發布日期：2022-04-17 點擊率：62
【導讀】坐過BRT快速公交系統的你，回過頭來再選擇擁堵的普通公交，一定感覺非常不爽。而這，也正是IEEE 802.11n與MU-MIMO 802.11ac的巨大區別。這到底是為什么呢？本文請的是創銳訊專家為大家詳解其中奧秘！
都是Wi-Fi，差別為啥這么大？
要了解如何解決問題，必須首先了解問題存在的原因。Qualcomm創銳訊企業、運營商解決方案高級總監Irvind Ghai認為，目前市場上大多數Wi-Fi路由器和AP采用的是單用戶MIMO(SU-MIMO)或者MIMO技術，這種技術采用的是低效時間槽協議，只能為多個客戶端提供單一時刻專用全速率Wi-Fi無線連接。但隨著聯網設備數量的激增，一個顯而易見的事實是：在有限的帶寬里，客戶端分得的帶寬份額正越來越小。
為解決“僧多粥少”的困境，802.11n標準率先引入了MIMO技術，允許一次最多將4個MIMO流發送到單個終端，802.11ac標準更是將接收MIMO流的最大數目增加至8個，從而將網絡吞吐量提高了一倍。可問題來了，由于每個空間流都需要專用的發射/接收鏈，如果沒有創新技術出現，要想實現8X8 MIMO的全部性能，一個802.11ac 8X8 AP就需要8個獨立的無線電鏈、天線和8X8的客戶端配置，這是不切實際的。
除了不可能出現8X8的終端配置，MIMO間隙的存在也是大問題。通俗點說，就是AP通常有3-4個天線，而大部分客戶終端只有1-2個天線。因此，它們不能支持全系列MIMO信道運行，也很少用到AP的全部容量。例如，一個802.11ac 3X3 AP理論上支持1.3 Gbps速率的峰值物理層(PHY)，但是，只有一個天線的智能手機或平板電腦僅支持433Mbps的峰值速率，其余867Mbps的容量就被閑置了。
那么，有沒有這樣一種Wi-Fi技術，允許多個客戶端共享AP上的多個空間流，將系統的總容量提高至AP配置的最大上限呢？Qualcomm創銳訊提出的802.11ac MU-MIMO解決方案給了業界多一度的選擇。“我們花了7年多的時間進行MU-MIMO研究和四年硬件原型機開發，終于在2014年獲得了無線寬帶聯盟(WBA)頒發的年度最佳Wi-Fi技術創新大獎。”Irvind Ghai說，簡單而言，當前的Wi-Fi方式：一次只能服務一個客戶端，大家排隊輪著來；MU-MIMO：數據同時傳送到多組客戶端，大家伙兒一起上。”
F1：SU-MIMO與MU-MIMO的區別
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來，大家伙兒一起上Wi-Fi
Qualcomm創銳訊近期邀請評測人員對linksys、宏碁和小米等一些終端的MU-MIMO功能進行了搶鮮測試。結果顯示，從單一用戶切換到MU-MIMO，Wi-Fi整體性能可提升至2.24倍，顯著區別體現在以下四個方面：
點對點Wi-Fi測試決定了最大吞吐量，但無法反映現實情況下的真實性能—因為在現實情況下，多個終端會爭奪共享的帶寬。
當多個終端(包括新型和傳統終端)連接到一個家庭網絡時，新的MU測試可以揭示其性能優勢。
Wi-Fi終端的很大一部分是智能手機和筆記本電腦(多數為采用1x1 11ac的單一天線終端)，借助MU-MIMO技術，即使最簡易的終端也能達到過去2x2配置才有的性能。
目前11ac標準僅規定了下行MU-MIMO(相對于上行MU-MIMO來說)，因此測試應主要關注下行數據流。
不過，有一點是需要注意的：雖然MU-MIMO確實能讓傳統終端運行加快，但要想真正充分發揮其作用，則需要在網絡和終端上同時使用。但Irvind Ghai并未對此感到擔心，因為目前MU-MIMO技術已經內置于驍龍801、805和810處理器中，已被LG G Flex2和小米Note頂配版等手機使用。此外，采用Qualcomm MU|EFX技術的第一批零售網絡產品也正在陸續上市，包括Amped Wireless Athena大功率AC2600路由器、linksys AC2600雙頻段智能Wi-Fi路由器、Buffalo WXR2533路由器、TP-link Archer C2600路由器、TRENDnet AC2600雙頻段無線路由器TEW-827DRU等。“退一步說，即便用戶舍不得丟棄現有設備，但等待時間縮短了，這種體驗也是美好的。”
Qualcomm創銳訊產品管理總監Jason Tao認為諸多因素合力推動了MU-MIMO的普遍預期和應用，包括：
1. 用戶更多，每個用戶的終端更多。預計到2020年，普通美國家庭連接設備的數量將從當前的9個增長至20多個。而隨著萬物互聯，更多的物體將連接在一起：恒溫器、門鎖、安保攝像頭、電燈……你能想到的東西都有可能實現聯網。
2. 對數據的強勁需求，因為Wi-Fi 越來越多地被用于內容消費，通過機頂盒、電視、筆記本電腦，甚至是與云存儲、Skype、視頻會議和 NAS 同步的無線數據移動應用程序所傳輸的高清視頻內容全都需要高帶寬支持；
3. 對簡單終端的需求：特別是當智能手機面臨提高數據吞吐量，同時降低成本和內部空間的需求時，采用一個天線對于容納元器件有限的內部空間而言，顯得格外具有吸引力；
4. 蜂窩卸載：全球移動數據流量預計將在2013-2018年間增長11倍，它驅使世界各地的移動運營商盡可能將廣域網(WAN)的流量卸載到Wi-Fi上；
5. 企業網絡需求：大量接入企業網絡的終端正急劇推動IT部門借助Wi-Fi轉接或增強企業網絡中以太網的需求。
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人比人得死，貨比貨得扔
MU-MIMO能夠有效提高網絡總容量2-3倍，這對鬧市區、公寓樓、企業網絡、熱點或其他擁擠環境來說，具有很大優勢。在一個有三個客戶端的MU-MIMO系統中，所有三個STA可以用100%的時間同時接收來自AP的單個空間流。這意味著該設備只需要一個或兩個天線，而不是三個，從而降低了成本和空間要求。相比之下，在SU-MIMO中要達到相同的吞吐量，每個STA需要三個天線用三分之一的時間來接收來自 AP 的數據。
但MU-MIMO只是一個標準的通信握手協議，只定義信令需要怎樣交互，并不定義如何實現。而這，就成為廠商之間比拼實力的關鍵所在。Irvind Ghai說在MU-MIMO設計中雖然變量很多，但所有的設計選擇和權衡都集中在兩個頂層問題上：空間流的數量和并發用戶的數量。因此，他們在SU/MU傳輸調度、分組、探測和速率控制等方面投入了大量的精力進行優化。
SU/MU傳輸調度：在一個由混合類型客戶端(MU/SU，不同數量的天線)組成的網絡中，因為各客戶端功能不統一，AP需要根據客戶端在網絡中所處的位置調度MU和SU的傳輸，以最大限度提高網絡的總容量。簡單算法是基于輪轉調度，而復雜的算法則要根據客戶端的流量分布、服務質量(QoS)要求、以及客戶端的時間公平性來調度傳輸。
分組：是指從諸多候選MU客戶端中選擇三個客戶端，分組時還需要考慮到每個MU客戶端的流量類型，以確保網絡總吞吐量維持在高水平。
探測和速率控制：信道探測能夠在AP和客戶端之間進行正確的信道校準，以確保AP有精確的信道信息來有效引導傳輸，為MU-MIMO運行選擇最佳的速率和最大化網絡吞吐量。
Qualcomm創銳訊方面認為，當前支持三個并發用戶的4X4系統MU-MIMO性能和穩定性是最好的，最有利于通過增強波束成形和調零技術提升網絡容量和質量。一些情況下，第四個用戶的加入反而會降低系統的可用容量及傳輸率。
企業更換AP的動力來自哪里？
每個客戶更新的原因都不一樣。最簡單直接的理由就是企業對于網絡容量的需求在增加，比如星巴克就把原來的AP從SU-MIMO升級為支持MU-MIMO技術，這也是成本最低的選擇。此外，新的商業模式，例如LBS的出現，帶動了具備MU-MIMO功能AP的需求，商家需要在此基礎上提供新的服務。Irvind Ghai認為在中國市場，商業Wi-Fi也許會是更新AP的重要原因之一，據說有很多企業在和他們洽談合作事宜，以便帶動支付或其他周邊的服務。
他在接受本刊采訪時，還提出希望能夠轉告讀者，Qualcomm創銳訊MU-MIMO解決方案在安全方面也是有絕對保障的。例如其Wi-Fi芯片支持FIPS Level 2標準、集成加密解密引擎、支持GCMP而不是CCMP模式、網絡處理器(IPQ)平臺中整合了EES引擎、聯合企業級Wi-Fi客戶共同研發安全解決方案等。
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