263. 为什么你买的WiFi路由器总是不够快?

接第262期,继续读WiFi的故事。

无论你买什么样的路由器,在你做测试的时候,运气比较好的情况下,能达到无线路由器号称的60-70%,如果运气不好,可能连50%都达不到。

比如你新安装了一个宽带,你想测试一下能不能达到运营商号称的速度,当你发现带宽不够的时候,你又是个比较较真的人,可以打工信部的电话。打工信部的电话,这些运营商肯定会派一个员工来测试,测试的时候,用无线路由器是不算数的,运营商只认可用网线的速度。原因就是,再好的无线路由器也没法达到实验室测出来的标准,如果你有一个5亩地的别墅,那是有可能达到的。

原因不是路由器不行,而是住在筒子楼中的各位,家家户户都有无线路由器,互相之间干扰。

当年设计无线网络的工程师,也想到了这种情况,早在1971年6月开始成功运作的ALOHA网络——世界上第一个无线资料网络——中,工程师就想到了所有的网络都要抢夺有限的带宽,并且肯定会相互干扰。他们设计分组的数据协议时已经可以处理重叠网络和同时N多用户用无线的情况。

但是,我认为在1971年的时候,工程师没想到他们这么重要的发明,最重要的用途竟然是一家老小每个人拿着一个手机,孩子在看英语教学视频,老公在看二次元,老婆在刷一群不知道是男是女的娘炮演的不知道是什么78玩意的视频。如果再加上周围10来个邻居也在做相同的事情,这么大的数据量早就超出了最初单个信道所能提供的带宽。

接下来,我想讲一下分组数据协议的原理。

首先,如果你住的是像什么公主一样的,价值5亿的别墅,我也是看视频看到的,可能是因为公主要进军娱乐圈,娱乐媒体先出来发报道吧,真假不知道,说公主的别墅还算花园,光房子就有2000平,算上花园可能要1万平,出入要乘坐直升飞机,因为开车上来,要40分钟。这样的房子里,周围没人,主人大部分时间不在家,基本上没有数据传输的,网络之间也就没法干扰。因为WiFi路由器只有100毫瓦,覆盖区域100米,邻居都在100米外。这时候的网络,除了偶尔通知一下网络标识符以外,系统没必要发送任何数据。

如果,公主坐直升机回家了,可能要用一下网络,发个朋友圈什么的。这时候,网络数据量也是非常小的,这时候可以使用完全相同的或者部分重叠的信道,基本上,不会产生干扰。

如果人再多一点,比如在他的会客厅里,请了250个娱乐明星朋友举行party,party的主题是直播,让全网看看公主家的大房子。这时候,250个手机同时连接的话,可能就会卡了。这时候,可能有人用了手机开热点,相当于一个路由器。这时候WiFi路由器的工作原理是这样的:因为要传输数据,我先把数据分割成很多个比较小的分组,当WiFi要传输的时候,先要检查一下,这个信道是不是空闲的。如果检测后发现,不空闲,就等一下,这段时间是随机的,等一下之后,再试试能不能发送。

由于娱乐界,如果再去一大批记者,每个人随身带一个路由器,去拍这些身价数亿数十亿的娱乐明星,那么,网络会越来越相互重叠,这些相互重叠的网络再以交错的方式发送各个分组。这时候,就会让人觉得为什么网络这么卡?

大家可能会有个疑惑,什么是信道?我用了这么多年无线路由器,我怎么就不知道什么是信道呢?这是很正常的,因为工程师知道,大部分人别说不知道信道,就是连配置个路由器都费劲,如果再加上信道,那就更麻烦了。所以,我们买一台无线路由器回来,只需要根据设置的网络名称就可以来建立连接,就像我邻居用的WiFi名字“3单元202我老公不在家”。当我们连接这个路由器的时候,路由器会自动扫描一下所有的可用频率,选择一条不太拥挤的信道来传输数据。

有些人总是深入研究一下,觉得无线路由器选择的信道总是不如自己选择的信道好,要自己选择。如果有兴趣的,可以在手机上,或者电脑上下载一些软件,是用来分析当下环境的WiFi信号拥挤情况。当打开软件的时候,会列出周边所有无线路由器、无线AP或基站的信号强度、信道等实时信息。大部分软件会有一个”使用的信道”这样一个菜单,你可以清楚的看到当前信道的拥挤情况,可以根据这个信息调整信道避免同频干扰。

有不少这样的软件,不要问我哪个软件好,只要问这个问题,就说明你不适合自己手动调整信道。

相比于操作信道,正确的摆放WiFi路由器的位置更重要。就连接质量而言,最大的问题是房子里的墙壁与天花板所使用的钢筋与混凝土。如果你家的房子足够大,那么当你离路由器有几堵墙,那么你的连接质量会显著降低,因此你尽量让你的无线路由器和你之间没有太多阻碍。

在理论情况下,你住在别墅里,周围没有其它的无线路由器,只有你面前这一台,然后你连上了。这时候,是有可能达到最大传输速度的。如果这时候你连接两台电脑,两台电脑都在同一个信道中满速传输,那么对每一台电脑来说,就降成了50%,这是因为两台电脑不能同时发送数据,同时只能传输一台电脑。这个机制被称之为随机超时机制,在这个机制下,无法精确的实现两个全速信号交错传输。如果家里有个4-5台设备刷视频,那么,路由器承诺的数据,很快就降代到10M以下了。

但是用户仍然感觉不出来,因为10M的带宽,看个高清的视频一点也不卡,更不要说仅仅是用来视频聊天了,视频聊天的画质比高清视频要差很多。

现在我们随便在网上买个低端的路由器,都是2.4G和5G双频的。如果你买更贵的家用路由器,比如2000多块的那种,可能还有个60G的频段让你用,使用这个频段,如果你的邻居舍不得花这个钱,那就是你自己在用,干扰比较少。大家购买的时候,可以看包装盒,现在都写WiFi4,WiFi5和WiFi6,分别对应于802.11n,802.11ac和802.11ax这三个标准,基本上,数字越大,速度会快那么一点点。

这些贵一些的,确实用了一些新的技术,最重要的技术是因为贵,你邻居买不起,就没法干扰你。如果你邻居也有钱,那还是有其它的技术会让你们互相减少干扰,比如,很多贵一些的路由器支持波束成形技术。波束成形技术能减少干拢, 较旧的路由器是全向的,这意味着它们向所有方向发送信号。 正如您可能想象的那样,这会稀释信号。 波束成形是我们的设备将其位置提供给路由器以及路由器在指向设备的信号内形成波束的一种方式,这将有助于加强信号。波束成形技术并不是强制的,基本上是一个先进的技术,但是每家厂商实现的方式都不同,你买回去,到底有多大用处,也不确实。但是,如果你不差钱,就买呗。

如果你的电脑是台式机或者不太移动的笔记本,最好的方式其实是用网线,目前来说,再好的无线路由器,也不始网线来的实在。

除了钢筋混凝土,你邻居家的WiFi路由器,还有许多其它的因素导致WiFi速度上不去。

因为ISM频段所有人所有设备都可以免费使用,不光你WiFi可以使用啊,因此,老旧的微波炉一开机,可能会干扰WiFi路由器。微波炉的功率是WiFi路由器的1万倍,只要泄露出万分之一,那就和无线路由器一样大功率。

最近,蓝牙技术被越来越广泛的使用,比较苹果的耳机,各种其它的耳机和遥控器,还有鼠标键盘,都是使用蓝牙。很不幸,所有蓝牙设备与WiFi路由器都使用2.4G频段,这导致了蓝牙与WiFi也互相干扰。在这种情况下,WiFi进步,蓝牙也进步,蓝牙采用了与码分多址相同的军用扩频跳频技术来解决这个问题。这种东西相当于内卷,最开始的时候,肯定是OK的,但是越向后,效果越不明显。

就跟辅导班一样,如果大家都上辅导班,基本上相当于都不上辅导班。如果所有蓝牙都用了与码分多址相同的军用扩频跳频技术,那就相当于都没用这个技术。但是内卷一旦开始,就再也停不下来了,现在的蓝牙也已经开使用自适应跳频扩频技术动态适应周围的现实环境。如果系统检测到某些频道十分繁忙,就寻找不太繁忙的频道,这和WiFi技术如出一辙。

目前比较先进的蓝牙技术已经可以达到100M了,传输距离和WiFi差不多。虽然看起来差不多,但是WiFi和蓝牙技术存在根本的区别,蓝牙采用的是主/从方式,WiFi的设备则是公平的。下一期,我想讲讲蓝牙的故事,蓝牙能发展起来,比无线路由器可是要曲折的多。蓝牙技术差点就被放弃了,只是最近物联网和穿戴设备兴起,蓝牙又找到了新的方向。