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(四)你家Wi-Fi网速为什么这么慢?

更新时间:2021年10月14日   作者:spoto   标签(Tag):

一、前言

你是否有这样的疑问,无线路由器有标称300M、450M、867M、1167M等各种速率,这些速率是怎么计算的,代表什么意思?

首先分享一个小笑话

450M并不是指传播距离450米?

这里的450M并不是指传播距离450米,而是指带宽Mbps,表示的是这款无线路由器的最大下载速率可达450Mbps,跟覆盖的距离和穿墙能力没有半毛钱关系。无线的带宽计算方式不同于有线,及其复杂。本篇文章就给大家重点解析无线网络速率的计算方式。
 

二、理解无线速率计算方式

要理解Wi-Fi速率计算方式首先要理解802.11,之前文章我们已经分享过802.11的发展历程,目前最新一代Wi-Fi6(802.11ax),通过下图我们看看历代802.11技术的特性。

历代802.11技术的特性

从图中大家可以发现,Wi-Fi的发展就是速率不断提升的过程,从最早802.11的2M到最新802.11ax的9.6G。速率的提升是多种因素共同决定的。

我们来看看无线速率的计算公式:
整机速率=空间流数 * 1/(Symbol+GI) * 编码方式 * 码率(调制技术) * 有效子载波数量(调制技术)

解释一下每个关键因素:

1、空间流数

空间流其实就是AP的天线,天线数越多,整机吞吐量也越大,就像公路的高架桥一样,路面车道无法扩充的情况下,可以建高架桥,从而可以成倍提升车道。车辆运输量也会成倍提升。

单进单出(SISo)-对比-多进多出(MIMO)
MIMO-多输入多输出技术
单射频最大空间流
 

2、Symbol 与 GI

Symbol 就是时域上的传输信号,相邻的两个 Symbol 之间需要有一 定的空隙( GI),以避免 Symbol 之间的干扰。 就像中国的高铁一样 ,每列车相当于一个 Symbol,同一个车站发出的两列车之间一定要有 一个时间间隙,否则两列车就可能会发生碰撞 。 不同 Wi-Fi 标准下的间隙也有不同,一般来说传输速度较快时 GI 需要适当增大,就像同一车道上两列 35 0KM/h 时速的高铁发车时间间隙要比时速 250 KM/h时 的高铁发 车间隙要大一些。

Symbol 与 GI

3、编码方式

编码方式就是调制技术,即 1 个 Symbol 里面能承载的 bit 数量 。从 Wi-Fi 1 到 Wi-Fi 6 ,每次调制技术的提升, 都能至少给每条空间流速率带来20%以上的提升。

编码方式

4、码率

理论上应该是按照编码方式无损传输,但现实没有这么美好 。传输时需要加入一些用于纠错的信息码 ,用冗余换取高可靠度 。码率就是排除纠错码之后实际真实传输的数据码占理论值的比例 。

码率

5、有效子载波数量

载波类似于频域上的 Symbol ,一个子载波承载一个 Symbol,不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样。

有效子载波数量

这里的HT20/40/80/160表示的是频宽,我们在之前的文章中介绍过2.4G和5G可使用的不重叠信道,每个信道的频宽为20Mhz,HT40即为40Mhz,就是将两个不重叠信道捆绑在一起,提高AP的速率,这个技术也是提升无线速率的一个重要手段,类似有线网络中的链路聚合技术。可以理解为高速公路2车道变4车道,容量成倍提升。

高速公路2车道变4车道图例

至此,综合以上参数,我们可以计算一下802.11ac和802.11ax在 HT80频宽下的单条空间流最大速率:

HT80频宽下的单条空间流最大速率

802.11ax(Wi-Fi6)最大可支持将5.2G的8个不重叠信道捆绑,即频宽为160Mhz,同时最大支持8条空间流。因此,802.11ax最大速率可达600Mbps * 2 * 8=9.6Gbps,当然这是理论最大值,没有实际意义。真正无线速率会收到连接终端的数量,终端发送数据帧的大小,及物理环境等诸多因素的影响,所以无线速率要以实际测试为准。
 

三、家用级无线路由器速率计算

所以,针对前言中提出的问题,无线路由器有标称300M、450M、867M、1167M等各种速率,这些速率是怎么计算的?

家用级无线路由器速率计算

产品一:450M速率,直接就能判断是802.11n的3调流产品,不过802.11n已经过时,所以价格相对便宜,但在家庭环境中还是能用。

产品二:1200M速率,能上千兆一定是802.11ac产品,由速率推算,是双路双流产品,2.4G和5G速率相加为:150M*2+433M*2=1167M≈1200M

产品三:2100M速率,为两条流802.11n+4调流802.11ac产品,150M*2+433M*4≈2100M

产品四:2200M速率,为3条流802.11n+4条流802.11ac产品,150M*3+433M*4≈2200M

目前家用路由器主流产品已经是802.11ac产品,天线越多速率越高,价格越贵。
 

四、企业级无线路由器速率计算

讲企业级设备之前,先了解几个概念:双频、双路、双流
双频:指的是2.4G和5G两个频段,早期设备只支持2.4G,由于2.4G频谱资源有限,带宽受限制,而且干扰严重,所以引入5G频段,现在企业级AP全部都同时支持2.4G和5G,称为双频AP。

双路:指的是AP内部有两块射频卡,一路提供2.4G服务,另一路提供5G服务,因此带机数量增加。企业级AP为了扩大带机数量,甚至有3张射频卡AP。

双流:双流即2条空间流,可以理解为2*2MIMO,比如前文提到的802.11n一条流150M,两条300M,三条450M等等。

我们来看一款AP的参数:

一款AP的参数

整机最大速率2.966G,这个值是如何计算来的?
首先分析,此AP为三路AP,即内部有3张射频卡。

三路AP

总速率2.966G是三个射频卡速率之和,那三张射频卡速率分别是多少呢?每个射频卡有几条空间流呢?AP-740-I,产品命名中的4代表该产品是4条空间流,这是锐捷的命名规则。那么就可以判断出,2.4G和5G射频卡都是4条空间流,2.4G/5G可选的射频卡只有一条空间流。速率为:

三张射频卡速率

注:
1、这里的2.4G单条流为什么是200M,前文不是说150M吗?是因为在802.11ac wave2的编码效率有所提升,故升级到了200M。

2、2.4G/5G可选射频卡,速率为什么是433M?这个射频卡只有单条流,2.4G最大为200M,5G最大为433M,算极限速率,取5G最大值。

3、整机速率为2.966G,单用户只能同时连接一个射频卡,故对单用户而言最理想的情况是连上纯5G射频卡,理论最大速率为433M*4=1732M。如果用户连到2.4G/5G射频卡上,那么理论最大速率至于433M。所以我们要理性看待厂商宣称的最大速率,单用户不可能达到。即使是多用户也会因为竞争,无法达到最大速率。

好了,关于无线网路的速率计算就给大家聊到这里。
 

五、思考

Wi-Fi的信号强度如何衡量?信号强就代表无线速率高吗?
想要详细了解请关注后续文章。
 

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