802.11ac：第五代Wi-Fi技术-技术白皮书

802.11ac 第五代 Wi-Fi 技术 Aug, 2012

802.11ac: 第 五 代 Wi-Fi 技 术 1. 概 要... 3 2. 什 么 是 802.11AC?... 5 2.1 802.11AC 的 驱 动 力... 5 2.2 802.11AC 的 速 度 为 何 这 么 快?... 6 2.3 我 们 如 何 保 证 802.11AC 的 健 壮 性?... 9 2.3.1 技 术 综 述... 9 2.3.2 802.11ac 和 802.11n 的 区 别... 11 2.3.3 基 于 标 准 的 波 束 成 形... 13 2.3.4 基 于 带 宽 指 示 的 RTS/CTS... 14 2.3.5 所 有 的 A- MPDU... 16 2.3.6 信 道 化 和 80+80MHz... 17 2.3.7 数 据 速 率 与 覆 盖 范 围... 21 2.3.8 频 谱 管 制... 22 2.3.9 多 用 户 MIMO... 23 2.3.10 802.11ac 项 目 授 权 请 求... 24 3. 802.11AC 什 么 时 候 才 会 到 来?... 25 4. 802.11AC 如 何 影 响 我 们?... 26 4.1 兼 容 性... 26 4.2 什 么 时 候 更 新 到 802.11AC?... 28 4.3 无 线 电 资 源 管 理 和 无 线 入 侵 保 护 系 统 (WIPS) 效 果... 29 5. 总 结... 29 附 录 : 什 么 是 802.11N?... 30-2 -

1. 概 要 802.11ac 作 为 IEEE 的 新 标 准 借 鉴 并 更 进 一 步 地 优 化 了 802.11n 的 优 点 802.11ac 是 一 个 更 快 且 更 易 扩 展 的 802.11n 版 本 802.11ac 结 合 了 无 线 技 术 的 灵 活 与 千 兆 以 太 网 的 高 容 量 无 线 局 域 网 站 点 中 每 个 无 线 接 入 点 所 用 支 持 的 用 户 数 量 会 获 得 极 大 的 改 进, 每 个 用 户 能 够 拥 有 更 好 的 体 验, 并 且 能 够 为 更 多 的 并 行 视 频 流 提 供 更 多 的 可 用 带 宽 即 使 当 网 络 没 有 满 载 时, 用 户 也 能 看 到 好 处 : 文 件 下 载 及 电 子 邮 件 的 同 步 能 够 达 到 低 延 迟 的 千 兆 速 度 此 外, 由 于 设 备 的 WiFi 接 口 能 够 被 及 时 唤 醒, 与 无 线 接 入 点 交 换 数 据 后 更 快 地 进 入 待 机 状 态, 设 备 的 电 池 寿 命 也 被 延 长 了 802.11ac 通 过 三 个 方 面 的 进 步 来 达 到 它 的 基 础 速 度 : 更 多 的 信 道 带 宽 绑 定, 从 802.11n 的 最 大 40MHz 增 加 到 如 今 的 80 MHz 甚 至 160MHz ( 分 别 达 到 117% 或 者 333% 的 增 速 ) 密 集 调 制 模 式, 从 802.11n 的 64 阶 正 交 调 幅 (QAM) 到 如 今 的 256 阶 正 交 调 幅 (QAM)( 在 小 范 围 内 达 到 33% 的 增 速, 覆 盖 范 围 仍 然 不 变 ) 更 多 的 多 输 入 多 输 出 (MIMO) 空 间 流 鉴 于 802.11n 只 有 四 个 空 间 流,802.11ac 能 够 达 到 8 个 空 间 流 ( 达 到 100% 的 增 速 ) 迫 使 802.11n 产 品 使 用 一 个, 两 个 或 者 三 个 空 间 流 设 计 的 经 济 性 因 素 同 样 对 802.11ac 产 品 适 用, 因 此 我 们 能 够 预 期 类 似 产 品 的 推 出, 第 一 代 802.11ac 产 品 可 实 现 80MHz 信 道 绑 定 并 在 物 理 层 提 供 433Mbps( 低 端 ),867Mbps( 中 端 ), 或 者 1300Mbps( 高 端 ) 的 数 据 速 度 第 二 代 产 品 会 保 证 使 用 更 多 的 信 道 绑 定 及 更 多 的 空 间 流, 通 过 合 理 的 配 置 能 够 实 现 3.47Gbps 的 数 据 速 度 802.11ac 只 能 在 5GHz 频 谱 运 行, 所 以 双 频 段 的 无 线 接 入 点 和 客 户 端 会 继 续 在 2.4GHz 上 使 用 802.11n 当 然,802.11ac 客 户 端 能 够 在 不 太 拥 挤 的 5GHz 频 谱 工 作 - 3 -

第 二 代 802.11ac 产 品 还 会 推 出 一 种 新 的 技 术, 多 用 户 MIMO(MU-MIMO) 802.11n 就 像 一 个 以 太 网 的 集 线 器, 在 一 个 时 间 点 只 能 向 所 有 接 口 转 发 一 个 帧,MU-MIMO 允 许 一 个 无 线 接 入 点 在 一 个 时 间 点 使 用 相 同 的 频 带 向 多 个 用 户 发 送 多 个 帧 没 错 : 通 过 多 个 天 线 以 及 智 能 算 法, 一 个 无 线 接 入 点 能 够 表 现 的 像 是 一 台 无 线 交 换 机 尽 管 有 一 些 技 术 限 制, 对 于 智 能 手 机 及 平 板 电 脑 之 类 只 有 一 根 天 线 的 设 备,MU-MIMO 尤 其 适 合 自 带 设 备 (BYOD) 的 应 用 场 合 802.11ac 产 品 是 IEEE 和 WiFi 联 盟 的 努 力 成 果 2012 年 1 月,IEEE 发 布 了 802.11ac 2.0 版 本 的 修 正 草 案, 在 同 年 的 5 月 份 发 布 了 3.0 版 本 的 草 案, 最 终 版 计 划 于 2013 年 发 布 与 此 同 时,WiFi 联 盟 有 望 根 据 一 份 早 期 的 IEEE 草 案, 很 有 可 能 是 3.0 版 本 的 草 案, 将 其 作 为 2013 年 早 些 时 候 第 一 代 产 品 互 操 作 认 证 的 基 础 之 后, 在 802.11ac 的 批 准 日 期 ( 即 2013 年 12 月 之 后 ),WiFi 联 盟 有 望 更 新 802.11ac 的 认 证, 包 括 测 试 更 多 802.11ac 的 高 级 特 性 第 二 波 认 证 应 该 会 包 括 诸 如 信 道 绑 定 到 160MHz, 四 个 空 间 流 以 及 MU-MIMO 等 特 性 总 之, 这 些 安 排 会 紧 紧 跟 随 802.11ac 产 品 的 推 出 考 虑 到 WiFi 架 构 的 投 资, 企 业 网 络 有 两 个 好 的 选 择 :(1) 购 买 802.11n 的 无 线 接 入 点, 因 为 他 们 是 目 前 就 能 够 提 供 卓 越 性 能 的 产 品, 而 且 802.11n 客 户 端 已 经 被 广 泛 地 部 署 了, 或 者 (2) 等 待 802.11ac 的 无 线 接 入 点 来 实 现 最 先 进 的 性 能 当 然 为 了 避 免 等 待, 您 还 有 第 三 个 选 择 (3): 购 买 模 块 化 的 802.11n 无 线 接 入 点, 例 如 思 科 Aironet 3600 无 线 接 入 点, 该 设 备 能 够 现 场 升 级 到 802.11ac 与 此 同 时, 消 费 级 别 的 产 品 可 能 会 在 更 早 的 时 候, 于 2012 年 内 发 布, 这 早 于 WiFi 联 盟 的 认 证 进 程 然 而, 我 们 强 烈 建 议 所 有 期 望 获 得 高 兼 容 性 的 企 业 等 待 WiFi 联 盟 认 证 后 再 购 买 ( 即 2013 年 ) 即 使 不 立 刻 升 级 到 802.11ac,802.11ac 的 到 来 也 会 对 现 存 的 802.11a/11n 部 署 有 些 新 的 影 响 :(1) 邻 居 无 线 接 入 点 拥 有 更 宽 的 信 道 带 宽 需 要 更 新 无 线 电 资 源 测 量, 即 RRM( 尤 其 是 动 态 信 道 分 配 算 法 ) 的 方 法,(2)802.11a/11n 无 线 入 侵 保 护 系 统 (WIPS) 能 够 继 续 解 - 4 -

码 大 部 分 的 管 理 帧, 例 如 信 标 和 探 测 请 求 / 响 应 帧 ( 因 为 它 们 总 是 以 802.11a 的 格 式 发 送 ), 但 是 无 法 识 别 使 用 新 的 802.11ac 包 格 式 发 送 的 数 据 帧 不 用 担 心 兼 容 性 的 问 题 802.11ac 被 深 度 地 设 计 成 能 够 有 效 地 与 现 有 的 802.11a/n 设 备 共 存, 拥 有 强 大 的 载 波 侦 听, 一 个 新 的 前 导 符 作 为 有 效 的 802.11a 前 导 符 与 802.11a/n 设 备 兼 容, 以 及 对 于 请 求 发 送 / 清 除 发 送 (RTS/CTS) 的 扩 展 来 帮 助 避 免 与 在 相 近 信 道 工 作 的 用 户 间 的 冲 突 2. 什 么 是 802.11ac? 首 先,802.11ac 是 802.11n 的 演 进 如 果 你 想 更 多 地 了 解 802.11n 请 跳 转 到 附 录 如 果 你 已 经 熟 悉 了 802.11n 引 入 的 信 道 绑 定 MIMO 以 及 聚 合 概 念 并 且 不 需 要 复 习 这 些 内 容 的 话 请 继 续 阅 读 本 文 2.1 802.11ac 的 驱 动 力 802.11ac 是 对 802.11n 的 一 种 改 进 和 发 展 802.11ac 的 其 中 一 个 目 标 是 提 供 与 千 兆 以 太 网 络 相 比 肩 的 高 性 能 : 看 似 瞬 间 完 成 的 数 据 传 输 体 验 一 个 足 够 大 的 管 道 来 很 容 易 地 提 供 高 质 量 的 体 验 (QoE) 其 在 消 费 领 域 的 目 标 是 多 个 信 道 的 高 清 内 容 能 够 被 传 送 到 房 间 的 每 个 角 落 然 而 企 业 网 络 则 面 临 不 同 的 挑 战 : 交 付 企 业 级 速 度 和 延 迟 的 网 络 每 个 无 线 接 入 点 提 供 高 密 度 用 户 接 入 环 境 o BYOD 的 趋 势 使 得 每 个 员 工 可 能 携 带 两 个 甚 至 三 个 802.11 设 备 并 在 同 一 时 刻 让 它 们 消 耗 网 络 的 资 源 日 益 增 长 的 视 频 流 量 - 5 -

802.11ac 可 以 在 苛 刻 的 负 载 下 使 得 无 线 接 入 点 服 务 的 每 个 客 户 获 得 卓 越 的 体 验 同 时 802.11 设 备 组 成 广 泛, 它 们 中 的 很 多 设 备 受 到 成 本 电 源 和 体 积 限 制 对 于 这 些 设 备 来 说, 通 常 使 用 一 根 天 线, 但 是 对 于 802.11ac 还 必 须 仍 然 能 够 提 供 峰 值 效 率 802.11ac 一 个 显 著 特 点 是 利 用 了 过 去 6 年 多 硅 芯 片 技 术 的 改 进 来 实 现 : 信 道 带 宽 更 宽, 调 制 更 加 密 集, 无 线 接 入 点 能 够 集 成 更 多 的 功 能 图 1. 802.11ac 如 何 加 速 802.11n 2.2 802.11ac 的 速 度 为 何 这 么 快? 无 线 的 速 度 由 三 个 因 素 驱 动 : 信 道 带 宽, 调 制 模 式 以 及 空 间 流 的 个 数 802.11ac 在 每 个 方 面 都 进 行 了 深 度 的 改 进, 如 图 1 所 示 从 数 学 的 角 度,802.11ac 物 理 层 的 速 度 按 照 表 1 计 算 例 如, 一 个 80MHz 频 宽 的 信 号, 经 过 256 阶 正 交 调 幅, 以 短 保 护 间 隔 的 三 个 空 间 流 发 送, 速 度 是 234 3 5/6 8bits/3.6us = 1300Mbps - 6 -

表 1. 计 算 802.11n 和 802.11ac 的 速 度 物 理 层 带 宽 ( 数 据 子 载 波 频 率 的 个 数 ) 空 间 流 个 数 11n 或 56(20MHz) 1 到 4 11ac 108(40MHz) 个 11ac 234(80MHz) 5 到 8 2 个 234(160MHz) 每 个 子 载 波 的 数 据 比 特 最 多 5/6 log 2 (64)=5 最 多 5/6 log 2 (256) 6.67 每 个 正 交 频 分 多 路 复 用 符 号 的 时 间 3.6us( 短 保 护 间 隔 ) 4us( 长 保 护 间 隔 ) = 物 理 层 数 据 速 率 (bps) 我 们 能 够 马 上 看 到, 将 信 道 带 宽 增 加 到 80MHz 能 够 获 得 2.16 倍 的 增 速, 而 160MHz 能 够 额 外 提 供 两 倍 的 增 速 但 是 没 有 什 么 是 免 费 的 : 这 样 做 会 消 耗 更 多 的 频 谱 资 源, 并 且 每 次 我 们 将 相 同 的 传 输 功 率 分 割 到 两 倍 的 子 载 波 频 率 来 获 得 两 倍 的 速 度 时, 两 倍 速 度 信 号 的 覆 盖 范 围 会 稍 微 减 小 ( 总 的 来 说 是 好 的 ) 从 64 阶 正 交 调 幅 到 256 阶 正 交 调 幅 提 供 了 额 外 的 8/6=1.33 倍 增 速 彼 此 靠 近 之 后, 集 群 点 对 于 干 扰 噪 声 更 加 敏 感, 因 此 256 阶 正 交 调 幅 主 要 在 64 阶 正 交 调 幅 已 经 可 靠 覆 盖 的 较 短 范 围 内 有 帮 助 与 64 阶 正 交 调 幅 相 比,256 阶 正 交 调 幅 并 不 需 要 更 多 的 频 谱 或 者 更 多 的 天 线 然 后, 速 度 是 与 空 间 流 的 数 量 成 正 比 的 更 多 的 空 间 流 需 要 更 多 的 天 线, 射 频 连 接 器 以 及 在 传 输 和 接 收 端 的 射 频 链 天 线 之 间 应 该 相 隔 1/3 的 波 长 (3/4 英 寸 ) 或 者 更 远 的 距 离, 额 外 的 射 频 链 会 消 耗 额 外 的 功 率 这 导 致 了 许 多 移 动 设 备 将 天 线 的 数 量 限 制 为 一 二 或 者 三 根 总 体 来 讲, 这 三 个 加 速 手 段 显 著 提 升 了 速 度 从 图 2 和 表 2 中 看 到,802.11ac 的 产 品 最 少 比 相 应 的 802.11n 产 品 快 了 4.4 倍, 第 一 代 中 端 及 高 端 802.11ac 产 品 比 相 应 的 802.11n 产 品 快 了 将 近 3 倍, 达 到 1.3Gbps 的 物 理 层 数 据 速 率 实 际 的 吞 吐 能 力 将 会 由 MAC 层 效 率 ( 很 少 大 于 70%) 以 及 链 路 两 端 设 备 的 能 力 决 定 - 7 -

图 2. 基 于 802.11 物 理 层 改 进 的 思 科 无 线 接 入 点 802.11ac: 第 五 代 Wi-Fi 技 术 白 皮 书 表 2. 802.11a,11n 以 及 11ac 的 主 要 数 据 速 率 标 准 配 置 带 宽 (MHz) 空 间 流 数 量 调 制 模 式 和 比 例 - 8 - 保 护 间 隔 物 理 层 数 据 速 率 (Mbps) 吞 吐 量 (Mbps)* 802.11a 全 部 20 1 64QAMr3/4 长 54 24 802.11n 最 小 值 20 1 64QAMr5/6 长 65 46 低 端 产 品 ( 仅 20 1 64QAMr5/6 短 72 51 支 持 2.4GHz) 中 端 产 品 40 2 64QAMr5/6 短 300 210 高 端 产 品 40 3 64QAMr5/6 短 450 320 最 大 改 进 值 40 4 64QAMr5/6 短 600 420 802.11ac 第 一 代 最 小 值 80 1 64QAMr5/6 长 293 210

低 端 产 品 80 1 256QAMr5/6 短 433 300 中 端 产 品 80 2 256QAMr5/6 短 867 610 高 端 产 品 80 3 256QAMr5/6 短 1300 910 80MHz 最 大 80 8 256QAMr5/6 短 3470 2400 改 进 值 802.11ac 第 二 代 低 端 产 品 160 1 256QAMr5/6 短 867 610 中 端 产 品 160 2 256QAMr5/6 短 1730 1200 高 端 产 品 160 3 256QAMr5/6 短 2600 1800 超 高 端 产 品 160 4 256QAMr5/6 短 3470 2400 最 大 改 进 值 160 8 256QAMr5/6 短 6930 4900 * 假 设 70% 有 效 的 MAC 层 效 率, 除 了 缺 乏 聚 合 功 能 的 802.11a * 假 设 由 于 其 他 无 线 接 入 点 的 存 在, 无 法 使 用 40MHz 频 率 2.3 我 们 如 何 保 证 802.11ac 的 健 壮 性? 产 品 包 装 盒 上 描 述 最 大 数 据 速 率 的 标 签 并 不 适 用 于 现 实 世 界, 原 因 有 很 多, 诸 如 设 备 会 受 到 来 自 非 802.11 设 备 的 干 扰, 早 期 的 无 线 接 入 点 只 能 使 用 20MHz 或 者 40MHz 频 宽, 多 路 径 衰 退, 移 动 设 备 只 拥 有 少 量 的 天 线, 接 收 范 围 内 的 信 号 很 弱 等 802.11ac 的 基 本 速 度 之 所 以 这 么 有 价 值 是 因 为 其 扩 展 性 能 够 在 实 际 环 境 下 提 供 可 靠 的 吞 吐 量 2.3.1 技 术 综 述 基 于 设 计, 如 表 3 所 示,802.11ac 意 图 只 工 作 在 5GHz 频 谱 上 这 避 免 了 来 自 于 2.4GHz 的 干 扰, 包 括 蓝 牙 耳 机, 微 波 炉 等, 并 极 大 地 刺 激 了 用 户 将 它 们 的 移 动 设 备 ( 和 无 线 接 入 点 ) 升 级 到 支 持 双 频 带, 进 而 使 得 5GHz 频 谱 的 使 用 变 得 更 加 普 遍 这 一 选 择 也 简 化 了 IEEE 的 进 程, 避 免 了 802.11 和 802.15 支 持 者 之 间 关 于 频 谱 的 争 论 无 论 如 何 在 2.4GHz 频 谱 上 都 无 法 达 到 单 信 道 80MHz 带 宽 就 如 我 们 已 经 看 到 的 那 样,802.11 使 用 了 更 高 阶 的 调 制, 最 高 到 256 阶 QAM; 额 外 的 信 道 绑 定, 最 大 达 到 80MHz 或 者 160MHz; 以 及 更 多 的 空 间 流, 最 多 可 到 8 个 对 于 发 送 - 9 -

一 个 160MHz 的 信 号, 有 另 一 个 替 代 方 法, 称 为 80+80 MHz, 我 们 将 在 之 后 讨 论 ( 见 2.3.6 小 节 ) 802.11ac 继 承 了 802.11n 的 一 些 有 价 值 的 特 性, 包 括 短 保 护 间 隔 的 选 择 ( 可 实 现 10% 的 性 能 提 升 ) 以 及 使 用 高 级 低 密 度 奇 偶 校 验 (LDPC) 来 转 发 差 错 修 正 码, 以 此 在 一 定 范 围 内 获 得 更 高 的 速 率 这 些 LDPC 码 被 设 计 为 802.11n 的 LDPC 码 的 更 新 扩 展, 因 此 产 品 研 发 人 员 能 够 很 容 易 地 扩 展 他 们 现 有 的 硬 件 设 计 尽 管 有 多 种 空 时 分 组 码 (STBCs) 是 可 选 的, 但 是 (1) 该 列 表 是 从 802.11n 丰 富 功 能 集 的 列 表 中 精 简 下 来 的,(2)STBC 是 波 束 成 形 技 术 的 冗 余 802.11n 定 义 了 核 心 的 2 1 和 4 2 的 STBC 模 式, 以 及 3 2 和 4 3 作 为 扩 展 模 式, 但 是 扩 展 模 式 在 带 来 额 外 复 杂 性 的 同 时 只 能 提 供 少 量 的 增 益, 并 且 没 有 成 型 的 产 品 实 际 上, 只 有 最 基 本 的 2 1 模 式 被 WiFi 联 盟 认 证 了 基 于 这 一 经 验,802.11ac 只 定 义 了 核 心 的 2 1,4 2,6 3 和 8 4 的 STBC 模 式, 同 样 的 只 有 2 1 模 式 有 望 被 产 品 化 : 如 果 你 有 一 台 拥 有 四 根 天 线 的 无 线 接 入 点, 当 你 可 以 使 用 波 束 成 形 获 得 更 大 增 益 时, 为 什 么 你 会 对 4 2 的 STBC 模 式 感 到 满 意? 802.11ac 还 有 权 对 于 波 束 成 形 定 义 一 种 单 向 的 信 道 探 测 : 也 就 是 所 谓 的 显 示 压 缩 反 馈 虽 然 是 可 选 项, 如 果 一 个 产 品 研 发 者 想 要 提 供 基 于 标 准 的 波 束 成 形 的 好 处, 他 别 无 选 择 地 只 能 选 择 此 单 个 机 制, 然 后 进 行 互 操 作 性 的 测 试 表 3. 802.11ac 的 主 要 元 素 参 数 频 谱 频 宽 调 制 模 式 802.11ac D3.0 草 案,WiFi 联 盟 认 证 的 第 一 代 产 品 802.11ac( 之 后 的 草 案 ) 潜 在 的 WiFi 联 盟 认 证 的 第 二 代 产 品 802.11ac 最 终 版 5GHz( 根 据 国 家 不 同 而 变 化, 在 美 国 接 近 小 于 6GHz, 除 了 600MHz 频 宽 ) 2.4GHz 必 选 :20,40 和 必 选 :20,40 和 80MHz 80MHz 可 选 :160 和 80+80MHz 必 选 :BPSK,QPSK,16QAM,64QAM 可 选 :256QAM - 10 -

空 间 流 数 量 转 发 差 错 修 正 必 选 :2( 无 移 动 无 线 接 入 点 *),1 ( 其 他 ) 可 选 : 最 多 3 个 空 间 流 必 选 :BCC 可 选 :LDPC 802.11ac: 第 五 代 Wi-Fi 技 术 白 皮 书 必 选 :2( 无 移 动 无 线 接 入 点 *),1 ( 其 他 ) 可 选 : 最 多 4 个 空 间 流 必 选 :1 可 选 :2-8 空 时 分 组 码 可 选 :2 1 从 无 线 接 入 点 到 客 户 端 可 选 :2 1,4 2,6 3,8 4 短 保 护 间 隔 可 选 信 道 探 测 ( 单 个 互 可 选 操 作 协 议 ) CTS 使 用 带 宽 指 示 必 选 来 响 应 RTS 基 于 带 宽 指 示 的 可 选 RTS 汇 聚 必 选 :A- MPDU 的 收 发 必 选 :A- MPDU 的 收 发 A- MDPU,A- MSDU 中 的 A- MDPU 可 选 :A- MSDU 的 接 收 A- MPDU TBD:A- MSDU 的 接 收 A- MPDU 多 用 户 MIMO - 可 选 *WiFi 联 盟 发 布 的 额 外 需 求 由 于 802.11ac 拥 有 更 宽 的 信 道 带 宽, 因 而 一 个 80MHz 的 无 线 接 入 点 很 有 可 能 与 另 一 个 20 或 者 40MHz 的 无 线 接 入 点 的 信 号 - 及 一 个 80 或 者 160MHz 的 无 线 接 入 点 的 信 号 - 或 者 他 们 中 的 几 个 信 号 重 叠, 为 了 在 这 一 复 杂 性 上 保 证 可 靠 地 操 作,802.11ac 要 求 扩 展 RTS/CTS 机 制, 更 强 的 干 净 信 道 评 估 (CCA) 需 求 以 及 新 的 主 信 道 选 择 规 则 详 见 2.3.4 小 节 802.11ac 还 引 入 了 一 个 称 为 多 用 户 MIMO 的 有 价 值 的 新 技 术 要 真 正 实 现 该 技 术 很 有 挑 战, 因 而 被 推 迟 到 第 二 代 的 802.11ac 产 品 中, 并 且 是 可 选 项 更 多 的 信 息 会 包 含 在 之 后 的 2.3.9 小 节 中 2.3.2 802.11ac 和 802.11n 的 区 别 802.11ac 避 免 与 802.11n 之 间 的 竞 争, 致 力 于 扩 展 802.11n 已 经 取 得 的 巨 大 进 步, 来 提 供 下 一 代 无 线 网 络 的 速 度 和 健 壮 性 - 11 -

例 如,802.11n 倡 导 通 过 选 择 性 地 使 用 A-MPDU,A-MSDU 和 A-MPDU 的 A-MSDU( 见 附 录 ) 来 聚 合 802.11ac 实 际 需 要 每 个 802.11ac 传 送 以 A-MPDU 聚 合 的 方 式 发 送 这 是 因 为 A-MPDU 固 有 的 高 效 率 以 及 其 他 一 些 原 因 ( 详 见 2.3.5 小 节 ) 另 一 个 例 子 是 802.11ac 扩 展 了 802.11n 的 信 道 访 问 机 制 : 虚 拟 载 波 侦 听 和 退 避 发 生 在 单 个 20MHz 的 主 信 道 ; 然 后 在 传 输 之 前,CCA 被 立 刻 用 于 剩 下 的 20MHz 的 子 信 道 考 虑 到 A-MPDU 和 802.11n 信 道 接 入 机 制 的 能 力,802.11ac 实 际 上 不 需 要 在 MAC 部 分 做 很 多 改 进 实 际 上,RTS/CTS 机 制 的 扩 展 是 唯 一 新 的 必 选 MAC 特 性 802.11n 没 有 纳 入 许 多 有 价 值 的 可 选 项 802.11ac 则 采 用 更 为 务 实 的 方 法 来 对 待 它 们 如 果 一 个 无 用 选 项 被 使 用 并 且 影 响 到 一 个 第 三 方 的 设 备, 那 么 典 型 的 802.11ac 会 阻 止 一 台 802.11ac 设 备 ( 工 作 于 802.11ac 模 式 下 ) 使 用 该 选 项 如 果 一 个 无 用 选 项 没 有 被 用 于 802.11n 产 品 或 者 只 影 响 激 活 该 选 项 的 设 备, 那 么 该 特 性 不 会 为 802.11ac 更 新, 而 是 取 而 代 之 的 等 待 死 亡 状 态 例 如, 对 于 802.11n 的 绿 里 (greenfield) 前 导 格 式 并 没 有 对 应 的 802.11ac 版 本 对 于 旧 有 的 802.11a/11n 设 备,802.11ac 只 定 义 了 一 种 前 导 格 式, 看 上 去 像 是 一 个 802.11a 前 导 符 后 跟 着 一 个 拥 有 错 误 循 环 冗 余 校 验 值 的 载 荷 这 意 味 着 旧 有 设 备 既 不 会 尝 试 在 802.11ac 传 输 之 上 发 送 数 据, 也 不 会 尝 试 在 数 据 栈 上 发 送 一 个 坏 的 载 荷 802.11n 引 入 了 一 种 降 低 帧 间 空 隙 的 技 术, 来 降 低 连 续 传 输 之 间 的 开 销, 但 是 经 验 显 示 A-MDPU 极 大 地 解 决 了 同 一 个 问 题, 并 且 更 加 的 有 效 工 作 在 802.11ac 模 式 下 的 802.11ac 设 备 不 允 许 传 输 RIFS 帧 ( 来 自 3.0 草 案 ) 没 有 引 入 到 11ac 的 802.11n 特 性 ( 或 者 被 工 作 于 802.11ac 模 式 下 的 802.11ac 设 备 显 示 禁 止 ) 包 括 所 有 802.11n 探 测 选 项, 包 括 扩 展 的 LTFs, 校 正 步 骤, 天 线 选 择,PCO,LSIG TXOP 保 护, 不 平 等 调 制,4 3 和 3 2 STBC 模 式,MCS32 和 双 CTS 保 护 如 果 你 不 知 道 这 些 术 语 也 没 问 题, 因 为 几 乎 可 以 肯 定 的 是 你 永 远 不 需 要 知 道 它 们 - 12 -

2.3.3 基 于 标 准 的 波 束 成 形 任 何 设 备 ( 使 用 多 天 线 ) 能 够 在 任 意 时 间 对 任 何 其 他 设 备 进 行 波 束 成 形 802.11ac 添 加 的 是 使 接 收 方 有 机 会 帮 助 发 送 方 更 好 地 进 行 波 束 成 形 的 工 作 这 称 为 探 测, 它 使 得 波 束 成 形 的 发 送 方 精 确 地 控 制 发 往 接 收 方 的 能 量 802.11ac 定 义 了 一 个 可 选 的 协 议, 使 得 一 台 802.11ac 设 备 可 以 探 测 其 他 802.11ac 设 备 该 协 议 类 似 于 802.11n 的 显 示 压 缩 反 馈 协 议, 如 下 所 示 一 台 典 型 的 无 线 接 入 点 设 备, 会 发 送 一 种 叫 做 VHT 空 数 据 包 (NDP) 通 告 的 帧 它 只 是 包 含 无 线 接 入 点 及 目 标 接 收 者 的 地 址 紧 接 着 VHT NDP 通 告 帧, 会 为 那 些 目 标 接 收 者 发 送 VHP NDP 帧 每 个 预 定 的 接 收 者 使 用 VHT NDP 的 前 导 符 测 量 从 无 线 接 入 点 到 自 己 的 射 频 信 道, 并 且 压 缩 信 道 第 一 个 预 定 接 收 者 立 刻 使 用 VHT 压 缩 波 束 成 形 帧 内 的 压 缩 信 道 信 息 进 行 响 应, 其 他 预 定 接 收 者 在 被 无 线 接 入 点 轮 询 到 的 时 候 响 应 VHT NDP 通 告 帧,VHT NDP 帧 和 VHT 压 缩 波 束 成 形 帧 都 和 802.11n 的 特 性 类 似 然 而, 由 于 一 些 细 微 的 区 别,802.11ac 的 探 测 并 不 与 802.11n 的 兼 容 另 外, 为 了 支 持 新 的 多 用 户 MIMO 特 性 ( 详 见 2.3.9 小 节 ), 信 道 反 馈 能 够 包 括 更 多 的 额 外 细 节 显 示 压 缩 反 馈 (ECFB) 是 考 虑 到 发 送 方 和 接 收 方 的 所 有 非 理 想 性 之 后, 用 来 提 供 信 道 的 精 确 估 计 然 而,ECFB 的 开 销 很 大 : 例 如 VHT NDP 通 告 帧,VHT NDP 帧 本 身 以 及 携 带 压 缩 反 馈 的 帧 对 于 一 台 拥 有 4 根 天 线 的 无 线 接 入 点, 压 缩 反 馈 数 据 的 大 小 可 能 从 180 到 1800 字 节 不 等, 这 取 决 于 客 户 端 天 线 的 数 量 和 压 缩 程 度 探 测 一 台 频 宽 80MHz 并 具 有 一 根 天 线 的 客 户 端 需 要 250 微 秒 当 设 备 能 够 达 到 433Mbps 传 输 速 率 时, 这 是 很 昂 贵 的, 因 为 同 一 时 间, 这 本 来 可 以 用 于 发 送 额 外 的 13000 字 节 的 数 据 - 13 -

因 此 不 依 赖 客 户 端 辅 助 来 解 决 探 测 问 题 ( 例 如 思 科 的 ClientLink 技 术 ) 不 断 地 显 示 着 其 价 值 它 们 可 以 (1) 仍 然 帮 助 旧 有 的 802.11a/n 客 户 端,(2) 仍 然 帮 助 那 些 不 支 持 802.11ac 探 测 的 802.11ac 客 户 端,(3) 仍 然 帮 助 工 作 在 2.4GHz 的 客 户 端 以 及 (4) 能 够 避 免 基 于 标 准 的 显 示 探 测 带 来 的 无 谓 开 销 2.3.4 基 于 带 宽 指 示 的 RTS/CTS 一 台 工 作 在 80MHz( 或 者 160MHz 等 等 ) 的 802.11ac 无 线 接 入 点 应 该 仍 然 能 够 允 许 802.11a 或 者 802.11n 客 户 端 相 连 因 此 在 该 80MHz 频 率 内, 信 标 帧 在 一 个 被 称 为 主 信 道 的 20MHz 信 道 内 发 送 无 线 接 入 点 以 及 所 有 连 接 到 该 无 线 接 入 点 的 客 户 端 接 收 并 处 理 每 个 与 该 主 信 道 重 合 的 传 输 并 且 在 解 码 帧 的 过 程 中 提 取 虚 拟 载 波 侦 听 信 息 然 而, 该 无 线 接 入 点 可 能 靠 近 其 他 不 具 备 协 调 能 力 的 无 线 接 入 点 那 些 无 线 接 入 点 可 能 是 预 先 存 在 的 802.11a 或 者 802.11n 无 线 接 入 点, 它 们 的 主 信 道 可 能 是 802.11ac 无 线 接 入 点 80MHz 频 率 内 的 任 意 一 个 20MHz 的 信 道 不 同 的 无 线 接 入 点 及 连 接 到 它 们 的 客 户 端 会 拥 有 不 同 的 虚 拟 载 波 侦 听, 因 此 能 够 在 不 同 的 时 间, 在 不 同 的 子 信 道 上 传 输, 包 括 重 合 的 时 间 由 于 802.11ac 拥 有 更 宽 的 信 道 带 宽, 这 一 场 景 发 生 的 可 能 性 比 802.11n 最 大 40MHz 频 宽 时 更 大 图 3. 带 宽 信 令 的 增 强 RTS/CTS - 14 -

由 于 这 个 原 因,802.11ac 定 义 了 增 强 的 RTS/CTS 协 议 RTS/CTS 能 够 用 来 发 现 发 送 者 和 接 收 者 什 么 时 候 信 道 可 用 以 及 多 少 信 道 带 宽 是 可 用 的, 如 图 3 所 示 第 一, 当 一 台 802.11ac 设 备 发 送 一 个 RTS 时,(1) 这 台 初 始 设 备 不 得 不 核 实 该 80MHz 信 道 在 其 附 近 是 可 用 的,(2) 该 RTS 通 常 以 802.11a PPDU 的 格 式 发 送 以 及 (3) 通 过 20MHz 频 宽 的 802.11a 传 输, 被 复 制 3 次 后 充 满 80MHz 带 宽 ( 或 者 被 复 制 7 次 后 充 满 160MHz 带 宽 ) 然 后 每 台 临 近 的 设 备, 无 论 是 不 是 一 台 802.11a/n/ac 设 备, 收 到 RTS 帧 - 15 -

并 理 解 主 信 道 每 台 收 到 RTS 帧 的 设 备 将 虚 拟 载 波 侦 听 设 为 忙 ( 见 图 3(a)) 为 了 使 得 协 议 更 加 健 壮,RTS 帧 的 复 制 带 宽 在 802.11a 的 PPDU 内 通 告 1 第 二, 在 设 备 使 用 CTS 帧 来 响 应 复 制 的 RTS 帧 前, 接 收 设 备 会 检 查 是 否 有 人 在 它 附 近 的 主 信 道 或 者 其 他 80MHz 内 的 20MHz 信 道 上 传 输 如 果 带 宽 的 一 部 分 正 在 附 近 被 使 用, 那 么 接 收 者 只 在 CTS 帧 内 响 应 可 用 的 20MHz 子 信 道, 并 且 在 CTS PPDU 的 内 部 报 告 重 复 的 CTS 带 宽 这 里 可 用 的 子 信 道 指 的 是 初 始 设 备 能 够 发 送 数 据 的 子 信 道, 例 如 一 个 20,40 或 者 80MHz( 而 不 是 60MHz) 的 传 输 如 图 3(b) 所 示 第 三, 类 似 于 RTS,CTS 使 用 802.11a PPDU 的 格 式 发 送, 在 可 用 的 带 宽 内 以 20MHz 为 单 位 的 方 式 复 制 同 样 的, 每 台 临 近 设 备 在 主 信 道 上 收 到 一 个 能 够 理 解 的 CTS 帧 对 于 发 送 者 无 法 实 时 切 换 到 窄 带 宽 等 情 况, 该 协 议 还 有 一 些 其 他 变 化, 但 是 之 前 的 描 述 已 经 包 括 了 增 强 的 本 质 : 接 收 者 能 够 说 这 些 子 信 道 正 忙 不 要 使 用 它 们 2.3.5 所 有 的 A-MPDU 802.11 定 义 每 个 802.11 PPDU 的 传 输 都 是 一 个 A-MPDU, 但 是 A-MPDU 可 能 只 包 含 单 个 MPDU 为 什 么? 较 简 短 的 回 答 是 原 因 很 复 杂 较 长 的 回 答 是 : 这 里 有 三 个 原 因 :(1) 在 802.11a/n 里, 传 输 的 持 续 时 间 由 字 节 数 和 传 输 的 数 据 速 率 设 置 但 是 对 于 以 6.93Gbps 的 速 度 传 输 5.5ms 时 间 的 数 据, 可 能 超 过 4 百 万 字 节, 而 这 需 要 23 位 来 表 示 这 些 位 将 会 以 最 低 的 MCS 速 率 在 每 个 802.11ac 传 输 开 始 时 发 送, 所 以 实 际 上 是 每 个 时 间 点 增 加 4 微 秒 一 个 802.11ac 传 输 的 长 度 被 限 制 到 每 个 OFDM 符 号 的 多 个 数 据 位 中, 然 后 只 用 OFDM 符 号 的 数 量 需 要 作 为 信 令 发 送 此 外,( 假 定 是 )4 微 秒 长 的 OFDM 符 号 数 量 已 经 暗 中 显 示 在 旧 有 的 前 导 符 部 分 了, 因 此 这 个 信 令 几 乎 是 免 费 的 2 然 后 我 们 需 要 一 种 能 够 用 数 据 完 全 填 充 甚 至 是 最 后 一 个 OFDM 符 号 的 方 法 A-MDPU 让 事 情 变 得 简 单 : 将 数 据 作 为 MDPU, 包 含 在 A-MDPU 中 的 MDPU 子 帧 内 发 送, 然 后 使 用 足 够 的 空 MDPU 子 帧 来 填 充 A-MDPU, 直 到 装 满 最 后 一 个 OFDM 符 号 - 16 -

(2) 相 同 的 填 充 机 制 迟 早 会 用 于 新 的 多 用 户 MIMO 特 性 中 (3)A-MDPU 对 于 长 载 荷 来 说, 通 常 是 增 加 可 靠 性 的 好 的 方 法 2.3.6 信 道 化 和 80+80MHz 802.11ac 使 用 了 一 种 简 单 的 方 法 来 信 道 化 相 邻 的 20MHz 子 信 道 成 对 组 合 成 40MHz 的 信 道, 相 邻 的 40MHz 子 信 道 成 对 组 合 成 80MHz 的 信 道, 相 邻 的 80MHz 子 信 道 成 对 组 合 成 可 选 的 160MHz 的 信 道, 如 图 4 所 示 一 个 BSS( 也 就 是 无 线 接 入 点 加 上 客 户 端 ) 使 用 不 同 的 带 宽 用 于 不 同 的 目 的, 但 是 用 法 主 要 由 客 户 端 的 能 力 决 定 图 4. 802.11ac 信 道 化 ( 美 国 ) - 17 -

我 们 看 到 在 美 国, 有 20 到 25 个 20MHz 信 道,8 到 12 个 40MHz 信 道,4 到 6 个 80MHz 信 道 以 及 1 或 者 2 个 160MHz 信 道, 这 些 数 字 是 一 个 范 围 是 因 为 不 同 的 频 谱 管 理 问 题, 如 图 4 所 示 如 果 大 部 分 用 户 部 署 的 还 是 最 大 40MHz 的 802.11n 客 户 端 会 怎 么 样? 部 署 802.11ac 是 否 意 味 着 更 少 的 信 道 和 更 多 的 干 扰? 就 如 同 你 对 IEEE 标 准 所 期 望 的 那 样, 答 案 是 响 亮 的 不 完 全 允 许 两 个 80MHz 的 802.11ac 无 线 接 入 点 选 择 相 同 的 80MHz 信 道 带 宽, 但 是 一 个 无 线 接 入 点 将 其 20MHz 主 信 道 置 于 低 40MHz, 而 另 一 个 无 线 接 入 点 将 其 20MHz 主 信 道 置 于 高 40MHz 这 意 味 着 与 第 一 个 无 线 接 入 点 相 关 联 的 802.11n 的 客 户 端 能 够 向 往 常 一 样 以 20MHz 或 者 40MHz 传 输, 同 时, 关 联 到 第 二 个 无 线 接 入 点 的 802.11n 客 户 端 能 够 并 行 地 以 20 或 者 40MHz 传 输 对 于 802.11ac 客 户 端, 其 具 有 整 个 可 用 的 80MHz 的 可 视 性 来 调 用 超 高 速 模 式, 并 在 整 个 80MHz 内 传 输 如 图 5 所 示 图 5. 在 相 同 的 80MHz 上 使 用 两 个 BSS 并 行 传 输 但 是 使 用 不 同 的 20MHz 主 信 道 的 例 子 促 使 能 够 使 相 互 重 叠 信 道 的 无 线 接 入 点 使 用 不 同 的 主 信 道 成 为 可 能 的 原 因 是 : 802.11ac 强 制 执 行 的 增 强 次 级 CCA 阈 值, 它 比 802.11n 中 定 义 的 次 级 信 道 CCA 阈 值 更 加 严 厉, 达 到 了 13dB 增 加 了 对 于 RTS/CTS 交 换 的 带 宽 指 示 ( 见 2.3.4 小 节 ) - 18 -

随 着 时 间 的 推 移, 客 户 端 会 从 802.11n 转 换 到 802.11ac, 以 至 于 80MHz 信 道 会 被 越 来 越 广 泛 地 使 用 在 这 种 环 境 下, 无 线 接 入 点 应 该 调 整 它 们 的 20MHz 主 信 道 80MHz 信 道 的 能 力 相 比 窄 带 宽 有 了 极 大 的 增 强 这 一 点 在 许 多 典 型 场 景 下 提 供 了 许 多 价 值 : 关 联 到 一 个 40MHz 的 无 线 接 入 点 的 客 户 端, 在 传 输 大 量 流 量 时, 其 速 度 会 被 限 制 到 802.11n 标 准 的 300 或 者 450Mbps 即 使 在 临 近 的 40MHz 的 无 线 接 入 点 处 于 轻 量 级 负 载 的 情 况 下 也 是 这 样 通 过 更 宽 的 信 道, 更 多 的 客 户 端 能 够 更 快 地 传 输 它 们 的 数 据, 并 且 能 够 更 快 地 完 成 它 们 的 传 输 另 外, 客 户 端 消 耗 的 电 池 电 量 更 小, 其 他 的 客 户 端 不 用 长 时 间 地 等 待 ( 更 好 的 QoS) 这 里 的 讨 论 都 源 于 统 计 复 用, 对 于 突 发 性 流 量 能 够 更 多 并 更 有 效 地 复 用 因 为 160MHz 信 道 的 数 量 很 少, 她 不 适 合 典 型 的 企 业 部 署 在 家 庭 部 署 中,160MHz 信 道 潜 在 的 会 遇 到 雷 达 监 测 管 理 问 题 因 此 802.11ac 还 引 入 了 非 邻 接 的 80+80MHz 模 式 我 们 可 以 很 容 易 地 从 其 名 字 想 象, 它 是 160MHz 的 波 形, 但 是 在 两 个 分 离 的 80MHz 频 段 传 输, 每 一 个 80MHz 分 段 可 以 位 于 任 何 允 许 的 80MHz 信 道 上 为 了 实 现 这 点, 它 仍 然 是 时 分 复 用 系 统, 因 为 无 线 接 入 点 和 客 户 端 只 能 以 80+80 的 方 式 发 送 或 者 接 收, 无 法 在 一 个 80MHz 的 分 段 上 发 送 而 在 第 二 个 80MHz 的 分 段 上 接 收 在 轻 度 及 中 度 使 用 的 频 谱 上, 这 似 乎 能 极 大 地 提 供 更 多 的 灵 活 性 来 避 免 冲 突, 如 图 6 所 示 相 比 于 只 有 两 个 选 项 的 160MHz( 假 设 忽 略 管 理 问 题 ),80+80MHz 有 13 个 选 项 不 幸 的 是, 一 个 80+80MHz 的 设 备 比 一 个 160MHz 的 设 备 复 杂 很 多, 因 为 80+80MHz 的 设 备 需 要 两 倍 的 射 频 通 道 一 台 设 备 可 能 是 工 作 在 两 个 空 间 流 的 80MHz 设 备 或 者 是 工 作 在 一 个 空 间 流 的 80+80MHz 设 备 在 这 个 案 例 中,80+80MHz 允 许 使 用 更 多 的 频 谱, 但 是 频 谱 的 使 用 效 率 仅 为 原 有 的 一 半 图 6. 对 于 160MHz 和 80+80MHz 的 信 道 选 择 - 19 -

考 虑 到 当 前 可 用 的 频 谱,160MHz 和 80+80MHz 都 不 建 议 用 于 典 型 的 企 业 部 署 从 图 4 可 以 看 出, 射 频 资 源 管 理 (RRM) 成 为 了 一 项 更 为 复 杂 的 任 务 它 必 须 : 避 免 使 用 雷 达 的 信 道 ( 如 果 存 在 ) 一 致 地 扩 展 每 个 无 线 接 入 点 的 信 道 带 宽 以 及 最 好 的 扩 展 无 线 接 入 点 的 20MHz 主 信 道 避 免 信 道 与 附 近 其 他 的 20,40,80,160 或 者 80+80MHz 的 无 线 接 入 点 相 重 合 在 一 个 80MHz 信 道 带 宽 内 ( 举 例 ), 决 定 是 否 将 20MHz 主 信 道 与 其 他 无 线 接 入 点 相 重 合 或 者 故 意 不 重 合 在 这 里 并 没 有 一 个 完 美 清 晰 的 选 择 方 法 : o 如 果 主 信 道 重 合, 那 么 虚 拟 载 波 侦 听 能 够 完 全 工 作, 但 是 所 有 20/40MHz 流 量 ( 去 往 802.11a/n 设 备 的 包 括 广 播, 组 播 以 及 数 据 流 量 ) 都 以 串 行 方 式 发 送 在 这 期 间,40 或 者 60MHz 的 带 宽 并 没 有 被 使 用 如 果 客 户 端 都 是 802.11ac 设 备, 那 么 在 吞 吐 量 和 通 信 的 公 平 性 上, 这 通 常 是 最 好 的 方 法 o 相 反 地, 如 果 一 个 无 线 接 入 点 的 主 信 道 置 于 低 40MHz 而 另 一 个 无 线 接 入 点 的 信 道 置 于 高 80MHz, 那 么 20/40MHz 的 流 量 能 够 并 行 传 输 ( 就 如 图 5 所 示 的 那 样 ) 如 果 客 户 端 都 是 802.11a/802.11n, 那 么 这 是 最 好 的 选 择 并 且 当 物 理 载 波 侦 听 和 / - 20 -

或 基 于 带 宽 指 示 的 RTS/CTS 测 量 到 整 个 80MHz 是 空 闲 时, 仍 然 允 许 802.11ac 设 备 之 间 的 80MHz 通 信 当 然, 没 有 无 线 接 入 点 信 道 分 配 的 协 调, 我 们 很 难 充 分 利 用 802.11ac 的 优 势, 通 常 的 典 型 情 况 是 需 要 集 中 化 的 射 频 资 源 管 理 (RRM) 算 法 的 支 持 2.3.7 数 据 速 率 与 覆 盖 范 围 除 了 提 供 更 高 的 速 度,802.11ac 还 提 供 了 比 802.11a 或 者 802.11n 更 好 的 健 壮 性 考 虑 提 供 450Mbps 的 速 度,802.11n 不 得 不 使 用 3 个 空 间 流 敏 感 的 64QAM 调 制 方 式, 并 且 不 具 备 多 径 的 免 疫 性 : 短 保 护 间 隔 和 很 少 的 编 码 增 益 ( 采 用 5/6 的 编 码 速 率, 只 有 20% 冗 余 ) 但 是, 频 宽 从 40 MHz 提 高 到 80MHz,802.11ac 只 需 要 使 用 一 个 长 的 保 护 间 隔,16QAM 和 3/4 编 码 速 率 ( 即 33% 冗 余 ) 就 能 达 到 530Mbps 的 速 度 我 们 能 够 从 图 7 看 到 这 个 改 进,80MHz 的 链 路 在 近 距 离 处 提 供 更 高 的 数 据 速 率, 并 能 传 的 更 远 对 于 第 一 代 802.11ac 产 品, 不 同 的 产 品 配 置 会 提 供 不 同 的 优 势, 但 是 与 802.11n 相 比, 它 们 的 性 能 都 有 所 提 高 同 时 对 于 第 二 代 802.11ac 产 品, 尤 其 是 160MHz 信 道 的 使 用, 提 供 了 更 高 的 速 度 然 而, 这 一 改 进 并 不 会 立 刻 变 得 有 用, 尤 其 对 于 企 业 来 说, 因 为 可 用 的 160MHz 信 道 数 量 极 为 有 限 图 7. 802.11ac 数 据 速 率 与 覆 盖 范 围 仿 真 - 21 -

2.3.8 频 谱 管 制 802.11ac 在 频 谱 管 制 上 的 考 虑 有 如 下 五 个 方 面 : 在 某 些 管 理 域 中, 设 备 需 要 新 的 规 则 来 发 送 80MHz,160MHz 和 / 或 80+80MHz 的 波 形 : o 到 2012 年 3 月 有 效,>40 MHz 的 频 宽 被 美 国, 欧 盟, 澳 大 利 亚, 新 西 兰, 巴 西 和 南 非 所 允 许, 并 且 对 于 在 其 他 许 多 国 家 实 现 也 没 有 什 么 障 碍 o 一 些 国 家 可 能 只 有 当 IEEE 批 准 802.11ac 规 范 后, 才 会 允 许 80MHz 或 者 802.11ac 的 运 营 在 某 些 管 理 域 中, 需 要 对 设 备 做 一 些 新 的 当 前 规 则 允 许 的 测 试, 比 如 的 160 和 / 或 80+80MHz 波 形 跨 越 邻 接 子 带 ( 例 如,5.15-5.25,5.25 和 5.35GHz) 在 某 些 管 理 域 中, 需 要 一 些 新 的 规 则 使 得 波 形 传 输 能 够 跨 邻 接 子 带, 这 在 当 前 规 则 是 不 允 许 的 ( 例 如, 低 于 和 高 于 5.725GHz, 也 就 是 所 谓 的 信 道 144) 802.11ac 设 备 ( 以 及 其 他 无 需 许 可 的 设 备 ) 会 遇 到 有 限 接 入 到 5.6-5.65GHz 天 气 雷 达 频 谱 的 问 题 由 于 802.11ac 拥 有 更 宽 的 带 宽, 市 场 强 烈 渴 望 开 放 新 的 频 谱, 例 如,5.35-5.47GHz 频 带 ( 使 得 能 够 获 得 两 个 新 的 80MHz 信 道 和 一 个 新 的 160MHz 信 道 ): - 22 -

o 例 如, 美 国 国 会 法 案 HR3630 授 权 国 家 电 信 和 信 息 管 理 局 (NTIA) 研 究 开 放 这 个 频 带 作 为 非 授 权 使 用 的 问 题 由 于 全 世 界 范 围 内 的 频 谱 管 理 在 不 断 地 发 展, 因 而 很 难 在 这 份 白 皮 书 中 详 细 地 讨 论 这 一 主 题 2.3.9 多 用 户 MIMO 对 于 802.11n, 一 个 设 备 能 在 一 瞬 间 发 送 多 个 空 间 流, 但 是 只 能 发 往 单 个 地 址 对 于 单 独 寻 址 的 帧, 这 意 味 着 在 某 一 时 刻, 只 有 一 个 设 备 ( 或 用 户 ) 能 够 获 得 数 据 我 们 将 这 称 为 单 用 户 MIMO(SU-MIMO) 802.11ac 的 出 现 定 义 了 一 项 新 的 技 术, 称 为 多 用 户 多 输 入 输 出 (MU-MIMO) 现 在 一 个 无 线 接 入 点 能 够 使 用 天 线 资 源 在 同 一 时 间, 使 用 同 一 频 谱, 传 输 多 个 帧 给 多 个 客 户 如 果 802.11n 类 似 于 一 个 集 线 器, 那 么 802.11ac 可 以 认 为 是 一 台 无 线 交 换 机 ( 在 下 行 线 路 ) 然 而, 要 正 确 地 部 署 MU-MIMO 是 一 项 极 具 挑 战 的 技 术, 它 并 不 会 被 包 含 在 第 一 代 的 802.11ac 无 线 接 入 点 产 品 中 并 且 即 使 设 备 可 以 支 持,MU-MIMO 也 会 有 其 限 制 性 图 8 显 示 了 谜 题 的 一 部 分 为 了 向 用 户 1 发 送 数 据, 无 线 接 入 点 向 用 户 1 发 送 了 一 个 强 波 束, 波 瓣 显 示 为 右 上 边 的 蓝 色 曲 线 同 时, 无 线 接 入 点 在 用 户 2 和 用 户 3 的 方 向 上 降 低 了 用 户 1 的 波 束 能 量 这 被 称 为 空 操 纵, 显 示 为 蓝 色 的 凹 口 同 时, 无 线 接 入 点 向 用 户 2 发 送 数 据, 向 用 户 2 形 成 一 个 波 束, 对 用 户 1 和 用 户 3 形 成 凹 口, 显 示 为 红 色 曲 线 接 着 黄 色 曲 线 显 示 了 类 似 的 对 于 用 户 3 的 波 束 和 对 于 用 户 1 和 2 的 凹 口 用 这 种 方 法, 每 个 用 户 都 能 获 得 所 需 数 据 的 强 信 号, 并 且 仅 会 受 到 发 往 其 他 用 户 的 数 据 的 轻 微 干 扰 图 8. MU-MIMO 对 多 个 客 户 并 行 使 用 波 束 成 形 和 空 操 纵 - 23 -

为 了 让 所 有 这 些 能 够 正 常 工 作, 尤 其 是 深 度 空 操 作, 无 线 接 入 点 不 得 不 准 确 地 知 道 从 其 自 身 到 所 有 用 户 的 无 线 信 道 的 情 况 因 为 信 道 会 随 着 时 间 变 化, 无 线 接 入 点 不 得 不 持 续 检 测 信 道, 这 增 加 了 开 销 一 些 无 线 接 入 点 甚 至 可 能 只 使 用 需 要 更 高 开 销 的 802.11ac 探 测 协 议, 但 是 如 果 无 线 接 入 点 能 够 采 用 诸 如 ClientLink 机 制 那 样 最 小 化 显 式 探 测 交 换 的 个 数 的 话, 才 能 发 挥 MU-MIMO 的 最 大 优 势 同 时, 用 户 获 得 的 信 号 中 夹 杂 了 发 往 其 他 用 户 的 干 扰 信 号 这 些 干 扰 会 使 得 一 个 MU- MIMO 传 输 时 无 法 达 到 最 高 的 调 制 模 式, 例 如 256QAM 变 得 不 可 行 总 之,MU-MIMO 允 许 一 台 无 线 接 入 点 向 它 的 客 户 端 发 送 更 多 的 数 据, 尤 其 对 于 小 型 的 只 有 一 根 天 线 的 客 户 端 ( 通 常 是 BYOD 客 户 端 ) 如 果 无 线 接 入 点 向 两 个 或 者 三 个 客 户 端 发 送 数 据, 根 据 无 线 信 道 的 情 况, 有 效 的 速 度 增 长 可 能 根 据 单 位 因 子 3 ( 没 有 速 度 增 长 ) 达 到 其 两 倍 或 者 三 倍 的 变 化 2.3.10 802.11ac 项 目 授 权 请 求 - 24 -

802.11ac 的 项 目 授 权 请 求 包 括 一 些 吞 吐 量 的 数 据 :500Mbps 的 单 用 户 吞 吐 量 和 1Gbps 的 多 用 户 吞 吐 量 这 些 数 据 是 802.11ac 修 正 案 的 需 求, 并 不 是 对 单 个 产 品 的 需 求 修 正 案 定 义 了 能 够 被 称 为 802.11ac 的 产 品 的 最 低 要 求 是 不 支 持 多 用 户 模 式, 并 能 够 工 作 在 290Mbps 的 单 用 户 模 式 下 3. 802.11ac 什 么 时 候 才 会 到 来? 802.11ac 正 在 被 积 极 地 标 准 化, 如 图 9 所 示 一 个 成 熟 的 3.0 版 草 案 已 经 于 2012 年 五 月 完 成, 总 计 超 过 300 页 预 计 WiFi 联 盟 会 将 这 份 草 案 作 为 2013 年 早 期 第 一 代 产 品 认 证 的 基 础 802.11ac 的 产 品 可 能 会 在 认 证 日 期 之 前 发 布, 但 是 这 些 是 典 型 的 针 对 返 校 日 或 者 圣 诞 节 市 场 的 消 费 级 产 品, 它 们 并 没 有 获 得 WiFi 联 盟 对 于 互 操 作 性 的 认 证 测 试 强 烈 建 议 企 业 客 户 等 到 相 关 产 品 被 WiFi 联 盟 认 证 之 后 再 购 买 IEEE 会 基 于 由 业 界 专 家 驱 动 的 技 术 革 新 来 持 续 地 精 炼 802.11ac 修 正 草 案 这 一 过 程 会 催 生 一 系 列 的 草 案 并 最 终 以 批 准 版 的 发 布 而 告 终 这 一 过 程 预 计 于 2013 年 年 底 完 成 同 时,WiFi 联 盟 有 望 开 发 第 二 代 认 证, 包 含 更 多 的 802.11ac 特 性, 如 四 个 空 间 流, 160MHz 及 MU-MIMO 第 二 代 产 品 的 发 布 日 期 很 有 可 能 紧 跟 IEEE 802.11ac 的 正 式 批 准, 如 图 9 所 示 图 9. 802.11ac 标 准 化 和 认 证 的 时 间 进 程 - 25 -

4. 802.11ac 如 何 影 响 我 们? 4.1 兼 容 性 一 个 不 用 担 心 的 问 题 是 兼 容 性 802.11ac 被 很 仔 细 地 设 计 用 来 最 大 限 度 地 与 802.11a/n 设 备 前 向 和 后 向 兼 容 实 际 上, 802.11ac 的 设 计 更 为 简 单, 兼 容 性 相 比 802.11n 兼 容 802.11a 设 备 也 更 为 彻 底, 如 表 4 所 示 一 台 802.11ac 设 备 必 须 支 持 所 有 802.11a 和 802.11n 的 必 选 模 式 因 此 一 台 802.11ac 的 无 线 接 入 点 能 够 使 用 802.11a 或 者 802.11n 格 式 的 数 据 包 与 802.11a 和 802.11n 的 无 线 客 户 端 进 行 通 信 从 这 一 点 上 看, 它 就 好 像 是 一 台 802.11n 的 无 线 接 入 点 类 似 地, 一 台 802.11ac 的 无 线 客 户 端 能 够 使 用 802.11a 或 者 802.11n 的 数 据 包 与 一 台 802.11a 或 者 802.11n 的 无 线 接 入 点 进 行 通 信 因 此,802.11ac 无 线 客 户 端 的 出 现 不 会 对 现 有 架 构 造 成 问 题 - 26 -

表 4. 802.11a,802.11n 和 802.11ac 设 备 间 的 兼 容 及 共 存 接 收 者 角 色 发 送 器 802.11a 802.11n 802.11ac 接 收 器 预 定 的 接 收 者 802.11a 802.11n 设 备 下 降 到 802.11a 的 802.11ac 设 备 下 降 到 802.11a 的 PPDU PPDU 802.11n 802.11ac 设 备 下 降 到 802.11n 的 PPDU 802.11ac 第 三 方 接 收 者 802.11a 对 于 传 输 HT_MM PPDU, 第 三 方 等 待 前 导 符 旧 有 的 部 分 来 指 示 包 的 长 度 第 三 方 等 待 前 导 符 旧 有 的 部 分 来 指 示 包 的 长 度, 然 后 是 额 外 的 EIFS( 因 此 没 有 冲 突 ) HT_GF PPDU, 只 有 当 之 前 MAC 保 护 ( 例 如 RTS/CTS 或 者 CTS 到 自 身 ) 使 用 802.11a 格 式 的 PPDU( 因 此 没 有 冲 突 ) 发 送, 前 导 符 才 应 该 被 发 送 802.11n 第 三 方 等 待 前 导 符 旧 有 的 部 分 来 指 示 包 的 长 度, 然 后 是 额 外 的 EIFS( 因 此 没 有 冲 突 ) 802.11ac 此 外,802.11ac 格 式 数 据 包 的 前 导 符 和 802.11a 数 据 包 的 相 同, 因 此 CCA 机 制 对 于 第 三 方 的 802.11a 和 802.11n 设 备 都 有 效 一 旦 这 些 第 三 方 设 备 看 到 802.11ac 的 前 导 符, 它 们 知 道 数 据 包 的 持 续 时 间, 并 且 知 道 在 那 段 时 间 内 不 能 发 送 由 于 数 据 包 一 般 会 紧 跟 一 个 802.11a 帧 格 式 的 ACK 或 者 Block ACK 帧, 第 三 方 设 备 能 够 正 确 接 收 ACK 或 者 Block ACK 帧, 然 后 继 续 向 往 常 一 样 发 送 在 最 坏 情 况 下, 第 三 方 设 备 收 到 802.11ac 帧, 但 是 在 发 送 ACK 或 者 Block ACK 帧 的 范 围 之 外 但 是 即 使 这 样, 第 三 方 设 备 也 必 须 等 待 一 段 额 外 的 时 间 ( 称 为 EIFS) 才 能 发 送 ACK 或 者 Block ACK 帧, 用 于 避 免 冲 突 - 27 -

因 为 前 导 符 级 的 兼 容, 对 于 802.11ac 设 备, 在 传 输 数 据 之 前, 并 不 需 要 先 传 输 RTS/CTS 和 CTS-to-self 帧 关 于 在 存 在 802.11b 设 备 时, 发 送 802.11g 数 据 包 的 低 效 率 问 题, 已 经 完 全 在 5GHz 避 免 了 4.2 什 么 时 候 更 新 到 802.11ac? IT 管 理 员 有 幸 能 够 在 两 个 伟 大 的 技 术 中 做 出 选 择 :(1)802.11n 具 有 A-MPDU,MIMO, 波 束 成 形, 在 40MHz 内 其 速 度 能 够 达 到 65 到 450Mbps,(2)802.11ac 具 有 A-MPDU, MIMO, 波 束 成 形, 在 80MHz 内 其 速 度 能 够 达 到 290 到 1300Mbps 802.11n 的 产 品 目 前 就 能 买 到, 并 且 能 够 应 付 许 多 用 户 场 景 802.11ac 是 未 来 的 无 线 局 域 网 技 术, 但 是 现 在 并 没 有 经 过 WiFi 联 盟 认 证 的 802.11ac 无 线 接 入 点 产 品 802.11ac 能 够 为 多 个 用 户 提 供 全 高 清 的 视 频, 支 持 更 大 的 用 户 密 度, 更 好 的 QoS 以 及 通 过 更 快 地 进 入 和 离 开 网 络 来 节 省 更 多 的 电 能 大 部 分 IT 管 理 员 是 在 装 修 改 造 或 建 设 一 幢 大 楼 的 同 时 部 署 新 的 无 线 接 入 点 对 于 现 在, 由 于 802.11n 所 能 提 供 的 价 值, 我 们 建 议 安 装 802.11n 无 线 接 入 点 考 虑 到 以 后 的 投 资 保 护, 最 理 想 的 是 安 装 模 块 化 的 可 现 场 升 级 到 802.11ac 的 无 线 接 入 点 当 最 终 标 准 的 802.11ac 无 线 接 入 点 产 品 出 现 后, 用 户 应 该 自 动 开 始 安 装 802.11ac 无 线 接 入 点, 因 为 802.11ac 带 来 的 价 值 提 升 超 过 了 任 何 合 理 的 价 格 差 距 IT 管 理 员 通 常 以 3,4 或 者 5 年 的 频 率 更 新 他 们 的 无 线 接 入 点 IT 管 理 员 应 该 继 续 按 照 时 间 表 来 更 新 他 们 的 无 线 接 入 点, 因 为 当 今 无 线 接 入 点 的 能 力 已 经 大 大 地 超 过 了 前 代 产 品 直 到 802.11ac 无 线 接 入 点 发 布 前, 我 们 建 议 安 装 模 块 化 的 802.11n 无 线 接 入 点, 以 此 提 供 一 条 通 往 802.11ac 的 便 捷 升 级 路 径 - 28 -

4.3 无 线 电 资 源 管 理 和 无 线 入 侵 保 护 系 统 (WIPS) 效 果 没 有 升 级 到 802.11ac 的 802.11a/11n 部 署 仍 然 不 得 不 考 虑 邻 居 的 802.11ac 网 络 带 来 的 影 响 以 及 额 外 的 攻 击 802.11ac 改 进 了 无 线 电 资 源 管 理, 使 得 重 合 的 设 备 现 在 能 够 在 80 甚 至 160MHz 上 传 输 数 据 通 过 软 件 的 升 级, 现 存 的 无 线 电 资 源 管 理 系 统 能 够 从 警 示 帧 内 新 的 802.11ac 字 段 中 检 测 到 802.11ac 的 无 线 接 入 点, 并 且 解 析 出 受 影 响 的 带 宽 有 了 这 个 知 识 后, 无 线 电 资 源 管 理 系 统 能 够 减 轻 相 邻 的 802.11ac 无 线 接 入 点 的 影 响 无 线 电 资 源 管 理 系 统 不 得 不 工 作 的 更 为 困 难, 因 为 (1) 单 个 重 合 的 802.11ac 无 线 接 入 点 会 影 响 更 宽 的 带 宽,(2) 对 任 何 20MHz 子 信 道 的 影 响 都 取 决 于 20MHz 主 信 道 是 否 在 网 络 内 以 及 重 合 无 线 接 入 点 的 位 置 ( 祥 见 2.3.6 小 节 ) 用 户 应 该 确 认 他 们 的 无 线 接 入 点 能 够 使 用 所 有 可 用 的 信 道, 即 使 对 于 那 些 雷 达 监 测 需 求 信 道 也 一 样 ( 许 多 消 费 级 和 企 业 级 的 无 线 接 入 点 没 有 被 认 证 能 工 作 在 DFS 信 道, 这 有 点 不 幸, 因 为 在 美 国, 举 个 例 子,63% 的 20MHz 信 道 都 是 DFS 信 道 ) 通 常 说 来,802.11a/11n 的 无 线 入 侵 保 护 系 统 能 够 监 测 并 减 轻 许 多 802.11ac 设 备 的 攻 击, 尤 其 对 于 较 幼 稚 的 攻 击 者 这 是 因 为 802.11ac 设 备 在 与 802.11a/11n 设 备 通 信 时 使 用 的 是 802.11a/11n 格 式 的 数 据 包,802.11ac 总 是 以 802.11a 的 速 率 持 续 发 送 警 示, 探 测 请 求 及 探 测 响 应 然 而, 以 802.11ac 格 式 发 送 的 数 据 包 无 法 被 802.11a/n 设 备 解 码 关 于 此 种 攻 击, 建 议 的 对 策 是 部 署 少 量 工 作 在 全 时 WIPS 的 802.11ac 无 线 接 入 点 ( 例 如, 一 个 802.11ac WIPS 无 线 接 入 点 为 5 个 或 6 个 802.11a/n 无 线 接 入 点 服 务 ) 或 者 完 全 升 级 所 有 的 无 线 接 入 点 5. 总 结 802.11ac 是 无 线 局 域 网 的 崭 新 一 步, 它 会 被 业 界 于 2012 年 晚 些 时 候 ( 消 费 者 级 别 ) 及 2013 年 早 些 时 候 ( 企 业 级 ) 所 采 用 802.11ac 是 802.11n 的 改 进 版 本, 能 够 在 更 宽 的 频 宽 - 29 -

上 提 供 更 高 的 速 度 802.11ac 设 备 是 值 得 拥 有 的, 不 论 部 署 环 境 是 混 合 客 户 端 还 是 到 全 部 采 用 802.11ac 设 备 与 此 同 时,802.11n 在 今 天 仍 然 提 供 了 许 多 类 似 的 技 术, 虽 然 是 以 较 低 的 速 度, 但 是 您 今 天 就 能 够 购 买 到 近 期 正 在 寻 找 无 线 局 域 网 投 资 方 向 的 IT 管 理 员 应 该 强 烈 考 虑 采 用 能 够 现 场 升 级 到 802.11ac 的 802.11n 无 线 接 入 点 附 录 : 什 么 是 802.11n? 802.11n 相 对 于 802.11a 是 一 大 进 步 802.11n 引 入 了 多 个 主 要 MAC 子 层 和 物 理 层 的 进 步, 也 就 是 : 多 输 入 输 出 (MIMO) MIMO 带 来 了 许 多 好 处 o 使 用 空 间 复 用 (SM), 在 不 增 加 频 带 的 情 况 下 拥 有 更 高 的 速 度 空 间 复 用 将 数 据 分 割 成 小 片, 沿 着 并 行 的 空 间 信 道 发 送 每 个 小 片, 避 免 了 串 行 地 发 送 数 据 没 有 空 间 复 用,802.11n 最 高 达 到 150Mbps 数 据 速 率 使 用 空 间 复 用 后, 只 要 发 送 和 接 收 方 各 自 拥 至 少 2 根 和 3 根 天 线 ( 和 射 频 链 ), 速 度 就 能 够 达 到 300 和 450Mbps o 更 高 的 上 行 链 路 可 靠 性 由 于 多 径 效 应, 一 台 拥 有 4 根 天 线 的 无 线 接 入 点 接 收 到 一 个 客 户 发 来 的 四 个 信 号 备 份 每 个 备 份 都 以 不 同 的 方 式 被 扭 曲 ( 可 恢 复 或 不 可 恢 复 ), 所 以 所 有 备 份 在 同 一 时 间 都 不 可 恢 复 的 概 率 很 低 因 此 接 收 器 内 部 的 MIMO 均 衡 器 能 够 获 得 所 有 这 些 备 份, 智 能 地 组 合 它 们, 来 获 得 更 好 的 可 靠 性, 提 供 更 容 易 预 测 的 数 据 速 率 和 更 少 的 重 传 当 然, 一 台 拥 有 较 少 天 线 的 无 线 接 入 点 无 法 做 到 这 些, 尤 其 当 空 间 流 的 个 数 超 过 接 收 方 天 线 个 数 的 时 候 o 更 好 的 下 行 链 路 可 靠 性 ( 也 许 ) 802.11n 能 够 提 供 波 束 成 形 ( 拥 有 极 大 的 好 处 ), 空 时 分 组 码 ( 有 用 但 是 不 如 波 束 成 形 效 果 好 ) 以 及 循 环 延 迟 差 异 ( 拥 有 适 度 的 好 处 ) 但 是 对 于 波 束 成 形,802.11n 拥 有 许 多 不 兼 容 的 地 方, 其 需 要 客 户 端 辅 助, 业 界 也 没 有 花 时 间 在 开 发 这 些 功 能 上 因 此 波 束 成 形 实 际 上 被 不 需 要 客 户 端 辅 助 的 技 术 所 支 持, 例 如 思 科 的 ClientLink 技 术 对 于 天 线 数 量 较 少 的 设 备 来 说, 波 束 成 形 尤 其 有 用 o 这 些 都 在 相 应 的 白 皮 书 上 有 更 详 细 的 描 述 - 30 -

信 道 绑 定 通 过 加 倍 信 道 的 带 宽, 从 20 到 40MHz, 单 个 传 输 能 够 携 带 两 倍 的 数 据 实 际 上, 由 于 两 个 传 统 的 20MHz 信 道 之 间 的 保 护 带 也 能 被 利 用, 增 益 会 大 于 两 倍 聚 合 如 果 物 理 层 是 一 台 汽 车 的 引 擎, 用 于 产 生 马 力, 那 MAC 层 就 像 汽 车 的 变 速 器, 用 于 将 马 力 有 效 地 传 输 到 轮 子 上 在 802.11n 之 前, 每 个 802.11a 的 数 据 帧 都 有 各 种 开 销, 例 如, 帧 的 前 导 符, 确 认 帧 以 及 任 何 传 输 之 间 的 空 隙 时 间 当 数 据 的 大 小 比 开 销 小 时, 那 么 加 速 传 输 数 据 载 荷 并 不 能 增 加 数 据 传 输 的 效 率 图 10. 802.11n 引 入 的 聚 合 形 式 - 31 -

802.11n 使 用 两 个 聚 合 技 术 : 称 为 A-MSDU 和 A-MPDU, 它 们 也 能 组 合 在 一 起, 称 为 A- MPDU 中 的 A-MSDU 通 过 聚 合, 数 据 被 封 装 到 单 个 单 元 中, 和 一 个 前 导 符 和 确 认 一 起 发 送 A-MSDU 在 MAC 传 输 路 径 之 上 聚 合 MSDU( 例 如,LLC+IP+TCP+data), 因 此 在 一 个 A-MSDU 内 的 单 个 MSDU 没 有 MAC 头 部 / 尾 部, 例 如 序 列 号 或 者 帧 校 验 序 列 这 能 够 提 供 效 率, 但 是 使 得 无 法 针 对 单 个 MSDU 进 行 重 传 同 时,A-MPDU 在 MAC 之 下 聚 合 MPDU, 因 此 A-MDPU 中 的 每 个 MPDU 都 包 含 自 己 的 MAC 头 部 这 种 方 法 效 率 不 高, 尤 其 对 于 较 短 的 MPDU, 但 是 如 果 数 据 包 在 传 输 过 程 中 遗 失 了 - 例 如, 某 个 位 发 生 了 错 误 - 那 么 其 他 MDPU 仍 然 能 够 被 正 确 地 接 收, 只 有 发 生 错 误 的 数 据 包 需 要 被 重 传 如 图 10 所 示 - 32 -

对 于 40MHz 的 信 道 接 入 也 许 802.11 成 功 的 基 本 原 因 是 每 个 人 都 能 够 安 装 一 个 无 线 接 入 点 或 者 使 用 一 个 客 户 端, 不 用 考 虑 附 近 部 署 的 其 他 802.11 设 备, 它 可 以 直 接 工 作 MAC 设 计 的 目 标 是 信 道 接 入 的 高 效 率 及 公 平 性 与 设 备 的 数 量, 无 线 接 入 点 的 距 离, 设 备 的 能 力 等 无 关 - 即 你 的 数 据 包 和 我 的 一 样 重 要 我 们 可 以 看 到 通 过 一 系 列 MAC 技 术 来 达 到 高 效 率 这 一 目 标, 通 过 例 如 物 理 层 载 波 侦 听 来 降 低 冲 突 ( 如 果 检 测 到 许 多 能 量 就 不 发 送 ) 以 及 虚 拟 载 波 侦 听 ( 当 其 他 人 告 诉 你 他 们 在 发 送 或 者 接 收 数 据 时 不 发 送 ) 我 们 可 以 通 过 每 个 设 备 只 有 在 符 合 相 同 的 载 波 侦 听 和 冲 突 避 免 需 求 后 才 被 允 许 发 送 看 到 公 平 性 然 而,40MHz 为 冲 突 避 免 和 公 平 性 带 来 了 实 际 的 挑 战, 因 为 要 在 两 个 并 行 的 20MHz 子 信 道 上 维 持 正 确 的 物 理 层 载 波 侦 听 和 虚 拟 载 波 侦 听 要 么 是 不 可 能 的, 要 么 成 本 很 高 作 为 代 替, 一 个 20MHz 主 信 道 被 定 义 用 来 满 足 载 波 侦 听 和 冲 突 避 免 的 需 求, 通 过 降 级 第 二 个 20M 的 物 理 层 载 波 侦 听 来 扩 大 范 围 当 一 个 设 备 想 要 发 送 数 据 时, 它 使 用 惯 常 的 方 法 进 行 信 道 接 入 - 完 全 在 主 20MHz 子 信 道 上 在 设 备 能 够 发 送 一 个 40MHz 的 数 据 包 之 前, 设 备 简 短 地 通 过 第 二 个 信 道 检 测 物 理 层 载 波 侦 听 的 状 态, 确 定 第 二 个 信 道 也 空 闲 如 果 空 闲,20MHz 的 数 据 包 被 发 送, 否 则 设 备 可 以 (1) 在 主 20MHz 信 道 上 发 送 20MHz 的 数 据 包 或 者 (2) 继 续 退 避, 然 后 重 新 检 测 是 否 整 个 40MHz 的 信 道 都 空 闲 显 然, 这 一 简 单 的 机 制 十 分 公 平, 并 且 (1) 很 有 效 率 4 在 某 些 拓 扑, 相 对 于 40MHz 的 设 备, 处 于 第 二 个 20MHz 的 设 备 会 被 不 公 平 地 对 待, 因 此 802.11n 有 额 外 的 信 道 选 择 规 则 来 尝 试 避 免 这 种 情 况 考 虑 到 5GHz 上 大 量 的 40MHz 信 道, 这 些 规 则 工 作 的 十 分 良 好 802.11n 由 于 其 标 准 化 进 程 的 缓 慢 而 遭 人 诟 病 这 里 有 三 个 原 因 :(1) 用 来 选 择 802.11n 提 议 的 程 序 带 来 了 长 时 间 的 争 论 (2) 许 多 专 家 想 要 帮 助 并 且 贡 献 他 们 的 技 术 关 于 采 用 哪 些 可 选 模 式 的 争 论 花 了 很 长 的 时 间, 精 炼 所 有 的 可 选 模 式 同 样 花 了 很 长 时 间 (3) - 33 -

在 802.15 系 统 ( 例 如 蓝 牙 ) 附 近 运 营 802.11 系 统, 在 2.4GHz 上 使 用 40MHz 的 信 道 带 宽 增 加 了 部 分 802.15 委 员 会 的 担 心 1 由 于 802.11a 的 PPDU 格 式 不 包 括 带 宽 指 示,802.11ac 不 得 不 使 用 一 些 技 巧 来 保 持 后 向 兼 容 带 宽 指 示 被 编 码 成 不 规 则 序 列, 同 时 RTS 帧 内 发 送 者 MAC 地 址 的 个 人 / 组 位 从 个 人 改 变 到 组 这 一 个 变 化 能 够 通 过 无 线 嗅 探 看 到 2 如 果 传 输 使 用 短 的 保 护 间 隔 并 且 OFDM 符 号 实 际 上 是 3.6 微 秒 长, 那 么 只 需 要 单 个 位 就 能 够 消 除 实 际 OFDM 符 号 的 歧 义 3 如 果 加 速 因 子 小 于 单 位 因 子, 无 线 接 入 点 使 用 SU-MIMO 4 也 就 是 说, 设 备 会 检 查 载 波 侦 听, 如 果 信 道 繁 忙, 就 等 待 其 空 闲, 随 机 地 退 避 一 定 数 量 的 时 间 后 发 送 原 文 链 接 :http://www.cisco.com/en/us/prod/collateral/wireless/ps5678/ps11983/white_paper_c11-713103.html 翻 译 : 余 骏 校 对 : 谢 清 译 于 2012 年 11 月 - 34 -