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类型华为:2020Wi-Fi 6与5G技术及应用场景白皮书(36页).pdf

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    1、 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 华为园区网络营销支持部 Version 1.0 作者:侯方明(Alan Hou) 2019 年 8 月Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 摘 要 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 ii 摘摘 要要 随着万物互联及万物上云时代的到来,人们对“高带宽、低时延、泛联接”的移动网络要求越来越高。Wi-Fi 6 与 5G 凭借各自的技术优势,成为新时代的关键联接技术。 本文介绍了 Wi-Fi 6 与 5G 各自的技术特点及主要应用场景,并从频谱、终端生态、安全性及应用场景等方面对两者做了对比;阐明 Wi-F

    2、i 6 网络与 5G 网络各有自己的最佳使用场景,谁也取代不了谁,两者在一定场景上可以互相补充;告知读者在合适的场景选取合适的技术,能够为企业节约成本、提高效率,加速企业的数字化转型。 本白皮书编写过程中,得到了华为园区网络各部门的大力支持。经过多次深入探讨和评审,为白皮书的观点形成与编写提供了有力支撑。后续我们将根据市场及客户的反馈意见,在持续深入研究的基础上适时修订和发布新版报告。 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 目 录 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 iii 目目 录录 摘摘 要要 . ii 1 概述概述. 1 2 Wi-Fi 6 与

    3、与 5G 技术介绍技术介绍. 2 2.1 Wi-Fi 6 简介 . 2 2.1.1 Wi-Fi 6 介绍 . 2 2.1.2 Wi-Fi 的主要应用场景. 3 2.2 5G 技术简介 . 4 2.2.1 5G 技术介绍 . 4 2.2.2 5G 专网应用场景 . 6 2.3 Wi-Fi 6 与 5G 共用技术 . 7 2.3.1 提高信道利用效率的 OFDMA 技术 . 7 2.3.2 MU-MIMO 和 Massive MIMO . 8 2.4 5G 技术加持的华为 Wi-Fi 6 . 9 2.4.1 5G 技术加持的华为 Wi-Fi 6 智能天线技术. 9 2.4.2 5G 技术加持的华为

    4、 Wi-Fi 智能射频调优技术(SmartRadio) . 10 2.4.3 5G 技术加持的 Wi-Fi 6 应用加速技术(Dynamic Turbo). 10 2.4.4 5G 技术加持的 Wi-Fi 6 无损漫游体验 (Lossless Roaming) . 11 3 Wi-Fi 6 与与 5G 对比对比 .12 3.1 频谱 . 12 3.1.1 Wi-Fi 频谱 . 12 3.1.2 5G 频谱 . 13 3.2 终端生态. 14 3.3 网络稳定性及灵活性 . 15 3.4 安全性 . 16 3.4.1 Wi-Fi 安全介绍 . 16 3.4.2 WPA3 使 Wi-Fi 6 更安

    5、全 . 17 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 目 录 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 iv 3.4.3 5G 安全 . 18 3.4.4 钓鱼 AP 与伪基站 . 19 3.4.5 安全对比 . 20 3.5 典型应用场景对比 . 21 3.5.1 室外覆盖 . 21 3.5.2 室内高密覆盖 . 22 3.5.3 VR/AR 等高带宽需求场景 . 23 3.5.4 工业生产制造 . 24 3.5.5 多分支场景 . 26 3.5.6 室内物联网场景 . 27 4 总结总结.28 4.1 Wi-Fi 6 与 5G 技术对比总结 . 28 4

    6、.2 Wi-Fi 6 与 5G 应用场景对比总结 . 29 A 缩略语缩略语 .31 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 1 概述 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 1 1 概述概述 在我们即将进入的万物互联的世界中,网络是基础设施,为人、机、物全面互联提供基础设施,促进各种数据的充分流动和无缝集成。Wi-Fi 和移动通信技术是物联融合的两大重要联接技术,一直在持续的满足人与人、人与物及物与物的随时随地联接。长期以来,Wi-Fi 和蜂窝网络就像移动设备上的两大高手,各有分工:一个主室内,一个主室外。多年来 Wi-Fi 以其频谱开放、兼容性好、易部

    7、署的特点,一直是室内覆盖大量数据流量的主要技术:比如下载和高清视频之类;蜂窝网络以广覆盖满足语音及室外数据流量的需求。蜂窝网络和 Wi-Fi 在接下来两年中,都将迎来一次巨大的升级。 Wi-Fi 6 与 5G 代表未来网络发展的主要方向,均能提供高带宽、高并发、低时延的网络,将驱动社会从人与人之间的宽带互联逐步扩展到万物互联,从而更加深远地影响未来人类社会的生活和工作方式。万物互联的智能世界中将涌现出如虚拟现实(VR) 、自动驾驶、远程医疗等丰富多彩的业务应用。 2019 年被称为 Wi-Fi 6 与 5G 的元年,业界关于 Wi-Fi 6 与 5G 技术应用的讨论从未停止,因此深入理解 Wi

    8、-Fi 6 与 5G 的技术特点、各自适合的应用场景是非常有必要的。 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 2 2 Wi-Fi 6 与与 5G 技术介绍技术介绍 2.1 Wi-Fi 6 简介 2.1.1 Wi-Fi 6 介绍 Wi-Fi 诞生 20 年来,其应用价值及商业价值被行业广泛认可。今天,我们能在几乎所有移动设备中和大多数室内环境中发现 Wi-Fi。Wi-Fi 在智能手机和笔记本电脑中的配置率已经接近 100%,而且 Wi-Fi 正在快速扩展到创新性消费类电子设备、物

    9、联网(IoT)和车辆中。据 Wi-Fi 联盟统计,目前有超过 100 亿台 Wi-Fi 设备在使用中,在全球范围内,Wi-Fi 承载了超过一半的数据流量,个人、家庭、政府、组织每天都依赖于 Wi-Fi。 图 2-1:Wi-Fi 发展历程 2018 年 10 月,Wi-Fi 联盟为更好的推广 Wi-Fi 技术,参考通讯技术命名方式,重新命名 Wi-Fi 标准,其中 802.11ax 被命名为 Wi-Fi 6,11ac 被命名为 Wi-Fi 5,以此类推。Wi-Fi 联盟计划在 2019 年第三季度对 Wi-Fi 6 产品进行认证,因此 2019 年被看作是 Wi-Fi 6 元年。Wi-Fi 的一

    10、大特征是向下的兼容性,Wi-Fi 6 网络里完全兼容 Wi-Fi 5 及以前协议的终端接入。 Wi-Fi 6 是下一代 Wi-Fi,除了提供更高的速度和更大的容量、更低的延迟以及更加精细化的流量管理以外,Wi-Fi 6 还将拥有更高的频谱效率、更大的覆盖范围、更节能的接入终端功耗需求、更高的可靠性和安全性,以及对流量消耗型和时延敏感型应用的Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 3 接入能力,它将大幅扩展 Wi-Fi 网络的应用范围和场景,从企业办公网络扩展到企业生产网络。 图

    11、 2-2: Wi-Fi 6 理论带宽 Wi-Fi 6 技术会带来以下改变以提高接入用户的体验: 理论带宽 9.6Gbps 的超高带宽(160MHz 频宽下 8 条流) AP 接入容量是 Wi-Fi 5(802.11ac)的 4 倍,支持更多的终端并发接入 终端功耗节约 30%以上,满足物联网终端对低功耗的要求 除了 OFDMA 技术及 MU-MIMO 技术(在第 2.3 章介绍) ,Wi-Fi 6 还有以下关键技术: 目标唤醒时间目标唤醒时间 TWT(Target Wake Time)是 Wi-Fi 6 支持的另一个重要的资源调度功能,它允许设备协商什么时候和多久会唤醒发送或接收数据,无线接入

    12、点可以将客户端设备分组到不同的 TWT 周期,从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量。TWT 还增加了设备睡眠时间,从而大大提高了电池寿命。 信道空间复用技术信道空间复用技术(Spatial reuse technique)-BSS Color:频率资源的匮乏是 Wi-Fi 心中的痛,尤其是在封闭的高密度场馆里,部署多个 AP 时, AP 可以听到其他所有同信道 AP 的帧,即使是最强大的调频算法也难以解决同频干扰问题。为了提升密集部署环境中系统整体性能和频谱资源的有效利用,Wi-Fi 6 提出了一种信道空间复用技术(Spatial reuse technique)-BSS Color,在帧

    13、中增加了 6 个 bit 的标识符,可以区分不同 AP 相同信道的 BSS。 2.1.2 Wi-Fi 的主要应用场景 Wi-Fi 网络建立了分布式连接架构,使 Wi-Fi 能够承载绝大部分无线流量,并在住宅内、建筑物内、设备密集的室外区域等最需要的地方提供宽带连接。 企业、学校、制造、医疗、政府、酒店、机场,咖啡厅,你能想到有人活动的室内地方几乎都有 Wi-Fi 覆盖,例如现在几乎不可能找到一个不向顾客提供 Wi-Fi 接入的机Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 4 场或酒

    14、店。在住宅中,Wi-Fi 也是首选连接方式。当前,Wi-Fi 承载了超过一半的数据流量。 Wi-Fi 能够无处不在,取得主导地位,其高性能和设备的经济实惠性发挥了重要作用。Wi-Fi 接入点的成本很低,可支持越来越多用户的接入使 Wi-Fi 的边际成本持续降低, Wi-Fi 的每比特成本约为蜂窝网络的 1/30,因为 Wi-Fi 的资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)都更低,而容量却更大。 Wi-Fi 6 能提供更高的数据速率、更大的网络容量、解决了高密场景的干扰问题、而且更加节能适合 IoT,Wi-Fi 6 将满足更加广泛的下一代物联网连接场景的需求。 图 2-3: Wi-Fi 6

    15、的主要应用场景对带宽和时延的要求 Wi-Fi 是短距离的无线技术,由于 AP 发射功率的限制(一般室外 AP 的发射功率不超过 500mw,27dBm) ,同时要考虑终端的上行功率,Wi-Fi 不适合室外长距的覆盖,仅可用于几百米范围的室外无线覆盖以及高密度带宽需要的室外,例如学校操场。 2.2 5G 技术简介 2.2.1 5G 技术介绍 2017 年 12 月 20 日,葡萄牙里斯本 3GPP RAN 第 78 次全会正式发布了第一个5GNR(New Radio,新空口)标准,并于 2018 年 6 月 14 日 3GPP 全会批准了第五代移动通信技术标准(5G NR)独立组网功能。该标准的

    16、发布,加速了 5G 商用进程。 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 5 图 2-4: 移动通信发展历程 随着人们对 5G 研究的不断深入,全球移动通信行业逐步就 5G 应用的场景达成了共识。ITU-R(国际电信联盟无线电通信组)定义了 5G 应用的三大业务类型, 如下图所示: 增强型移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,简称 eMBB) ; 超高可靠低时延通信(Ultra-Reliable and Low-Latency Communications

    17、,简称URLLC) ; 大规模机器类通信(Massive Machine Type Communications,简称 mMTC) 。 图 2-5: 5G 三大场景 从 3G 到 4G 的演进,是网络整体演进,即从接入网到核心网全部需要更换。5G 是不同的,为了方便向三大场景演进,5G 接入网(5G NR)和核心网(5G Core)可以分别演进到 5G 时代。于是,5GNR、5G 核心网、4G 核心网混合搭配,就有了我们所说的非独立组网(NSA)架构和独立组网(SA)架构。中国主要使用 SA 方式,是因为中国市场大,设备多,直接一步到位 SA 架构在未来满足万物互联的需求。 Wi-Fi 6 与

    18、 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 6 5G 在毫米波 200MHz 的频宽下理论带宽可以达到 11.2Gbps,在 Sub-6GHz 下100MHz 的频宽下理论带宽最大为 3.3Gbps,比 LTE 有几十倍的提升。 图 2-6: 5G 理论速率 2.2.2 5G 专网应用场景 与 2G 萌生数据、3G 催生数据、4G 发展数据不同,ITU-R 定义了 5G 的三大应用场景 图 2-7: ITU-R 定义的 5G 三大应用场景 自动驾驶汽车、室外无人机、智慧城市 IoT 等,都需要在室外

    19、安全、可靠、低延迟或高带宽的连接,只有 5G 可以同时满足这样严格的要求。 但同时,由于 5G 工作在较高的射频,Sub 6G(如 3.5GHz、4.9GHz)和毫米波等不同的频段,按照电波传播规律,频率越高,空中传播损耗越大,进一步考虑到建筑物内部各种隔墙阻挡,高频覆盖室内深处的效果将更差。因此 5G 一般需要单独在室内部署覆盖设备,提供 5G 信号。 运营商要改变流量经营增量不增收的现状,在 5G 时代开始涉足垂直行业,为企业用户提供高带宽、低时延、高并发的 5G 企业专网。为了实现差异化服务,保障关键业务,Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术

    20、介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 7 运营商的 5G 网络通常会采用切片技术,网络切片通过网络虚拟化技术,将网络中的各类物理资源抽象成虚拟资源,并基于指定的网络功能和特定的接入网技术,按需构建端到端的逻辑网络,提供多种网络服务。 下图为利用 5G 进行现场直播后通过 VR 播放的专网拓扑;可以看到: (1) 必须有运营商参与建设,所有的流量都需要经过运营商核心网转发,不能限制数据仅在企业内流转。 图 2-8: 5G 切片专网拓扑示例 (2)5G 终端的正式商用时间约在 2020 年,当前的 5G 连接需要通过 5G 的 CPE 设备接收 5G 信号,再

    21、通过网线连接编解码设备。当前无论是企业办公设备还是家庭娱乐设备,在出厂时极少配备 SIM 卡插槽,无法直接支持连接 4G 或 5G,很多时候是通过5G 的 CPE 接收 5G 信号,再转换成本地 Wi-Fi 信号覆盖。 (3)由于企业 IT 人员不具备通信专业知识,5G 专网通常需要由运营商进行规划、建设及运维;成本、时间及效率都是一个考验。 2.3 Wi-Fi 6 与 5G 共用技术 长期以来,Wi-Fi 与移动通信一直是无线连接的两大关键技术,制定和实施这两个技术标准的人都有一个共同的目标:最大程度的提升连接速度及用户的满意度。因此,两者在技术的演进过程中,不断互相借鉴。 2.3.1 提高

    22、信道利用效率的 OFDMA 技术 OFDMA 是从 OFDM 演进过来的,最早应用于通信技术 LTE。后被引用到 Wi-Fi 6中。 在传统方式中,每个用户要发送数据(无论数据包的大小)都会占用整个信道,由于无线网络中传输大量的管理帧与控制帧,这些帧虽然数据包小但还是要占有整个信道,就像一辆大公共汽车只拉了一个乘客;如下图,使用 OFDMA 在频域上将无线信道划分为多个子信道(子载波) ,形成一个个频率资源块,用户数据承载在每个资源块上,而不是占用整个信道,从而实现在每个时间段内多个用户同时并行传输,不必排Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍

    23、文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 8 队等待、相互竞争,提升了效率,降低了排队等待时延。因此 OFDMA 特别适合传输大量小数据包的多用户场景,例如物联网或语音等。 图 2-9: Wi-Fi 6 OFDMA (Source:Wi-Fi Alliance) Wi-Fi 6 标准里采纳了这种技术来提高频谱的利用效率,以 80MHz 的频宽为例,最多可以分成 37 个资源单元,同时供 37 个用户并发。 5G 标准的空口技术也是源于 OFDM,在子载波及频宽设计上与 OFDMA 有类似的地方。由华为主导提出的新波形 F-OFDM(Filtered OFDM)技术,

    24、与 OFDM 最大的区别就是子载波带宽可以根据需求进行调整,以满足不同业务的时频资源需求。将系统带宽划分若干子带,子带之间只存在极低的保护带开销,每种子带根据实际业务场景需求配置不同的波形参数。各子带通过滤波器进行滤波,从而实现各子带波形的解耦。 2.3.2 MU-MIMO 和 Massive MIMO MIMO(多进多出)技术最早起源于 Wi-Fi,被用于 802.11n,后来又被用于 802.11ac与 LTE。 MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output的缩写)顾名思义指的是多用户的多进多出。MU-MIMO 技术最早用于 Wi-Fi

    25、 5 的 802.11ac wave2 阶段,但只支持 AP 到终端的下行传输过程,其 AP 节点可以同时向多个支持 MU-MIMO 的客户端发送数据包,解决了之前无线 AP 一次只能和一个终端通信的问题。 Wi-Fi 6 保持了这一技术,并进一步增强,在 Wi-Fi 6 里增加了支持 Uplink MU-MIMO,而且最多支持 8x8 的天线,即:最多支持 8 个 1x1 用户的并发上行或下行。 图 2-10 MU-MIMO Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 9 在 5

    26、G 里同样使用这个技术,改了个名字叫 Massive MIMO,为了实现在室外的更大范围及用户覆盖,天线的数量可以为 64T64R(T:发射,R:接收) ,而且支持水平方向+垂直方向的波束成型,因此又被称为 3D MIMO。只是这种天线体积较大不适合室内安装,华为室内 5G 覆盖的 LampSite 一般采用 4x4 MIMO 的天线。 2.4 5G 技术加持的华为 Wi-Fi 6 除了 Wi-Fi 6 标准从 5G 技术借鉴的技术外,华为凭借自身 5G 技术的优势,将一些特有的“黑科技”引入到了华为 Wi-Fi 6 中,使华为的 Wi-Fi 6 在业内处于领先地位。 2.4.1 5G 技术加

    27、持的华为 Wi-Fi 6 智能天线技术 这里不得不提一下华为的智能天线技术。大家都知道:智能天线指的是带有可以追踪、定位信号源的智能算法,并且根据上述信息,进行调整的天线阵列,就好比探照灯集中光束追踪物体,获得更精准的效果。借助于多年的通信技术积累,华为的智能天线在新技术、新材料、新工艺及智能算法上都处于领导地位。华为创新自研芯片、高集成度设计、散热技术,打造业界领先的 5G Massive MIMO 智能天线,华为 5G 的领先有一部分是华为天线的功劳; 同样,华为的 Wi-Fi 6AP 全部使用了源于华为 5G 天线技术的智能天线,它与传统的全向天线相比,在信号强度、干扰抑制上有很大提升,

    28、从而让信号的覆盖距离比传统的远 20%,信号干扰可以减少 15%。 图 2-11 华为 Wi-Fi 6 智能天线 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 10 智能天线的关键技术除了硬件设计外,智能天线的选择算法是灵活动态调整信号覆盖方向、让信号跟随用户而动的关键。华为智能天线采用了独家的波束选择算法,可以在极短的时间内,在 232种天线组合中选取最佳的天线组合,从而做到信号随用户而动,达到精准覆盖的目的。 2.4.2 5G 技术加持的华为 Wi-Fi 智能射频调优技术(Sma

    29、rtRadio) 无线网络优化就是对无线网络的设备参数、天线等进行调整,从而使得无线网络在无线覆盖、网络容量、系统性能等方面达到最优。蜂窝无线网络由于其大规模组网等特征,比 Wi-Fi 的优化难度更高。华为将多年的蜂窝网络优化经验移植到 Wi-Fi 中,从射频发射功率、信道、频宽等方面提供最优 Wi-Fi 网络。 同时,为了更好的探测周围环境与干扰情况,华为 Wi-Fi 6 AP 内置独立探针,独立探针实时对 2.4G 与 5G 环境进行扫描,而不是用工作射频去扫描,干扰优化的准确性提升 30%;同时,华为通过 AI 技术分析无线网络历史干扰情况及 AP 负载情况,预测并自动配置 AP 的最佳

    30、信道。 2.4.3 5G 技术加持的 Wi-Fi 6 应用加速技术(Dynamic Turbo) 5G 网络切片技术可以根据行业业务要求,然后在其物理网络上生成切片对应的逻辑网络,提供给行业客户使用,保障关键业务的带宽及时延。 华为 Wi-Fi 6 借鉴 5G 网络切片技术,核心交换机、WAC、AP 均支持层次化 QoS,识别和优先保障关键用户的关键应用,实现关键业务端到端的 QoS 保障。AP 检测和上报拥塞,WAC 上对拥塞 AP 预留专用通道,进行流量整形;同时 AP 为 VIP 用户预留带宽:AP 根据用户权重,通过用户缓存数据量和空口发包速率等指标实时评估 VIP 用户需要的频谱资源

    31、,基于 DL&UL OFDMA 传输模式的 RU 分配实现带宽预留。 图 2-12: 华为 Dynamic Turbo QoS 保障 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 2 Wi-Fi 6 与 5G 技术介绍 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 11 华为 Wi-Fi 6 Dynamic Turbo 可以保障 VR/AR 时延低于 10ms,用户体验无眩晕。 2.4.4 5G 技术加持的 Wi-Fi 6 无损漫游体验(Lossless Roaming) 移动蜂窝通信过程中,无缝切换可以有效保证移动用户的无间断通信,基站可以根据移动终端的信号质量等判

    32、断是否要求终端进行切换,如果满足,源基站会告知终端切换到目标基站。 华为将移动蜂窝网的无缝切换技术移植到了 Wi-Fi 网络中,AP 会根据终端的移动轨迹预测终端的下一个漫游 AP 组,协助终端快速漫游到目标 AP;整个过程中无丢包,有效解决终端粘性问题。 华为的 Lossless Roaming 技术可以实现智慧仓储的 AGV 小车漫游零丢包。 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 12 3 Wi-Fi 6 与与 5G 对比对比 在 4G 时代,由于主要用于语音及个人户外的网络

    33、流量,跟 Wi-Fi 之间交集较少。但在5G 时代,5G 要改变世界就必须与应用相结合,涉足垂直行业,这与 Wi-Fi 有了很大的重叠,而且两者在技术上有类似之处,用户该如何选择? 3.1 频谱 3.1.1 Wi-Fi 频谱 众所周知,Wi-Fi 使用的频段是免费频段,任何人与单位可以随便使用,无需报备。 Wi-Fi 频段分为 2.4GHz 与 5GHz 两部分,其中 2.4G 频段是全世界公开通用使用的无线频段,用于短距离无线传输。有 83.5MHz(2.4GHz-2.4835GHz)的频宽可以使用, 2.4G 除了 Wi-Fi 在使用外,蓝牙、Zigbee、无线 USB、微波炉等也在使用这

    34、一频段,因此 2.4G 频段遇到干扰的机会比较大。 Wi-Fi 的 5GHz 不是通信标准的 5G,而是指工作在 5GHz 频段的 Wi-Fi,在频率、速度、抗干扰都比 2.4GHz 强很多,但 5GHz 频段由于频率高,波长相对于 2.4GHz 要短很多,因此穿透性,距离性偏弱。各国对 Wi-Fi 可用的 5GHz 的频段范围略有不同,5GHz 的频宽比较宽,而且干扰小,适合高速传输。见下图; 图 3-1: Wi-Fi 5GHz 信道分布 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司

    35、13 从图中可用看出,在中国,5GHz 一共可以有 3 个 80MHz 的频段,但只有 1 个160MHz 的频段可用使用,因此,虽然 Wi-Fi 6 支持 160MHz 的频宽,但很难被使用,因为只有 1 个 160MHz 的频段可用,无法解决干扰问题。其他国家也面临相同的问题。美国的 FCC 已通过草案放开 6GHz 的频段给 Wi-Fi 使用,欧盟也计划放开6GHz 的前 500M(5.925GHz-6.425GHz)频宽给 Wi-Fi 使用。有了这些频段,Wi-Fi未来的发展及应用前景将更加广泛。 图 3-2: 6GHz 信道分布 3.1.2 5G 频谱 相对于 Wi-Fi,5G 的频

    36、谱绝对称得上是战略资源,各个国家都是以拍卖的形式发放给运营商,每一 MHz 都得用亿美元来衡量。 5G 的频段也可以看成分为两个区域,一个是 6GHz 以下的,称为 sub-6GHz,这部分是 5G 当前的主流应用范围。我们知道频率越低,覆盖能力越强,穿透能力越好,但目前低于 3GHz 的部分,已经在之前的网络中使用,各国使用状况不同,因此,目前3.5GHz 是 5G 应用的主流。每家运营商能分配的频宽在 100MHz 左右,以中国为例,中国电信与中国联通分别获得 3.5G 频段 100MHz 的频宽;中国移动获得 2.6G 频段约160MHz 的频宽,同时获得 4.8G 频段 100MHz

    37、的频宽。另一个是毫米波(mmWave,目前美国在主推) ,使用的则是频率超过 24GHz 的高频电磁波,穿透能力较弱,但带宽十分充足。 图 3-3: 中国 5G 频谱分布 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 14 为了促进电信技术和垂直行业的结合,推进各行业数字化转型,一些国家政府开始考虑将部分(5G)频谱分配给商业主体使用。2015 年 4 月,美国 FCC 为公众无线宽带服务(Citizens Broadband Radio Service,CBRS)在 3.5 GHz 频

    38、段(3550-3700MHz)提供 150MHz 的频谱,面向建设独立于运营商的私有 LTE(5G 也在考虑之中)网络。目前 CBRS 正在召集更多厂商进行相关互联互通协议的认证,同时计划2020 年提供 5G 部署能力。当然,频谱共享是政治问题、利益问题,会有各方面的压力与阻力,推行起来并不会一帆风顺。 3.2 终端生态 从个人手机到办公网络中的打印机、电子白板、智能楼宇控制系统、投影电视、智真系统等,几乎 100%的设备都内置了 Wi-Fi 模块,可以方便的通过企业或家庭 Wi-Fi 接入网络。企业要实现数字化转型,会用到各种 IoT 设备,这些 IoT 设备有的支持 Wi-Fi,有的支持

    39、 RFID、Zigbee、Bluetooth 等,目前的 Wi-Fi AP 里都支持了这些物联网协议,因此可以在一套 Wi-Fi 网络里同时实现 IoT 的支持。 蜂窝网络进入企业市场的时间很短,因此主要是手机和部分 Pad 支持 SIM 方式接入蜂窝网络。随着 NB-IoT 在广域物联网的发展,以智能抄表、共享单车为代表的一些物联网设备开始支持 SIM 方式,但都需要跟某一家运营商合作定制产品。 图 3-4: Wi-Fi 与蜂窝网终端生态 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司

    40、15 3.3 网络稳定性及灵活性 (一)网络稳定性(一)网络稳定性 一直以来,大家的感觉是 Wi-Fi 不如 4G/5G 网络稳定,这一方面是由于 Wi-Fi 工作频段为公共频段,容易受到干扰,另一方面是随着使用人数的增多,终端间的相互冲突造成网络吞吐量急剧下降。 Wi-Fi 6 的频率复用技术在很大程度上减少了频率干扰, OFDMA 及 MU-MIMO 技术提升了网络效率及容量。随着并发用户数量的增多,Wi-Fi 6 下的用户时延并没有像Wi-Fi 5 那样显著增加,AP 的总并发带宽也没有出现指数级下降,Wi-Fi 6 时代的无线网络已经越来越稳定。如下图 Wi-Fi 5 与 Wi-Fi

    41、6 网络的对比: 图 3-5: Wi-Fi 6 的稳定性仿真(2x2 终端 80MHz) (二)网络灵活性(二)网络灵活性 Wi-Fi 网络以灵活性著称,容易部署,可以根据业务需求增加 AP 以扩大无线的覆盖范围及容量,可以定制策略控制不同类型的终端是否可以访问网络及访问带宽等。当有新的用户或新的终端要接入网络时,只要配置相应的账号就能接入网络。 同时,可以控制终端间的互访及访问内部服务器的流量无需绕行外网,保护数据安全。 当 5G 连接时,所有终端间的互访都需要经过运营商的网络,影响传输效率;同时,管理复杂:如果有新的用户或新终端要访问网络,需要新申请才能接入;如果要增大或改变网络覆盖范围,

    42、也需要运营商协助。 图 3-6: Wi-Fi 与蜂窝网络流向区别 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 16 3.4 安全性 3.4.1 Wi-Fi 安全介绍 我们通常所说的 Wi-Fi 网络安全应该包括终端侧安全、网络侧安全、数据安全。后台应用服务器的安全跟有线网络相同,由防火墙、行为管理系统等安全设备负责。 终端安全:终端安全除了要保护终端不受病毒、木马侵害外,还要保证终端是可信未被仿冒的,企业通常采用 BYOD 为办公终端内置数字证书的方式,来确定是企业受信终端,防止终端被

    43、假冒。 网络侧安全:Wi-Fi 的网络侧安全分为认证与授权,认证目的为验证接入者的身份,授权目的是保证接入者只能访问允许的资源。常见的认证方式及安全性从低到高为:MAC Auth-Portal-802.1x 认证。常见的授权因子包括:身份、终端类型、位置、时间等;即可以授权:什么人在什么时间、什么地方使用哪种终端、可以访问什么资源。 数据安全:Wi-Fi 的加密目的是保证传输过程中的数据安全,加密协议一直在演进,从最早的 WEP 阶段,到 Wi-Fi 6 时代的 WPA3 阶段,其安全性与时俱进、不断增强。 图 3-7: Wi-Fi 加密技术演进 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书

    44、 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 17 Wi-Fi 的安全性一直被人们所诟病,使用 Wi-Fi 真的不安全吗?其实大家所说的 Wi-Fi不安全,主要是指公共场所提供的没有加密的无线信号或者采用共享密码(PSK)的信号造成网络侧不安全及用户数据不安全。咖啡厅、机场等公共场所为了方便大家接入Wi-Fi,一般采用开放不加密的无线信号,或者是明文 portal 方式输入手机号验证码验证用户身份,用户很容易连接网络,对网络侧设备发起攻击破坏,或使连接 Wi-Fi 传输的数据因为没有加密被识别出。 企业级 Wi-Fi 采用 802.

    45、1x 认证及 AES 加密,要求输入账号与密码的方式是安全的,至今未被破解。尤其当使用基于 EAP-TLS(Extensible Authentication Protocol-Transport Layer Security)的 802.1x 认证时,终端与网络设备都要安装数字证书进行双向认证,可以有效防范窃听和报文篡改等攻击行为。 3.4.2 WPA3 使 Wi-Fi 6 更安全 WPA3 是 Wi-Fi 新一代的安全标准,Wi-Fi 6 设备需要支持这一标准,华为的 Wi-Fi 6设备全面支持 WPA3。WPA3 标准主要包括以下两部分: 针对咖啡厅等使用 open 无密钥的 SSID

    46、信号,WPA3 提供 Enhanced Open-OWE(Opportunistic Wireless Encryption)技术,终端在关联 AP 时通过 Diffie-Hellman 算法协商并产生共享密钥,对通信的数据进行加密。避免了以前数据明文传输容易被窃取的风险。 针对以前的 WPA2 协议,由于 WPA2-Personal 的共享密钥方式(PSK)已经被暴力字典破解,存在安全风险,WPA3 使用 SAE(对等同步认证)既能防止暴力破解又能防止重放攻击;WPA2-Enterprise 的 AES 加密方式目前是安全的,为了满足政府、金融等对安全要求极高行业的要求,WPA3 提供 CN

    47、SA (Commercial National Security Algorithms,Suite B)安全算法,将加密密钥由 WPA2 的 128位提升到了 256 位,彻底解决暴力破解问题。Suite B 安全算法是美国国家安全局推荐使用的加密算法,它是一种椭圆曲线型加密技术,使 WPA3 更适合政府、金融行业的使用。 同时,WPA3 建议开启 PMF(Protected Management Frames,802.11w) 。默认情况下 Wi-Fi 的管理帧是不加密的,容易被窃听受到攻击,开启 PMF 保护管理帧后,黑Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与

    48、 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 18 客难以发起管理类的攻击。虽然 PMF 在 802.11ac 时期就提出来了,但一直没有强制要求。 图 3-8: PMF 保护 不同强度的加密算法暴力破解需要的时间如下图,目前看来破解 AES128 也是一件不可能的事情。 表 3-9: 不同强度的加密算法暴力破解需要的时间 3.4.3 5G 安全 传统的蜂窝网络是以实体(U)SIM 卡为基础来管理用户的身份和密钥,认证机制由 2G 中终端的单向认证改进为 3G/4G/5G 中双向认证;密钥长度和算法安全性也在不断增强; 图 3-10: 5G UE 和核心网

    49、互相认证鉴权 Wi-Fi 6 与 5G 技术及应用场景白皮书 3 Wi-Fi 6 与 5G 对比 文档版本 01 (2019-08-05) 版权所有 华为技术有限公司 19 5G 的安全增强包括: (1) 在 4G 中终端在注册到网络时,IMSI 明文传输,容易泄露用户信息。在 5G 里将用户的认证请求报文采用了加密处理,避免了信息泄露(这与 Wi-Fi 里的PMF 类似) 。一旦终端注册成功,会使用 TMSI 号来标识用户进行通信。 图 3-11: 4G 终端注册到网络 (2)5G 密钥由 4G 时代的 128bit 增强为 256bit,更长的密钥意味更安全。 5G 网络需要支持海量智能设

    50、备和形式多样的终端,部分设备不适合使用(U)SIM 卡,从而驱动 5G 网络信任垂直行业的认证(802.1x 等)或引入新的终端身份管理方式。 3.4.4 钓鱼 AP 与伪基站 我们知道通信里有伪基站,伪基站干扰和屏蔽一定范围内的运营商信号,冒充10086、95588 等运营商、银行客服的号码发送短信。一旦有人点开短信中的链接,就可能造成巨大的经济损失。而且很难被直接发现,目前一直没有非常有效的手段控制。 同样,在 Wi-Fi 网络中也存在仿冒 AP,又被成为钓鱼 AP,广播出跟工作 AP 相同或相近的 SSID 信号,诱使用户去连接钓鱼 AP。一旦用户连接到钓鱼 AP,用户的账号信息、发送的

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