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2019-05-31 14:57 出處:其他 作者:佚名 責任編輯:luolan6

  Wi-Fi 6和5G,將要給大專的無線網路建設帶來什麼變化?5G時代,高教的無線網路,該怎麼來建設?

  本文主要闡述在3G、4G乃至即將到來的5G時代,針對大專網路建設,銳捷如何透過移動通信網和Wi-Fi網路實現“連接融合、聯合部署”。本文將分上下兩篇進行闡述。上篇從技術的角度,比較Wi-Fi 6和5G,剖析其技術背後的需求設計;下篇透過分析大專中典型的場景模型,給出網路建設的建議。

  今天為您呈現的是上篇。
  1、無線協議的三國江湖
  最成功的三種無線通信方式
  從1900年左右馬可尼提出無線電,到今天已經超過120年,整個無線通信發展出非常多的技術。這個過程中有幾十種無線通信技術,而最成功這三種,形成了一個無線通信的三國江湖。移動通信網(城市級網路)、無線區域網路(樓宇級網路)和無線個域網(房間級網路)。

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▲ 無線協議的三國江湖

  移動通信
  移動通信,從90年代GSM開始到2G、3G、4G以及5G 發展下來,就是運營商在城市堙A布了一個大家都可以共享的無線網。到2018年,移動通信網已經具有80億以上的用戶,而每年新增的終端有15億以上,到5G時代這個數字會更多。

  Wi-Fi通信
  無線區域網路最成功的技術就是Wi-Fi,第一代的Wi-Fi 1(11b),在1997年誕生。解釋一下,Wi-Fi以前被稱為11b、11a、11g、11n和11ac,都是用字母來代號。2018年,Wi-Fi聯盟統一成用數字代號,也就是所謂的Wi-Fi 1直到Wi-Fi 6。Wi-Fi 6在2018年正式開始產品商用。截止到2018年,Wi-Fi類的終端存量有130億以上,包括我們使用的每一部的手機、平板電腦、每部PC,還有更多智能設備。每年新增的Wi-Fi終端的數量超過40億個,是地球上人類的2/3。

  藍牙通信
  無線個域網最成功的技術叫藍牙,藍牙也是在90年代開始推出了第一代,持續更新到藍牙5.0。截止2018年,藍牙的設備終端已經超過150億個,主要用在藍牙耳機、藍牙音箱、滑鼠鍵盤等個人應用上,每年增長的終端超過50億個。

  未來也會廣泛存在的三國江湖
  基於這三種技術的終端,其存亡數量和新增數量基本上可以達到地球上的人類每人一個,這個數量決定了這三種技術不可能會消亡。未來很長的一段時間內,這些終端仍然會廣泛存在於大眾的生活和生產中。這些技術現在已經發展到五到六代,這也說明這些技術非常成功,也非常成熟。未來,無線技術在這三條路上一定依然以這三種協議和技術為主,不會出現誰替代誰的情況。

  2、5G的主要技術
  5G特性

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  5G的特性非常多,這裡提取幾個關鍵特性。見上圖,分別是eMBB(具備超大帶寬的網路)、mMTC(超大連接的物聯網)和uRLLC(高可靠低時延的網路)。5G 這兩年非常熱,現在也變成國家的一個戰略。其實,5G並不是一個橫空出世的技術,也不算是一個突破型的技術。實際上,5G就是大家非常熟悉的4G技術的一個延續性更新。它採用的一些關鍵技術,基本上是4G技術的提升。比如說頻寬,4G頻寬是20兆,而5G現在開放的頻段是100兆;比如說天線,4G典型的是4發4收或者8發8收,到了5G是64發64收;另外,5G還有更高的調制解調技術。

  5G帶來的想象力
  5G信號處理的技術使得它的整個帶寬變得非常高,但5G真正革命性的地方並不在於它的帶寬變高、上網更快。真正的革命性的技術在於下面兩個,這給我們的生活帶來非常多的想象力:

  mMTC,超大連接的物聯網,它可以支援百萬級的物聯網終端連接,針對全球網、全國網、城市網路類的,比如水表、電表、燃氣等的抄表,比如共享單車、智能井蓋、智能路燈等都可以用到。
  uRLCC,高可靠低時延網路,主要面向生產類和自動駕駛類的應用。例如,無人駕駛汽車技術,未來就需要承載在這樣的一個網路上,才能滿足各種瞬息萬變的路況和突發情況,並能作到即時響應;還包括,生產車間的即時控制以及港口會控制部分自動化的設備,例如塔吊、機器人等,這些都需要低時延的無線網路來承載。

  5G是國家戰略
  所以,5G是一個國家戰略,要一直推廣,這並不僅僅是讓老百姓更快上網;而是,超大連接的網路以及超低時延的網路,會給整個社會的自動化帶來非常大的促進和變革。

  3、5G產業鏈現狀和預測

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  ▲ 5G產業鏈現狀和預測

  從標準看
  5G的產業鏈的現狀和預測如何?從標準的角度來看,2019年,大帶寬接入的標準已經成熟了。而且2019年會做預商用,運營商已經在一些城市堻凰繲i行性能測試,為正式商用做準備。而後面的兩個網路標準,則會在2020後完成。

  從終端看
  預測到2020年,共用上網的5G網路會實現小規模的商用,而且2020年真正可量產的5G手機會上市。到2021年,基於5G網路的上網服務將會開始普及,5G的手機也會規模上市。當然,到2021年,5G手機可能只會佔到差不多20%,主要在一些高端手機上,而2022年之後,5G手機會成為主流。

  運營商的節奏
  國內的三大運營商,目前都在響應國家的號召建設5G網路。2018年的時候,工信部就分配了5G頻率給移動、電信、聯通。2019年,三大運營商都會預商用,而且工信部會發佈牌照,從而開啟規模部署的商用節奏。

  2020年和2021年,5G的應用主要以室外的宏站為主,滿足一些城市或者整個城市級的應用。運營商的部署,也會以先滿足信號的覆蓋、滿足街道街區,包括一些機場、火車站等公共區域的覆蓋為主。而真正要做到室內全方位覆蓋,需要等到2022年以後,到時候會採用室內小基站,作為5G的室內覆蓋方案。

  這就是整個5G產業鏈和5G網路部署的節奏,可以看出,5G網路的建設投入會非常巨大。4G整個基站的投入是數萬億級,而5G的頻率更高,覆蓋範圍更小,部署基站的投入可能會達到4G的3-5倍。所以,運營商會分階段分步驟來實施。

  4、Wi-Fi 6的5個關鍵新技術

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▲ Wi-Fi 6技術特性

  Wi-Fi 6是新一代的Wi-Fi,引入了五個關鍵的新技術:

  1024QAM(更高速率的調制),它帶來的改善是進一步提升極限帶寬。上一代Wi-Fi 4,理論上能達到1.7G的連接速率,這裡指的是極限帶寬。到Wi-Fi 6之後,極限帶寬可以達到4.8個G。
  OFDMA(正交頻分多址),這是從4G技術引入Wi-Fi的一個技術,它解決了多用戶傳輸的均衡性問題,使得多用戶通信更有序,從而提升Wi-Fi的體驗和效率。
  8*8的天線UL/DL MU-MIMO(多用戶多進多出)技術,使AP同時可以和更多的終端用戶進行通信,更大地提升並發帶寬和系統容量。
  BSS-Color(空間覆用技術),解決高密場景下多AP部署時,AP和AP之間如何減少幹擾、達到最大信道空間覆用率的問題,從而提升整個網路帶寬。
  智能節電方案TWT(目標喚醒時間),這個技術用於各種物聯網終端。很多物聯網終需要依靠電池供電,面臨能耗問題。讓一塊電池使用一年或兩年甚至更長,就是這個技術的目標,這個技術可以使很多種物聯網的設備用Wi-Fi(更高速)通信。

  5、Wi-Fi 6的產業鏈狀況和預測

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▲ Wi-Fi 6 產業鏈現狀和預測

  從標準看

  2019年 Wi-Fi 6的AP出貨量會佔到20%,在中高端的用戶場景,會變成主流選擇。而高教也是Wi-Fi 6最主要的行業用戶之一。到2020年,Wi-Fi 6會全面取代Wi-Fi 5, 成為整個企業網建設的主流,出貨量會佔到50%以上,而且會成為基礎網路建設的標準。回顧一下從Wi-Fi 5(802.11ac)誕生,到它完全替代上一代Wi-Fi 4(802.11n),在三年的時間內,基本上在教育行業完成替代。Wi-Fi 6節奏跟Wi-Fi 5基本類似。

  從終端看
  一般對於新通信標準的應用,手機會最早發佈。2019年2月,三星在全球首發了一款Wi-Fi 6手機。小米也在2月底發佈了小米9,搭載了Wi-Fi 6的晶片。2019年9月,蘋果發佈的新iphone,一定會搭載Wi-Fi 6。2019年,主流的晶片廠商都會推出Wi-Fi 6的手機晶片組,而手機廠商也都會在旗艦手機上導入Wi-Fi 6。2020年,Wi-Fi 6基本變成主流。

  6、5G和Wi-Fi 6的特性對比

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▲ 覆蓋和性能的綜合對比

  適用場景

  5G的場景以室外為主,考慮的是廣覆蓋、連續性和可移動性;Wi-Fi 6的場景以室內為主,考慮的是近距離、高密度覆蓋、和高性能。

  從覆蓋和性能上的綜合對比
  1信號和頻寬
  從信號和頻寬上看, 5G使用256QAM的調制方式,以及100兆赫茲的單載波頻寬。相比較而言,Wi-Fi 6採用了1024QAM的調制方式以及最高160MHz的單載波頻寬。可以看出,Wi-Fi 6採用的調制技術和頻寬,都比5G高很多。這是因為它的距離近。5G考慮大範圍的距離,Wi-Fi則主要考慮10m-20m的覆蓋範圍。因此,近距離下的傳輸帶寬非常高。

  2調度方式
  從調度方式看,5G採用的是基站來總負責協調,用基站的核心網路,去指揮大量的終端。而Wi-Fi 6則採用了協調+競爭的方式,Wi-Fi 5以前完全是競爭,AP和終端經常會出現不均衡,終端一多整個帶寬就不足。這就是大家經常在萬人大會上看到信號很強但是無法通信的原因,就因為Wi-Fi 5是完全競爭,大量的競爭衝突使得傳輸效率急速降低。Wi-Fi 6則引入了OFDMA,AP可以協調終端的收發行為,讓整網的傳輸更有序,最大可能的減少衝突。

  3吞吐性能
  理論速率,5G可以到20G,Wi-Fi 6可以到10G,這中間的差別主要是因為5G最高可以支援64個天線,而64發64收的天線會非常非常大,這使得它主要用在室外。典型的室內單台設備類型,5G的吞吐會在1.5G到2G,不可能都使用那麼大的天線。大部分室內部署小基站,一般是4*4,它的帶寬是1.5G-2G。Wi-Fi是4T4R,典型的性能也在1.5G-2G。所以,單設備的性能差不多。

  4覆蓋範圍
  再看單設備的覆蓋範圍,5G 的一個室外基站的覆蓋是公里級,在室內一般會採用小基站或者室分系統。為了降低覆蓋成本,5G單個容量小區的覆蓋範圍在五千到一萬平米,差不多一層到兩層樓的範圍。Wi-Fi 的1個AP可以覆蓋一個大會議室,或者一個大辦公室的幾個房間,每個AP提供單獨容量,它的覆蓋範圍差不多是500-1000平米。在室內,Wi-Fi和5G的單小區覆蓋範圍差不多差十倍。這樣部署的結果是,雖然單小區的性能差不多,但是平均到每個平米和平均到每個人頭上,5G的性能可能只有Wi-Fi性能的五分之一到十分之一。所以,5G首先滿足的是廣覆蓋而非高帶寬。

  5個人體驗
  5G的體驗相比4G,肯定覆蓋更廣,移動性會非常好,個人體驗將再也感覺不到漫游。而劣勢就如剛才的分析,當人員密集的時候,5G分配到每個人身上的帶寬並不多,一萬平米一個基站,一個點幾個G,如果人多到上千的情況下,使用體驗就明顯下降了。

  而Wi-Fi的優劣勢,剛好和5G相反互補,其優點在於高密度下的高帶寬。Wi-Fi的另外一個優勢是省電。用4G訪問網路,時間稍長,手機就會很燙,電池刷刷往下掉,用Wi-Fi則會省電很多。Wi-Fi的劣勢在於需要認證,而且是私有網,覆蓋不連續的。就像學校的Wi-Fi,一出學校就沒有了,不會像5G那麼連續。

  從建設和管理上的綜合對比

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▲ 建設和管理的綜合對比

  1網路管控
  從網路建設的管理權來看,5G的建設和管理權都是運營商負責和主導,業主(大專)只能有使用權。而Wi-Fi則是私有網路,業主完全具備建設權、管理權和使用權。

  2建網標準
  從建網標準來看,運營商在建網時首先考慮的是其收益導向,不保證業主的投資收益比。而Wi-Fi網路是業主的業務導向,有什麼業務,由自己來制定建網的標準。

  3部署方式
  從部署方式來看,如果使用5G,學校的業務基本上都要部署在公網或者雲端,即使部署在內網也必須要有一個公網的地址從外面訪問進來,所有的數據都要透過公共網來過一遍。部署Wi-Fi的話,整個業務都可以部署在內網、區域網路堙C從經驗來看,業主一定會有大量的私有網路資源需要訪問和被訪問。

  4部署時間
  5G的部署時間遵循運營商的部署計劃,運營商首先考慮的是室外的部署,學校是不是在整個建設的計劃範圍內,其實並不能掌握;而Wi-Fi則完全自主,業主能自行掌握計劃。

  5部署地點
  部署的地點,運營商從收益角度考慮,一般是部署在人流密集的地方;還有有一些比較偏僻的場所,比如說實驗室、科研基地等,人不多但是很重要,運營商就不見得會部署。學校堣]有這樣的地方,4G的信號覆蓋不到。Wi-Fi 6完全可以去自己按照需要來部署。

  6終端支援
  從終端的支援來看,手機應用4G已經完全普及。5G預計判斷到2020至2024年才會慢慢普及。而PC和Pad對運營商的支援要慢更多。比如,現在內置4G功能的筆記本電腦仍然不超過20%;而智能辦公,比如智能投屏的大屏、一些語音智能辦公設備,目前也看不到支援4G或者5G。Wi-Fi在這幾類產品上才是標配。未來兩到三年,Wi-Fi 6一定會變成這類設備的主流。

  
  以上是從技術的角度比較Wi-Fi 6和5G的需求和應用,至於具體如何基於5G與Wi-Fi 6技術在校園場景中建設網路,且聽下回分解。

 
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