WiFi6與5G技術(shù)的性能對(duì)比與應(yīng)用探析

江西省九江市第一人民醫(yī)院 張 朔

當(dāng)前，WiFi6技術(shù)與5G技術(shù)競(jìng)相到來(lái)，并呈現(xiàn)出普及化趨勢(shì)。對(duì)此，有必要對(duì)兩種技術(shù)進(jìn)行性能對(duì)比，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為不同場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)。本文淺析了兩種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)性能，并在實(shí)測(cè)仿真的基礎(chǔ)上，對(duì)兩種技術(shù)各自的性能進(jìn)行了歸納，探究了兩種技術(shù)的具體應(yīng)用，以期為相關(guān)研究和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供借鑒。

WiFi網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)用商網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前社會(huì)均得到了廣泛的應(yīng)用，且呈現(xiàn)出一定的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。當(dāng)前，WiFi6和5G技術(shù)的出現(xiàn)引發(fā)了對(duì)二者的分析對(duì)比，但片面的理論論述和應(yīng)用分析難以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，且會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的科學(xué)決策。對(duì)此，有必要基于對(duì)二者技術(shù)性能的詳細(xì)對(duì)比，并綜合考慮各類場(chǎng)景下實(shí)際所需的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、使用性能以及接入終端，對(duì)兩種技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。

1 性能對(duì)比

1.1 總體性能對(duì)比

對(duì)ITU提供的5G技術(shù)需求規(guī)格進(jìn)行匯總，并結(jié)合802.11ax相關(guān)性能參數(shù)，可得到802.11ax與5G性能總體對(duì)比。從關(guān)鍵特性來(lái)看，WiFi已經(jīng)滿足5G技術(shù)的規(guī)劃需求。尤其是對(duì)于高密度場(chǎng)景相應(yīng)的區(qū)域，相關(guān)業(yè)務(wù)要求的性能密度，WiFi已經(jīng)遠(yuǎn)超ITU對(duì)5G技術(shù)提出的要求。5G技術(shù)相對(duì)于WiFi，在移動(dòng)性上具有顯著優(yōu)勢(shì)，且在室外高速場(chǎng)景下的優(yōu)勢(shì)較為突出。

1.2 WiFi6的特性

根據(jù)技術(shù)分析，并結(jié)合WiFi6相應(yīng)的特性，可知WiFi6對(duì)如下應(yīng)用場(chǎng)景具有較強(qiáng)的適用性：

（1）存在大量的并發(fā)流量，特別是上行流量具有較大需求的應(yīng)用場(chǎng)景。例如，在無(wú)線辦公環(huán)境下的文件傳輸相關(guān)業(yè)務(wù)、家庭區(qū)域內(nèi)多終端條件下的視頻播放、智慧教學(xué)應(yīng)用中大量的教學(xué)視頻點(diǎn)播等。在此類應(yīng)用場(chǎng)景下，WiFi6能良好提供實(shí)際高達(dá)6Gbps的吞吐性能，根據(jù)UHD視頻大致接近20Mbps的具體傳輸要求以及多用戶50%的實(shí)際吞吐降額計(jì)算，仍能對(duì)150個(gè)用戶相應(yīng)的UHD視頻并發(fā)傳輸具體需求提供支持。

（2）對(duì)低時(shí)延傳輸具有較高要求的場(chǎng)景。例如：AR/VR傳輸、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)涉及的機(jī)器控制等。上述計(jì)算顯示，WiFi6提供1ms以下的雙向傳輸延遲。在確保較低時(shí)延的情況下，還能滿足高寬帶傳輸，并可以滿足對(duì)傳輸AR/VR數(shù)據(jù)流相應(yīng)的要求。

（3）成本和功耗較低的M2M相應(yīng)的局域應(yīng)用，以智能家居為主，包括智能建筑環(huán)境下的監(jiān)控以及控制需求。與傳統(tǒng)WiFi相比，WiFi6能提供高于15dB的鏈路附加余量，大致相當(dāng)于將傳輸距離在室內(nèi)環(huán)境中擴(kuò)大了一倍。從功耗來(lái)看，相當(dāng)于終端采用的傳輸功率更低，而保持不變的傳輸距離。在此應(yīng)用模式下，WiFi將原本100mA的峰值耗電降低到10mA，與藍(lán)牙具備的峰值功耗相近。另外，采用TWT技術(shù)，能增強(qiáng)終端的休眠效率。上述改變能增強(qiáng)續(xù)航能力，并降低終端成本。

1.3 接入終端分析

將CISCO VNI分析報(bào)告作為參考，M2M終端數(shù)量在未來(lái)幾年將持續(xù)保持快速增長(zhǎng)，智能TV以及智能手機(jī)將保持一定幅度的增長(zhǎng)，而PC和非智能手機(jī)將呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢(shì)。工作場(chǎng)所以及家庭環(huán)境相應(yīng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在M2M應(yīng)用中占據(jù)的份額高達(dá)70%，并以較快速度持續(xù)增長(zhǎng)，在車聯(lián)網(wǎng)、市政以及醫(yī)療領(lǐng)域，M2M應(yīng)用也呈現(xiàn)出較快增長(zhǎng)。

與IOT和PC終端相比，其價(jià)格相對(duì)昂貴。筆記本在未來(lái)仍以WiFi作為主要的無(wú)線接入方式，除少數(shù)廣域M2M終端具有NB覆蓋以及移動(dòng)性相關(guān)需求外，多數(shù)M2M接入互聯(lián)網(wǎng)的方式仍然是局域無(wú)線，例如藍(lán)牙、WiFi以及Zighee等。

2 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)建設(shè)方式

5G技術(shù)在未來(lái)形成規(guī)模應(yīng)用時(shí)，運(yùn)營(yíng)商仍然是5G公共網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方。另外，5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)微基站覆蓋，其運(yùn)營(yíng)成本和難度將出現(xiàn)降低。在此情況下，少數(shù)中大型企業(yè)可能會(huì)采用5G專網(wǎng)，并可以滿足生產(chǎn)場(chǎng)所對(duì)無(wú)線連接的相關(guān)需求。對(duì)于WiFi網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，因?yàn)?G協(xié)議框架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括接入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，WiFi與5G網(wǎng)絡(luò)二者間將實(shí)現(xiàn)更為順暢的負(fù)載遷移。加之多家運(yùn)營(yíng)商重復(fù)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)耗費(fèi)較高的成本，少數(shù)區(qū)域可能出現(xiàn)此類情況，即由運(yùn)營(yíng)商對(duì)WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)，實(shí)現(xiàn)流量承載。

中大型企業(yè)和部分事業(yè)單位一般需要掌握數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)權(quán)和控制權(quán)，而通常5G公網(wǎng)并不提供此類服務(wù)。因此，僅能采用5G專網(wǎng)或者WiFi專網(wǎng)。

3 各類場(chǎng)景應(yīng)用預(yù)測(cè)

根據(jù)上文分析可知，WiFi網(wǎng)絡(luò)與5G技術(shù)在未來(lái)均將大幅度提升其性能。但對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景，二者根據(jù)用戶的具體應(yīng)用需求、耗費(fèi)的建設(shè)成本、不同終端類型等，形成的建設(shè)方案各不相同。

以不同場(chǎng)景相應(yīng)的終端類型為依據(jù)，結(jié)合接入性能具體要求，并考慮覆蓋、時(shí)延、移動(dòng)性、運(yùn)營(yíng)要求以及建網(wǎng)成本等內(nèi)容，對(duì)WiFi網(wǎng)絡(luò)以及5G技術(shù)各自的滿足度實(shí)施評(píng)估，得到如下結(jié)果：

（1）交通場(chǎng)景。其終端類型以移動(dòng)終端為主；在性能要求上，5G網(wǎng)絡(luò)可滿足其基本需求；5G覆蓋可基本實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)需求的滿足，但是高鐵仍然呈現(xiàn)出較低的性能預(yù)估；對(duì)時(shí)延沒(méi)有明顯要求；在移動(dòng)性上5G可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)需求的滿足；對(duì)運(yùn)營(yíng)要求不明顯；在建設(shè)/使用成本上可接受5G使用費(fèi)。

（2）高密會(huì)場(chǎng)。其終端類型以移動(dòng)終端為主；在性能要求上，在高峰時(shí)段5G網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足其相關(guān)需求；5G覆蓋可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)需求的良好滿足；轉(zhuǎn)播以及部分視頻對(duì)時(shí)延有要求；對(duì)移動(dòng)性要求不明顯；對(duì)運(yùn)營(yíng)要求不明顯；在建設(shè)/使用成本上可接受5G使用費(fèi)。

（3）企業(yè)辦公。其終端類型主要包括M2M、PC以及移動(dòng)終端；在性能要求上，PC數(shù)量較多，具有較大的業(yè)務(wù)量，5G難以滿足其相關(guān)需求，需通過(guò)WiFi連入M2M設(shè)備；5G覆蓋可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)需求的良好滿足；對(duì)時(shí)延有一定的要求；在移動(dòng)性上，WiFi可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)需求的滿足；在運(yùn)營(yíng)要求上，網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；在建設(shè)/使用成本上具有較多終端，產(chǎn)生較高的5G使用費(fèi)。

（4）教育。其終端類型以M2M和PC為主；PC數(shù)量較多，需通過(guò)WiFi連入M2M設(shè)備；5G覆蓋可滿足其相關(guān)需求；對(duì)時(shí)延有一定的要求；對(duì)移動(dòng)性要求不明顯；在運(yùn)營(yíng)要求上，網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；具有較多終端，產(chǎn)生較高的5G使用費(fèi)。

（5）宿舍。其終端類型主要包括M2M、PC以及移動(dòng)終端；需連入數(shù)量較多的PC；5G缺乏充足的覆蓋；游戲業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延具有較高要求；對(duì)移動(dòng)性要求不明顯；部分網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；可接受5G使用費(fèi)。

（6）家居。主要包括M2M、PC以及移動(dòng)終端；5G網(wǎng)絡(luò)難以滿足其相關(guān)需求；5G缺乏充足的覆蓋；M2M對(duì)時(shí)延具有一定要求；需對(duì)WiFi進(jìn)行優(yōu)化，才能滿足相關(guān)需求；網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；具有較多的接入終端，產(chǎn)生較高的5G使用費(fèi)。

（7）酒店。主要包括M2M、PC以及移動(dòng)終端；5G網(wǎng)絡(luò)能滿足其相關(guān)需求，但PC類業(yè)務(wù)存在接入需求；5G缺乏充足的覆蓋；M2M對(duì)時(shí)延有一定要求；對(duì)移動(dòng)性無(wú)明顯要求；網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；可接受5G使用費(fèi)。

（8）醫(yī)療。主要包括M2M、移動(dòng)終端；5G網(wǎng)絡(luò)可滿足其部分需求，但大量M2M設(shè)備需額外建網(wǎng)；5G覆蓋可滿足相關(guān)需求；具有較高的時(shí)延要求；需對(duì)WiFi進(jìn)行優(yōu)化，才能滿足相關(guān)需求；網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；可接受5G使用費(fèi)。

（9）生產(chǎn)場(chǎng)景。主要包括M2M、移動(dòng)終端；5G網(wǎng)絡(luò)可滿足其部分需求；5G覆蓋可滿足其相關(guān)需求；部分業(yè)務(wù)具有較高的時(shí)延要求；需對(duì)WiFi進(jìn)行優(yōu)化，才能滿足其相關(guān)需求；部分網(wǎng)絡(luò)使用者需對(duì)網(wǎng)絡(luò)具備控制權(quán)；具有較多的接入終端，產(chǎn)生較高的5G使用費(fèi)。

（10）商業(yè)場(chǎng)景。主要包括M2M、移動(dòng)終端；5G網(wǎng)絡(luò)可滿足其部分需求；5G覆蓋可滿足其相關(guān)需求；對(duì)時(shí)延要求不明顯；在移動(dòng)性上，5G可滿足其相關(guān)需求；運(yùn)營(yíng)要求不明顯；可接受5G使用費(fèi)。

（11）室外場(chǎng)景。主要包括M2M、移動(dòng)終端；5G網(wǎng)絡(luò)可滿足其相關(guān)需求；5G覆蓋可基本滿足其相關(guān)需求，無(wú)法滿足部分景區(qū)；對(duì)時(shí)延要求不明顯；在移動(dòng)性上5G可滿足其相關(guān)需求；運(yùn)營(yíng)要求不明顯；可接受5G使用費(fèi)。

對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行分析歸納可知，將不同場(chǎng)景的具體需求作為依據(jù)，對(duì)不同場(chǎng)景下各類無(wú)線流量通路的預(yù)測(cè)可知，商業(yè)中心、交通、室外，對(duì)WiFi熱點(diǎn)數(shù)的需求并不旺盛；家居、酒店、企業(yè)辦公、教學(xué)、宿舍等主要依托WiFi對(duì)無(wú)線通路進(jìn)行提供；高密會(huì)場(chǎng)、醫(yī)療以及生產(chǎn)等領(lǐng)域，WiFi將與5G形成相互配合，增強(qiáng)性能的可靠性。

結(jié)語(yǔ)：在不同技術(shù)性能參數(shù)上，WiFi和5G各有優(yōu)劣，但WiFi能以較低成本，提供對(duì)最高密度、容量接入服務(wù)，能有效改善對(duì)M2M接入以及大規(guī)模組網(wǎng)的需求；5G對(duì)公共區(qū)域能實(shí)現(xiàn)良好的熱點(diǎn)覆蓋，并增強(qiáng)移動(dòng)性，能降低室內(nèi)環(huán)境下的建網(wǎng)成本。對(duì)WiFi和5G而言，要充分考慮其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。