有关11n only和11bg mixed和11bgn mixed区别问题的记录

Posted 2022-03-19 Wi-Fi研习者

这个问题是笔者在知乎上面回答的，这里仅仅为个人做一个笔记，顺序有些乱，且不是很严谨，还请见谅。

这个问题有些繁杂，我们需要慢慢拆分下。这里一共关联到802.11b，802.11g以及802.11n三个协议，还好没有ac，否则更复杂一些。其中802.11b是采用DSSS的物理层，802.11g/n是基于OFDM的。

所以首先第一个问题是802.11b/g的兼容性问题。如果一个AP（也就是路由）是工作在b/g兼容模式下，如果一个802.11g的节点发送数据包给AP，采用OFDM的模式，那么AP可以直接识别，并且接收这个数据。如果一个802.11b的节点则不行，其首先要采用CCK/Barker码的方式（即DSSS中具体的编码方式）发送一个RTS帧给AP，如果AP反馈了CTS帧，那么AP就知道下面有一个兼容的节点需要接入，从而切换对应的解码方式。这里很自然发现，为了兼容802.11b的帧，需要额外的RTS/CTS交换，所以会有性能上的损耗。
第二个问题是g/n的兼容性问题（PS：关于802.11n与802.11b的兼容性实际上和b/g兼容性的解决方案一样，不过这里我没有从底层确定过，所以如果有错误还请指正）。首先我们要知道在802.11n中间一般有两种工作模式，兼容模式（实际上兼容模式这个词并不是特别好，这里包含两种模式，Legacy mode,Mixed mode，由于比较细节，所以不展开了）和绿灯模式（Greenfield mode，这个中文是采用百度百科上的翻译，觉得还是比较贴近的了， 绿地模式_百度百科 ）。如果一个网络中仅仅只有802.11n的设备，那么就是工作在绿灯模式下，如果有其他的老设备，那么就工作在兼容模式下。然后我们需要看下其物理层头部（无线数据帧是有物理层头的），这里的图是引自泰克的《Wi-Fi：802.11 物理层和发射机测量概述》，然后图中上面黄色区域应该是L-SIG，这里有个笔误。

在上图中，可以很明显发现两种工作模式下，其具体的物理层头部结构是有区别的。在混合模式下，实际上是在一个简化版本的802.11n的头部添加了一个802.11g的头部，所以能够和802.11g的终端能够兼容工作。而在纯粹的802.11n的头部，即绿灯工作模式下，其删除了多余的兼容的头部，同时还增加了HT-LTFn这个字段，这个字段是为了多条路径的同步，信道估计之类的存在的，在绿灯模式下，802.11n的MIMO模式才可以更好的工作。同时，根据这幅图我们还可以认知到，应该是在绿地模式下的802.11n才可以工作在40MHz带宽信道上，而兼容模式是20MHz带宽上，带宽越大，子载波越多，从而物理层速率越快。
同时关于不同的协议版本之间工作时的性能存在差异，在infocom12年上的论文《AP Association in 802.11n WLANs with Heterogeneous Clients》中也有相应的论述，在其中这个最优化还是一个NP问题。
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分界线，上面是理论，这里回到现实。
在我的使用中，也是切换到802.11n only的工作模式的时候，性能没有增加，反而降低了。最槽糕的一次是整个就连不上网了。这里我们只能够大致分析下问题，暂时还没想到如何设计个实验确认。
首先第一个可能性在于，我们一般设置工作模式，即11n only，11bgn mixed都是仅仅在路由器上设置的。在前面的理论论述的地方，我们知道其数据帧结构是有差异的，所以如果要启用11n only也就是绿灯模式，那么需要发送方和接收方都工作在绿灯模式，即发一样的数据帧头部的情况下。很有可能是将路由设置成了11n only，但是本地计算机发送数据帧的时候，还是发送的mixed模式下的数据帧头部，所以路由器很少接，甚至直接拒接，从而性能变差。所以可能除了路由要改，那么本地也需要修改成一样的工作模式。
第二个可能性在于帧聚合机制， 有关 @yw zhang 提到的可能中断的机制有可能与帧聚合有关。在802.11协议中，没传输一个数据包是需要反馈ACK的，传统的802.11b/g都是每一次传输，反馈一个ACK。而在802.11n中间则可以采用帧聚合的工作模式，其反馈的是Block ACK。在信道质量好的时候，其可以大大提高网络性能（理论30%左右的提升），而如果信道质量差的时候，其由于把多个ACK集中到一个block ACK中集中的传递，则可能会导致网络接入的不稳定。比如说一种可能性，接收终端接收完数据准备反馈ACK了，但是由于发送ACK的功率比较低，所以导致对端无法接收这个ACK。在传统的模式下，仅仅丢了一个ACK，而在Block ACK的模式下，就相当于丢了多个ACK了。从而不稳定。
上述内容有些表述不是特别严谨，如有错误，还请见谅。