这两种接入办法，平时在上网时彷佛没觉得到有什么差异。然而，它们却是完备不同的设计哲学。
蜂窝网络以基站为小区中央，基站承担了小区的中心掌握、用户授权和调度。
以5G为例，基站在每个帧中广播同步旗子暗记块SSB。SSB包含了小区的PCI（物理小区标识）、基站的同步韶光信息、空口信息、接入掌握等参数。
手机在确认同步旗子暗记后，通过随机接入信道PRACH，发送接入前导序列Preamble，以此获取基站授权接入。不同的用户，采取不同的ZC正交序列来区分。
在接入后，无线信道分配好高下行时隙（这里特指TDD网络），基站和所有终端都在固定的韶光内进行数据发送或吸收。这种设计理念以基站作为小区中央，采取中央方案的设计哲学。
而Wi-Fi网络则不同。
Wi-Fi在设计时，将AP接入点（这里AP的功能等同于5G中的基站）和用户终端放在同等的位置考虑。基于802.11协议的AP和终端，采取了载波侦听多路访问/碰撞避免（CSMA/CA）的办法，来平等竞争占用无线信道。
AP和终端、终端与终端之间，在接入网络时前辈行无线信道侦听。在确保信道没被占用的情形下，接入网络。设备之间并不分层级，而是采取自折衷竞争接入的模式，访问网络。
从某种意义上，Wi-Fi网络是一种去中央化的设计哲学。
这两种设计哲学，各有千秋。
蜂窝网络考虑的侧重点，是多设备接入时的容量和效率。而Wi-Fi，由于其利用非授权频谱以及本钱上考量，设计时更加侧重于抗滋扰、低本钱等特性。
两种方案都能让信道得到充分的利用。参考Aruba Networks发布的测试结果可以看出，LTE和Wi-Fi 6在MAC层面的频谱利用效率非常靠近，单流、256QAM的情形下，都能到5bps/Hz以上的频谱利用效率。
图 1 LTE与Wi-Fi在频谱利用效率上的比拟（勘误：图中Mbps应为bps）
█ 接入过程与漫游
那么，没有中央掌握的Wi-Fi，详细是怎么协作接入的呢？
首先第一步，是探求Wi-Fi网络。
由于Wi-Fi网络中AP没有广播功能，终端是不可能预先知道是否有可用的网络资源以及AP参数的。
这里，终端采取了一种主动探针的办法来进行要求。
终端会在Wi-Fi的第一个20MHz频道上，发送一系列探针序列，然后等待AP回应。
如果20ms后AP没有回应的话，终端将切换到下一个20MHz频道，重复上述动作，直到收到AP的回应，确认AP的事情频段和接入参数才能接入网络。
图 2 手机进行主动扫探针征采信道过程
写到这里，你可能会想到，如果室内有多个Wi-Fi AP，当用户在移动，终端从一个AP切换到另一个AP时，还要重复上述的AP征采过程吗？
每个频道20ms，搜索一圈信道下来，须要较永劫光，连接岂不是会中断？那还怎么确保视频会议或者微信语音的通信质量呢？
现在的办公室乃至现在很多家庭无线局域网，都会采取多AP mesh组网的办法，来提高网络覆盖性能。
如果每次终端切换AP时，都重新做上述的主动探针征采信道过程，将是会非常低效的。好在802.11事情组考虑到了小区切换的问题，在802.11k中开拓了“邻居报告”的协议。
设备在接入AP后，该AP会将其附近AP的BSSID和频道信息发送给用户。这样一来，用户在须要切换到另一个AP时，就不用再扫描一遍频道了。
这样做的好处，一来是极大节省了切换韶光，担保通信不涌现中断。二来是给用户设备省电，设备不再须要发送一个个探针。第三，便是无线信道也得到了更加有效的利用，AP不须要频繁占用无线信道来不断回应终真个要求。
图 3 AP通过802.11k协议回应终端设备其临近AP的信息
█ 自我折衷，信道竞争接入，避免冲突
接入网络后，AP和终端们便开始竞争无线信道的利用。
在Wi-Fi系统中，终端和AP的空口韶光统一被分为空闲（Idle）和机会发送（TXOP）时段。没有数据时，设备属于空闲期，不会发送任何信息。
当设备收到数据发送要求时，设备开始进入争夺无线信道的“仲裁”（Arbitration）过程。没有中心调度器，所有设备按照数据优先级采取“公正竞争”模式来赢得信道仲裁。赢得信道的设备，将会得到6ms的机会发送窗，然后进入下一个仲裁期。
图 4 802.11中的空口韶光分配
进入仲裁过程的Wi-Fi设备，首先开启信道侦听模式，RF吸收机对无线信道中的802.11旗子暗记进行监测（Signal Detection）。如果侦听到的旗子暗记强度低于其SD阈值（以下图思科的方案为例，阈值为-82dBm）时，设备剖断目前信道没有其他Wi-Fi设备在利用。
由于Wi-Fi利用的频段属于免授权频段，须要与非802.11设备共享利用，比如蓝牙，遥控器，微波炉等等。那么，在判断信道占用情形时，不仅仅须要能对自身802.11协议的旗子暗记进行监测，还须要对不明通信协议的功率进行检测。
这里就引出了第二个检测机制——能量检测（Energy Detection）。
ED的浸染，是判断无线信道没有被其他非Wi-Fi设备占用，防止发送的有用Wi-Fi旗子暗记被淹没在噪声中，常日ED的门限比SD高20dB。
图 5 思科无线设备的SD，ED设定
细心的用户可能会创造，在网络环境不好的情形下，视频通话时常常有能听到声音但图像被卡住的征象。这实在是Wi-Fi的一种发送优化方法，用于保障最基本的做事。
Wi-Fi将数据分为四种不同的优先级，从上到下分别为语音（VO），视频（VI），最大努力（BE）和背景（BK）。每一个级别，都会附上不同的AIFS值。AIFS值越低，发送优先级越高。
在AIFS韶光结束之后，设备便进入了竞争窗口（CW），设备开始侦听无线信道，同时开始倒计时准备发送。
当CW倒计时结束时，如果设备创造信道正在占用，设备便自动进入下一个仲裁期。如果设备创造信道处于空闲状态，便开始占用信道，发送数据。
下图这个例子，在第一个仲裁期中，IPad的CW韶光最短，竞争信道成功，得到了发送权。在IPad数据发送后，一轮新的仲裁开始，手机在CW结束后，创造信道没有被占用，得到了发送权。终极，无线AP赢得了第三轮仲裁，得到发送权。
图 6 多设备信道竞争过程
读到这里，你可能会创造，这个竞争过程在设备增多的情形下，效率会明显降落，每个设备的等待发送韶光将会变长很多。
实际体验中，你可能也把稳到了，在Wi-Fi设备多的公共环境，比如阛阓、学校中，常常须要等待很永劫光，才能发送或吸收数据。
那么，很有可能是网络还没有升级到最新的Wi-Fi 6。
Wi-Fi 6可以说是Wi-Fi行业过去十多年中最大的一次改造。详细Wi-Fi 6是通过哪些新特性来办理多设备下网络壅塞的问题呢？我会不才一期的文章中给大家逐一道来。
（全文完）
本文作者唐欣博士，目前担当Spectrum Lab技能总监。
参考文献
[1] Aruba Networks Blog – Understanding 802.11 medium contention.
[2] Cisco White Paper- IEEE 802.11ax: The Sixth Generation of Wi-Fi.
[3] Extreme Networks – The Road to AP discovery