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2.2.2 MAC层关键技术

MAC层的技术主要针对帧聚合技术、Block ACK以及兼容IEEE 802.11a/b/g协议,其中,帧聚合包含针对MSDU的聚合(A-MSDU)和针对MPDU的聚合(A-MPDU)。

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。下图为A-MSDU结构示意图,这里的MSDU可以认为是以太网报文。

通常当AP或无线客户端从协议栈收到报文(MSDU)时,会打上以太网报文头,它被称为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802.11 MAC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。

MSDU技术只适用于所有MSDU的目的端为同一个HT STA的情况。

2. A-MPDU

与A-MSDU不同的是,A-MPDU聚合是经过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,右图为A-MPDU结构示意图。

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. Block ACK

为保证数据传输的可靠性,IEEE 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:

(1)通过ADDBA Request/Response报文协商建立Block ACK协定。

(2)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Block-AckReq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。

(3)通过DELBA Request报文来撤销一个已经建立的Block Ack协定。

4. 兼容802.11a/b/g

WLAN标准从802.11 a/b发展到802.11g,再到现在的802.11n,提供良好的向后兼容性是非常重要的。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。同样地,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。

802.11n向下兼容802.11a/g,802.11a/g的终端接入802.11n网络后,由于MIMO技术提高了SNR,因此802.11a/g的网络最大吞吐量54Mb/s范围有所扩大。同时802.11n的网络性在802.11a/g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802.11a/g的终端性能。

5. MIMO技术

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600Mb/s。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带来大吞吐、广覆盖等提高的同时,也增加了更多的技术挑战。了解这些技术,将有助于更好地应用802.11n和解决应用所面临的实际问题。 043YOyLdITSgU4vHuFW8mbY3vZ4Hqt9QSp68DKpLBNCArWCW1qDHs2ZplGjZJKzE

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