802.11h halow(Short Beacon, s1g beacon)

序言

前一节我们讨论的802.11ah中的MAC头部压缩，本节我们讨论802.11ah中的Short Beacon。其实这几个设计都是围绕着压缩帧大小这个话题展开的，目的明确。理解这几个设计可以加深对于802.11相关字段的理解。

Short Beacon的意义

为什么要特意压缩Beacon大小呢？主要有两点原因：

1）Beacon是周期性发送的帧，按照802.11协议设计，每间隔TBTT时间，AP就需要发送一个Beacon帧。
2）Beacon是一个广播帧，该帧的发送默认都是按照最低支持速率发送，从而造成Beacon帧的发送会耗费较多的空口时间。

Beacon实际上是在802.11协议工作过程中，占据了不少空口资源。因此，将beacon大小压缩的话，能够节约不少的空口资源时间，提高网络运行效率。

Remark：这里有一点需要注意的是，在802.11ah中并不是所有的Beacon都是用Short Beacon模式发送的，有一部分时间也需要发送传统长度的Beacon。只不过Short Beacon占所有Beacon中的比例较高，而传统长度的Beacon所占比例较少。

802.11 Beacon简述

我们首先看下标准的802.11 Beacon的结构，如下图所示

标准的Beacon属于管理帧，该帧主要有三个部分：

MAC Header：在标准的802.11中，Beacon的MAC Header是通用的MAC Header。所以基本没有什么额外要讨论的内容。不过有一点需要注意的是，Beacon的MAC Header里面既有DA也有SA，而我们对比下802.11ah Beacon的MAC Header的话，只有SA而没有DA地址。标准的802.11中有DA的主要原因是协议还有一种工作模式叫做IBSS，也就是ad-hoc自组网的工作模式。这个模式虽然现在已经不怎么用了，但是早期协议设计中，这个场景是重点考虑的。在IBSS场景中，Beacon也会在多个IBSS节点间互相对发，用这个做同步。这种场景下就有DA了。

Beacon在MAC Header以外都是按照Element形式构造的，在Beacon中还包含了两种，一共是必有的，一种是可选的。

Manatory Element Fields：必有的Element包含了4个元素，时间戳，Beacon间隔（即TBTT时间），Capability Info还有SSID。其中时间戳是用于时间同步的，Beacon间隔是用来说明Beacon发送间隙的，其余两个是信息，用于发布给节点获知的。在权威指南里面，这4个元素都是必有的，但是在wireshark解析里面，只有时间戳和beacon间隔解析成必有，其他都是可选的。
Optional Element Fields：还有一些其他的Element就是可选的Element了，比如TIM，国家码，TPC功率控制，加密设置有关的RSN之类的，这里就不展开了。

那么标准的802.11 Beacon大小为 24B（MAC Header）+8B（Timestamp）+2B（Beacon Interval）+2B（Capability Info）+32B（SSID）+ 4B（FCS）= 72B，这里SSID的大小是动态的，协议中的范围是0~32B。

802.11ah Short Beacon

下面我们看下802.11ah的Beacon，即S1G Beacon。

从整体结构而言，802.11ah的Beacon和传统的Beacon基本是一样的，基本元素都在，只是内容压缩了一些。首先是DA删掉了，这点前面说过了。时间戳由8B降到了4B，Change Sequence是802.11ah独有的。

然后原有的固有字段Beacon Interval（即上图中的Next TBTT），SSID（即图中的Compressed SSID）都变成可选字段了，而且Compressed SSID的大小限制为了4B，降低了大小。这里由于修改了一些固有字段，结合上一篇文章中所述的Frame Control的功能含义，所以相比于标准的802.11，802.11ah Beacon中的Frame Control也是有特殊性的，如下图所示

其中关于Next TBTT字段是否显示，Compressed SSID是否显示，都在Frame Control中有所体现。其余的字段由于都与其具体应用有关，所以这里就不展开了。

所以在802.11ah中，一个S1G Beacon的最小大小为2B（Frame Control）+2B（Duration）+6B（SA）+4B（Timestamp）+1B（Change Sequence）+4（FCS）= 19B。对比下标准的802.11 Beacon的最小大小72B，802.11ah的Beacon大小还是减少很多的。