WiFi，您看不到，摸不到，也聽不到，但它對(duì)當(dāng)今世界已經(jīng)產(chǎn)生巨大的影響并將持續(xù)進(jìn)行。從我們家庭的無線網(wǎng)絡(luò)到辦公室和公共場(chǎng)所，無需依賴電纜的高速無線連接無處不在，這從根本上改變了計(jì)算的方式?？梢院敛豢鋸埖卣f，由于有了隨時(shí)可用的WiFi，我們因而可以擁有更好的生活，能夠更直接、更簡單并具備高移動(dòng)性的方式使用我們的筆電、平板電腦和可攜式電子產(chǎn)品，再也不用擔(dān)心身邊有一堆雜亂的電線。

　　雖然可能難以置信，從IEEE通過802.11標(biāo)準(zhǔn)起，到現(xiàn)在已經(jīng)有二十年。本文將首先介紹WiFi的歷史，看看它如何克服眾多的技術(shù)挑戰(zhàn)，并演變成我們今天所熟知的超快速、高便利的無線標(biāo)準(zhǔn)。我們之后也將繼續(xù)討論這項(xiàng)技術(shù)的未來發(fā)展。

　　無需授權(quán)即可開始

　　圖1 : 從我們家庭的無線網(wǎng)絡(luò)到辦公室和公共場(chǎng)所，高速無線連接無處不在，這從根本上改變了計(jì)算的方式。 (source: enterprisersproject)

　　雖然我們現(xiàn)在認(rèn)為802.11無線技術(shù)是把個(gè)人計(jì)算設(shè)備與智慧手機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)的一種主要方式，但實(shí)際上它最初是為了連接收銀機(jī)而發(fā)明。在20世紀(jì)80年代后期，零售工具和收銀機(jī)（PoS）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)制造商N(yùn)CR公司遇到了一個(gè)很大的問題，它的百貨商店和超市等客戶，在每次改變商店的格局時(shí)都不想重新布線。

　　美國聯(lián)邦通信委員會(huì)當(dāng)時(shí)作出了一項(xiàng)裁決，開放了某些頻段可以自由使用，正是這項(xiàng)決定，啟發(fā)了一個(gè)改變游戲規(guī)則的想法。通過在未授權(quán)的頻譜（而不是傳統(tǒng)的有線連接）中使用無線連接，電子收銀機(jī)和PoS系統(tǒng)可以很容易地在商店里面移動(dòng)，而零售商不必進(jìn)行重大的商店翻新工作。

　　爾后，NCR將該項(xiàng)目分配給荷蘭辦公室之外的一個(gè)工程團(tuán)隊(duì)，他們面臨著要?jiǎng)?chuàng)建一種無線通訊協(xié)議的挑戰(zhàn)。這些工程師成功地開發(fā)了「WaveLAN」，這被公認(rèn)為WiFi的先驅(qū)。NCR不是將其作為一個(gè)純粹的專有協(xié)議來保存，而是通過將其作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來建立起來，因而這個(gè)公司將能夠在無線連接市場(chǎng)興起時(shí)成為領(lǐng)導(dǎo)者。到了1990年，基于未授權(quán)頻譜的無線通訊IEEE 802.11工作群組已經(jīng)形成。

　　利用在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是非常創(chuàng)新的擴(kuò)頻技術(shù)能夠在噪聲環(huán)境中減少干擾并提高訊號(hào)完整性，WiFi的原始版本最終于1997年正式標(biāo)準(zhǔn)化，其工作時(shí)的數(shù)據(jù)流量僅為2Mbits/s，但卻為未來的發(fā)展奠立基礎(chǔ)。

　　無線以太網(wǎng)

　　盡管802.11無線標(biāo)準(zhǔn)在1997年發(fā)布，但并沒有立即廣為采用。較慢的速度和昂貴的硬件在很長一段時(shí)間內(nèi)阻礙了其在大眾市場(chǎng)的吸引力，但其發(fā)展進(jìn)程注定要改變。10Mbit/s以太網(wǎng)是當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.11研究小組明白，如果802.11也能夠達(dá)到這樣的速度，他們將擁有強(qiáng)大的競爭力。1999年，他們成功創(chuàng)建了802.11b，這種技術(shù)采用了與原802.11無線標(biāo)準(zhǔn)相同的2.4GHz ISM頻段，但大大提高數(shù)據(jù)流量到11Mbits/s，無線以太網(wǎng)終于成為現(xiàn)實(shí)。

　　圖2 : 由于802.11b具有更便宜的設(shè)備和更好的工作范圍，為目前最受歡迎的無線標(biāo)準(zhǔn)。 (source: Global ITN)

　　在802.11b標(biāo)準(zhǔn)建立后不久，IEEE工作小組又發(fā)布了一個(gè)更快的802.11a標(biāo)準(zhǔn)，它不再是工作在日益擁擠的2.4GHz頻段，而是運(yùn)行在5GHz頻段，所支持的速度高達(dá)54Mbits/s 。

　　由于802.11a占用的是5GHz的頻段，遠(yuǎn)離了比較受歡迎（因此也擁擠）的2.4GHz頻段，因此即使在嘈雜的環(huán)境中也具有更好的性能。然而，與2.4GHz無線連接相比，更高的載波頻率也意味著其作用范圍縮小。由于802.11b具有更便宜的設(shè)備和更好的工作范圍，證明是目前最受歡迎的無線標(biāo)準(zhǔn)。但是，盡管與802.11a相比，802.11b性價(jià)比更高，但對(duì)于一般消費(fèi)者來說當(dāng)時(shí)的價(jià)格仍然不夠低，無線路由器和網(wǎng)絡(luò)卡仍然會(huì)需要花費(fèi)數(shù)百美元。

　　這一切在賈伯斯的一次電話會(huì)議后得到了徹底改變。那時(shí)蘋果公司正在推出新一代電腦，并希望將無線網(wǎng)絡(luò)作為其功能的一部分。當(dāng)時(shí)設(shè)定的條款非常艱難，蘋果公司的指定購買價(jià)格為99美元，當(dāng)然其批量可能會(huì)很大。此時(shí)，朗訊科技公司已經(jīng)收購了NCR公司，并最終同意了條款。

　　雖然最初這些似乎都難以實(shí)現(xiàn)，但蘋果公司的交易最終還是將WiFi交付到消費(fèi)者手中，并將其推向主流市場(chǎng)。個(gè)人電腦制造商看到蘋果公司電腦的強(qiáng)大市場(chǎng)沖擊力，因而也希望在電腦中加入無線網(wǎng)絡(luò)。很快，包括戴爾、東芝、惠普和IBM在內(nèi)的主要PC硬件廠商都提供WiFi技術(shù)。

　　微軟也通過Windows XP增加了對(duì)WiFi的支援，并通過與朗訊工程師的合作，微軟將WiFi連接內(nèi)建于操作系統(tǒng)，用戶無需安裝第三方驅(qū)動(dòng)程式或軟體即可以實(shí)現(xiàn)無線連接。隨著Windows XP的發(fā)布，WiFi能夠得以內(nèi)建在全球數(shù)百萬計(jì)的計(jì)算機(jī)上，也正是的宣告進(jìn)入WiFi的大時(shí)代。

　　無線革命

　　在2000年開始的初期，由于無線連接的優(yōu)勢(shì)變得越來越清晰，無線網(wǎng)絡(luò)得以迅速普及。隨著企業(yè)和消費(fèi)者開始認(rèn)識(shí)到WiFi的應(yīng)用潛力，成就我們現(xiàn)在所謂的「移動(dòng)運(yùn)算」的雛型，無線熱點(diǎn)開始出現(xiàn)在咖啡店、機(jī)場(chǎng)和酒店。而家庭用戶中的許多人也開始利用寬頻互聯(lián)網(wǎng)，能夠輕松地在整個(gè)房子實(shí)現(xiàn)無線連接。

　　由于IEEER802.11工作團(tuán)隊(duì)的努力，這種最初設(shè)計(jì)用于連接收銀機(jī)（參見第一部分文章）的專用無線協(xié)議已經(jīng)成為無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，也正在改變整個(gè)社會(huì)的架構(gòu)。

　　提高速度

　　802.11b在1999年問世，為無線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。其便宜的價(jià)格讓消費(fèi)者易于接受，11Mbit /s的速度使其足夠快速，從而能夠替代企業(yè)用戶原有的以太網(wǎng)絡(luò)連接。在21世紀(jì)開始的最初幾年中，寬頻互聯(lián)網(wǎng)迅速被市場(chǎng)接受，支援802.11b取得了顯著地成功。無論是普通消費(fèi)者或企業(yè)用戶都發(fā)現(xiàn)，和之前的DSL、有線或其他寬頻技術(shù)相比，無線是一種更好的高速連接方式。

　　隨著寬頻互聯(lián)網(wǎng)提供的高速度成為常態(tài)，消費(fèi)者的電腦使用習(xí)慣也隨之改變。音樂/電影分享和串流媒體音樂等更高頻寬的應(yīng)用，開始在消費(fèi)領(lǐng)域愈來愈受歡迎。

　　與此同時(shí)，在商務(wù)需求上為達(dá)成，VoIP、文件共享、印表機(jī)共享、以及桌面虛擬化等各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，無線網(wǎng)絡(luò)必須提供更高速來與以太網(wǎng)絡(luò)競爭。

　　即使在2000年代初期，802.11b能夠支援的速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到非常高的水平。但在有線方面，10/100以太網(wǎng)卻已經(jīng)是一個(gè)普遍的標(biāo)準(zhǔn)。在100Mbit/s速度下，它比802.11b標(biāo)準(zhǔn)的11Mbit/s速度快了近10倍?？鄢?02.11b通訊協(xié)定本身的必要浪費(fèi)意味著可以達(dá)到的最大理論速度是5.9Mbit/s，但實(shí)際上，由于802.11b使用的是愈來愈流行的2.4GHz頻段，實(shí)際速度證明比理論值要低。來自微波爐、無線電話和其他消費(fèi)性電子產(chǎn)品的干擾，意味著現(xiàn)實(shí)世界的速度通常不能達(dá)到5.9Mbit/s的標(biāo)準(zhǔn)（有時(shí)甚至不能接近這個(gè)速度）。

　　802.11g標(biāo)準(zhǔn)

　　為了解決速度問題，IEEE 802.11工作小組在2003年推出了802.11g。盡管802.11g使用與802.11b同樣的2.4GHz頻段，但卻能夠達(dá)到高達(dá)54Mbit/s的速度。即使扣除通訊協(xié)定必要浪費(fèi)而導(dǎo)致速度降低之后，其理論最大值也可以達(dá)到31.4Mbit/s，足以滿足要求愈來愈快的家庭寬頻速度要求。

　　實(shí)際上802.11g并不是第一個(gè)達(dá)到54Mbit/s的802.11無線標(biāo)準(zhǔn)，802.11a在1999年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這樣的速度，但它所使用的是另一個(gè)單獨(dú)的5.8GHz頻段來實(shí)現(xiàn)上述速度。雖然5.8GHz的優(yōu)點(diǎn)是具有較少的消費(fèi)性電子產(chǎn)品的無線電干擾，但卻與802.11b不兼容?？紤]到這個(gè)情況，以及它較為昂貴的設(shè)備，使802.11a只能夠在商業(yè)市場(chǎng)中得到一些訂單，并沒有大量普及家庭/消費(fèi)領(lǐng)域等應(yīng)用。

　　透過使用2.4GHz頻段而達(dá)到54Mbit/s的速度，802.11g在實(shí)現(xiàn)高速度的同時(shí)也保持了與802.11b的全面兼容性。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)榇藭r(shí)802.11b已經(jīng)被確立作為消費(fèi)設(shè)備的主要無線標(biāo)準(zhǔn)。與802.11a相比，802.11g的向后兼容性以及更便宜的硬體設(shè)備是很大的賣點(diǎn)，因此能夠很快成為消費(fèi)領(lǐng)域，甚至漸漸地在相關(guān)的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域成為全新的、更加快速的無線標(biāo)準(zhǔn)。

　　802.11n標(biāo)準(zhǔn)

　　于2009年推出的802.11n進(jìn)一步提高了802.11g和802.11a的速度。802.11n工作在2.4GHz或5.8GHz頻段（不同時(shí)運(yùn)行），透過采用封包聚合（frame aggregation）提高了傳輸效率，還引入了可選的MIMO和40Hz頻寬，使802.11n的頻道寬度達(dá)到了802.11 g的兩倍。

　　802.11n能夠大幅度地提高網(wǎng)絡(luò)速度。在低端應(yīng)用中，如果采用與802.11g同一類型的單天線作業(yè)，采用相同的20Hz頻道寬度配置，802.11n網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到72Mbit/s的速度。另外，如果使用雙倍寬度的40Hz頻道，采用多個(gè)天線，那么數(shù)據(jù)速度可能會(huì)更快，甚至能夠高達(dá)600Mbit/s（采用四天線配置）。

　　千兆速度級(jí)的無線技術(shù)

　　即將大規(guī)模采用的最新802.11無線技術(shù)是802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了802.11n，特別是在5.8GHz的頻段上實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)，在2.4GHz的射頻頻段中采用了802.11n的技術(shù)，因而可以實(shí)現(xiàn)向后兼容。

　　802.11ac透過支援5.8GHz頻段，因而能夠?qū)崿F(xiàn)巨大的160Hz的頻寬優(yōu)勢(shì)，這在已經(jīng)很擁擠的2.4GHz的頻段中幾乎無法實(shí)現(xiàn)。此外，通過波束成形（beamforming）和支援多達(dá)8個(gè)MIMO數(shù)據(jù)流，提高了可實(shí)現(xiàn)的速度。根據(jù)不同的配置，在路由器和最終用戶設(shè)備都具有多個(gè)天線的情況下，所達(dá)到的數(shù)據(jù)速率可以從最低的433Mbit/s到幾個(gè)Gbit /s。

　　如果速度還不夠快，有更先進(jìn)的802.11ad的標(biāo)準(zhǔn)（目前已經(jīng)開始在市場(chǎng)上銷售），這種新標(biāo)準(zhǔn)使用的60GHz的「毫米波」頻段，即使沒有MIMO配置，也可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)7Gbit/s的傳輸速度，802.11ad的主要問題在于：在60GHz的頻率下，無線技術(shù)的作用距離和穿透力都大大降低。

　　展望未來

　　現(xiàn)今我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了千兆級(jí)的數(shù)據(jù)速率，接下來呢？除了高速度，IEEE 802.11工作小組已經(jīng)認(rèn)可，低速，低耗能通信實(shí)際上也是一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。盡管傳統(tǒng)上WiFi是一個(gè)相對(duì)比較耗電的標(biāo)準(zhǔn)，但未來的協(xié)議將能夠賦予無線網(wǎng)絡(luò)連接更多的新特性，從而以更高能效的通信面向如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等市場(chǎng)。

　　20年歷史總結(jié)

　　雖然無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有二十年的歷史，但它還在不斷發(fā)展并保持與時(shí)俱進(jìn)。從撥號(hào)時(shí)代到寬頻互聯(lián)網(wǎng)的采用，再到智能手機(jī)，而現(xiàn)在我們已經(jīng)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的初期，無線網(wǎng)絡(luò)一直在不斷開發(fā)，適應(yīng)市場(chǎng)需求的新技術(shù)，如果歷史可以用來給我們一些啟示，那么在未來的很多年內(nèi)，無線網(wǎng)絡(luò)一定還會(huì)繼續(xù)為我們提供更多便利。