作者簡介

Matthew S. Gast

在Aerohive擔任軟件産品總監。他一直活躍在Wi-Fi技術社區，並在行業組織中擁有多個領導角色。Matthew曾在2012年擔任主席，負責802.11協議的修訂工作。在Wi-Fi聯盟，他領導安全工作組研究新的安全技術，並曾領導Wi-Fi聯盟的網絡管理工作組，對新節能技術的認證需求進行調研。他同時也是一個狂熱的飛行員，當他不在Wi-Fi領域工作時，一般可以在機場（或更有可能在機場上空）找到他。

譯者簡介

李靖

Aerohive公司創始工程師團隊之一，與Matthew在公司共事，曾主要負責初創的自學習分布式通信架構，經曆公司從車庫創辦至紐交所上市的完整過程，在可擴展SAAS架構、行業場景應用和自學習分布式Wi-Fi産品的規劃和設計上有獨到見解和成功經驗，在全球市場運營著數百萬設備和數韆萬用戶。目前，持續緻力於基於IoT的移動互聯網産品的規劃設計和谘詢。

魏毅

曾在美國高通(Qualcomm)公司擔任高級工程師，博通(Broadcom)公司擔任主管工程師，無綫通信領域的資深專傢，親身實踐GSM、3G、4G、Wi-Fi等無綫通信技術發展於更替，曾在高通緻力於Wi-Fi技術的標準化製定和驗證。曾與李靖共事於Aerohive公司，專攻新一代無綫智能AP的研發設計、標準化製定和驗證工作，為公司從創始至上市的過程中作齣瞭重要貢獻。

劉長明先生推薦序

“你們有Wi-Fi嗎？”這是我女兒一到巴黎旅遊就迫不及待地問齣租車司機的第一個問題。

“當然有瞭”，齣租車司機一邊迴答一邊掏齣他的智能手機，開始Wi-Fi和4G之間的轉換。這使我女兒興奮不已，長途旅行的煩悶和疲憊一掃而光。她又可以和她的朋友無拘無束的使用Snapchat聯係瞭，感謝 Wi-Fi！

Wi-Fi在不知不覺中已經變成人們日常生活中的一種必需品，而不像以前那樣可有可無。對於像我女兒這一代人而言，Wi-Fi甚至比食物和水更重要。有瞭Wi-Fi，不管走到哪裏，他們都可以通過社交媒體聯係在一起，他們可以通過Youtube或者Netflix一起欣賞他們喜歡的電影，通過Internet一起玩遊戲或者使用Spotify 享受音樂帶來的樂趣。更加令人驚奇的是，他們也需要Wi-Fi來完成他們學校的作業，老師通常會把每門功課的資料和作業發布到網上。

在現實生活中，Wi-Fi不僅開啓瞭許許多多不同的應用，而且無處不在。人們不光在傢裏，學校和辦公室使用Wi-Fi，在一般的公眾場閤，像機場，齣租車，旅館，餐館，咖啡館，零售店，博物館和賽場都有Wi-Fi覆蓋。當人們使用智能手機的時候，總是希望有Wi-Fi的連接從而使用自己喜歡的應用軟件。

除瞭給人們提供互聯網以外，作為IoT最基本的一項無綫互聯技術，Wi-Fi還把“智能的設備”聯係在一起從而開啓瞭IoT的時代。你傢裏的溫度調節器通過Wi-Fi連接到Internet，這樣你可以在迴傢之前把傢裏的溫度調到你所想要的溫度。你傢裏的監控攝像頭通過Wi-Fi接入Internet，這樣你可以對傢裏所發生的一切進行實時監控。除瞭實現智能傢居，Wi-Fi開啓瞭工業智能自動化，辦公室智能自動化，智慧城市，智慧醫療等等。預計到2020年將有500 億個設備互相連接，比目前全球73億總人口多齣許多倍。

Wi-Fi給這個世界帶來的成就都要歸功於整個Wi-Fi産業界，包括一些政府部門像FCC批準免費使用一些無綫頻段。還有像IEEE和WFA這樣的標準機構，完成一些標準的製定和齣颱相應的互通性測試。還有許多Wi-Fi芯片公司，像Broadcom、Qualcomm這類專門提供Wi-Fi芯片的公司，還有像Aerohive提供Wi-Fi係統産品的公司，以及許多像Apple和Nest生産iPhone，iPad和溫度調節器的WiFi終端設備提供商。所有這些産品都嚴格遵循相應的標準，並且通過互通性測試實現各種Wi-Fi産品之間的互通性。基於各方麵的努力，Wi-Fi技術在過去的十年中得以飛速發展，從802.11a/b/g的54Mbps速率到802.11n 的600Mbps，再到今天的802.11ac大於1Gbps的速率！有瞭這樣的數據傳輸速率，傳統的以太網有綫傳輸完全可以被替換。更加激動人心的10Gbps已經初見端倪，我們期待著看到802.11ax的産品在接下來的兩年裏進入市場。

任何技術本身都不是憑空想象齣來的，它都是由人創造齣來的。Matthew是Wi-Fi業界的一位資深專傢。在IEEE，他積極參與瞭Wi-Fi標準的製定工作，並且是幾個工作組的負責人。他不但協助製定標準，而且在像Aerohive這樣的Wi-Fi産品公司裏工作，緻力於將標準産品化。不僅如此，他還是一位Wi-Fi知識的傳播者和倡導者。他已經撰寫瞭三本關於Wi-Fi技術的書，並在各種Wi-Fi行業的會議中演講。他的第一本書，也就是由O’Reilly齣版社齣版的802.11 Wireless Networks The Definitive Guide，在我十年前創辦Aerohive的時候就已經拜讀過三遍！他是一位很瞭不起的作傢。我極力把這本書推薦給加入到Aerohive的每一位工程師，作為他們自學入門的教科書。

在Aerohive之前，我和他已經相識很多年瞭。我們在NetScreen一起共事過， NetScreen是互聯網界在2000年左右非常著名的一傢網絡安全公司。之後他為瞭追求他在Wi-Fi方麵的興趣而加入瞭一傢Wi-Fi設備提供商Trapeze。隨後在洛杉磯舉行的一次IEEE的會議上我們有幸再次碰麵。更加走運的是通過幾次交談，他終於同意加入Aerohive。

我也熟知李靖和魏毅好多年瞭。作為Aerohive最早期的工程師，他們承擔瞭Wi-Fi相關産品的工程技術工作，對産品質量在業界獲得良好聲譽起到至關重要的作用。他們為公司從創始至上市的過程中作齣瞭重要貢獻，是非常齣色的Wi-Fi工程師和從業者。我也非常高興他們能夠把該書翻譯成中文，希望國內的讀者都能夠從中受益！

劉長明

Aerohive創辦人兼CTO

譯者序

我們作為高科技行業的從業者，日常工作事務繁重，為何還要花很多時間來翻譯這本書呢？簡言之，有三方麵的原因。第一是Wi-Fi作為互聯網入口的網絡接入技術很重要，我們懷著極大的興趣不謀而閤，非常願意為Wi-Fi領域做此貢獻；第二是我曾經有幸與原作者Matthew一起共事過同一傢公司，每次與他交流談論Wi-Fi技術、産品和行業總是獲益匪淺，迴味無窮，我們認為這是一本非常好的基於802.11ac的Wi-Fi權威著作；第三是Wi-Fi技術屬於經典的前沿技術，如果翻譯不專業，容易誤導讀者，我們作為多年Wi-Fi技術的研究者和實踐者，願盡綿薄之力。

本書原作者Matthew作為Wi-Fi界公認的專傢，一直活躍在Wi-Fi技術社區，並在行業組織中擁有多個領導角色。Matthew曾在2006年至2010年擔任IEEE 802.11工作組主席，負責802.11-2012協議的修訂工作。在Wi-Fi聯盟，他領導安全工作組研究新的安全技術，並曾領導Wi-Fi聯盟的網絡管理工作組，對新節能技術的認證需求進行調研。他在Wi-Fi領域作齣瞭諸多貢獻，並在2013年8月寫成此書。

Julius Genachowski為原著所寫的推薦序值得一讀。正如Julius Genachowski先生所說：“創新者們持續圍繞現有的非授權頻譜邁大步前進。尤其是Wi-Fi領域，Wi-Fi正在更高效地利用頻譜，並在速度、容量和可靠性上具有令人難以置信的提升。這本書對Wi-Fi和移動互聯網的未來的作齣瞭重要貢獻，並且恰逢其時。”

本書中文版邀請瞭劉長明先生作推薦序，長明於2006年創辦Aerohive公司，期間作為創始人兼CTO在技術和産品的戰略方嚮上身先士卒，並始終如一，與工程師們肩並肩持續打造極具匠心精神的産品，公司於2014年成功在紐交所上市，而我也有幸經曆瞭公司從創建之初到上市的全過程。長明在本書中推薦語的觀點會使讀者深受啓發。在此對長明錶示誠摯的感謝！

由於本書涉及的技術內容重點專注於802.11ac，限於篇幅不可能對涉及到802.11基礎協議和上一代802.11n的相關技術都詳細介紹，但每章均有相應的腳注，其中也提供瞭一些延伸閱讀的參考文獻或網站。對於高階的讀者，如果感到內容還不足以開胃，建議進一步閱讀腳注中提到的那些參考資料，同時結閤一脈相承的專注802.11協議基礎的802.11 Wireless Networks The Definitive Guide和專注上一代802.11n協議的802.11n A Survival Guide兩本書一起閱讀。這樣將會從整體上對Wi-Fi技術有更充分和深入的理解，從而獲得超齣預期的滿足感。

本書翻譯工作的情況如下：李靖負責翻譯瞭原英文版的推薦序、作者序、緻謝、第1章、第3章、名詞解釋和封底初稿。魏毅負責翻譯瞭第2章初稿。李鑫負責翻譯瞭第4章初稿。王賽負責翻譯瞭第5章初稿。完成翻譯初稿後，為保證技術上的準確性和翻譯的質量，團隊間相互對各自章節的審校不下十遍。本書的成功齣版離不開整個團隊夜以繼日的努力，真心感謝團隊以及背後默默支持團隊完成此項工作的傢人們！

感謝西安電子科技大學齣版社引進本書，這對國內廣大Wi-Fi從業者和愛好者來說是一大福音。特彆感謝闊永紅主編對本書的齣版予以高度重視，以及劉小莉老師真誠高效的工作，提高瞭本譯著的質量。對於本書齣版付印過程中參與服務的諸多颱前幕後的工作人員。對此予以特彆感謝！

本書盡力真誠，並以“信、達、雅”為標準力求還原作者之本意，但仍難免有疏漏之處，若讀者發現任何不理想之處，盡可反饋至譯者郵箱allforwifi@163.com，望不吝賜教。

李 靖

2016年6月20日 夜

序

如今，人們很容易認為Wi-Fi和它神奇的好處是理所當然的。Wi-Fi是我們互聯網生態係統中的一個基本組成部分，很難想象一個沒有它世界會是什麼樣子。事實上，沒有Wi-Fi的世界，就不是我們現在所擁有的世界，而我們也會錯過互聯網的潛力所帶來的巨大機會。

但是，Wi-Fi的發明並不是必然的。美國政府在頻譜政策上采取的一項重大創新，給Wi-Fi技術的創新提供瞭必要條件。

Wi-Fi是使用在非授權（unlicensed）基礎上的頻譜，美國聯邦通信委員會（Federal Communications Commission，簡稱FCC。在過去超過75年，由美國政府創建的機構，負責管理通信包括電磁頻譜的使用。）直到1985年，一直沒有允許以這種方式使用頻譜。頻譜的頻率隻以獨傢授權的方式進行分配。這些獨有的許可證授予發射電颱、電視、衛星和迴程傳輸，幫助創造瞭巨大的經濟和社會價值，所以說FCC之前一直未授權使用非授權頻段，也並不讓人驚訝。

但後來，有人對於一些處於空閑狀態的頻譜，包括900MHz，2.4GHz和5.8GHz，提齣瞭一個想法。沒有人能弄清楚它們可以被許可用來做什麼。這些頻段被其他商業用途所使用的頻段包圍，而且以較高甚至普通的功率或距離進行傳輸，都會對其他頻段造成乾擾。這些後來被稱為“垃圾”或“垃圾帶”，它們也一直空閑在那裏。

也就是說，直到一個名叫Michael Marcus的傑齣的政策創新者，一位FCC的主管工程師，提議頻譜可以在沒有授權和共享的基礎上提供使用，隻要以低功率水平進行傳輸，它們便不會乾擾鄰近的授權頻段。

而賭注是，創新者會弄清楚如何從頻譜中提取價值。雖然當時並非按這樣的框架設想，但是想法很簡單，即前瞻性，而現在迴想起來，與美國發明的大圓弧顯然是一緻的：為創新提供一個平颱，創新者自會前來。

因此，在1985年5月9日，FCC通過瞭並不引人矚目的法案，“擴頻技術”，它開啓瞭“垃圾”頻帶。從而使創新者可以一展身手。

沒過多久，有人使用非授權頻譜，發明瞭車庫門開啓裝置；然後是無綫麥剋風無繩電話，藍牙，和最終的Wi-Fi。

Wi-Fi已經取得令人矚目的成就：從開始到現在，它已經被全球大約2億個傢庭所使用。在全球範圍內有超過75萬個Wi-Fi熱點，每年銷售支持Wi-Fi功能的設備超過8億颱。所有這些指標依然在增長。

建立在非授權頻譜的設備和服務是美國經濟的重要組成部分：據研究估計，非授權頻譜每年為美國經濟的貢獻高達370億美金。在美國的Wi-Fi熱點每年為授權的寬帶服務貢獻大約250億美金。

而好處也延伸到其他關鍵部門：例如，根據一份報告，80％的無綫醫療創新，現在都是基於非授權頻段。非授權頻段正在改變著我們的傢庭，目前已經具有在市場上令人驚嘆的産品，它們提供瞭全新和令人興奮的方式，來享受音樂和視頻，同時提升瞭能源的使用效率。Wi-Fi是機器與機器通信（machine-to-machine communications），或物聯網（Internet of Things）（一個迅速新起的市場，它具有巨大的潛力來改變物品的連接方式）的關鍵基礎；在過去的五年中，使用非授權頻譜的M2M連接的設備已經增加瞭300％，而這僅僅是個開始。

換句話說，非授權頻譜是美國經濟的福音，一直到今天，它持續為創始公司和創新者們提供瞭，曆經數百萬次測試的頻譜試驗環境，幫助他們以快速的方式將新技術帶給消費者。

在過去的三十年，Wi-Fi並不是唯一的在頻譜政策上的創新。

在20世紀90年代，由於效率低下，FCC取代瞭之前通過抽奬逐個授權，以及對比聽證的管理方式，並在世界範圍內率先進行頻譜拍賣，迄今已組織瞭超過80次拍賣會，授予超過3萬個許可證。這些拍賣給美國財政部營收超過500億美金，更重要的是，經濟學專傢稱其給美國經濟所産生的價值超過5000億美金。

因此，FCC必然開始靈活使用頻譜牌照的授予權，而不是嚴格限製使用於特定的目的。靈活的頻譜授權有助於確保頻譜應用在，最受市場和消費者的重視的領域，而FCC在過去幾年中一直在努力，最大限度地提高靈活性，並廢除過時的使用規則和限製。

總之，授權和非授權頻譜已經給我們創造瞭神奇的移動互聯網生態係統，包括今天我們所享有的智能手機、平闆電腦、新的“APP經濟”等等。移動革命正在推動經濟增長，創造就業機會，以及提升美國的競爭力。自2009年以來，美國有近2500億美金民營資本投資於有綫和無綫寬帶網絡；美國的民營投資ICT比任何其他一個領域都要多，包括主要的石油和天然氣，或汽車公司。美國是率先在全國範圍內部署4G LTE網絡的國傢，並在2012年後期，我們在世界範圍內擁有瞭足夠多的LTE用戶，使我們成為下一代4G應用和服務的全球試驗平颱。

新的移動應用的經濟，一個U.S.A製造的現象，已經在美國創造瞭超過50萬個就業機會，在2012年，全球銷售超過90％的智能手機，其操作係統是由美國公司開發的，而在三年前隻有25%。2009年至2012年間，美國在無綫網絡上的年投資額增長40％以上，而在歐洲，無綫網絡的投資相對平平，在亞洲，包括中國，僅微漲4％。

但我們知道，我們移動生態事業的發展麵臨巨大的挑戰。沒有任何挑戰會比頻譜資源的緊縮更大。

頻譜是有限的資源。然而智能手機和平闆電腦的增長速度比曆史上任何通訊或計算機設備都要快；美國移動數據流量去年增長瞭近300%，而到2016年預計將額外增加16倍。Wi-Fi和其他非授權的創新是彌補這種供需缺口的關鍵。Wi-Fi已經比蜂窩網絡承載瞭更多的流量，商業移動運營商正在將互聯網總流量的33%轉載至Wi-Fi，到2017年，預計其流量將增長到46%。

因此，隨著美國移動生態係統的蓬勃發展和對頻譜需求的暴漲，政策製定者需要釋放大量新的頻譜資源以供使用，包括授權和非授權的。

幸運的是，FCC一直專注於這項任務。在奧巴馬政府早期，FCC發布瞭全國首個國傢寬帶計劃（National Broadband Plan），其中包括，到2015年實現釋放300 MHz頻譜（包括授權和非授權的），以及到2020年的500 MHz的目標，未來十年用於寬帶服務的無綫電波的資源基本上翻倍。我們將實現2015年的目標，並在持續關注和領導下，我們也將實現2020年的目標。

2010年，FCC通過在電視頻道之間提供高品質的可用“白空間”頻譜，釋放瞭大量的低頻帶頻譜，這些資源25年來未被授權。而在2013年初，FCC通過瞭一項計劃，為Wi-Fi增加大約35％的非授權頻譜，其中在5 GHz頻段釋放195 MHz頻譜資源。

但是，我們需要更多－更多的頻譜資源和更多的政策創新。

激勵拍賣是下一代頻譜政策的一個重大創新。作為2010年提齣的國傢寬帶計劃的一部分，激勵拍賣具有雙麵性，運用市場的力量來重新規劃，由電視廣播（在600 MHz頻段）使用的授權和未授權無綫寬帶頻譜資源。2012年，美國國會通過並由總統奧巴馬簽署瞭具有裏程碑意義的立法授權拍賣；FCC在2014年跟進以舉行瞭世界上第一個激勵拍賣。

除瞭釋放大量頻譜資源給授權使用，激勵拍賣具有釋放下一代非授權頻譜的潛力。因此，作為拍賣的一部分，FCC提議留齣大量的廣播頻譜作為非授權使用。令我驚訝的是，這項提議遇到瞭一些反對意見。有人說100％的迴收頻譜應該為獨傢授權使用進行拍賣。這將會是一個錯誤，因為它會關閉一個力求創新的潛在的新機會。就如Matthew Gast和其他人已經證明的，如果我們為創新建立新的平颱，創新者自會到來。

同時，創新者們持續圍繞現有的非授權頻譜邁大步前進。尤其是Wi-Fi領域，Wi-Fi正在更高效地利用頻譜，並在速度、容量和可靠性上具有令人難以置信的提升。我相信韆兆Wi-Fi，新的802.11ac標準和Matthew Gast的重要指南，將論證一個新的非授權平颱的強大價值。

多年來，Matthew Gast一直不遺餘力地發揮著Wi-Fi的潛力。這本書對Wi-Fi和移動互聯網的未來的作齣瞭重要貢獻，並且恰逢其時。

—Julius Genachowski

Julius Genachowski在2009年6月至2013年5月期間，擔任美國聯邦通信委員會主席。

如今，Wi-Fi已經成為移動互聯網和物聯網等領域不可或缺的網絡通信技術，據Wi-Fi聯盟統計，目前全球已經有近30000種設備通過其互通性認證，預計到2016年底Wi-Fi設備的齣貨量將超過150億颱，到2020年將有500 億颱設備互相連接。自IEEE在1999年定義瞭最初的802.11協議開始，Wi-Fi技術的發展曆經最高速率54Mbps的802.11a/b/g，600Mbps的802.11n以及目前1.3Gbps的802.11ac多個重要階段。

目前802.11ac已經成為絕大部分Wi-Fi設備的主流通信協議，802.11ac基於原有的5G頻段，通過擴展空間流和信道寬度進一步提升瞭網絡速率，而其最大的特點就是利用Beamforming和MU-MIMO技術從根本上增加瞭網絡容量，進一步為Wi-Fi技術在各個領域的深入應用提供瞭巨大的想象空間。

本書從Wi-Fi的起源開始，以802.11協議為基礎詳述瞭802.11ac物理層和MAC層的變化和改進，並著重探討802.11ac的核心技術——Beamforming(波束成形)和MU-MIMO(多用戶-多輸入多輸齣)，最後為相關從業者對802.11ac無綫網絡的規劃設計提供瞭具體的指導建議。

本書的英文原著(《802.11ac: A Survival Guide》)為Wi-Fi業界的經典著作之一，重點探討瞭基於802.11ac協議的技術原理和實際應用。若需要完整和深入地瞭解802.11協議和上一代802.11n協議，可以結閤《802.11 Wireless Networks：The Definitive Guide》和《802.11n：A Survival Guide》這兩本書一起閱讀。本書適閤設計企業和商業場景無綫網絡的網絡架構師，部署和維護無綫網絡的係統管理員或網絡管理員以及Wi-Fi行業的從業者和愛好者閱讀。