802.11N协议解析

Posted 2020-09-18 listenerln

3.    MAC层关键技术

3.1  帧聚合

帧聚合技术包含针对MSDU的聚合(A-MSDU)和针对MPDU的聚合(A-MPDU)：

3.1.1      A-MSDU

A-MSDU技术是指把多个MSDU通过一定的方式聚合成一个较大的载荷。这里的MSDU可以认为是Ethernet报文。通常，当AP或无线客户端从协议栈收到报文(MSDU)时，会打上Ethernet报文头，我们称之为A-MSDU Subframe；而在通过射频口发送出去前，需要一一将其转换成802.11报文格式。而A-MDSU技术旨在将若干个A-MSDU Subframe聚合到一起，并封装为一个802.11报文进行发送。从而减少了发送每一个802.11报文所需的PLCP Preamble，PLCP Header和802.11MAC头的开销，同时减少了应答帧的数量，提高了报文发送的效率。

 

A-MSDU报文是由若干个A-MSDU Subframe组成的，每个Subframe均是由Subframe header (Ethernet Header)、一个MSDU和0-3字节的填充组成。

　　

 

A-MSDU技术只适用于所有MSDU的目的端为同一个HT STA的情况。

3.1.2      A-MPDU

与A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是经过802.11报文封装后的MPDU，这里的MPDU是指经过802.11封装过的数据帧。通过一次性发送若干个MPDU，减少了发送每个802.11报文所需的PLCP Preamble，PLCP Header，从而提高系统吞吐量。

 

其中MPDU格式和802.11定义的相同，而MPDU Delimiter是为了使用A-MPDU而定义的新的格式。A-MPDU技术同样只适用于所有MPDU的目的端为同一个HT STA的情况。

 

 

3.2  Block ACK

为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应以ACK帧。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要对其中的每一个MPDU进行处理，因此同样针对每一个MPDU发送应答帧。Block Acknowledgement通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量。

 

Block Ack机制分三个步骤来实现：

Þ 通过ADDBA Request/Response报文协商建立Block ACK协定。

Þ 协商完成后，发送方可以发送有限多个QoS数据报文，接收方会保留这些数据报文的接收状态，待收到发送方的BlockAckReq报文后，接收方则回应以BlockAck报文来对之前接收到的多个数据报文做一次性回复。

Þ 通过DELBA Request报文来撤消一个已经建立的Block Ack协定。

　　

图6 Block Ack 工作机制

3.3  兼容a/b/g

WLAN标准从802.11a/b发展到802.11g，再到现在的802.11n，提供良好的向后兼容性显得尤为重要。802.11g提供了一套保护机制来允许802.11b的无线用户接入802.11g网络。同样的，802.11n协议提供相似的机制来允许802.11a/b/g用户的接入。

802.11n设备发送的信号可能无法被802.11a/b/g的设备解析到，造成802.11a/b/g设备无法探测到802.11n设备，从而往空中直接发送信号，导致信道使用上的冲突。为解决这个问题，当802.11n运行在混合模式(即同时有802.11a/b/g设备在网络中)时，会在发送的报文头前添加能够被802.11a或802.11b/g设备正确解析的前导码。从而保证802.11a/b/g设备能够侦听到802.11n信号，并启用冲突避免机制，进而实现802.11n的设备与802.11a/b/g设备的互通。

l  802.11n向下兼容802.11ag，802.11ag的终端接入802.11n网络后，由于MIMO技术提高了SNR，因此802.11ag的网络最大吞吐量54Mbps范围有所扩大。同时802.11n的网络性在802.11ag终端和802.11n终端混合接入时，网络整体吞吐量较纯802.11n终端接入有一定的下降，此时802.11n终端的速率还是高于802.11ag的终端性能

 

• 由于2.4G只有3个不重叠信道，开启40MHz后，两台AP即存在同频干扰

 

l  Intel网卡在2.4G频段默认只开启20MHz模式

l  2.4G部署采用20MHz模式，1、6、11间隔部署

l  5.8G开启40MHz模式，5.8G中国可以使用149、153、157、161、165

多台AP采用2+1的方式部署

• 为了在新的WLAN上实现更高的安全性，11n在使用WEP或TKIP保证相关安全性时禁止了HT数据速率（>54Mbps），即速率协商为54Mbps，等同于11ag。如果要获得11n的高吞吐量，请采用AES的加密算法。
• 帧聚合A-MSDU和A-MPDU只能对具有同一QOS优先级的帧做聚合，所以必须支持并开启QOS（WMM）

4.    结论

MIMO是802.11n物理层的核心，通过结合40MHz绑定、MIMO-OFDM等多项技术，可以将物理层速率提高到600Mbps。为了充分发挥物理层的能力，802.11n对MAC层采用了帧聚合、Block ACK等多项技术进行优化。802.11n給我们带来吞吐、覆盖等提高的同时，也增加了更多的技术挑战。了解这些技术，将帮助我们更好地应用802.11n和解决应用所面临的实际问题。