[嵌入式]对家庭网络设备行业的理解

本人从事网络设备开发，本文观点限行家庭网络设备的开发，尤其指家用无线路由器（以下行业所指代或以此为出发点）。限于作者水平，必然存在理解的局限，请多包涵和指摘。

一、行业发展的动力

主要为802.11协议的发展，即无线局域网的技术进步，推动了行业的向前发展。

一个行业的发展，有赖于市场环境（用户需求，如笔记本、手机）、其它技术的发展（如制造业、供应、有线、接入网络）等共同形成适用的场景，为其发展铺平了道路，但在其繁荣的过程中，一定会有一条主脉络，促使起向发展。

先将无线路由器的主要接入技术进行剖析：802.3与802.11。其代表了以太网和无线的发展。

有线协议的发展

有线的802.3由以太网和光纤通信两部分组成； 我们重点看下以太网协议的几个关键里程碑点：

• 1990年的802.3i标准，算是是一个开端：10BASE-T10 Mbit / s（1.25 MB / s的双绞线，
• 1995年的802.3u标准，具有100 Mbit / s（12.5 MB / s）的100BASE-TX，100BASE-T4,100BASE-FX快速以太网，具有自动协商功能
• 1999年的802.3ab标准， 1000BASE-TGbit / s以太网双绞线，速率为1 Gbit / s（125 MB / s）
• 在向后的10年左右，以太网逐步到2.5、5、10Gbps，基本达到极限，再向上的高速率，需要光纤通信。

在家庭网络设备上，上行运营商出口带宽的扩大、电脑的普及，促使了家用路由器的发展。在国内铜退光进的发展大趋势很快，以至于很多人都没见过DSL设备，只有在操作系统或路由器配置中见过输入DSL拨号密码和账号，不理解DSL拨号是啥。

虽然以太网发展很快，但在家庭网络设备领域是跟不上的。百兆的以太网就用了十年，再到千兆以太网，又是十年。时至今日，千兆以太网仍是绝对的主流，极少的厂商推出2.5Gbps的家庭网络设备，但这需要上行运营商以及用户的PC的支持，不然仍属于性能的冗余。

如果没有Wifi的发展，那么故事会单调很多。我记得2011年刚毕业到公司，负责开发一个款简单的百兆有线家用路由器，1个WAN口4个LAN口，芯片方案是IC+的，与其说是开发，不如说是改改页面，当时只在UI层做些调整，然后捆包编译，发布版本。虽然过了很多年，但记忆比较深的是，编译出的一百K左右大小的img可以直接升级（所跑的系统应该是芯片厂商自研的），运行在没有MMU的硬件上，其它的都已经被芯片厂商集成了。而做这个开发的只有我的导师和我，当时我导师非常郑重的把这个软件的开发和维护交给我，让我倍感重视。便随着开发经验的增长，我渐渐理解，如果没有技术的更新迭代，那么芯片厂商之下，便不会再有开发工作，只会有模块集成，这点可以参考蓝牙。

无线协议的发展

• 802.11 ?，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。
• 802.11a?，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在5GHz）。
• 802.11b?，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz）。
• 802.11g ?，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。
• 802.11n ?，2009年，在802.11g和802.11a之上发展起来的一项技术,添加MIMO支持，速率最高提升到600Mbit/s。
• 802.11ac ，2013年，802.11n之后的版本。工作在5G频段，频宽提升至160MHz，MIMO空间流增加到 8，调制达到 256QAM，整体的速度提升到1.3 Gbps。
• 802.11ax， 2019年，频宽160MHz，调制1024QAM，理论最高速率提升至10Gbps。引入OFDA， mu-mimo机制。
• 802.11be（Wi-Fi 7）， 2022年，最高速率可达30Gbps。
• 此外，wifi的EasyMesh协议（2020年，Multi-AP Ver2），也将无线扩展进行了标准化，为无线的覆盖提升了协议标准。

Wi-Fi 技术自诞生以来以其便捷有效的特性使人们摆脱了有线连接的束缚，迅速成为了用户上网的首选方式。在过去的二十年中，Wi-Fi 使数十亿人能够轻松连接到互联网，享受在线视频、游戏、教育等丰富的媒体资源，彻底改变了人们获取信息的方式，更好的与外界沟通互联。

近些年，随着无线技术以及智能家居的快速发展，越来越多的设备需要加入家庭无线网络，除了智能手机和笔记本电脑之外，新型设备如无线音箱、监控摄像头、恒温器、冰箱以及无数其他智能家电和机器都加入了家庭无线网络中。以传统 Wi-Fi 标准（802.11a / b / g / n / ac）运行的现有无线基础设施不足以应对连接的增加和带宽需求的提高，因此，急需引入新一代 Wi-Fi 技术，Wi-Fi6 就此应运而生。

Wi-Fi6 具有更高的传输速率、更大的并发、更低的时延。这种特性使得其应用场景更加丰富，既满足智慧家庭 4K、VR、网络游戏、智能家居互联等业务的高效承载，也适用于行业应用中高密办公、生产无线、智慧教学、智慧传媒以及城市和企业的数字化等。Wi-Fi6 技术，将为室内无线网络带来一次革新，彻底改变物联网和智能家居的实现方式，给人们带来前所未有的网络体验。

引《中国联通wifi6技术白皮书》

通过协议发展过程看，这系统的技术迭代，潜在需求是用户对无线网络应用需求，它可以给人们提供不限流量、带宽稳定、方便移动的覆盖网络； 各个芯片厂商、设备制造厂商、wifi联盟、运营商等共同参与，推动了技术的发展，造就了无线网络设备行业的发展。

我们可以假设无线发展假设停止在11n（09年），那么这个行业很难有现在的规模，我大胆猜测，应该就如同刚毕业时，我所做那个有线路由器一般，芯片厂商通过异构CPU将软件集成化，缩短产业链条，降低芯片成本，下游就只剩下模块集成厂商，不会再有大规模的开发。

二、行业的组成

用户需求

在智能手机发展的年代，人们对流量的需求排山倒海涌来，山寨机年代的3G无法满足，普及的4G流量太贵，一个wifi热点拯救了勤劳大众，以至于运营商的wifi覆盖方案繁荣一时，几年的光影谢幕。现在的手机、笔记本、pad等，都依赖于无线，家用无线已经非常普及，运营商的接入带宽扩大（200Mbps很普遍了，一线城市500M也很平常了），用户需要更稳定、速度快、覆盖广的无线。

技术标准制定

Wi-fi商业联盟的推动，IEEE协会的标准化，不得不说wi-fi联盟的非常成功，其能在行业内保证彼此设备的兼容性，运作上非常有借鉴意思。技术组织制定协议的标准，技术指标，这一过程也是与芯片开发的过程交织互动，即要有技术的标准性，又要有技术的可行性，这是一个良性互动。

芯片厂商

芯片厂商有高有代，有的引领技术发展，吃第一波红利，有的跟随技术发展，收割市场，这里就不点名了，相信大家都懂。芯片厂商是行业的上游了，其研发芯片，提供软件SDK，就技术而言，其作用是决定性，在一个家用路由器的设备中，芯片厂商提供的主芯片占产品总成本的近50%。受疫情影响，芯片厂商产能下降，原本芯片厂商间的竞争，变成了芯片是香饽饽，这两年的芯片厂商与设备厂商的关系倒转，很有掉头，河东河西。

设备制造商

拿到芯片研发产品，制造生产，渠道销售。在这里能做到研、产、销就算把这个环节打通了。笔者处于这环节上的一名普通软件研发。这一环节是行业比较累的环节了，也充分体现了中国制造。但在这里，无论研发、制造、销售，都有其独特的竞争力和专业性，不然以前的美国或台湾的设备厂商，也不会逐一衰落，中国设备厂商占了这个市场的绝对优势，设备厂商的崛起这与中国制造能力、供应链的整合能力相关（低廉的研发就不提了）。曾有一位领导说，看一个行业竞争是否激烈，就看这个行业头部的公司前五名，是否有2家是中国的企业。中国公司没进入网络设备行业前，大家看查看下网络设备的价格，怎一个高字也得，而如今一台家用级别的普通路由器100~200之间，真心是让技术惠及至千家万户。

市场/代理商

这一层属于赚品牌、赚渠道、赚差价的钱了，无论国内还是国外，来定制设备进行转销的公司很多。这类客户统称OEM，部分ODM。在市场上，能赚钱就是王道，并无贬低之意，这就是贸易。在他们看来，这个行业无论是技术发展、还是芯片设备制造，最终是要为用户提供有价值的产品，而他们是在为用户获取产品，销售/服务用户，是非常必要的一环。

终端用户

价值的实现点，只有产品做得好，用户买单了，才是最终兑现了价值，整个产业链路也是在这个环节上获益，所以说客户是上帝么。终端用户的规模，也决定了这个市场的规模，决定了这个行业的成熟度。这个市场处于增量或是存量，就决定了资本的态度，影响了整个行业。就目前看，中东非还有空白，技术迭代产品在世界范围内都会涉及升级替换，就算到了存量阶段，家庭路由器一个庞大体量的市场，2~3年的产品更换周期，会维持住这个市场的规模，只不过会加大竞争，降低成本（个人认为成本降低就是技术发展的趋势，毕竟投入这么资本和人力，在各个环节都会有积累，就会有进步，体现在效率上）。

三、行业中软件研发

本节主要从设备厂商视角出发，从技术角度看问题。回答个人软件技术成长上的一些疑问，提供参考。

直接打开研发层面：利用芯片厂商提供的套片进行开发，软件基于SDK进行开发，因为芯片厂商已经把驱动、kernel版本等提供好了，完全没必要再造轮子了。

对于小公司来说，如果已经做了一个芯片方案，现在想切到另一个方案（厂商不同），基本上是基于SDK做小规模改动；

对于大公司来讲，其会存在一个应用平台，将芯片方案的SDK包在其内部进行开发。

方案选型，公司会基于市场的竞品，公司技术水平（是否有做过此方案），合作关系来决定（疫情期间是特例）。

硬件开发，基于芯片厂商的Demo，做一定的Costdown，一方面对齐芯片厂商Demo的性能、稳定性，一方面发挥公司供应链的优势，最大限度上保证产品的综合最优。尤其是无线的射频、功率。

软件开发，将评估版本的功能需求，将SDK内化到软件平台、或将平台适配SDK版本（取决于大平台或小平台），完成软件功能开发，一定范围内的性能调优。解决软件问题，尤其是性能与稳定性相关。

测试阶段，完成原型机测试、工程样测试、SVT测试、Beta测试等，保证产品质量，发布软件。

关于产品需求为啥略过去了，因为就笔者目前接触过的产品经理来看，更偏向于硬件规格、市场前端，对于软件需求分析、长期规划来讲，能力较弱。如果按原型方法，抄抄竞品尚可，如果提及结构化需求分析方法或面向对象需求分析，那就是盲区了。这是由这个行业或至少是现在这样也能向下走。

研发流程，决定了组织形态，其目的是整合资源，提高效率。

相信看到这里，对于高谈阔论已经看完了，想看点细节，我以一个案例展开。

某某开发人员（工作3年左右）认为做家用的路由器产品软件开发后，就是简单定制项目 ，没有挑战性。

某某开发人员（工作7年左右），对于项目上有一定不适应。按照职级职等有一定差距，需要改进。

首先从大的方面，要理解2点

1、大部分人对公司经营和管理分不清，不能理解公司大的决策，仅能看到好像对自己有益或有弊。

2、技术是公司发展赢利或工作赚钱中的工具，自身的成长和进步需要有正确的技术态度和不断内驱的初心，方是终身学习持续进步的道路。没有一家公司会以新技术领先为目标，不过是包裹在持续经营之外的装饰。没有一家公司会不需要技术，只是有些技术是成熟的。

其次，底层协议/技术的发展

如IPv4已经存在40多年，是底层基础，而IPv6提出距今也已经30多年，单纯名词角度大部分人朗朗上口，但细节角度就需要不断积累，我所见到的开发人员，能掌握TCP/IP卷1基本基础的，为数不多。如TCP的协议状态，如点对点协议发展，如IP协议发展及安全性等，基本很少有能谈出自己的理解，更不必谈技术趋势了。笔者与15年左右接触过BRCM的技术开发团队，印象很深的是他们技术团队（来自中国台湾）的年龄普遍较高，尤其是做IPv6那位，头发全白了，感觉得有50了，他介绍所使用的IPv6协议栈来自于BSD的某个版本，由于开源协议限制（eCos系统，单进程多线程小巧系统），不能使用GPL的模块，实现了一个类似iptable规则的配置工具。从交流了，他们一半不流利的普通话（台湾腔）加一半英语，他们都做了十年二十年技术，这就是一份工作，养家及自己爱好，对技术的发展有自己的见证和理解。

对于网络设备开发涉及C语言基础组成原理、操作系统。很多投入开发的人员，并非大学专业就是计算机，有的甚至是半道参加了某清某见、某嵌的培训班，然后投入开发的。但如果对爱好技术、打算以此为期职业发展的开发人员来讲，那么欠下的基础始终要补上的。如CPU处理一条指令的过程？流水线CPU及加速比？段式内存管理与页式内存管理 ？PV操作？编译过过程有哪些？库的链接过程？结构化设计中，模块设计的原则； 耦合的分类？测试有哪些各类，白盒测试有哪一些......在持续学习、甚至终身学习的过程，不断的完善自己的知识体系结构，记录笔记形成积累。

有些开发人员会问，不就是解决问题么，不就是解决平台中的逻辑问题，分析协议中潜在的错误，开发移植功能么？有必要跟我谈这些么？是啊，大部分情况下，大部分人都是这么想的，我能解决问题，给公司干活不就得了，跟我谈这些没有用的，说不定你解决问题速度还没我快呢。程序员或开发者在当前的大环境中，被定义为青春饭，但这样的导向是不对的，不利于整体的利益和行业的发展； 过于浮躁的态度则决定无法投入更有技术难度的开发，这并不是光光行业格局所决定的。试想下为什么35岁被认为是开发人员的一个坎？随着芯片国产化的趋势展开，需要技术基础扎实的人员投入，这也是很好的机会。

最后，看下软件开发大的过程。

软件平台功能开发：这部分是绝大数开发人员所做的，由于产品外部的变化（有限功能集合的重新划分，个人觉得有部分浪费人力，不符合人机交互的黄金三原则），适配特殊的接入环境，新的协议功能开发，用户场景优化。这部分任何大的公司，会有一定的平台或往小了说是成熟的模块来支撑。

无线功性能调试：基于与芯片厂商的分工，保证驱动配置的正确性。在硬件无线射频参数、指标正常的基础上，进行一定的无线调测。无线测试过程中，无线的频宽、信道、功率、天线的方向，始终是指标项的外部调试重点； 而PHY层、MAC层配置，一般由Datasheet指定，如果芯片厂商开放，则可调试空间会大很多； 如果没有，那么只能依赖于芯片厂商，这个是由分工所决定的，芯片厂商的技术能力，也制约了最终产品的能力； 有些新的芯片方案刚好来，本身软、硬都有一定的缺陷，需要设备厂商在产品化过程中，共同解决。根据无线的原理性参数、结合特定的场景，可以调试出符合特定场景的组合参数，如提高ED的阈值、降低接收灵敏度可以提高干扰性能；适当提高识别音频流的队列优先级，降低时延；调整ATF参数，提高接入设备的流量均衡等等。和接入AP点控制、漫游、Easymesh扩展等场景参数，仍然需要大量的测试验证、理论分析验证。某些设备厂商为了提高无线空口竞争，不遵守协议；某些测试仪器发包过程不竞争窗口；这不是好的行为，毕竟2.4G、5G是免费公用的频段，要共存、共用这段资源。wifi性能的提升，也促使网络设备采用了多核CPU结构，淘汰了一些不支持SMP的系统，终极看，应该是Linux一家独大。

转发性能：这部分大多都集成到硬件中，包括了IPv4、IPv6、组播等，做成了硬件加速，不然也达不到理论速率。对于VPN想着的，会有一定的软件加速进行支撑，核心的思路：减小转发路径上的函数，直接在驱动层进行转发。这部分在无线、有线转发最为明显。

硬件HAL层的适配，家庭网络设备的外围设备并不多，不外乎一些GPIO、USB的控制，以及Boot支持、Flash读写支持。

15年左右，一批智能路由兴起，当时OpenWRT如日中天，觉得家庭网络设备不过是硬件而已，软件层面完全没有开发必要，直接OpenWRT充分可定制化，似有要革掉传统设备厂商的命，然几年光景，当时的浪头厂商安在哉。这个行业注定了上下游在充分的配合，软件硬件协作，共同推动发展。可以毫不夸张说，自己编译的Openwrt升级到家用的无线路由器上，大概率导致的结果是变成有线路由器了。无线速率的持续提高，芯片厂商的无线芯片一致性并没有那么高，且设备厂商一般会选择外围FEM，也就导致无线参数的需要每块设备都进行校准，以保证其性能和符合功率标准。设备厂商始终在不遗余力的打磨软件平台，减少冗余工作，提高开发效率。但这一过程，更需要需求分析、架构设计、丰富开发经验的研发人员投入。

关于项目管理、项目流程，涉及范围、进度、成本、质量等等，同时包括软件、硬件、测试、产品、制造、账务等各个领域，又是一大篇幅，无法展开。在这样一个庞大的行业系统中，可能5年也就入个门，10年算是初步认清； 而笔者已在这个行业从事研发10余年，至今仍感觉尚未入门，仍有很多需要学习补充。

希望这个行业持续健康发展，芯片国产化持续稳步进行，待至某一公司能进行行业上下游整合时，产品竞争力会提高、产业效率提升、研发人员回报也会随之提高，惠及的将是一个行业。

四、一些浅薄的建议

本未打算写这些内容，因为从我个人职业的观察来看，很难去改变一个人，只能选择合适的人。但我的Manager对我说，非常欣赏我的职业态度，赞同我对技术发展、职业发展的理解，可以话，分享给周围的人。回想个人的成长，也是得到很多大佬的指点、在很多博文中学习，也触发我将此分享出来。

个人对职业的浅薄建议：

1、在某一行业内沉下心来，躬身入局。现在技术开发人员，更换工作短则半年，且经常跨行业。我建议（尤其是刚毕业）谨慎选择一个行业，持续的做下去，哪怕是更换工作，跨度不要太大，去真正的融入、喜欢这个行业，踏实的做技术； 提升自己在这个行业的竞争力。

2、持续的自我学习和提升。在大学毕业后，是否有再投入系统的学习？在某一个工作岗位上，游刃有余时，能否再找到差距，自我提升，还是靠更换工作环境，来被动学习。

个人对技术态度浅薄建议：

• • 注重基础（基础决定走多远，走得是否踏实）
  • 摆脱依赖（不指望靠周围的牛人带，走得踏实你就是别人眼中的大牛）
  • 注重内驱（职业是马拉松，不是百米赛，持续的自我提升，才是持续的动力之源）

打牢基础，脚踏实地，头望星空，不忘初心。