（商场、教室、机场、宿舍）
Wi-Fi 6劣势：大规模室外覆盖能力弱，无法满足超低时延要求（< 10 ms）
5G优势：领先无线技术的代表，在MIMO、业务时延、移动漫游、室外覆盖等方面领先Wi-Fi 6（街道、交通线、景区）
5G劣势：室外受制于用户套餐流量；室内覆盖成本高，终端兼容性弱，必须有运营商参与，网络结构变更困难

Wi-Fi 6 关键技术

OFDMA 技术
信道资源分配更加细致：可选择信道质量更好的资源单元RU
降低时延，更好的QoS：OFDM占用整个传输信道，所以必须等前一个发送者释放信道，存在较大时延，在OFDMA中多个用户可并行传输
满足各个用户带宽需求不同的业务
DL/UL MU-MIMO 技术（DL 8 × \times × 8）
信道探测：AP发空数据包通告NDPA、AP发送NDP、STA计算信道反馈矩阵、AP接收反馈矩阵并由此进行预编码计算
1024 QAM 调制技术：2^10，一个星座点携带10bit的信息，由于对误码判决的要求也提高了，一般应用在室内近距离场景
空中复用及着色技术
扩展覆盖范围：利用2.4 GHz广域覆盖-，在更小的子载波间隔SCS下，由于子载波间隔与OFDM符号之间的倒数关系，OFDM符号占据的时间更长，更不容易误码。
TWT：终端（物联网）设备与AP协商TWT周期，在历经一个TWT周期后，AP会向STA发送唤醒帧，STA苏醒后与AP进行数据交互，然后进入低功耗的睡眠状态

Wi-Fi EasyMesh 协议（Wi-Fi 6 加 Mesh 的组网方式）

使不同厂商和品牌的路由器互联
方便用户和服务商安装
增强对大户型、复杂户型房屋Wi-Fi信号的覆盖

控制器：家庭网络出口的主无线路由器（顺带一个无线AP），管理代理，进行负载均衡优化
代理：执行控制器命令，上报网络度量和能力信息

Wi-Fi 6测试思路不足

Wi-Fi仿真时延与实际情况存在较大偏差：射频信道仿真器处理时延较大
路由器与信道仿真器的连接方式以及信道仿真器的工作模式与实际情况存在偏差：在大规模集采测试中很少使用传导连接，而OTA连接会引入二次MIMO问题（AP天线-信道仿真器天线 + 信道仿真器自身）；家居室内WiFi信道考虑穿墙引起的快速衰减、多径较少（5条）、时延低（< 5 ns）

Wi-Fi 6测试设备关键能力

如何模拟真实AP与STA的无线通信环境
如何设定干扰模型：涉及到对实际业务（TCP、UDP）的建模
如何仿真多用户场景中STA的分布拓扑
尽可能在实验室进行基于真实场景的信道模型仿真，仿真的信道模型可以回溯到真实的Wi-Fi无线信道环境
多个Wi-Fi接入设备的mesh组网性能测试

Wi-Fi 6路由器测试关键性能

覆盖性能：吞吐量随相对信号强度指示降低而降低，越缓慢越好
吞吐量性能：1024 QAM
时延性能：OFDMA
MU-MIMO上下行增益

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Wi-Fi (-6) 知识点整理

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STA 接入原理

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Wi-Fi 6 主流技术：OFDMA 与 MU-MIMO 对比

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Wi-Fi 6 与 5G 对比

Wi-Fi 6 关键技术

Wi-Fi EasyMesh 协议（Wi-Fi 6 加 Mesh 的组网方式）

Wi-Fi 6测试思路不足

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