发布于：2018/1/5 16:20:48 | 374 次阅读
Wi-Fi，您看不到，摸不到，也听不到，但它对当今世界已经产生巨大的影响并将持续进行。从我们家庭的无线网络到办公室和公共场所，无需依赖电缆的高速无线连接无处不在，这从根本上改变了计算的方式。可以毫不夸张地说，由于有了随时可用的Wi-Fi，我们因而可以拥有更好的生活，能够更直接、更简单并具备高移动性的方式使用我们的笔电、平板电脑和可携式电子产品，再也不用担心身边有一堆杂乱的电线。
虽然可能难以置信，从IEEE通过802.11标准起，到现在已经有二十年。本文将首先介绍Wi-Fi的历史，看看它如何克服众多的技术挑战，并演变成我们今天所熟知的超快速、高便利的无线标准。我们之后也将继续讨论这项技术的未来发展。
无需授权即可开始
图1 : 从我们家庭的无线网络到办公室和公共场所，高速无线连接无处不在，这从根本上改变了计算的方式。 (source: enterprisersproject)
虽然我们现在认为802.11无线技术是把个人计算设备与智慧手机连接到互联网的一种主要方式，但实际上它最初是为了连接收银机而发明。在20世纪80年代后期，零售工具和收银机（PoS）计算机系统制造商NCR公司遇到了一个很大的问题，它的百货商店和超市等客户，在每次改变商店的格局时都不想重新布线。
美国联邦通信委员会当时作出了一项裁决，开放了某些频段可以自由使用，正是这项决定，启发了一个改变游戏规则的想法。通过在未授权的频谱（而不是传统的有线连接）中使用无线连接，电子收银机和PoS系统可以很容易地在商店里面移动，而零售商不必进行重大的商店翻新工作。
尔后，NCR将该项目分配给荷兰办公室之外的一个工程团队，他们面临着要创建一种无线通讯协议的挑战。这些工程师成功地开发了「WaveLAN」，这被公认为Wi-Fi的先驱。NCR不是将其作为一个纯粹的专有协议来保存，而是通过将其作为一个标准来建立起来，因而这个公司将能够在无线连接市场兴起时成为。到了1990年，基于未授权频谱的无线通讯IEEE 802.11工作群组已经形成。
利用在当时已经是非常创新的扩频技术能够在噪声环境中减少干扰并提高讯号完整性，Wi-Fi的原始版本最终于1997年正式标准化，其工作时的数据流量仅为2Mbits/s，但却为未来的发展奠立基础。
无线以太网
尽管802.11无线标准在1997年发布，但并没有立即广为采用。较慢的速度和昂贵的硬件在很长一段时间内阻碍了其在大众市场的吸引力，但其发展进程注定要改变。10Mbit/s以太网是当时的网络标准，IEEE802.11研究小组明白，如果802.11也能够达到这样的速度，他们将拥有强大的竞争力。1999年，他们成功创建了802.11b，这种技术采用了与原802.11无线标准相同的2.4GHz ISM频段，但大大提高数据流量到11Mbits/s，无线以太网终于成为现实。
图2 : 由于802.11b具有更便宜的设备和更好的工作范围，为目前的无线标准。 (source: Global ITN)
在802.11b标准建立后不久，IEEE工作小组又发布了一个更快的802.11a标准，它不再是工作在日益拥挤的2.4GHz频段，而是运行在5GHz频段，所支持的速度高达54Mbits/s 。
由于802.11a占用的是5GHz的频段，远离了比较受欢迎（因此也拥挤）的2.4GHz频段，因此即使在嘈杂的环境中也具有更好的性能。然而，与2.4GHz无线连接相比，更高的载波频率也意味着其作用范围缩小。由于802.11b具有更便宜的设备和更好的工作范围，证明是目前的无线标准。但是，尽管与802.11a相比，802.11b性价比更高，但对于一般消费者来说当时的价格仍然不够低，无线路由器和网络卡仍然会需要花费数百美元。
这一切在贾伯斯的电话会议后得到了彻底改变。那时苹果公司正在推出新一代电脑，并希望将无线网络作为其功能的一部分。当时设定的条款非常艰难，苹果公司的指定购买价格为99美元，当然其批量可能会很大。此时，朗讯科技公司已经收购了NCR公司，并最终同意了条款。
虽然最初这些似乎都难以实现，但苹果公司的交易最终还是将Wi-Fi交付到消费者手中，并将其推向主流市场。个人电脑制造商看到苹果公司电脑的强大市场冲击力，因而也希望在电脑中加入无线网络。很快，包括戴尔、东芝、惠普和IBM在内的主要PC硬件厂商都提供Wi-Fi技术。
微软也通过Windows XP增加了对Wi-Fi的支援，并通过与朗讯工程师的合作，微软将Wi-Fi连接内建于操作系统，用户无需安装第三方驱动程式或软体即可以实现无线连接。随着Windows XP的发布，Wi-Fi能够得以内建在数百万计的计算机上，也正是的宣告进入Wi-Fi的大时代。
无线革命
在2000年开始的初期，由于无线连接的优势变得越来越清晰，无线网络得以迅速普及。随着企业和消费者开始认识到Wi-Fi的应用潜力，成就我们现在所谓的「移动运算」的雏型，无线热点开始出现在咖啡店、机场和酒店。而家庭用户中的许多人也开始利用宽频互联网，能够轻松地在整个房子实现无线连接。
由于IEEER802.11工作团队的努力，这种最初设计用于连接收银机（参见部分文章）的专用无线协议已经成为无线网络标准的基础，也正在改变整个社会的架构。
提高速度
802.11b在1999年问世，为无线网络的广泛应用奠定了基础。其便宜的价格让消费者易于接受，11Mbit /s的速度使其足够快速，从而能够替代企业用户原有的以太网络连接。在21世纪开始的最初几年中，宽频互联网迅速被市场接受，支援802.11b取得了显著地成功。无论是普通消费者或企业用户都发现，和之前的DSL、有线或其他宽频技术相比，无线是一种更好的高速连接方式。
随着宽频互联网提供的高速度成为常态，消费者的电脑使用习惯也随之改变。音乐/电影分享和串流媒体音乐等更高频宽的应用，开始在消费领域愈来愈受欢迎。
与此同时，在商务需求上为达成，VoIP、文件共享、印表机共享、以及桌面虚拟化等各种业务应用，无线网络必须提供更高速来与以太网络竞争。
即使在2000年代初期，802.11b能够支援的速度也远远没有达到非常高的水平。但在有线方面，10/100以太网却已经是一个普遍的标准。在100Mbit/s速度下，它比802.11b标准的11Mbit/s速度快了近10倍。扣除802.11b通讯协定本身的必要浪费意味着可以达到的理论速度是5.9Mbit/s，但实际上，由于802.11b使用的是愈来愈流行的2.4GHz频段，实际速度证明比理论值要低。来自微波炉、无线电话和其他消费性电子产品的干扰，意味着现实世界的速度通常不能达到5.9Mbit/s的标准（有时甚至不能接近这个速度）。
802.11g标准
为了解决速度问题，IEEE 802.11工作小组在2003年推出了802.11g。尽管802.11g使用与802.11b同样的2.4GHz频段，但却能够达到高达54Mbit/s的速度。即使扣除通讯协定必要浪费而导致速度降低之后，其理论值也可以达到31.4Mbit/s，足以满足要求愈来愈快的家庭宽频速度要求。
实际上802.11g并不是个达到54Mbit/s的802.11无线标准，802.11a在1999年已经实现了这样的速度，但它所使用的是另一个单独的5.8GHz频段来实现上述速度。虽然5.8GHz的优点是具有较少的消费性电子产品的无线电干扰，但却与802.11b不兼容。考虑到这个情况，以及它较为昂贵的设备，使802.11a只能够在商业市场中得到一些订单，并没有大量普及家庭/消费领域等应用。
透过使用2.4GHz频段而达到54Mbit/s的速度，802.11g在实现高速度的同时也保持了与802.11b的全面兼容性。这一点至关重要，因为此时802.11b已经被确立作为消费设备的主要无线标准。与802.11a相比，802.11g的向后兼容性以及更便宜的硬体设备是很大的卖点，因此能够很快成为消费领域，甚至渐渐地在相关的商业应用领域成为全新的、更加快速的无线标准。
802.11n标准
于2009年推出的802.11n进一步提高了802.11g和802.11a的速度。802.11n工作在2.4GHz或5.8GHz频段（不同时运行），透过采用封包聚合（frame aggregation）提高了传输效率，还引入了可选的MIMO和40Hz频宽，使802.11n的频道宽度达到了802.11 g的两倍。
802.11n能够大幅度地提高网络速度。在低端应用中，如果采用与802.11g同一类型的单天线作业，采用相同的20Hz频道宽度配置，802.11n网络可以达到72Mbit/s的速度。另外，如果使用双倍宽度的40Hz频道，采用多个天线，那么数据速度可能会更快，甚至能够高达600Mbit/s（采用四天线配置）。
千兆速度级的无线技术
即将大规模采用的802.11无线技术是802.11ac标准，它扩展了802.11n，特别是在5.8GHz的频段上实现了改进，在2.4GHz的射频频段中采用了802.11n的技术，因而可以实现向后兼容。
802.11ac透过支援5.8GHz频段，因而能够实现巨大的160Hz的频宽优势，这在已经很拥挤的2.4GHz的频段中几乎无法实现。此外，通过波束成形（beamforming）和支援多达8个MIMO数据流，提高了可实现的速度。根据不同的配置，在路由器和最终用户设备都具有多个天线的情况下，所达到的数据速率可以从的433Mbit/s到几个Gbit /s。
如果速度还不够快，有更先进的802.11ad的标准（目前已经开始在市场上销售），这种新标准使用的60GHz的「毫米波」频段，即使没有MIMO配置，也可以实现高达7Gbit/s的传输速度，802.11ad的主要问题在于：在60GHz的频率下，无线技术的作用距离和穿透力都大大降低。
展望未来
现今我们已经实现了千兆级的数据速率，接下来呢？除了高速度，IEEE 802.11工作小组已经认可，低速，低耗能通信实际上也是一个具有巨大发展潜力的领域。尽管传统上Wi - Fi是一个相对比较耗电的标准，但未来的协议将能够赋予无线网络连接更多的新特性，从而以更高能效的通信面向如物联网（IoT）等市场。
20年历史总结
虽然无线网络已经有二十年的历史，但它还在不断发展并保持与时俱进。从拨号时代到宽频互联网的采用，再到智能手机，而现在我们已经进入物联网的初期，无线网络一直在不断开发，适应市场需求的新技术，如果历史可以用来给我们一些启示，那么在未来的很多年内，无线网络一定还会继续为我们提供更多便利。
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