Wi-Fi 6和5G，將要給高校的無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來什么變化?5G時(shí)代，高教的無線網(wǎng)絡(luò)，該怎么來建設(shè)?

本文主要闡述在3G、4G乃至即將到來的5G時(shí)代，針對高校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，銳捷如何通過移動通信網(wǎng)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“連接融合、聯(lián)合部署”。本文將分上下兩篇進(jìn)行闡述。上篇從技術(shù)的角度，比較Wi-Fi 6和5G，剖析其技術(shù)背后的需求設(shè)計(jì);下篇通過分析高校中典型的場景模型，給出網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的建議。

今天為您呈現(xiàn)的是上篇。

1、無線協(xié)議的三國江湖

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(jīng)超過120年，整個(gè)無線通信發(fā)展出非常多的技術(shù)。這個(gè)過程中有幾十種無線通信技術(shù)，而最成功這三種，形成了一個(gè)無線通信的三國江湖。移動通信網(wǎng)(城市級網(wǎng)絡(luò))、無線局域網(wǎng)(樓宇級網(wǎng)絡(luò))和無線個(gè)域網(wǎng)(房間級網(wǎng)絡(luò))。

▲ 無線協(xié)議的三國江湖

移動通信

移動通信，從90年代CSM開始到2G、3G、4G以及5G 發(fā)展下來，就是運(yùn)營商在城市里，布了一個(gè)大家都可以共享的無線網(wǎng)。到2018年，移動通信網(wǎng)已經(jīng)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(shí)代這個(gè)數(shù)字會更多。

Wi-Fi通信

無線局域網(wǎng)最成功的技術(shù)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(lián)盟統(tǒng)一成用數(shù)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(chǎn)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(jī)、平板電腦、每部PC，還有更多智能設(shè)備。每年新增的Wi-Fi終端的數(shù)量超過40億個(gè)，是地球上人類的2/3。

藍(lán)牙通信

無線個(gè)域網(wǎng)成功的一項(xiàng)技術(shù)叫藍(lán)牙，藍(lán)牙也是在90年代開始推出了第一代，持續(xù)更新到藍(lán)牙5.0。截止2018年，藍(lán)牙的設(shè)備終端已經(jīng)超過150億個(gè)，主要用在藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱、鼠標(biāo)鍵盤等個(gè)人應(yīng)用上，每年增長的終端超過50億個(gè)。未來也會廣泛存在的三國江湖

基于這三種技術(shù)的終端，其存亡數(shù)量和新增數(shù)量基本上可以達(dá)到地球上的人類每人一個(gè)，這個(gè)數(shù)量決定了這三種技術(shù)不可能會消亡。未來很長的一段時(shí)間內(nèi)，這些終端仍然會廣泛存在于大眾的生活和生產(chǎn)中。這些技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到五到六代，這也說明這些技術(shù)非常成功，也非常成熟。未來，無線技術(shù)在這三條路上一定依然以這三種協(xié)議和技術(shù)為主，不會出現(xiàn)誰替代誰的情況。

2、5G的主要技術(shù)

5G特性

5G的特性非常多，這里提取幾個(gè)關(guān)鍵特性。見上圖，分別是eMBB(具備超大帶寬的網(wǎng)絡(luò))、mMTC(超大連接的物聯(lián)網(wǎng))和uRLLC(高可靠低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò))。5G 這兩年非常熱，現(xiàn)在也變成國家的一個(gè)戰(zhàn)略。其實(shí)，5G并不是一個(gè)橫空出世的技術(shù)，也不算是一個(gè)突破型的技術(shù)。實(shí)際上，5G就是大家非常熟悉的4G技術(shù)的一個(gè)延續(xù)性更新。它采用的一些關(guān)鍵技術(shù)，基本上是4G技術(shù)的提升。比如說頻寬，4G頻寬是20兆，而5G現(xiàn)在開放的頻段是100兆;比如說天線，4G典型的是4發(fā)4收或者8發(fā)8收，到了5G是64發(fā)64收;另外，5G還有更高的調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

5G帶來的想象力

5G信號處理的技術(shù)使得它的整個(gè)帶寬變得非常高，但5G真正革命性的地方并不在于它的帶寬變高、上網(wǎng)更更快。真正的革命性的技術(shù)在于下面兩個(gè)，這給我們的生活帶來非常多的想象力：

Mmtc，超大連接的物聯(lián)網(wǎng)，它可以支持百萬級的物聯(lián)網(wǎng)終端連接，針對全球網(wǎng)、全國網(wǎng)、城市網(wǎng)絡(luò)類的，比如水表、電表、燃?xì)獾鹊某?，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(shí)延網(wǎng)絡(luò)，主要面向生產(chǎn)類和自動駕駛類的應(yīng)用。例如，無人駕駛汽車技術(shù)，未來就需要承載在這樣的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，才能滿足各種瞬息萬變的路況和突發(fā)情況，并能作到實(shí)時(shí)響應(yīng);還包括，生產(chǎn)車間的實(shí)時(shí)控制以及港口會控制部分自動化的設(shè)備，例如塔吊、機(jī)器人等，這些都需要低時(shí)延的無線網(wǎng)絡(luò)來承載。

5G是國家戰(zhàn)略

所以，5G是一個(gè)國家戰(zhàn)略，要一直推廣，這并不僅僅是讓老百姓更快上網(wǎng);而是，超大連接的網(wǎng)絡(luò)以及超低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)，會給整個(gè)社會的自動化帶來非常大的促進(jìn)和變革。

3、5G產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀和預(yù)測

▲ 5G產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀和預(yù)測

從標(biāo)準(zhǔn)看

5G的產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)狀和預(yù)測如何?從標(biāo)準(zhǔn)的角度來看，2019年，大帶寬接入的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成熟了。而且2019年會做預(yù)商用，運(yùn)營商已經(jīng)在一些城市里陸續(xù)進(jìn)行性能測試，為正式商用做準(zhǔn)備。而后面的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，則會在2020后完成。

從終端看

預(yù)測到2020年，共用上網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)會實(shí)現(xiàn)小規(guī)模的商用，而且2020年真正可量產(chǎn)的5G手機(jī)會上市。到2021年，基于5G網(wǎng)絡(luò)的上網(wǎng)服務(wù)將會開始普及，5G的手機(jī)也會規(guī)模上市。當(dāng)然，到2021年，5G手機(jī)可能只會占到差不多20%，主要在一些高端手機(jī)上，而2022年之后，5G手機(jī)會成為主流。

運(yùn)營商的節(jié)奏

國內(nèi)的三大運(yùn)營商，目前都在響應(yīng)國家的號召建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)。2018年的時(shí)候，工信部就分配了5G頻率給移動、電信、聯(lián)通。2019年，三大運(yùn)營商都會預(yù)商用，而且工信部會發(fā)布牌照，從而開啟規(guī)模部署的商用節(jié)奏。

2020年和2021年，5G的應(yīng)用主要以室外的宏站為主，滿足一些城市或者整個(gè)城市級的應(yīng)用。運(yùn)營商的部署，也會以先滿足信號的覆蓋、滿足街道街區(qū)，包括一些機(jī)場、火車站等公共區(qū)域的覆蓋為主。而真正要做到室內(nèi)全方位覆蓋，需要等到2022年以后，到時(shí)候會采用室內(nèi)小基站，作為5G的室內(nèi)覆蓋方案。

這就是整個(gè)5G產(chǎn)業(yè)鏈和5G網(wǎng)絡(luò)部署的節(jié)奏，可以看出，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)投入會非常巨大。4G整個(gè)基站的投入是數(shù)萬億級，而5G的頻率更高，覆蓋范圍更小，部署基站的投入可能會達(dá)到4G的3-5倍。所以，運(yùn)營商會分階段分步驟來實(shí)施。

4、Wi-Fi 6的5個(gè)關(guān)鍵新技術(shù)

▲ Wi-Fi 6技術(shù)特性

Wi-Fi 6是新一代的Wi-Fi，引入了五個(gè)關(guān)鍵的新技術(shù)：

1024QAM(更高速率的調(diào)制)，它帶來的改善是進(jìn)一步提升極限帶寬。上一代Wi-Fi 4，理論上能達(dá)到1.7G的連接速率，這里指的是極限帶寬。到Wi-Fi 6之后，極限帶寬可以達(dá)到4.8個(gè)G。

OFDMA(正交頻分多址)，這是從4G技術(shù)引入Wi-Fi的一個(gè)技術(shù)，它解決了多用戶傳輸?shù)木庑詥栴}，使得多用戶通信更有序，從而提升Wi-Fi的體驗(yàn)和效率。

8*8的天線UL/DL MU-MiMO(多用戶多進(jìn)多出)技術(shù)，使AP同時(shí)可以和更多的終端用戶進(jìn)行通信，更大地提升并發(fā)帶寬和系統(tǒng)容量。

BSS-Color(空間復(fù)用技術(shù))，解決高密場景下多AP部署時(shí)，AP和AP之間如何減少干擾、達(dá)到更優(yōu)信道空間復(fù)用率的問題，從而提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶寬。

智能節(jié)電方案TWT(目標(biāo)喚醒時(shí)間)，這個(gè)技術(shù)用于各種物聯(lián)網(wǎng)終端。很多物聯(lián)網(wǎng)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(gè)技術(shù)的目標(biāo)，這個(gè)技術(shù)可以使很多種物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備用Wi-Fi(更高速)通信。

5、Wi-Fi 6的產(chǎn)業(yè)鏈狀況和預(yù)測

▲ Wi-Fi 6 產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀和預(yù)測

從標(biāo)準(zhǔn)看

2019年 Wi-Fi 6的AP出貨量會占到20%，在中高端的客戶場景，會變成主流選擇。而高教也是Wi-Fi 6最主要的行業(yè)客戶之一。到2020年，Wi-Fi 6會全面取代Wi-Fi 5， 成為整個(gè)企業(yè)網(wǎng)建設(shè)的主流，出貨量會占到50%以上，而且會成為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)?；仡櫼幌聫腤i-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(shí)間內(nèi)，基本上在教育行業(yè)完成替代。Wi-Fi 6節(jié)奏跟Wi-Fi 5基本類似。

從終端看

一般對于新通信標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，手機(jī)會最早發(fā)布。2019年2月，三星在全球發(fā)布了一款Wi-Fi 6手機(jī)。小米也在2月底發(fā)布了小米9，搭載了Wi-Fi 6的芯片。2019年9月，蘋果發(fā)布的新iPhone，一定會搭載Wi-Fi 6。2019年，主流的芯片廠商都會推出Wi-Fi 6的手機(jī)芯片組，而手機(jī)廠商也都會在旗艦手機(jī)上導(dǎo)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

▲ 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(xù)性和可移動性;Wi-Fi 6的場景以室內(nèi)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(diào)制方式，以及100兆赫茲的單載波頻寬。相比較而言，Wi-Fi 6采用了1024QAM的調(diào)制方式以及最高160MHz的單載波頻寬?？梢钥闯?，Wi-Fi 6采用的調(diào)制技術(shù)和頻寬，都比5G高很多。這是因?yàn)樗木嚯x近。5G考慮大范圍的距離，Wi-Fi則主要考慮10m-20m的覆蓋范圍。因此，近距離下的傳輸帶寬非常高。

2、調(diào)度方式

從調(diào)度方式看，5G采用的是基站來總負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，用基站的核心網(wǎng)絡(luò)，去指揮大量的終端。而Wi-Fi 6則采用了協(xié)調(diào)+競爭的方式，Wi-Fi 5以前完全是競爭，AP和終端經(jīng)常會出現(xiàn)不均衡，終端一多整個(gè)帶寬就不足。這就是大家經(jīng)常在萬人大會上看到信號很強(qiáng)但是無法通信的原因，就因?yàn)閃i-Fi 5是完全競爭，大量的競爭沖突使得傳輸效率急速降低。Wi-Fi 6則引入了OFDMA，AP可以協(xié)調(diào)終端的收發(fā)行為，讓整網(wǎng)的傳輸更有序，最大可能的減少沖突。

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?yàn)?G最高可以支持64個(gè)天線，而64發(fā)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(nèi)單臺設(shè)備類型，5G的吞吐會在1.5G到2G，不可能都使用那么大的天線。大部分室內(nèi)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(shè)備的性能差不多。

4、覆蓋范圍

再看單設(shè)備的覆蓋范圍，5G 的一個(gè)室外基站的覆蓋是公里級，在室內(nèi)一般會采用小基站或者室分系統(tǒng)。為了降低覆蓋成本，5G單個(gè)容量小區(qū)的覆蓋范圍在五千到一萬平米，差不多一層到兩層樓的范圍。Wi-Fi 的1個(gè)AP可以覆蓋一個(gè)大會議室，或者一個(gè)大辦公室的幾個(gè)房間，每個(gè)AP提供單獨(dú)容量，它的覆蓋范圍差不多是500-1000平米。在室內(nèi)，Wi-Fi和5G的單小區(qū)覆蓋范圍差不多差十倍。這樣部署的結(jié)果是，雖然單小區(qū)的性能差不多，但是平均到每個(gè)平米和平均到每個(gè)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(gè)人體驗(yàn)

5G的體驗(yàn)相比4G，肯定覆蓋更廣，移動性會非常好，個(gè)人體驗(yàn)將再也感覺不到漫游。而劣勢就如剛才的分析，當(dāng)人員密集的時(shí)候，5G分配到每個(gè)人身上的帶寬并不多，一萬平米一個(gè)基站，一個(gè)點(diǎn)幾個(gè)G ，如果人多到上千的情況下，使用體驗(yàn)就明顯下降了。

而Wi-Fi的優(yōu)劣勢，剛好和5G相反互補(bǔ)，其優(yōu)點(diǎn)在于高密度下的高帶寬。Wi-Fi的另外一個(gè)優(yōu)勢是省電。用4G訪問網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間稍長，手機(jī)就會很燙，電池刷刷往下掉，用Wi-Fi則會省電很多。Wi-Fi的劣勢在于需要認(rèn)證，而且是私有網(wǎng)，覆蓋不連續(xù)的。就像學(xué)校的Wi-Fi，一出學(xué)校就沒有了，不會像5G那么連續(xù)。

從建設(shè)和管理上的綜合對比

▲ 建設(shè)和管理的綜合對比

1、網(wǎng)絡(luò)管控

從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的管理權(quán)來看，5G的建設(shè)和管理權(quán)都是運(yùn)營商負(fù)責(zé)和主導(dǎo)，業(yè)主(高校)只能有使用權(quán)。而Wi-Fi則是私有網(wǎng)絡(luò)，業(yè)主完全具備建設(shè)權(quán)、管理權(quán)和使用權(quán)。

2、建網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

從建網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)來看，運(yùn)營商在建網(wǎng)時(shí)首先考慮的是其收益導(dǎo)向，不保證業(yè)主的投資收益比。而Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)是業(yè)主的業(yè)務(wù)導(dǎo)向，有什么業(yè)務(wù)，由自己來制定建網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3、部署方式

從部署方式來看，如果使用5G，學(xué)校的業(yè)務(wù)基本上都要部署在公網(wǎng)或者云端，即使部署在內(nèi)網(wǎng)也必須要有一個(gè)公網(wǎng)的地址從外面訪問進(jìn)來，所有的數(shù)據(jù)都要通過公共網(wǎng)來過一遍。部署Wi-Fi的話，整個(gè)業(yè)務(wù)都可以部署在內(nèi)網(wǎng)、局域網(wǎng)里。從經(jīng)驗(yàn)來看，業(yè)主一定會有大量的私有網(wǎng)絡(luò)資源需要訪問和被訪問。

4、部署時(shí)間

5G的部署時(shí)間遵循運(yùn)營商的部署計(jì)劃，運(yùn)營商首先考慮的是室外的部署，學(xué)校是不是在整個(gè)建設(shè)的計(jì)劃范圍內(nèi)，其實(shí)并不能掌握;而Wi-Fi則完全自主，業(yè)主能自行掌握計(jì)劃。

5、部署地點(diǎn)

部署的地點(diǎn)，運(yùn)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(shí)驗(yàn)室、科研基地等，人不多但是很重要，運(yùn)營商就不見得會部署。學(xué)校里也有這樣的地方，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、終端支持

從終端的支持來看，手機(jī)應(yīng)用4G已經(jīng)完全普及。5G預(yù)計(jì)判斷到2020至2024年才會慢慢普及。而PC和Pad對運(yùn)營商的支持要慢更多。比如，現(xiàn)在內(nèi)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(shè)備，目前也看不到支持4G或者5G。Wi-Fi在這幾類產(chǎn)品上才是標(biāo)配。未來兩到三年，Wi-Fi 6一定會變成這類設(shè)備的主流。

以上是從技術(shù)的角度比較Wi-Fi 6和5G的需求和應(yīng)用，至于具體如何基于5G與Wi-Fi 6技術(shù)在校園場景中建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，且聽下回分解。