在全球逐漸適應與病毒共存的後疫情時代，Wi-Fi 6的市場需求重新恢復強勁。如何讓各種不具備作業系統的人機介面與周邊裝置都能充分享用Wi-Fi 6的技術優勢，將是搶攻商機的關鍵條件。
Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance，WFA)在2019年啟動Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax)認證計畫，採用新一代OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)、MU-MIMO(Multi-User Multi-Input Multi-Output, MIMO)、1024-QAM和BSS Coloring(Basic Service Set Coloring)等技術，可提供高頻寬2.4Gbps、小於5ms的低延遲、低功耗的網路應用，且向下相容Wi-Fi 5(IEEE 802.11ac)，適合於與5G通訊系統互相整合，打造全新的無線網路系統。原本Wi-Fi 6的應用重點鎖定在無線虛擬實境(Virtual Reality, VR)與2020東京奧運的無人機，然而，在2020年Covid-19疫情爆發，導致全球企業和相關供應鏈停擺，Wi-Fi 6技術的實際導入因此暫緩停滯。
圖1 傳統無線模組與虛擬化無線模組之差異。
圖2 導入無線虛擬化模組至智慧零售環境。
隨著時序開始接近2022年，疫情爆發已過了一年多，在現階段全球已逐漸適應了與病毒共存的生活方式，許多傳統科技設備的應用和使用型態同時也產生了改變。2021年由美國Space X公司主導的星鏈計畫(StarLink)再次引爆Wi-Fi 6技術的推動和話題，多終端裝置(STAs)可經Wi-Fi 6熱點橋接使用Ku頻段(Ku Band)的低軌道通訊衛星設備，主要應用在車載行動通訊，能提供低延遲的通訊品質。此外，電信業者已積極加速打造5G和Wi-Fi 6的消費性產品的共同生態圈(Ecosystem)，其重點建立在5G手機平台上，應用亮點也從原本的虛擬實境(VR)轉變為互動式擴增實境(Augmented Reality, AR)，例如線上演唱會4K串流或遠距互動式低延遲醫療服務。
工控產業也面臨著Covid-19疫情帶來的種種不確定性，機動性的疫情警戒和封鎖政策的實施，讓傳統工控企業和實體環境在過去一年受到巨大衝擊，同時面臨雲端應用的巨浪侵襲。全球知名CDN領導廠商Akamai台灣業務總經理張茗指出，過去兩年，人們觀察到台灣高科技製造業面臨消費市場變化，正大舉投資AI、大數據、AIoT等應用領域，積極透過產線升級、打造新廠房等方式，實踐彈性調整產線、維修預測等智慧製造的目標。業者為維持運作必須做出相對應的改變，除了加速轉向工業4.0，同時也導入可以因應疫情的配套措施，以升級實體零售行銷、傳統生產線管理及人力配置管理等營運面向。其中5G和Wi-Fi 6概念將是重點元素，如何將硬體技術結合虛擬化軟體技術將是關鍵所在，如建立跨資料中心和任意雲以加速應用虛擬化、舉行雲端會議以減少人與人接觸、導入遠距智慧零售人機介面和智慧醫療服務等等。在這樣的趨勢之下，產業對無線技術軟硬體整合需求也產生了巨大翻轉。在4G和Wi-Fi 5的時代，每個通訊節點獨立運作並著重在下載(Downlink, DL)效能和執行後續的應用，衍生的問題就是延遲性和冗贅的內部管理程式維護。隨著應用型態改變，上至伺服器，下到行動裝置甚至任一台攝影機，每個通訊節點的下載量平均多出3倍，而上載量(Uplink, UL)也呈現大幅成長，比過往平均多出10倍。因此，5G搭配Wi-Fi 6技術勢必是未來通訊產品開發趨勢。
圖3 整合Wi-Fi 6虛擬化模組與筆記型電腦外接擴充基座，可打造新一代的無線擴充基座產品。
圖4 Soft Roaming連線機制讓使用者在不同存取點間移動時，不易遇到連線中斷或延遲的情況。
有台灣分散式無線虛擬技術商如巽晨國際，在2021年推出Wi-Fi 6/6E無線虛擬化模組，適合導入至邊緣運算節點，如無線觸控式1080p/4K HMI面板、精簡型互動式Kiosk和I/O介面擴充器，並透過獨家無線虛擬USB Over IP技術簡化軟體重新配置整合等問題，實現雙向DL/UL、多輸入多輸出和正交分頻和接低延遲的落地應用。
無線虛擬化模組與無線模組之差異化
傳統上，無線模組主要是扮演發射端CPU與接收端CPU之間建立一條空中的通道，著重在傳輸距離和速度品質，並透過IEEE 802網路協定進行資訊交換後，再藉由發射和接收端的上層應用程式執行並指派下一個動作給裝置(Device)，過程涉及資料量大量搬移與處理等動作。本文敘述的無線虛擬化模組，則是扮演在發射端CPU與接收端裝置之間建立一條空中專屬的快速通道，只需將無線虛擬化模組連接到裝置並在具有傳統無線模組的發射端CPU執行程式即可，資訊將直接透過高速通道進入裝置執行，減少資料搬移產生的延遲或降速。該模組整合高效能Intel Wi-Fi 6晶片和巽晨獨家虛擬USB Over IP技術晶片，並提供虛擬主控端(USB Host, HDMI TX)等通訊介面可供不具備作業系統之裝置使用，特別像是觸控面板、攝影機、HID設備、感測器等等。此整合技術將Wi-Fi 6的DL/UL MIMO、OFDMA和抗干擾BSS Coloring特色最大化發揮，同時利於系統整合業者擴充和升級設備。
分散式無線Wi-Fi 6虛擬模組支援兩大網路架構：
Infrastructure Mode：適合雲端中心化伺服器管理
當伺服器和模組在同一個區域網路內，路由器(DHCP Server)分配所有IP位址後，伺服器將透過路由器與多模組建立多條快速通道(Point to Multiple Points, P2MP)，並列為同一個Wi-Fi 6的BSS Coloring群組，讓連接在無線虛擬化模組後的裝置並連串接在伺服器的裝置管理員目錄上並簡化軟體重新分配，即可執行運作，免除繁雜的網路配線工程。
．應用實例1：後疫情時代之智慧零售
後疫情時代，維持「安全社交距離」是防疫的準則之一，人與人之間保持微遠距將變成常態。運用科技可幫助減少與人接觸機會，降低高感染風險。在零售場域中，將無線虛擬化模組導入觸控顯示器並結合攝影機即可打造一台薄型無線虛擬Kiosk，並透過無線網路連接伺服器，兼顧美感與設置便利性。以無線連線取代網路線、HDMI線材和USB線材，可免除建置實體線路的麻煩以及節省維護成本。以伺服器的CPU運算能力搭配Wi-Fi 6網路設備，將能實現一對多的無線虛擬Kiosk擴充。
圖5 Wi-Fi 6E技術允許連接更多的無線設備、滿足更多的Wi-Fi流量需求並能有效解決現有頻道擁擠之問題。
Wi-Fi Direct Mode：適合邊緣主機拓展和擴充應用
邊緣主機系統機動性的擴充應用，可透過Wi-Fi Direct直連的方案進行與擴充裝置無線連接。不須更動或增加原本的網路配置。同時具備低延遲與快速連線。一般Wi-Fi漫遊(Roaming)的運作取決於支援IEEE 802.11 k/v/r的路由器和Wi-Fi Client方案，其設定有一定知識門檻，巽晨國際開發出可適應Wi-Fi Client的Software Fast Roaming連線機制，讓一般Wi-Fi網卡在多個無線虛擬化模組間自動切換時，仍維持最佳的連線品質，為使用者建立無縫的Wi-Fi漫遊體驗。
圖6 Wi-Fi 6E虛擬化模組可支援連接更多終端裝置。
．應用實例2：無線升級電腦I/O擴充基座
市面上筆記型電腦擴充基座(Docking Station)產品可以讓筆電擁有跟桌上型電腦一樣的I/O擴充介面，透過USB通訊擴充筆電的連接能力，提供各種I/O介面，如HDMI、DP、VGA與Ethernet連接埠，讓筆電可以連接其他周邊配件，大幅提升工作生產力與效率。擴充基座大致上由USB Hub、USB Graphic、USB to Ethernet晶片所組成，其電腦端所需要的驅動程式包含影像處理、網路封包處理。本文Wi-Fi 6虛擬化模組提供的USB Host介面則可為擴充基座相關產品在與電腦之間搭建Wi-Fi Direct無線高速通道，享有Wi-Fi 6高達1.2Gbps的資料吞吐量並展現低延遲的雙向無線效能。Wi-Fi 6虛擬化模組具有Soft Roaming機制，電腦可以藉由訊號品質自動連線或切換擴充基座。
Wi-Fi 6E技術應用潛力無窮
Wi-Fi 6E技術與Wi-Fi 6採用相同的Wi-Fi標準，是Wi-Fi 6的升級版，「E」代表「擴展」。Wi-Fi 6可運行於2.4GHz與5GHz無線頻段，而Wi-Fi 6E更擴展至6GHz頻段，在頻寬、傳輸速度與延遲率方面擁有更加優異的效能表現，因此能支援連接更多部終端設備，大幅拓展應用空間。6GHz使用高達1,200MHz的新頻譜(5.925~7.125GHz頻段)。與目前頻道所使用的有限頻譜方式不同，連接6GHz頻道不會產生重疊或干擾的問題，Wi-Fi 6E技術預計將可為AR、VR與8K串流媒體等高頻寬應用帶來突破性的發展。
Wi-Fi 6E可利用多達7個160MHz頻道，增加一倍的頻寬和傳輸量 ，能允許更多的資料量同時進行傳輸，速度也更快，可以避免5GHz頻段壅塞的問題，並提供高達2.4Gbps的無線傳輸速度。相關業者如巽晨國際在分散式Wi-Fi 6虛擬化模組的基礎上也將繼續開發Wi-Fi 6E方案，致力打造能支援更多終端設備與實現網路延遲率低於3ms的Wi-Fi 6E虛擬化模組 。
(本文為巽晨國際技術研發團隊共同協作)