Wi-Fi技術將如何在智能家居中應用發展？

隨著智能家居技術的成熟，越來越多的家庭設備使用WiFi來連接。這意味著，家庭中的無線連接以及從服務供應商到家庭的互聯網連接將快速發展，從而實現高數據速率、支持多個同時用戶的高容量和良好的範圍。

鑒於對數據無法滿足的需求，我們首先簡要介紹一下WiFi的歷史和發展的方向，如下表所示。

原始數據速率與實際吞吐量之間通常存在顯著的差異，它可能是原始數據速率的一半甚至更少。因此，儘管剛剛推出的IEEE 802.11ax與802.11ac標準相比，原始數據速率的適度增加，但其主要目標是實際吞吐量增加四倍，這是通過為不同的用戶分配不同的MIMO流來實現的。

另一個關鍵的發展是分散式（網狀）WiFi系統的出現。在傳統的WiFi配置中，連接到家庭路由器的每個人都使用相同的WiFi頻道，這意味著每個人都在共享相同的帶寬和原始數據速率。分散式WiFi可以在容量和範圍上提供巨大的改進。這是因為網路上的每個節點都在自己的頻帶上與最終用戶通信，同時在主路由器連接到互聯網的其他頻段上進行通信。

然而，分散式WiFi並不像聽起來那麼簡單。廉價的WiFi技術導致無線電從一個通道流入另一個通道，特別是當使用高輸出功率時，這種方式有效地堵死了鄰近的通道，這大大降低了總體容量。為了使容量最大化，必須確保通道分離良好，以防止堵塞。建設WiFi產品不僅僅是選擇WiFi晶元，考慮WiFi晶元和天線之間的WiFi前端，放大器和濾波器也是很重要的，這對於分散式Wi-Fi系統的容量和性能有重大影響。

通往智能家居的障礙

WiFi速度和容量的增加導致智能家庭內的WiFi連接與連接互聯網的數據管道之間的不平衡。我們可以通過比較網路連接到道路系統來思考這一點。我們有連接城市的高速公路，連接社區的主要公路以及社區內的小街道，有一個層次結構是有意義的，沒有高速公路連接個別住宅，我們也不依賴小街道連接大城市。

對於智能家居網路連接而言，情況大不相同。在互聯網中，有非常高速的互連（100 Gbps或更高），可與大型高速公路相媲美。但是出口通道，即「最後一公里」的本地環路（或無線小型蜂窩），通常是100 Mbps，儘管1 Gbps光纖和10 GbpsDOCSIS3.1已經開始出現。

在個別房屋或建築物內，可能會有一個基於802.11ac的1 Gbps分散式WiFi網路，甚至是一條有線10 Gbps乙太網電纜，而終端節點（如電視機，遊戲機，平板電腦或智能手機）的最終連接也可能達到1 Gbps。所以層次結構在哪裡？家裡有很高的速度和多個連接，但吞吐量卻受到家庭訪問的限制。我們在房子裡面沒有高速公路，只有一條狹窄的街道把房子與互聯網連接起來，即使在屋內，也沒有真正的等級制度。

流媒體和爆炸效應使事情進一步複雜化。流媒體電影需要持續不斷的帶寬，也許20 Mbps的高質量。這對於一個100 Mbps的管道來說似乎是可行的，但是如果街道上的每個人都在觀看一部電影，那麼100 Mb / s的數據速率就會迅速下降。爆裂也會影響可用帶寬，例如，如果有人試圖儘可能快地下載電影（稍後觀看），系統會嘗試儘可能多地使用連接到家庭的100 Mbps連接，因此其他用戶可用的容量就會減少。

如何恢復平衡

需要做些什麼才能恢復平衡的層次結構？在解決這個問題之前，我們很難在家裡的WiFi數據率上取得進一步的進展。讓我們用一個四口之家的例子來更仔細地研究這個問題，互聯網廣播在一個房間里播放，媽媽在另一個房間里參加視頻會議，爸爸正在用他的電腦上下載一份大型報告，兒子正在玩電子遊戲，女兒正在用手機看著YouTube，而電視上有電影流。家庭中的500Mbps分配系統以及每個用戶設備與最近的接入點之間的100Mbps都會非常樂觀。

目前，家庭內部存在明顯的產能過剩，WiFi基礎設施和終端節點的原始數據速率超過1Gbps。主要問題是提供1Gbps的接入，大多數人還在使用100 Mbps或更低的速度，雖然光纖到戶（FTTH）的推出使用DOCSIS 3.0以1 Gbps的速度進行宣傳，而首個10 Gbps DOCSIS 3.1的推出已經開始。下一代DOCSIS 3.1 FD（全雙工）承諾提供10 Gbps的原始數據速率，用於上傳和下載。通過解決真正的瓶頸，與家庭的DOCSIS 3.1 FD連接將會產生真正的變化。

在家庭內部，新興的IEEE 802.11ax WiFi標準將首先出現在分散式WiFi系統中，這將從多個節點聚合流量中受益最多。目前這些系統預計可達4 Gbps。隨著時間的推移，我們將需要IEEE 802.11ax的繼任者，進一步增加分散式WiFi基礎設施的帶寬。

對於終端節點來說，看起來IEEE 802.11ac在相當長一段時間內將繼續是正確的選擇，因為它避免了802.11ax的複雜性，這對用戶設備提供的利益相對較少。對於性能較低的節點，甚至連802.11n都將是一個很好的解決方案。

因此，在不遠的將來可能看起來會是這樣：使用1 Gbps IEEE 802.11ac的端節點，基於4 Gbps IEEE 802.11ax的家庭基礎設施和基於DOCSIS 3.1 FD等10 Gbps的本地環路。在這種情況下，所有資源均衡並部署在滿足用戶需求的層次結構中。這可能代表在家庭和大型建築物內提供互聯網接入的行業的下一個穩定點，支持智能家庭的發展。

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