【世界电信日,带你了解WiFi的发展历史】为纪念国际电信联盟的成立日,每年的5月17日定为世界电信日。近半个世纪以来,我们的生活因为电信技术发生了翻天覆地的改变!其中无线网络(WI-FI)是我们电信生活最重要也是接触最密切的一环,从1999年的 802.11b 到2019年的 WIFI6,在过去的20年时间,WIFI 速度提升了整整650倍!让我们一起了解Wi-Fi的昨天、今天和明天!
互联网的起源
理论阶段
1929年,尼古拉·特斯拉提出一个“无线的世界”理念,他认为人类无论多远,都可以通过这个无线的世界,仿佛面对面的对话和交流,并且实现这样功能的工具不会很大,而是“能放进口袋里”的。
如今看,特斯拉近百年前提出的这个概念确实非常超前,也无限接近如今互联网的使用场景了。
1935年,保罗·奥特雷又将互联网更具象化了。他认为在互联网中,所有人不管身在何地都可以通过单独屏幕看到文字信息,人们坐在椅子前看着屏幕就能进行思考和工作了。
1945年,万尼瓦尔·布什提到了存储的概念,认为信息可以被存储起来,然后被高速和灵活的提取出来以作应用,不再是过去依靠繁琐的检索或者记忆。
万尼瓦尔·布什用了“记忆延伸”这样一个词形容这种信息存储的形态。
从阿帕网到互联网
阿帕网(Advanced Research Projects Agency Network,ARPANET)是美国国防部高级研究计划局组建的计算机网。
阿帕网于1968年开始组建 ,1969 年第一期工程投入使用。开始时只有4个节点。1970年的ARPANET(阿帕网)已初具雏形,并且开始向非军用部门开放,许多大学和商业部门开始接入,同时阿帕网在美国东海岸地区建立了首个网络节点。 当时阿帕网只有四台主机联网运行,甚至连局域网(LAN)的技术也还没有出现。
也许当时的那种联网在今天看来实在是太初级了。不过必须得承认,现在强大的Internet就在当年ARPA的基础上才建立起来的。
而后随着TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)等互联网通讯协议的问世,最终才有了万维网(World Wide Web)的诞生。
1990年,蒂姆·伯纳斯·李在一台NeXT工作站上写了第一个网页,将超文本嫁接到因特网上。1991年8月16日他发表了万维网的介绍文章,这一天也标志着因特网上万维网公共服务的首次亮相。
1994年6月,北美的中国新闻计算机网络(China News Digest,CND)在其电子出版物《华夏文摘》中正式把World Wide Web中文命名为“万维网”。
WIFI的历史
意想不到的开端
这里要提到一个著名的女性,海蒂·拉玛 (Hedy Lamarr) 。拉玛的身份是演员,同时也是一个发明家——1941年,她借鉴了音乐家乔治·安太尔同步演奏钢琴的原理发明了“跳频技术”FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum),也为日后CDMA、蓝牙、Wi-Fi等技术奠定了一些基础——不过实际上跳频的思想早就出现了,而且最早的提出者几乎不可考了。
海蒂·拉玛跨界发明有神来之笔的意味,加上她美女演员的身份,也让这项发明更具有传奇色彩。海蒂·拉玛去世后,她也入选了美国发明家名人堂。
早期无线网络
WiFi是一种无线局域网协议。其历史可以追述到1971年夏威夷的ALOHAnet——由诺曼·艾布拉姆森(Norman Manuel Abramson)和他的团队在夏威夷大学构造出了一个无线网络。
为什么是在夏威夷呢?因为岛屿之间有线线路布置成本太高,难度也极大,于是才有了无线设备铺设网络的概念。1971年6月,第一个数据包以9600bps的速率发送成功。这个团队设计的通信协议就是ALOHA协议。ALOHA则是夏威夷“你好”的意思。
民用无线频段需要政策许可才能使用。在互联网的发源地,就需要得到美国联邦通信委员会 (US Federal Communications Commission,FCC) 派发的牌照。1985年,FCC发布了ISM牌照,开放了三个频段,其中包括2.4GHz,允许节点采用扩频技术(spread-spectrum)来进行通信。
ISM频段开放后,1988年,最初始的无线局域网WaveLAN诞生。它也被认为是WiFi设计的原型,从那时开始,WiFi的发展逐渐拉开了序幕。
快速发展阶段
1993年,热点(Hotspot)接入的概念被提出。即通过无线网络协议,构建小基站,然后通过基站和ISP网络进行直连。热点的概念日后也成为WIFI能最终得以实行的关键点之一。
同年,AT&T在卡耐基梅隆大学构建了第一个大型的WaveLAN网络,第一次尝试了无线局域网在大范围传输。1994年无线基础设施项目“Wireless Andrew”也开始启动,让学生可以在校园中将移动设备通过WaveLAN接入网络,可以在任意地点进行学习——已经非常接近现在移动教学的概念,也证明了无线网络的实际应用性。
1997年,美国电气和电子工程师协会IEEE颁布了第一代无线局域网标准,IEEE 802.11协议。规定了无线局域网在2.4GHz波段进行操作,这一波段被全球无线电法规组织定义为扩频使用波段。IEEE 802.11协议也标志着前期无线网络技术的逐渐成型。
1999年时,Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)正式成立。不过起初这个联盟叫WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance),2002年才正式更名为Wi-Fi联盟。
WIFI“快车道”
从1999年的 802.11b 到2019年的 WIFI6,在过去的20年时间,WIFI 速度提升了整整650倍!
提速的过程也是解决问题的过程,数以百万计的设备不停传输数据,就越来越需要更快的网络速度。尽管每代都比过去的快很多,提速依然是当下的第一要务。其中有几个重要的节点——
2003年,采用与 802.11a 相同 ODFM 技术的 802.11g 诞生了,不同的是其被改编在 2.4Ghz 频段运行。
传输速率最大为 54 Mbit/s(与802.11a相同),但是 802.11g 的兼容性更好以及造价更低(当时 5Ghz 芯片价格过高导致其没有被市场广泛采纳)。所以当时标准还未正式发布前,采用 802.11g 的设备已经开始大规模的部署。
这里稍微解释下——在正式标准协议定稿发布之前,会有数个版本的草案标准,厂商会根据最终版本的草案(与面世的最终标准几乎一致)提前进行产品的设计与生产,所以也就出现了产品早于标准协议发布时间的状况出现。
其中全球第一台支持 802.11g 的无线路由器为 Netgear 的 WGR614 ,早于协议正式发布的时间数月。
2009年,WI-FI 迎来重要的分水岭——802.11n的发布。首先是传输速率上的大幅提升,由原先的54 Mbit/s 变为最高 600 Mbit/s,这得益于MIMO技术的加入(也是多天线开始爆发的一年)。另外一个便是加入对双频段(2.4Ghz 与 5Ghz)的支持,真正意义上将 5GHz 频段带入我们的生活。
第一台支持 802.11n 协议以及双频段的无线路由器:Netgear 的 WNDR3700。图/thinkbroadband
2013年,WI-FI的第四个里程碑 802.11ac 技术正式通过,802.11ac 的关键词是 Multi-user MIMO,即通过波束的细化,路由器发送两个波束,分别对准笔记本和手机,从而达到同时传输的目的。
802.11ac 的协议指定过程中,也是存在产品先行的现象,第一台支持该协议的路由器 Netgear 的 R6300 更是提前一年于2012年面世。
Netgear 的 R6300。图/CNET
所以在当下 802.11ac 的产品中,也存在 wave 1 和 wave 2 的区别。
另外此前 WiFi 的具体名字也实在过于学术化,普通人很难区分清楚,WiFi 联盟也开始将名称简化,802.11n 是 WiFi 4,802.11ac 是 WiFi 5,最新的 WiFi 6 是 802.11ax。
为物联网而生
WIFI 6作为最新一代WIFI,就是为物联网而生的——物联网LoT(The Internet of Things)的定义很简单:把所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络,实现智能化识别和管理。
而想要真正实现物联网难度很大:它的感知层的数据多源异构,不同的设备有不同的接口,不同的技术标准,连网络协议和体系结构都不太一样。
另外到了2020年,全球将有200亿部联网设备——是目前设备数量的2.6倍。这样的联网需求对WIFI同样是很严峻的考验。
WIFI6并不仅仅只是速度的提升,更重要的一点在于,当有越来越多的设备接入网络,它不会像过去的WIFI设备一样越来越“慢”,而是能一直保持高速传输的状态。
《小科普| WI-FI 6 到底是什么?》:https://zhuanlan.zhihu.com/p/68369822
更高的传输速率、更多的设备接入且能够加快每台设备的速度、降低终端设备的电池消耗,最新的WIFI6也会在未来发挥更大的作用——对一般家庭而言,越来越多智能设备的接入和个人数码产品的增加,兴许升级WIFI也会是生活中不起眼但非常重要的品质提升。
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