WLAN協(xié)議詳解
802.11b/g/n定義在2.4GHz頻段中，802.11a/n/ac工作在5GHz頻段中。
802.11：工作在2.4G頻段，提供了每秒1兆或2兆的傳輸速率
802.11b：
* 最高11Mbps吞吐量
* 工作在2.4GHz，采用直序擴(kuò)頻（DSSS）
* 802.11b是所有無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中最著名，也是普及最廣的標(biāo)準(zhǔn)。在2.4GHz ISM頻段中共有14個(gè)頻寬為22MHz的頻道可供使用，3個(gè)信道不重疊。
802.11g：
* 最高速率54Mbps
* 802.11g工作在2.4GHz頻段
* 802.11g采用正交頻分復(fù)用（OFDM），支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps數(shù)據(jù)速率及802.11b速率，支持13個(gè)信道
802.11a：
* 最高速率達(dá)54Mbps
* 802.11a工作在5GHz
* 802.11a采用正交頻分復(fù)用（OFDM），支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps數(shù)據(jù)速率
802.11n：
* 最高速率可達(dá)600Mbps
* 802.11n協(xié)議為雙頻工作模式，支持2.4GHz和5GHz，兼容802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)兼容
* 802.11n采用MIMO與OFDM相結(jié)合
* 傳輸距離大大增加
* 提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能
802.11n優(yōu)勢(shì)：
* 速率提升-更多的子載波
802.11a/g在20MHz模式下有48個(gè)可用子載波，速度可達(dá)54Mbps
802.11n在20MHz模式下有52個(gè)可用子載波，速度可達(dá)58.5Mbps
* 速率提升-編碼率
* 速率提升-Short GI
在無(wú)線收發(fā)過(guò)程中收/發(fā)間或多次傳發(fā)過(guò)程中，需要若干間隔時(shí)間，而這個(gè)間隔時(shí)間就成為Guard Interval，簡(jiǎn)稱GIShort Guard Interval 更短的幀間保護(hù)間隔。
802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)要求在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須保證在數(shù)據(jù)之間存在800ns的時(shí)間間隔，802.11n仍缺省使用800ns，當(dāng)多徑效應(yīng)不嚴(yán)重時(shí)，可以將該間隔配置為400ns，可以將吞吐量提升近10%
Short GI使用用于多徑情況較少、射頻環(huán)境較好的應(yīng)用場(chǎng)景。
速率提升-40M頻寬模式
802.11n同時(shí)定義了2.4GHz頻段和5GHz頻段的WLAN標(biāo)準(zhǔn)，與802.11a/b/g每信道只用20MHz頻寬不同的是802.11n定義了兩種頻帶寬度：20MHz頻寬、40MHz頻寬。使用40MHz頻寬模式，可以成倍的增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的支持速率
MINO技術(shù)
采用802.11a/b/g技術(shù)的無(wú)線接入點(diǎn)和客戶端是通過(guò)單個(gè)天線單個(gè)空間信道（SISO）來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的。
采用802.11n技術(shù)的無(wú)線接入點(diǎn)和客戶端可以利用兩個(gè)或更多空分信道同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，如果終端也支持MIMO技術(shù)的話，能夠采用多個(gè)接收天線和高級(jí)信號(hào)處理技術(shù)來(lái)重建從多個(gè)信道發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。
MIMO（Multiple in，Multiple out）技術(shù)就是利用其他技術(shù)來(lái)改進(jìn)接收端的信噪比.
在無(wú)線通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)，接收機(jī)上使用多個(gè)天線開(kāi)辟了一個(gè)新的維度空間。如果能夠正確利用這一技術(shù)，可以極大提高性能，它現(xiàn)在被廣泛地稱為MIMO。發(fā)射機(jī)的多個(gè)天線意味著有多個(gè)信號(hào)輸入到無(wú)線信道中，接收端的多個(gè)天線是指多個(gè)信號(hào)從無(wú)線信道輸出，多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳處理，并有效抵抗空間選擇性衰落。
波束成形技術(shù)：當(dāng)發(fā)射端有多個(gè)發(fā)射天線時(shí)，調(diào)整從各個(gè)天線發(fā)出的信號(hào)使得接收端信號(hào)強(qiáng)度有顯著改善的技術(shù)。
MIMO的天線配置通常表示成 “ M *N "，其中M和N均為整數(shù)
M表示傳輸天線的數(shù)量
N表示接收天線的數(shù)量
802.11nMAC層改進(jìn)
802.11MAC層協(xié)議耗費(fèi)了相當(dāng)多效率用作鏈路的維護(hù)，從而大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n通過(guò)改善MAC層來(lái)減少固定的開(kāi)銷(xiāo)及擁塞造成的損失。幀聚合技術(shù)和塊確認(rèn)技術(shù)幀聚合
802.11n引入幀聚合技術(shù)，提高M(jìn)AC層效率，報(bào)文幀聚合技術(shù)包括：
MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元聚合 A-MSDU
MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元聚合 A-MPDU
兩種聚合方式的共同點(diǎn)：減少負(fù)荷，且只能聚合同一QoS級(jí)別對(duì)的幀，但因?yàn)橐却枰酆系膱?bào)文，可能造成延時(shí)。另外只有MPDU才能使用塊確認(rèn)。
MSDU聚合
MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元 MSDU-Mac Service Data Units聚合：
* 收集以太網(wǎng)幀匯聚
* 轉(zhuǎn)成802.11無(wú)線幀
A-MSDU允許對(duì)目的地及應(yīng)用都相同的多個(gè)包進(jìn)行聚合，聚合后的多個(gè)包只有一個(gè)共同的MAC幀頭。當(dāng)多個(gè)幀聚合到一起后，包頭的負(fù)載、傳播的時(shí)間及確認(rèn)包都會(huì)減少，從而提高無(wú)線傳輸效率。A-MSDU最大的大小是7935字節(jié)。
MPDU聚合
MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元MPDU聚合：
* 轉(zhuǎn)成802.11無(wú)線幀
* 將802.11無(wú)線幀匯聚
MPDU允許對(duì)目的地相同但是應(yīng)用不同的多個(gè)包進(jìn)行聚合，其效率不如MSDU，但還是會(huì)減少報(bào)文負(fù)載及空氣傳播時(shí)間。A-MPDU的最大的包為65535字節(jié)。
塊確認(rèn)：
為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個(gè)單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應(yīng)一個(gè)ACK幀。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對(duì)其中的每一個(gè)MPDU進(jìn)行處理，因此需要對(duì)每一個(gè)MPDU發(fā)送應(yīng)答幀。塊確認(rèn)機(jī)制通過(guò)使用一個(gè)ACK來(lái)完成對(duì)多個(gè)MPDU的應(yīng)答，以降低這種情況下ACK幀的數(shù)量。
802.11ac
* 802.11ac工作頻段為5GHz頻率。
* 保持與舊的協(xié)議的兼容性。改進(jìn)了物理層幀結(jié)構(gòu)，考慮不同信道帶寬共存時(shí)的信道管理等。
* 安全性方面，它將完全遵循802.11i安全標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容。
* 802.11ac將可以幫助企業(yè)或家庭實(shí)現(xiàn)無(wú)縫漫游。
* 802.11可支持20M、40M、80M、80+80M（不連續(xù)，非重疊）、160M帶寬，其中20M、40M、80M是必選的。
802.11ac的優(yōu)勢(shì)：
* 更高的吞吐量，802.11ac wave2最大可支持3.47Gbps。
* 更少的干擾，主流的承載頻率是5G頻段。
* 更多的接入，提供了更大的吞吐率和多用戶MIMO在客觀上提高了更多的用戶接入能力。
MU-MIMO
MU-MIMO （ Multi-User Multiple-Input Multiple-Output ）多用戶-多輸入多輸出，其采用顯示波束成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳播方向和接受控制，向多個(gè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)保證終端彼此不受干擾。MU-MIMO之后，可以將AP空間流靈活分配給多個(gè)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，緩解了AP和終端空間流能力不匹配的問(wèn)題，充分發(fā)揮了AP的性能?！?
單用戶MIMO可以大大增加單用戶的吞吐量，但現(xiàn)網(wǎng)中大量終端仍然單流。單流的終端相對(duì)于多流的終端傳輸相同的大小的數(shù)據(jù)需要占用更多的空口時(shí)間，因此單流提升終端也成了提升用戶數(shù)的一個(gè)瓶頸。多用戶MIMO是解決這問(wèn)題的好辦法，在不改變用戶帶寬和頻率的情況下，在同一時(shí)刻，一個(gè)AP同時(shí)給多個(gè)用戶（最多支持4個(gè)用戶）發(fā)送不同的數(shù)據(jù)。
A-MPDU擴(kuò)展
802.11ac中，為了進(jìn)一步提高效率和可靠性，增加了MPDU幀的大小和A-MPDU幀的大小，長(zhǎng)度限制從64k到1。802.11ac只支持A-MPDURTS/CTS（Request To Send/Clear To Send，請(qǐng)求發(fā)送/允許發(fā)送）握手協(xié)議，可以避免信道沖突導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸失敗。當(dāng)AP向某個(gè)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，AP會(huì)向客戶端發(fā)送一個(gè)RTS報(bào)文，這樣在AP覆蓋范圍內(nèi)的所有設(shè)備在收到RTS后都會(huì)在指定時(shí)間內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)。目的客戶端收到RTS后，發(fā)送一個(gè)CTS報(bào)文，這樣在客戶端覆蓋范圍內(nèi)所有的設(shè)備都會(huì)在指定時(shí)間內(nèi)不發(fā)送數(shù)據(jù)。
802.11ac中，增強(qiáng)定義了RTS/CTS機(jī)制，用來(lái)協(xié)調(diào)什么時(shí)候信道可用和哪些信道可用，具體機(jī)制如下：
* 802.11ac設(shè)備在其使用的信道內(nèi)，以20MHz為單位的子信道內(nèi)發(fā)送RTS。當(dāng)信道帶寬為80M時(shí)，再?gòu)?fù)制3份充滿80MHz；當(dāng)信道帶寬為160MHz時(shí)，復(fù)制7份，充滿160MHz。這樣做的號(hào)出是，不管周邊設(shè)備的主信道是80M或者是160M信道中的任意20M都可以偵聽(tīng)到RTS報(bào)文，每個(gè)收到RTS報(bào)文的設(shè)備將虛擬載波偵聽(tīng)設(shè)為忙
* 收到RTS報(bào)文的設(shè)備會(huì)檢測(cè)其主信道或者80M帶寬內(nèi)的其他子信道是否繁忙。如果信道帶寬的一部分被使用，則接收設(shè)備只會(huì)在CTS幀內(nèi)響應(yīng)可用的20MHz的子帶寬，并報(bào)告重復(fù)的帶寬。
* 在每個(gè)可用的20M的子信道上回復(fù)CTS報(bào)文，這樣發(fā)送設(shè)備就知道哪些信道可用，哪些信道不可用。最終只在可用的信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。
* RTS和CTS支持動(dòng)態(tài)頻寬模式，在此模式下假如部分頻寬已被占用則只在主用道上發(fā)送CTS幀。發(fā)送RTS幀的客戶STA則可以回落到一個(gè)較低頻寬模式。
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