WiFi,，您看不到,，摸不到，也聽不到,，但它對當今世界已經(jīng)產(chǎn)生巨大的影響并將持續(xù)進行,。從我們家庭的無線網(wǎng)絡到辦公室和公共場所,，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算的方式?？梢院敛豢鋸埖卣f,，由于有了隨時可用的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標準起，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,、高便利的無線標準,。我們之后也將繼續(xù)討論這項技術的未來發(fā)展。
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圖1 : 從我們家庭的無線網(wǎng)絡到辦公室和公共場所,，高速無線連接無處不在,，這從根本上改變了計算的方式。 (source: enterprisersproject)
雖然我們現(xiàn)在認為802.11無線技術是把個人計算設備與智慧手機連接到互聯(lián)網(wǎng)的一種主要方式,，但實際上它最初是為了連接收銀機而發(fā)明,。在20世紀80年代后期，零售工具和收銀機（PoS）計算機系統(tǒng)制造商NCR公司遇到了一個很大的問題,，它的百貨商店和超市等客戶,，在每次改變商店的格局時都不想重新布線。
美國聯(lián)邦通信委員會當時作出了一項裁決,，開放了某些頻段可以自由使用,，正是這項決定，啟發(fā)了一個改變游戲規(guī)則的想法,。通過在未授權的頻譜（而不是傳統(tǒng)的有線連接）中使用無線連接,，電子收銀機和PoS系統(tǒng)可以很容易地在商店里面移動，而零售商不必進行重大的商店翻新工作,。
爾后,，NCR將該項目分配給荷蘭辦公室之外的一個工程團隊，他們面臨著要創(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」,，這被公認為WiFi的先驅。NCR不是將其作為一個純粹的專有協(xié)議來保存,，而是通過將其作為一個標準來建立起來,，因而這個公司將能夠在無線連接市場興起時成為領導者。到了1990年,，基于未授權頻譜的無線通訊IEEE 802.11工作群組已經(jīng)形成,。
利用在當時已經(jīng)是非常創(chuàng)新的擴頻技術能夠在噪聲環(huán)境中減少干擾并提高訊號完整性,，WiFi的原始版本最終于1997年正式標準化，其工作時的數(shù)據(jù)流量僅為2Mbits/s,，但卻為未來的發(fā)展奠立基礎,。
無線以太網(wǎng)
盡管802.11無線標準在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間內(nèi)阻礙了其在大眾市場的吸引力,，但其發(fā)展進程注定要改變。10Mbit/s以太網(wǎng)是當時的網(wǎng)絡標準,，IEEE802.11研究小組明白,，如果802.11也能夠達到這樣的速度，他們將擁有強大的競爭力,。1999年,，他們成功創(chuàng)建了802.11b，這種技術采用了與原802.11無線標準相同的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。
圖2 : 由于802.11b具有更便宜的設備和更好的工作范圍,，為目前最受歡迎的無線標準,。 (source: Global ITN)
在802.11b標準建立后不久，IEEE工作小組又發(fā)布了一個更快的802.11a標準,，它不再是工作在日益擁擠的2.4GHz頻段,，而是運行在5GHz頻段，所支持的速度高達54Mbits/s ,。
由于802.11a占用的是5GHz的頻段,，遠離了比較受歡迎（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具有更便宜的設備和更好的工作范圍,，證明是目前最受歡迎的無線標準。但是,，盡管與802.11a相比,，802.11b性價比更高，但對于一般消費者來說當時的價格仍然不夠低,，無線路由器和網(wǎng)絡卡仍然會需要花費數(shù)百美元,。
這一切在賈伯斯的一次電話會議后得到了徹底改變。那時蘋果公司正在推出新一代電腦,，并希望將無線網(wǎng)絡作為其功能的一部分,。當時設定的條款非常艱難,，蘋果公司的指定購買價格為99美元，當然其批量可能會很大,。此時，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現(xiàn)，但蘋果公司的交易最終還是將WiFi交付到消費者手中,，并將其推向主流市場,。個人電腦制造商看到蘋果公司電腦的強大市場沖擊力，因而也希望在電腦中加入無線網(wǎng)絡,。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,。
微軟也通過Windows XP增加了對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動程式或軟體即可以實現(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)百萬計的計算機上,，也正是的宣告進入WiFi的大時代。
無線革命
在2000年開始的初期,，由于無線連接的優(yōu)勢變得越來越清晰,，無線網(wǎng)絡得以迅速普及。隨著企業(yè)和消費者開始認識到WiFi的應用潛力,，成就我們現(xiàn)在所謂的「移動運算」的雛型,，無線熱點開始出現(xiàn)在咖啡店、機場和酒店,。而家庭用戶中的許多人也開始利用寬頻互聯(lián)網(wǎng),，能夠輕松地在整個房子實現(xiàn)無線連接。
由于IEEER802.11工作團隊的努力,，這種最初設計用于連接收銀機（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)絡標準的基礎,，也正在改變整個社會的架構。
提高速度
802.11b在1999年問世,，為無線網(wǎng)絡的廣泛應用奠定了基礎,。其便宜的價格讓消費者易于接受，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)絡連接,。在21世紀開始的最初幾年中,，寬頻互聯(lián)網(wǎng)迅速被市場接受，支援802.11b取得了顯著地成功,。無論是普通消費者或企業(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)，消費者的電腦使用習慣也隨之改變,。音樂/電影分享和串流媒體音樂等更高頻寬的應用,，開始在消費領域愈來愈受歡迎。
與此同時,，在商務需求上為達成,，VoIP、文件共享,、印表機共享,、以及桌面虛擬化等各種業(yè)務應用，無線網(wǎng)絡必須提供更高速來與以太網(wǎng)絡競爭,。
即使在2000年代初期,，802.11b能夠支援的速度也遠遠沒有達到非常高的水平。但在有線方面,，10/100以太網(wǎng)卻已經(jīng)是一個普遍的標準,。在100Mbit/s速度下，它比802.11b標準的11Mbit/s速度快了近10倍,?？鄢?02.11b通訊協(xié)定本身的必要浪費意味著可以達到的最大理論速度是5.9Mbit/s，但實際上,，由于802.11b使用的是愈來愈流行的2.4GHz頻段,，實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性電子產(chǎn)品的干擾,，意味著現(xiàn)實世界的速度通常不能達到5.9Mbit/s的標準（有時甚至不能接近這個速度）。
802.11g標準
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，但卻能夠達到高達54Mbit/s的速度,。即使扣除通訊協(xié)定必要浪費而導致速度降低之后,，其理論最大值也可以達到31.4Mbit/s，足以滿足要求愈來愈快的家庭寬頻速度要求,。
實際上802.11g并不是第一個達到54Mbit/s的802.11無線標準,，802.11a在1999年已經(jīng)實現(xiàn)了這樣的速度,，但它所使用的是另一個單獨的5.8GHz頻段來實現(xiàn)上述速度。雖然5.8GHz的優(yōu)點是具有較少的消費性電子產(chǎn)品的無線電干擾,，但卻與802.11b不兼容,。考慮到這個情況,，以及它較為昂貴的設備,，使802.11a只能夠在商業(yè)市場中得到一些訂單，并沒有大量普及家庭/消費領域等應用,。
透過使用2.4GHz頻段而達到54Mbit/s的速度，802.11g在實現(xiàn)高速度的同時也保持了與802.11b的全面兼容性,。這一點至關重要,，因為此時802.11b已經(jīng)被確立作為消費設備的主要無線標準。與802.11a相比,，802.11g的向后兼容性以及更便宜的硬體設備是很大的賣點,，因此能夠很快成為消費領域，甚至漸漸地在相關的商業(yè)應用領域成為全新的,、更加快速的無線標準,。
802.11n標準
于2009年推出的802.11n進一步提高了802.11g和802.11a的速度。802.11n工作在2.4GHz或5.8GHz頻段（不同時運行）,，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的頻道寬度達到了802.11 g的兩倍,。
802.11n能夠大幅度地提高網(wǎng)絡速度,。在低端應用中，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)絡可以達到72Mbit/s的速度。另外,，如果使用雙倍寬度的40Hz頻道,，采用多個天線，那么數(shù)據(jù)速度可能會更快,，甚至能夠高達600Mbit/s（采用四天線配置）,。
千兆速度級的無線技術
即將大規(guī)模采用的最新802.11無線技術是802.11ac標準，它擴展了802.11n,，特別是在5.8GHz的頻段上實現(xiàn)了改進,，在2.4GHz的射頻頻段中采用了802.11n的技術，因而可以實現(xiàn)向后兼容,。
802.11ac透過支援5.8GHz頻段,，因而能夠實現(xiàn)巨大的160Hz的頻寬優(yōu)勢,，這在已經(jīng)很擁擠的2.4GHz的頻段中幾乎無法實現(xiàn)。此外,，通過波束成形（beamforming）和支援多達8個MIMO數(shù)據(jù)流,，提高了可實現(xiàn)的速度。根據(jù)不同的配置,，在路由器和最終用戶設備都具有多個天線的情況下,，所達到的數(shù)據(jù)速率可以從最低的433Mbit/s到幾個Gbit /s。
如果速度還不夠快,，有更先進的802.11ad的標準（目前已經(jīng)開始在市場上銷售）,，這種新標準使用的60GHz的「毫米波」頻段，即使沒有MIMO配置,，也可以實現(xiàn)高達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)實現(xiàn)了千兆級的數(shù)據(jù)速率,，接下來呢？除了高速度,，IEEE 802.11工作小組已經(jīng)認可,，低速，低耗能通信實際上也是一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ念I域,。盡管傳統(tǒng)上WiFi是一個相對比較耗電的標準,，但未來的協(xié)議將能夠賦予無線網(wǎng)絡連接更多的新特性，從而以更高能效的通信面向如物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等市場,。
20年歷史總結
雖然無線網(wǎng)絡已經(jīng)有二十年的歷史,，但它還在不斷發(fā)展并保持與時俱進。從撥號時代到寬頻互聯(lián)網(wǎng)的采用,，再到智能手機,，而現(xiàn)在我們已經(jīng)進入物聯(lián)網(wǎng)的初期，無線網(wǎng)絡一直在不斷開發(fā),，適應市場需求的新技術,，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)絡一定還會繼續(xù)為我們提供更多便利,。