Kim工房:纸上谈兵系列 @ 篇一:如何选无线路由器

序:AC4000、AC2600和AC1900的无线路由到底有啥区别?数字越大越牛么?MU-MIMO又是什么黑科技?

Kim工房:纸上谈兵系列 @ 篇一:如何选无线路由器 

常言道纸上得来终觉浅,购物这么严肃的事情,怎么能纸上谈兵呢?可现实情况是,大多数消费行为,都不可能像超市试吃或商场试鞋一般,在消费决策之前就能对商品进行某种程度的体验,因此“做功课”依然是消费决策的重要环节。关键就看,听的是谁的课?


所谓《纸上谈兵系列》,就是给大家科普几个知识点,或者分享一些相对权威的资讯网站,作为消费决策的参考。基本上,顺着这条路走下来,即使未能亲身体验,起码也能对商品建立起相对理性的认知。


恰逢近期准备做一篇网件R8000P无线路由的评测,折腾之余对无线路由的基本概念和市场环境也有了更深的理解,索性把自己掌握的知识点整理成篇,那么第一期“纸上谈兵”就从无线路由器开始……


本文概况:

一、夜鹰引路

二、数字游戏

三、带宽解读

四、MU-MIMO

五、千兆路由

尾巴、门当户对

全文6000字,图片很少,请耐心学习。


一、夜鹰引路


老实说,Kim并非无线路由的发烧玩家,此前根本没碰过600元以上的无线路由或无线网卡,就连家里的路由器都还是官方固件,基本上对WiFi的技术规格一知半解。就因为要做R8000P的评测,面对网件家用无线路由的次旗舰,功课自然不敢怠慢,否则,贻笑大方事小,害人害己事大。


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R8000P隶属网件的“夜鹰(Nighthawk)”系列,即家用无线路由的高端产品。从上面的夜鹰族谱不难看出,R8000P在家族中位列第三,与R8500同属网件家用无线路由的次旗舰。在此不得不感谢这只夜鹰,正是高高在上的它激起我对WiFi基本概念的兴趣,下面就跟着Kim教授的节奏,一起来揭穿这场数字的游戏。


二、数字游戏


那么问题来了……在路由器命名上,诸如AC4000、AC2600和AC1900是啥意思?在5GHz频段,带宽接近的1625Mbps、1733Mbps和2166Mbps又是怎么来的?难道是厂家拍脑袋定义出来的么?不能不遗憾的说,历经十多年的发展,家用无线路由器市场早已奏响冰与火之歌,然而在规范和标准方面,却依然还在玩数字的游戏。


以本期主角网件R8000P为例,其标称的AC4000只是三个独立频段的带宽累加值,即2.4GHz的750Mbps + 5GHz(1路)的1625Mbps + 5GHz(2路)的1625Mbps,但是不管你的终端有多强,它只能工作在其中一个频段下面,并不能同时连接双频或三频来实现并发传输。


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换句话说,三频路由器就好比是三条平行公路,WiFi终端就是汽车,它可以跑在一号公路、二号公路或者三号公路,但只能是一条公路在为汽车服务。从某种意义上说,用多个独立频段带宽累加值来标称设备性能是不严谨的做法,很容易让消费者误解,因为单纯从累加值根本无法判断设备规格的高低……


再回来看看这张夜鹰族谱,R8000P的带宽累加值=4000,R7800的带宽累加值=2600,乍看前者规格更高,很容易以为R8000P的带宽更大(速度更快)。但仔细看各频段的带宽,万万没想到,无论2.4G还是5G频段,都是R7800的带宽更胜一筹。简而言之,就单台终端而言,R7800能提供的理论带宽更大,而R8000P只是多出一个频段,能带动更多的终端而已。


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如果说750+1625+1625可以称为4000Mbps无线路由器,那么一台带有10个千兆以太网口的交换机,是不是也应该叫“万兆交换机”?


三、带宽解读(解毒?)


对路由器的标称带宽(累加值)解毒之后,数字的游戏依然在继续,那么单频段的理论带宽是怎么来的呢?主要由四个因素决定:协议、调制方式、频宽和MIMO流数。解释起来有点复杂,索性看表更直观。以网件R8000P为例……


2.4G带宽=750,表明它802.11n协议(通常用于2.4GHz)下支持1024QAM调制,MIMO为3x3,在40Mhz频宽时,能提供750Mbps的理论带宽。


5G带宽=1625,表明它802.11ac协议(即5GHz)下支持1024QAM调制,MIMO为3x3,在80Mhz频宽时,能提供1623Mbps的理论带宽。


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关于上面的四大因素,简单科普如下:


1、协议:目前主流的WiFi协议就是802.11n和802.11ac,前者可工作在2.4G或5G频段,后者仅工作在5G频段。考虑到11ac在理论带宽上明显高于11n,因此在实际应用中,基本是11n跑2.4G、11ac跑5G。至于网件新旗舰R9000所采用的802.11ad协议,工作在60GHz频段,虽然理论带宽亮瞎眼(4600Mbps),但传输距离非常短(短距为啥不走网线),实用价值并不高(我不是高级黑)。事实上,华硕刚刚发布的RT-AX88U,采用工作在5G频段的802.11ax协议,这货才是11ac的正统接班人。


2、调制方式:很深奥的概念,简单说就无线信号的数据包密度,在频宽相同的情况下,QAM数值越大,MIMO单流的理论带宽越高。802.11n标准的调制方式为64QAM,在频宽40MHz时单流带宽为150Mbps;802.11ac则将标准提升至256QAM,同频宽下单流带宽就变成200Mbps。有意思的是,某些芯片厂家(博通、高通)将11ac的256QAM移植到11n协议里,从而将11n的单流带宽从150Mbps提升至200Mbps,这就是所谓的TurboQAM。更有甚至,这些军火商又将11n和11ac的256QAM进一步提升至1024QAM,即所谓的NitroQAM。尽管从理论带宽上看,TurboQAM和NitroQAM都让单流速率芝麻开花,不过它们并非802.11的标准规范,纯属芯片厂家的创新行为,因此其加速效果完全取决于终端的兼容性。


3、频宽:作为无线路由器的主要设置项之一,频宽应该不陌生,这玩意也是成倍提升理论带宽的有效途径。802.11ac之所以能在理论带宽上远超802.11n,除了256QAM调制之外,就是80MHz的加持,正是依靠这两项核心技术,单流理论带宽才从11n的150Mbp飞跃至433Mbp。事实上,802.11ac还能支持到160MHz,不过同样需要终端兼容,因此实际应用中并不多见。


4、MIMO流数:无线通信的核心技术,通过发射端和接收端的多天线同步传输,来成倍提升理论带宽,也可以简单理解为天线数。1x1表示1根天线收+1根天线发,即单流;2x2表示2收2发,即双流,其理论带宽是单流的两倍;同理递进,无需多言。不过还是老问题,不管路由器或终端是几流,最终都是向下兼容,使用2x2的终端来搭配4x4的路由器,就只能跑出2x2的理论带宽。


那么问题就简单了,要想将路由器或终端的WiFi性能发挥到极致,就必须门当户对,协议-调制-频宽-天线,任何一个环节不兼容,最终的理论带宽都会大打折扣。考虑到常见的WiFi终端(手机、平板、电视盒子、物联网)最多就是2x2,只有高端笔记本电脑和高端无线网卡才支持3x3甚至4x4,因此,建议普通家庭用户谨慎选择2x2以上的高规无线路由器。以802.11的标准规范来看,2x2的典型配置就是300Mbps(2.4GHz)+867Mbps(5GHz),即所谓的AC1200路由器(难怪斐讯K2红遍大江南北)。


既然支持3x3和4x4的终端并非主流,那么高于2x2(AC1200)的所谓中高端无线路由器岂不是成为花瓶?显然厂家也意识到这个问题,于是将MU-MIMO以黑科技的形象推向市场,试图说服更多家庭用户选择中高端路由器。


四、MU-MIMO


尽管网件R8000P依然采用802.11ac协议,不过此11ac非彼11ac,事实上802.11ac分为两阶段,早期的11ac路由器都是Wave 1(一阶段)标准,从2015年开始中高端产品不约而同都转向Wave 2(二阶段),新标准最大的亮点就是MU-MIMO。


为什么要引入MU-MIMO呢?这得从MIMO谈起……严格来说,原有的MIMO也叫SU-MIMO(即单用户MIMO),虽然它支持多天线同步传输,但在同一信道和同一时间内,路由器只能与一个终端通信。假设路由器支持4x4,其5G频段信道149下面挂有三个终端,分别是2x2的笔记本电脑、1x1的手机和1x1的手机,那么在某一时刻,路由器只能三选一来通信,如果选中笔记本,那么两台手机就要排队,即使2x2笔记本只占用了4x4路由器带宽的50%,剩余的50%带宽也没法分配给两台手机。


MU-MIMO即多用户MIMO,它是在SU-MIMO的基础上,增加多终端同步传输的机制,从而提高路由器理论带宽的利用率。还是之前的例子,在支持MU-MIMO的情况下,4x4的路由器恰好可以同时与三台终端通信,而且三台终端都不会降速,路由器的带宽得以充分利用。下图就是两种MIMO最直观的体现:


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从技术上看,MU-MIMO似乎非常耀眼,虽然它并没有直接提升终端的WiFi速率,但是通过提高路由器的带宽利用率,还是能在拥堵的情况下有效改善终端降速问题,最终提升用户上网体验。而且从广告上看,L-A-N三巨头也对MU-MIMO推崇备至,宛如外星黑科技一般舍我其谁。


LINKSYS:这款新一代AC路由器配备MU-MIMO(多用户、多输入、多输出)技术,可为您的各种设备(PC个人电脑、智能电视、流媒体设备、智能手机)提供高速服务——如同每个设备独享专属路由器一样。当您进行家庭办公时,即使其他家庭成员正在客厅播放4K流媒体或高清媒体视频,您依然可享受无迟滞的视频会议和快速文件传输。


ASUS:MU-MIMO技术为每个兼容设备提供高速Wi-Fi网络连接,允许多个设备同时连接而不会影响网络速度,可有效提升无线信号的覆盖范围和传输效率。事实上,RT-AC88U能提供每个设备高速通道,同时连接多组兼容MU-MIMO的客户端;而单用户MIMO技术,每个设备都还需要等待连续的传输。


NETGEAR:利用多用户MIMO技术,NETGEAR路由器可以将数据同时流传输至多个设备。通过MU-MIMO,WiFi网络可以为每个连接MU-MIMO的设备提供更大的吞吐量。这意味着您的设备可以享受更快的下载和更流畅的传输。


尽管三巨头闪烁其辞,不过细心的消费者还是能从这些广告语中闻到一股鸡精味,事实上,现阶段的MU-MIMO并没有想象中完美,它在实际应用中被打上几道封印。


1、终端:不能不说ASUS还是很严谨的,在上面的广告语中两次强调“兼容设备”,而NETGEAR也在R8000P的包装盒上注明“MU-MIMO要求路由器和客户端设备都支持”的提示,所以终端兼容依然是WiFi新技术落地的最大障碍。然而MU-MIMO布局家用WiFi市场只有短短两年,目前支持MU-MIMO的终端并不多。更重要的是,只有同一信道下的所有终端都兼容MU-MIMO的情况下,MU-MIMO机制才会生效!


2、频段:看上去很美好的MU-MIMO其实只支持5GHz频段,然而速率低+终端密+信号杂的2.4GHz频段才是WiFi拥堵的重灾区。


3、容量:802.11ac Wave 2标准的MU-MIMO理论上支持4个MU-MIMO终端,也很好理解,目前顶级路由器也就4x4的规格,如果搭配1x1的终端正好达到容量上限,即4个终端。然而在实际应用中,2x2的终端也不少见,那么MU-MIMO机制完美运行的环境下,实际容量也就2到3个终端。老实说,两三个终端也拥堵不到哪去……


4、上行:从某种意义上说,802.11ac Wave 2标准的MU-MIMO只是个半成品,因为它仅支持下行MU-MIMO,当终端向路由器发起上行通信时,就会回落到SU-MIMO模式。所以严格来说,现阶段的MU-MIMO根本不可能如LINKSYS广告语所言——“如同每个设备独享专属路由器一样”,毕竟WiFi通信离不开上行传输。


综上所述,现阶段的MU-MIMO在技术上并不完善,市场环境也不够成熟,只有在特定的情况下能改善无线拥堵问题,大多数情况下对用户体验的提升意义微乎其微。事实上,802.11ax协议已对MU-MIMO进行完善,不但支持上行MU-MIMO,而且将理论终端容量扩展到8个,显然下一阶段的MU-MIMO才是真正意义上的完整版。


再回头看看L-A-N三巨头对待MU-MIMO的态度,究竟它是黑科技,还是噱头而已,相信消费者都会有自己的判断。就现阶段的WiFi市场而言,双频5G(诸如网件R8500、R8000P和R8000,也叫三频路由器)似乎更符合家庭用户的需求,最起码双频5G已经能实现2个终端互不干扰的上下行独立通信!


五、千兆路由


那么对于普通家庭用户,如果没有高于2x2规格的终端,也没有5G频段极速传输的需求,是不是随便选一台AC1200无线路由就好?然而,这里面还是有坑,那就是所谓的“千兆”WiFi。


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基本上,大多数AC1200无线路由都像上图一样,自称“千兆WiFi”或“千兆路由器”,但仔细一看才发现,千兆字眼背后的WAN口和LAN口往往只是百兆(100M)规格。如此千兆路由,根本名不副实。


简单来说,无线路由器在硬件架构上,就是“主芯片+2.4G无线芯片+5G无线芯片+交换芯片+内存+闪存+天线+周边电路”的组合,而且随着SoC的发展上述架构也在逐步简化,某些芯片已集成到主芯片当中,不过从逻辑上2.4G模块、5G模块和交换模块依然存在。


还是看图更直观,对于AC1200无线路由而言,2.4G模块理论带宽为300M,5G模块理论带宽为867M,它们好比是公路入口的宽度,而交换模块的带宽才是公路主道的宽度。那么问题来了……如果主道只有100M,那么再宽的路口也快不起来。


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尾巴、门当户对


尽管本文是探讨无线路由器的选择,但其中的理论同样适用于WiFi终端,诸如无线网卡、手机、平板、电视盒子和物联网设备,统统都离不开这些基本概念。总而言之,门当户对才是WiFi性能发挥到极致的正确姿势。


然而要想真正做到物尽其用,不但无线路由与WiFi终端之间需要门当户对,WiFi设备与实际应用之间同样需要门当户对。对于普通家庭用户而言,高端WiFi设备有没有意义?有意义,但关键得看它的技术优势与你的应用需求是否吻合。当你把接入带宽、交换带宽、终端规格、WiFi环境、终端数量、使用习惯等等因素考虑清楚之后,最适合你的无线路由自然水落石出。

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