在我們為城市運營中心、體育館、公寓樓以及寫字樓這類實體建筑搭建網絡的時候,經常遇到太多AP孤立安裝或全部AP被當做整體網絡來管理的現象,出現了很多交叉覆蓋的情況。只要有AP采用相同信道,這一區域的用戶體驗都會下降,這是因為為了避免沖突而使用的Wi-Fi算法相當落后。
作為下一代Wi-Fi標準(也被成為Wi-Fi 6), 802.11ax其中的一個關注點便是提升物理網絡的性能,為了實現這一目的,這一全新標準納入了全新功能,即實現更多同步傳輸,這一功能也被稱作“空間復用”或者“BSS著色”(BSS coloring)。
BBS著色功能可識別兩個相距不遠但并不相鄰的AP和設備,能夠在同一時間內實現安全傳輸而不會相互影響。這類傳輸,在802.11ax標準出現之前是不為信道接入協議所允許的, 802.11ax協議出現后這一問題就迎刃而解了。
802.11技術中過時的電壓檢測規則
802.11b標準問世之初,Wi-Fi數據傳輸使用載波監聽多路訪問/沖突避免技術(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA)實現接入控制。CSMA/CA設定了一系列規則,統一地作用于所有設備之上,以保證其實現同等接入。當某個設備(客戶端或者AP)收聽到Wi-Fi幀高于某個預設的“電壓檢測”閾值的時候,便會等待其發送完畢后再發送自己的幀。
這一算法相當復雜,其核心為電壓檢測閾值,屬于空閑信道評估(Clear-Channel Assessment,CCA) 算法的一部分。開發這樣的算法是為了確保兩個相鄰的設備不會同時發送幀給對方,避免相互影響,或兩個幀中的某個幀出現接收錯誤。
在802.11ax標準以前,相對較低的電壓檢測閾值可以有效防止幀沖突,但卻降低了網絡性能。在一個大概60-80平米的辦公空間,企業級無線局域網需要16個AP才能覆蓋整個樓層,為高密用戶提供高速率數據傳輸。但是,可用40MHz和80MHz信道相對有限,有些AP可能會使用同一信道。如果采用傳統的電壓檢測閾值,同一信道里的任一AP或客戶端互相都能聽到。在這種情況下,某一特定時間里只能有一個用戶或者AP能夠傳輸數據,哪怕他們不在同一區域。
這種安排可謂安全,因為避免過度沖突和重試至關重要。但是從某種程度上來說,性能也因此受到了限制,即使增加AP也不能擴展網絡容量;這種局面給人添堵,因為沒有機會可以做到更好。
借助BSS著色技術實現更好空間復用
傳統Wi-Fi 使用單個CCA電壓檢測值,根據數據包電壓等級來確定信道是否“空閑”。而對于802.11ax標準來說,它基于兩個值來判斷,一個是AP和它相鄰的客戶端設備(當前信號強度為-82 dBm),另外一個是更多遠程蜂窩(可能為-62 dBm),遠程蜂窩不會受到本地傳輸的影響。
何為臨近AP?其定義為在和客戶端進行數據傳輸時被不同“顏色”標記的AP。該標簽將附加于802.11ax preamble碼上:6bits將分配給63個可能數值上面。當某個網絡被正確標記后,處于辦公建筑里不同區域的蜂窩可以同步傳輸數據,并且不會發生較高的重新傳輸和出錯率,而以前根據CCA,這些蜂窩只能依次傳輸數據,不能實現同步。
BSS染色之前與之后
電壓檢測閾值的變化與傳輸功率控制相關聯,以確保功率充足能夠送達指定接收端以及更多接受端。此外,它還與請求發送幀RTS和允許發送幀CTS相關聯,從而確定傳輸信道。當然這些都太過具體,動態變化的電壓檢測閾值才是較大的提升。
AP控制軟件的機遇
全新功能為企業級AP供應商提供了新的機會,他們可以開發新的WLAN控制算法,提升不同條件下的網絡容量。問題關鍵是如何借助BSS著色功能在WLAN中分配“顏色”,這取決于AP的判斷:如果探測到臨近或者搭接網絡有所變動, AP便可動態修改著色計劃。
借助MU-MIMO系統和OFDMA技術,AP現在可通過對網絡行為的控制實現上行和下行鏈路的傳輸。
總之,我們希望BSS著色功能能夠實現顯著的性能提升,特別是在高密Wi-Fi場景中,尤其企業級部署自是不在話下。
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