看不見摸不著的Wi-Fi信號，其實有跡可循
Labs 導讀
你是否碰到過和朋友一起看劇、玩游戲時，關鍵時刻視頻在緩沖、游戲卡頓的現象?你是否碰到每當使用家里微波爐的時候，正在播放的視頻不順暢?每當碰到這些情況時，是否在責怪運營商寬帶效果不佳?亦或者大罵路由器不給力!但大多情況下并不是寬帶網速低，也不是路由器不給力，實際上是無線信號(Wi-Fi)被干擾了。Wi-Fi，到底是什么?這個看不見摸不著的但是在我們的生活工作中又無時無刻不在使用的東西，究竟是被什么因素給干擾了，怎么被干擾的?今天就為大家一一探秘。
1、MIMO技術
在我們日常生活中，一個路由器會接入多個終端設備，如3臺手機、2臺電腦等。絕大多數家庭的路由器是雙頻路由器，屬于Wi-Fi 4的802.11n協議的2.4GHz頻段，以及屬于Wi-Fi 5的802.11ac協議的5GHz頻段。當多個終端對數據量要求較高時，比如同時看高清視頻，我們常常會遇到視頻卡頓的情況。這可以從Wi-Fi的MIMO技術角度進行解釋。
MIMO，即多輸入多輸出技術，Wi-Fi 4不支持MIMO技術。如圖一所示，所有STA共用一個窗口，根據距離遠近、信號質量等關系，路由器依次單獨與上網設備進行通訊。當接入的設備過多時，就會出現設備等待通訊的情況，網絡卡頓的情況就由此產生。
Wi-Fi 5的下行方向支持MIMO技術，其工作原理見圖三、圖四。路由器AP同時擁有多個窗口，當多個設備與Wi-Fi 5路由器連接時，可以同時向多個設備發送數據，但是路由器從設備接收數據時，只能一個設備完成數據的上傳后，再輪到下一個設備，這樣在上傳數據時，容易發生網絡卡頓。
而Wi-Fi 6路由器可同時支持上、下行MIMO。即Wi-Fi 6路由器可同時向多個設備發送數據，也能同時從多個設備接收數據，相當于多個設備并行工作，不存在排隊的情況，詳見圖五、圖六?？梢奧i-Fi 6路由器可以同時和不同的STA通訊，解決多設備共用Wi-Fi的擁擠問題，有利于提升帶寬利用率，減少網絡卡頓的發生。
因此當用戶同時上網的終端設備較多，且對網絡要求較高時，可以選用Wi-Fi 5和Wi-Fi 6路由器，尤其是Wi-Fi 6路由器，因為Wi-Fi 6路由器能同時支持多個設備的數據發送和接收。當然，前提是用戶的終端設備需支持Wi-Fi 6的MIMO功能。
2、同鄰頻干擾
除了多個終端設備在搶用網絡資源時發生卡頓，在無線網絡擁擠的辦公場所，或是在家中其他無線設備同時工作時，如微波爐，我們也常常能遇見，暢通的網絡突然變卡頓了，這可能是同鄰頻干擾的鍋。
在具有較多無線信號的環境中，使用中的無線網絡信號質量變差，是因為環境中的無線的工作頻段和我們使用的無線的頻段重合，或者相鄰。用Wi-Fi分析軟件抓取空中的無線信號，得到圖七的結果，從圖七中可以看出，環境中無線數量豐富，尤其是圖七左邊框選出的5個無線，都處于1號信道，這就可以稱這5個Wi-Fi信號互相處于同頻干擾中。處于同頻干擾下的Wi-Fi，會互相搶占信道資源，由于Wi-Fi mac層協議采用CSMA/CA(載波監聽多路訪問/沖突避免)，所以競爭信道等待時間的設置就顯得比較關鍵，誰的等待時間短，誰就更容易搶占信道資源。IEEE規定，大家競爭信道等待時間是有限值的，理論上大家都設置為上限值，等待相同的時間(均分時間)，如果不幸你的路由器設置等待時間的值不如同頻中其他路由器，那搶占能力就較弱，那么你的網絡變得卡頓也是必然的。
圖七 實際抓取的同鄰頻信號圖
圖七中處于5號信道的“CMCC-3gcc”和處于6號信道的“Firefly”存在鄰頻干擾。由于鄰頻干擾時，兩個Wi-Fi信號互相看不到完整的頻譜，導致封包不完整, 路由器在偵測時不能得到信道上有封包的訊息, 造成誤判信道為空白可以使用, 同時占用公共部分，隨機出現丟包，導致整體丟包率較大，從用戶體驗側表現就是網絡的卡頓。
再來談談微波爐，由于微波爐工作時候會產生較強功率的2.4GHz的輻射，其輻射的頻段正好和路由器的2.4G頻段相重合，同時存在同頻和鄰頻的干擾，而且微波爐的發射功率比路由器的大，非常容易淹沒路由器發出的有效信號，使得無線終端獲取不到有效的信號，從而導致設備使用過程中出現卡頓的效果。
同鄰頻干擾的根本原因在于信道資源有限，如圖七中的2.4GHz僅僅有13個信道，在同一空間中WIFI信號太多，不可避免地會引起同鄰頻問題。
3、現實問題解決措施
對以上各場景以及相關技術的分析，即使寬帶網速夠快，但如果存在多個終端設備同時需求較高的網絡資源時，也會發生卡頓情況。這種情況下網絡問題的根本原因在于Wi-Fi設備或者無線終端不能很好地支持MIMO技術。在終端支持MIMO前提下，選用Wi-Fi 5以及Wi-Fi 6設備;當無線終端支持Wi-Fi 6時，首推Wi-Fi 6路由器;在碰到同臨頻干擾時，通過設置路由器的信道選擇為AUTO模式，此時路由器會自動選擇干擾較少的信道，而在實際生活中可以先用Wi-Fi分析軟件，查看當前Wi-Fi信道分布情況，再手動設置路由器的信道。若遇到微波爐干擾2.4G Wi-Fi的時候，我們可以連接上5G Wi-Fi，這樣，微波爐的2.4G就不會對我們使用的5G進行干擾了。
【本文為51CTO專欄作者“移動Labs”原創稿件，轉載請聯系原作者】
