讲真,网络工程师家里的wifi速度到底能有多快?

2023-10-20 11:00:08

老杨身边挺多亲戚朋友总有这样的问题,wifi已经买的很高级了,可以信号还是不好。

但是这件事情,对于咱们网络工程师来说,就是小case了。

老杨今天就来解释一下,让还不知道的你思路更佳清晰。

有一位小白曾在抖音直播间里问过老杨:

老杨,我想请问。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?

其实呢,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啥关系哈。

无线的带宽计算方式不同于有线,及其复杂,所以,今天这篇文章,老杨就重点解析一下无线网络速率的计算方式。

01 无线速率到底是怎么计算的?

要理解Wi-Fi速率计算方式,首先要理解802.11。通过下图,你就可以看到历代802.11技术的特性。

从图中你就可发现,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。

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)

(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。

(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。

(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。

(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 。

(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。

这里的HT20/40/80/160表示的是频宽,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。

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:

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。

02 你家的无线路由器速率咋算?

现在,就来回答一下最开始小白粉丝提问的问题: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?

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。


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


2100M速率

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


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。


03 企业级无线路由器速率又该咋计算?

讲完家用,我们还是回到网络工程师工作中最常遇到的企业级设备范围。

讲企业级设备之前,先了解几个概念:双频、双路、双流。

(1)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。

(2)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。

(3)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:

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。

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:

最后,老杨再补充几个问题:

(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?

所以,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。

那么,Wi-Fi的信号强度如何衡量?

信号强就代表无线速率高吗?

这两个问题,看到这里的你有答案吗,欢迎评论区互动一波。


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