你是否碰到过和朋友一起看剧、玩游戏时,关键时刻视频在缓冲、游戏卡顿的现象?你是否碰到每当使用家里微波炉的时候,正在播放的视频不顺畅?每当碰到这些情况时,是否在责怪运营商宽带效果不佳?亦或者大骂路由器不给力!但大多情况下并不是宽带网速低,也不是路由器不给力,实际上是无线信号(Wi-Fi)被干扰了。

 

Wi-Fi,到底是什么?这个看不见摸不着的但是在我们的生活工作中又无时无刻不在使用的东西,究竟是被什么因素给干扰了,怎么被干扰的?今天就为大家一一探秘。

 

1、MIMO 技术

在我们日常生活中,一个路由器会接入多个终端设备,如 3 台手机、2 台电脑等。绝大多数家庭的路由器是双频路由器,属于 Wi-Fi 4 的 802.11n 协议的 2.4GHz 频段,以及属于 Wi-Fi 5 的 802.11ac 协议的 5GHz 频段。当多个终端对数据量要求较高时,比如同时看高清视频,我们常常会遇到视频卡顿的情况。这可以从 Wi-Fi 的 MIMO 技术角度进行解释。

 

MIMO,即多输入多输出技术,Wi-Fi 4 不支持 MIMO 技术。如图一所示,所有 STA 共用一个窗口,根据距离远近、信号质量等关系,路由器依次单独与上网设备进行通讯。当接入的设备过多时,就会出现设备等待通讯的情况,网络卡顿的情况就由此产生。

 

图一 Wi-Fi 4 与各终端连接示意图

 

图二 Wi-Fi 4 与各终端通信时序图

 

Wi-Fi 5 的下行方向支持 MIMO 技术,其工作原理见图三、图四。路由器 AP 同时拥有多个窗口,当多个设备与 Wi-Fi 5 路由器连接时,可以同时向多个设备发送数据,但是路由器从设备接收数据时,只能一个设备完成数据的上传后,再轮到下一个设备,这样在上传数据时,容易发生网络卡顿。

 

图三 Wi-Fi 5 与各终端连接示意图

 

图四 Wi-Fi 5 与各终端通信时序图

 

而 Wi-Fi 6 路由器可同时支持上、下行 MIMO。即 Wi-Fi 6 路由器可同时向多个设备发送数据,也能同时从多个设备接收数据,相当于多个设备并行工作,不存在排队的情况,详见图五、图六。可见 Wi-Fi 6 路由器可以同时和不同的 STA 通讯,解决多设备共用 Wi-Fi 的拥挤问题,有利于提升带宽利用率,减少网络卡顿的发生。

 

图五 Wi-Fi 6 与各终端连接示意图

 

图六 Wi-Fi 6 与各终端通信时序图

 

因此当用户同时上网的终端设备较多,且对网络要求较高时,可以选用 Wi-Fi 5 和 Wi-Fi 6 路由器,尤其是 Wi-Fi 6 路由器,因为 Wi-Fi 6 路由器能同时支持多个设备的数据发送和接收。当然,前提是用户的终端设备需支持 Wi-Fi 6 的 MIMO 功能。

 

2、同邻频干扰

除了多个终端设备在抢用网络资源时发生卡顿,在无线网络拥挤的办公场所,或是在家中其他无线设备同时工作时,如微波炉,我们也常常能遇见,畅通的网络突然变卡顿了,这可能是同邻频干扰的锅。

 

在具有较多无线信号的环境中,使用中的无线网络信号质量变差,是因为环境中的无线的工作频段和我们使用的无线的频段重合,或者相邻。用 Wi-Fi 分析软件抓取空中的无线信号,得到图七的结果,从图七中可以看出,环境中无线数量丰富,尤其是图七左边框选出的 5 个无线,都处于 1 号信道,这就可以称这 5 个 Wi-Fi 信号互相处于同频干扰中。处于同频干扰下的 Wi-Fi,会互相抢占信道资源,由于 Wi-Fi mac 层协议采用 CSMA/CA(载波监听多路访问 / 冲突避免),所以竞争信道等待时间的设置就显得比较关键,谁的等待时间短,谁就更容易抢占信道资源。IEEE 规定,大家竞争信道等待时间是有限值的,理论上大家都设置为上限值,等待相同的时间(均分时间),如果不幸你的路由器设置等待时间的值不如同频中其他路由器,那抢占能力就较弱,那么你的网络变得卡顿也是必然的。

 

图七  实际抓取的同邻频信号图

 

图七中处于 5 号信道的“CMCC-3gcc”和处于 6 号信道的“Firefly”存在邻频干扰。由于邻频干扰时,两个 Wi-Fi 信号互相看不到完整的频谱,导致封包不完整, 路由器在侦测时不能得到信道上有封包的讯息, 造成误判信道为空白可以使用, 同时占用公共部分,随机出现丢包,导致整体丢包率较大,从用户体验侧表现就是网络的卡顿。

 

再来谈谈微波炉,由于微波炉工作时候会产生较强功率的 2.4GHz 的辐射,其辐射的频段正好和路由器的 2.4G 频段相重合,同时存在同频和邻频的干扰,而且微波炉的发射功率比路由器的大,非常容易淹没路由器发出的有效信号,使得无线终端获取不到有效的信号,从而导致设备使用过程中出现卡顿的效果。

 

同邻频干扰的根本原因在于信道资源有限,如图七中的 2.4GHz 仅仅有 13 个信道,在同一空间中 WIFI 信号太多,不可避免地会引起同邻频问题。

 

3、现实问题解决措施

对以上各场景以及相关技术的分析,即使宽带网速够快,但如果存在多个终端设备同时需求较高的网络资源时,也会发生卡顿情况。这种情况下网络问题的根本原因在于 Wi-Fi 设备或者无线终端不能很好地支持 MIMO 技术。在终端支持 MIMO 前提下,选用 Wi-Fi 5 以及 Wi-Fi 6 设备;当无线终端支持 Wi-Fi 6 时,首推 Wi-Fi 6 路由器;在碰到同临频干扰时,通过设置路由器的信道选择为 AUTO 模式,此时路由器会自动选择干扰较少的信道,而在实际生活中可以先用 Wi-Fi 分析软件,查看当前 Wi-Fi 信道分布情况,再手动设置路由器的信道。若遇到微波炉干扰 2.4G Wi-Fi 的时候,我们可以连接上 5G Wi-Fi,这样,微波炉的 2.4G 就不会对我们使用的 5G 进行干扰了。