802.11n:下一代的無線網絡新技術

本刊編輯部

編者按:網絡已經徹底改變了世界,無數的信息通過那一根根網線傳遞到了我們每個人。人的需求是無止境的,技術的進步是無止境的,無線網絡讓我們更加輕松與便捷,從11M、54M、108M、125M再到現在802.11n的300M,無線即無限。

新聞背景:北京時間9月14日消息,據美國《Network World》報道,9月11日,IEEE最終正式批準通過了802.11n高速WLAN標準。

IEEE并未在標準通過后發布公開聲明。不過802.11n任務組的長期主席Bruce Kraemer已向任務組的所有成員發送了專函,這些成員包括Wi-Fi芯片廠商、軟件開發商和設備制造商。這封專函是在美國東部時間9月11日上午11點過后發出的。Kraemer在函件中宣布,標準委員會已批準通過了11n及其伴隨標準11w,后者是為保護802.11管理報文的數據而制定的。

802.11n任務組成立于6年前的2003年9月11日,而專題“研究小組”則成立于2002年,負責研究為至少100MbpsWLAN制定標準的可行性。現在已通過認證的、基于802.11n草案標準的Wi-Fi產品,其速率在兩種不同空間流上已達到了150Mbps到300Mbps。目前,絕大多數制造商都可以生產這一標準的無線路由器和接收器。802.11n可支持MIMO(Multiple-input Multiple-output,多入多出)天線陣列特性來提高速度和加強信號。

802.11n標準是802.11g Wi-Fi協議的后續版本,后者能提供最高54Mbps的連接速度。802.11n標準最重要的新增性能是MIMO,這種性能允許多天線系統迅速處理更多信息。

在當今各種無線局域網技術交織的戰國時代,WLAN、藍牙、HomeRF、UWB等競相綻放,但IEEE802.11系列的WLAN是應用最廣泛的。自從1997年IEEE802.11標準實施以來,先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11j等標準制定或者醞釀,但是WLAN依然面臨帶寬不足、漫游不方便、網管不強大、系統不安全和沒有殺手級的應用等。就像當今VoIP應用中一個全新的領域VoWLAN那樣,雖被業內人士看作是WLAN最有希望的殺手級應用,卻因為這四個“不”,很難進一步發展。為了實現高帶寬、高質量的WLAN服務,使無線局域網達到以太網的性能水平,802.11n應運而生。

什么是802.11n?

我們所說的802.11n是Wi-Fi聯盟在802.11a/b/g后面的一個無線傳輸標準協議,目前的802.11n標準是下一代的無線網絡技術,可提供支持對帶寬最為敏感的應用所需的速率、范圍和可靠性。802.11n結合了多種技術,其中包括Spatial Multiplexing MIMO (空間多路復用多入多出)、20和40MHz信道和雙頻帶(2.4GHz和5GHz),以便形成很高的速率,同時又能與以前的IEEE 802.11b/g設備通信。

多入多出(MIMO)或多發多收天線(MTMRA)技術是無線移動通信領域智能天線技術的重大突破。該技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率,是新一代移動通信系統必須采用的關鍵技術。

802.11n為什么那么快?

在傳輸速率方面,802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11g所提供的54Mbps、108Mbps(802.11g+即g增強版)提高到300Mbps甚至高達600Mbps(理論上),取代有線網絡在局域網內基本實現。這得益于802.11n將MIMO(多入多出)與OFDM(正交頻分復用)技術相結合而應用的MIMOOFDM技術,提高了無線傳輸質量,也使傳輸速率得到極大提升。

為什么802.11n的信號質量好?

在覆蓋范圍方面,802.11n采用智能天線技術,通過多組獨立天線組成的天線陣列,可以動態調整波束,保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號,并可以減少其它信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到好幾平方公里,使WLAN移動性極大提高。

在兼容性方面,802.11n采用了一種軟件無線電技術,它是一個完全可編程的硬件平臺,使得不同系統的基站和終端都可以通過這一平臺的不同軟件實現互通和兼容,使得WLAN的兼容性得到極大改善。802.11n工作模式包含2.4GHz和5.8GHz兩個工作頻段,保障了與以往的802.11a/b/g標準兼容,極大的保護了用戶的投資。這意味著WLAN將不但能實現802.11n向前后兼容,而且可以實現WLAN與無線廣域網絡的結合,比如3G。

802.11n的技術優勢

802.11n的技術優勢主要體現在傳輸速度和信號范圍上。在傳輸速率方面,802.11n得益于將MIMO(多入多出)與OFDM(正交頻分復用)技術使傳輸速率得了到極大提升;在覆蓋范圍方面,802.11n采用智能天線技術,通過多組獨立天線組成的天線陣列,可以動態調整波束,保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號,并可以減少其它信號的干擾,使WLAN移動性極大提高。

應用一:高質量語音通

我們知道,支持Wi-Fi的手機只要下載個軟件就可以打網絡電話了,但是由于受到無線路由器速度上的限制,通話質量并不理想。但是802.11n無線路由器可以很好的解決這一問題。11n理論稱速度為300Mbps,但是從實際使用和測試來看,在正常環境中大多數11n產品的傳輸速度都在百兆左右,但即使是這樣的速度也意味著人們可以在寫字樓中用Wi-Fi手機來撥打IP電話,而且享受更高質量的語音通話。

應用二:高清視頻傳輸

高清視頻是802.11n產品在應用上的一個亮點。我們曾經做過關于這方面的測試,從測試結果上看傳統的54M無線路由器與802.11n路由相比差距明顯,對于家庭用戶來說無線設備支持下的高清視頻播放可能是一種趨勢。對于企業用戶來說,寫字樓內利用無線網絡撥打可視電話、酒店內的無線點播服務將使用戶真正體驗移動辦公和移動娛樂帶來的便捷。

應用三:移動便攜性

802.11n采用獨特的天線技術,最大程度上降低了信號干擾,從而使信號覆蓋范圍得到提升,這使得使用筆記本電腦和PDA等設備的用戶可以在更大的范圍內移動上網。目前,包括北大、清華在內的很多國內高等學府內都采用了無線網絡,而802.11n技術的應用將進一步完善這樣的網絡。我們可以想象隨著迅馳筆記本和其他移動通訊設備的普及,在整個校園范圍內,以前必須依靠有線網絡實現的功能將都可以通過無線網絡實現,只要帶著筆記本電腦甚至是手機就可以輕松的訪問學校網站或者進行學習。

應用四:與無線廣域網絡結合

關于802.11n在兼容性方面的表現我們之前做過多次測試,主要針對向前后兼容,結果表明在多個無線模式的環境中802.11n產品的表現比較穩定。這將為企業用戶從802.11g過渡到802.11n提供幫助。技術角度上看,802.11n采用了一種軟件無線電技術,它是一個完全可編程的硬件平臺,使得不同系統的基站和終端都可以通過這一平臺的不同軟件實現互通和兼容,這使WLAN的兼容性得到極大改善,意味著WLAN將不但能實現11n向前后兼容,而且可以實現WLAN與無線廣域網絡的結合,比如3G。

802.11n面臨的挑戰

一、標準未動草案先行

雖然官方尚未表態,但很多廠商為了利潤已經開發出這樣或那樣的基于11n的無線設備,按照廠商的說法現在的草案標準已經升級為2.0,是改進版本,從標準上看接近最終結果,完全可以兼容以后的正式版,就算正式版有所改動也僅僅是軟件方面的,廠商可以通過網上升級或刷新驅動等方式來完成草案到正式版的轉變。然而在正式版出來之前沒有人能夠針對上述的說法和操作打包票,目前這些802.11n設備是否能夠完成過度升級到正式版還難說。不過既然已經發展到了草案2.0而且如此多的廠商都開始發布11n產品,那么這方面的擔憂應該可以減少,畢竟廠商自身會在日后提供解決辦法。

二、11n先行其他標準拖后腿

一般在11n設備的設置界面中可以指定工作模式是單獨11n還是與11g或11b的混合。選擇單獨11n將只容許802.11n高速產品的接入,而11g產品想連接該設備時訪問將被拒絕。因此當我們希望多個11n設備可以滿速度運轉時可以通過設置單模式方法來解決。另外即使在實際通訊過程中一端產品沒有達到11n標準,他們之間的通訊也要比單獨使用11g標準效果好得多,在老式的(802.11a/b/g)客戶端上使用11n產品也能提供一種可以衡量的性能優勢。對于無線局域網上的a/b/g語音電話來說,11n所具備的更大可靠性意味著更高質量的電話和更少的布線死區。

三、客戶端可支持11n的設備少

目前來說不管是企業端應用還是在家庭中建立11n無線網絡,對應的11n產品價格也是高高在上的,同時日常使用的諸如PSP、PDA、手機、筆記本內置無線網卡等設備基本上都屬于54M 802.11g范疇,所以說在客戶端上支持11n的設備比較少。企業內的筆記本電腦大規模升級到11n標準也許還要2、3年的時間,手機和掃描儀也許時間更長。不過隨著11n相關應用的推廣以及良好的兼容性,越來越多的用戶開始嘗試使用相應的產品。同時Intel公司也在致力于推廣11n無線應用。

四、無線信號頻段選擇讓人頭疼

要想發揮802.11n產品的優勢就必須讓其工作在5GHz下,因為與更流行的2.4GHz頻段相比,5GHz頻率的利用率一直很低,這樣可以大大減少信號沖突的問題。目前的802.11n產品絕大部分使用的是2.4GHz頻段,目前各個廠商所推出的11n產品如果僅僅只能夠使用2.4GHz頻段而無法使用5GHz頻段的話,對性能的改善相當有限,遠遠無法實現300M甚至更好速度的無線通訊。開啟11n設備支持5GHz頻段功能才能夠更有效的解決無線信號頻段選擇以及信號沖突的難題。

802.11n更適合中小企業

作為目前最受關注的無線技術,802.11n給業界帶來了太多的驚喜。通過Wi-Fi聯盟認證的802.11n產品達到325種。2008年第一季度無線網絡設備出貨量環比增長,802.11n產品比重明顯加大,預計今年將占無線網絡產品出貨份額的40%。

802.11n市場的高速增長并非偶然,近年來,廠商加大了對802.11n市場的投入,大量的設備囤積市場,加之產品價格的快速下調,進一步刺激了消費者的購買欲望。當然,這也意味著用戶對802.11n的熱點高漲將成為現實。然而盡管如此,802.11n能否在中小企業中得到快速普及也成為業界最為關心的問題。

在零售、房地產、倉儲和運輸等中小型企業細分市場,如果廠商可以找到合適的渠道來接近這些目標,這些地方可以被證明是802.11n設備被采用的肥沃的土壤。

據BT North America公司的一項新的研究報告顯示,基于控制器的無線局域網正在迅速的成為企業網絡的一個標準,目前已有近三分之一的企業已經轉向802.11n標準,這證明了大部分企業對于802.11n標準存在迫切需求。

ABI研究公司副總裁Stan Schatt說:“小型企業傾向于從零售商、辦公設備商店和有選擇的增值經銷商那里購買產品。小型企業與大企業相比,往往購買量少,但購買次數多。與擁有專業IT人員的大企業相比,他們往往對技術和標準的了解也比較少。這樣的結果就是小型企業有可能購買802.11n產品。”

在許多中小企業中,網絡的部署基本上都采用了Wi-Fi,所以除了更快的速度和吞吐量,還有什么能促使他們升級到“n”呢?一個觸發因素與PC的更換周期有關系:當電腦更新時,新機型將把802.11n作為標準內置功能。這種現象也在快速成為現實,隨著英特爾迅馳2移動平臺的發布,越來越多的筆記本將支持802.11n技術,這也將加速802.11n的普及。

具體到零售、房地產、倉儲和運輸垂直市場,有幾個特點可以使他們受益于802.11n標準的新能力。倉儲運營商使用普通802.11g已經遇到干擾問題了。802.11n的MIMO技術應能減少干擾,使他們有可能使用基于Wi-Fi技術的實時定位系統軟件。

零售業的中小型企業機構可以受益于802.11n提供的更大的覆蓋范圍,而房地產越來越多地使用Wi-Fi傳輸房屋圖像的功能,他們還想在視頻應用實用化后添加視頻功能,部署802.11n將為實現上述功能提供足夠的帶寬。這些企業對專門服務于中小企業市場的廠商、分銷商和零售渠道來說是“唾手可得的果子”。

802.11n標準大事記

2002年9月:IEEE高吞吐量研究組成立,專門探討提升WLAN速度的可行性。

2003年9月:IEEE成立802.11n任務組,負責創設100+MbpsWLAN標準。

2004年10月:貝爾金(Belkin)公司發布“前11n”接入點,采用了Airgo網絡(后被高通收購)研制的首個商用MIMO芯片組。

2005年7月:11n草案1獲通過,引發激烈爭議,如今已被人遺忘的各種競爭性技術開始拉選票。

2006年7月:戴爾為其最新推出的筆記本電腦發布了草案-11nWi-Fi網卡,采用的是Broadcom芯片。

2006年8月:Wi-Fi聯盟調整了其正式標準,開始進行測試。

2007年3月:草案2獲通過。

2007年5月:在Interop展會上,Colubris、Trapeze和Ruckus無線等公司發布了企業級11n網絡設備,最終獲得Wi-Fi聯盟的認證。

2007年6月:Wi-Fi聯盟發布了11n互操作性測試及認證程序。

2007年9月:Burton集團分析師Paul Debeasi在一份頗有爭議的報告中提出了802.11n是否意味著“接入以太網終結”的觀點。思科也發布了它的首款11n接入點。

2007年11月:首個大規模11n網絡部署,即莫里斯威爾州立大學利用Meru公司WLAN產品構建的園區網投入運營。

2008年1月:萬勝發布3x3 MIMO 11n芯片組,代號為TopDog 11n-450,號稱可提供450Mbps速率。

2008年8月:英國電信北美公司的調查發現,226家企業中有三分之一將在未來12個月內遷移到11n,另有20%的企業會在24個月實施遷移。

2008年9月:IEEE成立了兩個千兆無線任務組,一個研究6GHz頻段,另一個研究60GHz頻段。

2009年9月11日:IEEE標準委員會終于批準通過802.11n成為正式標準。