无线对决——802.11n与WLAN

二、 WLAN性能的同步提升

802.11n技术带来了物理速率的成倍提高，但是单单依靠物理速率的提高能够同时带来WLAN网络性能和吞吐的成倍提升吗?

802.11协议定义每发送一个报文都必然进行信道竞争，都需要根据模式添加物理层报文头，对于单播报文还需要等待物理层的ACK确认，等等这些和实际发送的报文一样都需要消耗信道资源。

在表2中假设持续发送1538bytes大小的单播报文，在不考虑重传和错包情况下，来对比一下54Mbps、130Mbps和300Mbps物理速率能为WLAN带来的理论性能：

表2. 持续发送1538字节报文的理论性能对比

通过表2可以看到，虽然物理速率实现近6倍的提升，但性能并没有同比上升。因此如果802.11n仅仅满足于物理速率，估计最终只能成为实验室的摆设。为了摆脱这个困境，802.11n协议必须实现WLAN网络性能的同步提升，为WLAN应用制造出足够的诱惑力，这个历史重任交给了报文聚合A-MPDU功能。

802.11的任何一个报文在物理发送时会被作为一个MDPU发送，每一次发送都必然需要信道竞争和避让，从而消耗信道资源。而报文聚合A-MPDU通过将多个MPDU聚合为一个物理层报文，只需要进行一次信道竞争或避让，就可完成N个MPDU的同时发送，从而减少了发送N-1个MPDU报文所带来的信道资源消耗。通过报文聚合特性，充分提高了信道资源的利用率，极大地实现了802.11网络性能的提升。

下图为A-MPDU的结构图，其中MPDU Delimiter是为了A-MPDU而专门定义，另外A-MPDU技术只会聚合同一个客户端的MPDU：

图2 报文聚合结构

在A-MPDU报文聚合特性，得到了Block ACK功能的强大支持。通常的802.11网络中，任何一个单播报文都需要得到目的设备的ACK确认，每一个ACK都是一个802.11报文，都需要消耗信道资源。而Block ACK可以配合A-MDPU特性，对于整个A-MDPU中所有的802.11报文只需要一个Block ACK报文，充分减少了信道资源的消耗。

通过下面WLAN性能的理论分析(如图3、4、5、6)，可以看出802.11的A-MPDU报文聚合为WLAN网络带来了极大的性能提升(分析中，假设每一个802.11报文都为1534bytes)：

图3 20MHZ聚合报文数和性能关系

图4 20MHZ聚合报文数和信道利用率关系

图5 40MHZ聚合报文数和性能关系

图6 40MHZ聚合报文数和信道利用率关系

至此可以了解，虽然802.11n的物理速率实现了接近6倍的提升，却没有为WLAN性能带来大的提升，但是却通过A-MPDU报文聚合将WLAN性能提升了6倍多，最终实现了WLAN网络物理传输速率和性能的同步提升，将WLAN应用带到了一个高速接入的时代。