2013年IEEE 802.11、Wi-Fi动向展望

2013-03-20 23:34:31来源: CTIMES杂志 关键字:2013  IEEE  802.11
   
Wi-Fi CERTIFIED Miracast

看到诸多Wi-Fi芯片业者提出Wi-Fi Display(无线播放)的方案,如Intel的WiDi,或Apple提出AirPlay Mirroring应用等,Wi-Fi联盟也有意统一Wi-Fi串流播放应用的标准,进而提出Wi-Fi CERTIFIED Miracast(以下简称Miracast)。

Miracast在2012年6月提出,而Wi-Fi联盟正式提供认证测试的时间则为同年8月,诸多芯片业者均支持此一共通标准,包含TI、NVIDIA等,而Intel也愿意放弃自2010年即开始推行的WiDi,新版WiDi将依循Miracast标准。

不仅芯片业者支持,Google也支持Miracast,Android 4.2版即支持Miracast,而Google与LG合作的智能型手机Nexus 4也支持Miracast。而2013年1月CES期间,Wi-Fi联盟也发出新闻稿,强调持续强力推展Miracast功效及应用。

由于Miracast是纯软件方案,不用更动底层标准,因此不需要增订、修订IEEE 802.11标准也能实现,事实上Miracast也倚赖另一个底层标准Wi-Fi Direct,该标准也是纯软件方案,不需要变更硬件即可实现。

与其它家用网络保持友谊关系

家庭区域网络自1998年开始谈论,例如以电话线建构家庭网络(HomePNA),用电源电力线建构家庭网络(HomePlug)、用有线电视的同轴电缆建构家庭网络(MoCA)等,但其实最普遍使用的家庭网络却是无线的Wi-Fi(另有一小段时间流行HomeRF,然很快被Wi-Fi所取代)。

虽然Wi-Fi为家用网络最大赢家,但从Wi-Fi联盟在CES 2013期间的展示可看出,Wi-Fi联盟无意与其它有线家用网络竞争,相反地,却有共同推促家用网络的技术示范。例如Wi-Fi联盟与ZigBee联盟和HomePlug网络联盟达成合作协议,使 Wi-Fi、HomePlug 绿色实体层(Green PHY)和使用 SEP 2.0 应用协议的 ZigBee 网络设备具备可互通性。

11ac极高通量(VHT)的技术推展

所谓极高通量(Very High Throughput;VHT)指的是原生传输率突破1Gbps的Wi-Fi技术,此方面需要底层技术的支持,针对此IEEE 802.11工作小组研拟2套标准,一是IEEE 802.11ac,另一是IEEE 802.11ad。

IEEE 802.11ac使用Wi-Fi较少使用的5GHz频段(相对于2.4GHz频段较少被使用),可说是过往11g、11n速率标准的接替延伸,11ac最快可到6.93Gbps(理论值),而加速手法主要是将过往11n的技术再持续强化精进而得。

例如11n每通道带宽为20MHz或40MHz,11ac则扩增至80MHz、160MHz,又如11n最高调变为64QAM(事实上11a标准已是64QAM),而11ac增至256QAM,另外11n最多4组天线,11ac则增至8组。

比较特别的是,11ac的8组天线不能同时服务同1个终端装置,而是服务2个或2个以上的装置,同时服务2个以上的装置,也改变Wi-Fi过往的同时间仅服务1个装置的惯例,因此该功效称为MU-MIMO(Multi-User MIMO),亦即过往11n的多进多出(Multiple-Input and Multiple-Output,MIMO)技术,可同时用来服务2个以上的使用者。

由于11ac将Wi-Fi速率再往上提升,可说是Wi-Fi速率标准的第5次改版(或称第5世代),加上使用5GHz频段,因而营销多称为「5G Wi-Fi」。

11ac虽有更高速率,但尚未完成所有订立,原订2013年底可完成正式版订立,然目前观察时程恐要递延至2014年初,不过业者已等不及正式版本出炉,自2012年下半年开始,业界已用11ac草版标准来推行新芯片,目前先行的作法称为Wave 1,并未实现所有的11ac功效,如Wave 1仅有80MHz通道带宽,须至Wave 2才有160MHz通道带宽。

11ad极高通量(VHT)的技术推展

11ac外的另一Gbps级标准为IEEE 802.11ad,11ad使用60GHz频段,由于频率过高,电波发波后即快速衰减,因此不适合长距离传输(10公尺内),也不能穿墙传输(视线内传输Line-Of-Sight,LOS),然优点是传输率高,目前点对点传输可至7Gbps,理论值则在10Gbps、20Gbps以上,未来能仍有加速潜力空间。

11ad也尚未完成正式版标准订立,且其推行的名称为WiGig(Wireless Gigabit Alliance),于2009年开始推展,但2013年初已确定WiGig将与Wi-Fi融合整并,Wi-Fi联盟在CES 2013期间也力推此一标准技术,但改以「Multi-gigabit point-to-point wireless」一称推行。另外,Wi-Fi联盟未称11ac为5G Wi-Fi,而是称「Gigabit Wi-Fi」。

11ad的正式标准也预计在2014年才能完成,估计在此之前业者也是以草拟版标准先行在市场推展,11ad在基频(Baseband,BB)与低阶媒体存取控制(Lower Media Access Control,MAC)层方面兼容于IEEE 802.11标准,因此未来的Wi-Fi产品有可能同时兼具11n与11ad,或是兼具11ac与11ad,并可视应用情境(有无穿墙传输需求、10公尺外传输需求等)而自动侦测切换,或手动切换等。

分流(Offloading)机制标准Wi-Fi Passpoint

随着智能型手机日益普及,愈来愈多人使用手机上网,此大量耗损3G基地台的数据带宽,但过往为鼓励大众使用行动数据服务,对数据服务的收费采行大方的吃到饱费率,过低的费率使电信商收入微薄,从而无法再建置、投资新的3G基地台来纾缓服务需求。

针对此,各国电信商与电信设备商开始有各种因应,美国4大电信商全面取消吃到饱服务,台湾也有意跟进,欧洲则维持吃到饱,但对于重度用户耗用过多带宽与传输量后,局端会开始对该用户限速。另外基地台业者开始推行比较平价低廉的小型基地台(Small Cell Base Station),好降低电信商扩建的财务负担。

除了上述修正措施外,业界也提出Wi-Fi分流(Wi-Fi Offloading,卸除负荷)方案,即Wi-Fi基地台相当便宜,仅100美元不到就可以得到约80~140公尺距离、150~450Mbps通量速率。因此,电信业者开始在重点区域布建Wi-Fi基地台,如机场、饭店、餐厅等,用Wi-Fi基地台来分担3G基地台的数据服务负荷量。

严格而论,Wi-Fi基地台只能部份分担3G数据服务的负荷,而无法完全取代,一是Wi-Fi基地台覆盖面积太小,另一是Wi-Fi基地台间的换手机制(Hand-Off)不够快,无法支持行车(高速移动下)通讯,只能定点(零速度)或走动(低速)。虽然Wi-Fi分流有其限制,但Wi-Fi能以廉价布建来满足外出的定点、低速数据服务需求,在现阶段已难得可贵。

Wi-Fi分流作法虽理想,但终端消费者若要自己查找Wi-Fi的SSID,进而自行输入帐号口令才能使用数据服务,未免不便,为此业界开始提出各种无缝切换机制,让终端装置自动侦测附近可用的Wi-Fi基地台,也自动输入帐号口令,让使用者使用Wi-Fi分流服务,与使用3G行动数据般一样无形便利。

不过,现阶段业界提出各种不同的无缝切换机制,鉴于平顺切换机制的紊乱,Wi-Fi联盟提出Wi-Fi Passpoint,Wi-Fi Passpoint以IEEE 802.11u及Hot Spot 2.0标准为基础,期望Wi-Fi Passpoint成为日后一统的平顺切换机制。

IEEE 802.11af(Super Wi-Fi/TV White Space)

虽然Wi-Fi的底层技术倚仗的是IEEE 802.11标准,但不代表Wi-Fi会采行所有IEEE 802.11订立的标准,或IEEE 802.11订立的标准必成为Wi-Fi,在后续的IEEE 802.11标准订立中,就有部份不确定会否与Wi-Fi兼容互通。

以IEEE 802.11af为例,它是运用过往电视白区(TV White Space,TVWS)的频段所订立标准,另一个也是使用该区频段的无线标准为IEEE 802.22。由于使用白区频段(VHS的54MHz~216MHz及UHF的470MHz~698MHz),有时IEEE 802.11af也称为White-Fi(取Wi-Fi一词的衍生变化)。

除了White-Fi外,IEEE 802.11af也被称为Super Wi-Fi,原因是白区频段的频率低,单一基地台的建立即可达高面积的覆盖,理论值可达160公里之远,远多过现有Wi-Fi的100公尺上下距离。

虽称为Super Wi-Fi,但其实尚未确定与Wi-Fi兼容,且正式的11af标准也要等到2014年6月才能底定,2012年初Wi-Fi联盟已经对Super Wi-Fi一称有些微词,并发表新闻稿声明,此一名称有让用户误以为Super Wi-Fi与Wi-Fi相通,Wi-Fi联盟对此表示关切等。

IEEE 802.11ah(WSN/IoT)

除11af外,11ah是另一个与Wi-Fi关连性不高的IEEE 802.11标准,11ah是订立一个低于1GHz以下的频段标准,该标准将用来支持无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN),以及支持物联网(Internet of Thing,IoT)、智能型电网(Smart Grid)的智能电表(Smart Meter)等应用,即类似ZigBee的功效应用。

事实上Wi-Fi联盟确实有往其它应用领域发展的意向,特别是工业控制、医疗等过往的垂直应用市场等,例如2012年初示范过Wi-Fi与ZigBee互通,ZigBee部份是使用SEP 2(Smart Energy Profile 2)的应用型态,言下之意ZigBee部份是用来进行输配电、供电用电等侦测之用。11ah目前仍在订立中,预估2015年5月可以完成正式版标准。

IEEE 802.11aj(大陆60GHz微米波标准)

前面谈及IEEE 802.11ad为60GHz频段的标准,60GHz一般为不需要授权即可使用的频段,然严格而论,此频段各国仍有部份的差异。例如韩国是57GHz~64GHz,日本是59GHz~66GHz,而欧洲、北美也各有不同,澳洲甚至只59.4GHz~62.9GHz范畴,带宽明显较其它国家为小。

由于各国的不同,因而有针对大陆所订立的毫米(公厘等级)波标准,所谓毫米波指的是电波的波长,即光速除以频率,每秒299,792,458公尺除以60GHz,约为5毫米左右。大陆版的60GHz频段标准,即为IEEE 802.11aj,一般称为CMMW(China MilliMeter Wave)。

小幅调修的11ai、11mc

除上述IEEE 802.11标准外,也有若干小标准在研拟中,但主要是补强现有IEEE 802.11标准的一些小缺漏,使整体标准更加完备。例如IEEE 802.11ai是用来加速Wi-Fi初始连结设定的速度之用,预计2014年9月可以完成订立。又如IEEE 802.11mc,该标准无具体重大变革,只针对网络的维护管理方面提出更多的补强与修正,预计2015年3月完成标准。

关键字:2013  IEEE  802.11

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/0320/article_20243.html
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