802 11协议介绍

802.11标准：规定了一个基站和无线客户端或两个无线客户端之间通过空气传输的接口
802.11 ：工作在2.4G(2.4000～2.4835GHz )频段，提供了每秒1兆或2兆传输速率
802.11a ：工作在5G频段，提供了每秒54M的传输速率，平均吞吐量是20-36M/秒，平均范围10-100米
802.11b ：工作在2.4G频段，提供了每秒11M的传输速率。在1999年，IEEE接受了802.11b作为以太网标准，平均速率每秒4M，平均范围50多米
802.11g ：在2.4G频段上提供了大于20M的带宽，平均每秒20-30M，平均范围50多米
802.11e：QoS
802.11i ：WLAN安全标准
802.11r：WLAN漫游标准
802.11s：802.11 mesh
802.11n：更高传输速率的改善，支持多输入多输出技术
802.11ac：工作在5G频段，信道绑定频宽最高可达160 MHz，最高速率可达到3.47Gbps

802.11a：
54Mbps 吞吐能力
采用正交频分复用（OFDM）
支持6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 & 54Mbps 数据速率
工作在无需许可的5GHz频段“Unlicensed National Information Infrastructure” (U-NII) 频段
13个非重叠信道(149.153.157.161.165)

802.11b：
11Mbps 吞吐能力
采用直序扩频（DSSS）
支持1, 2, 5.5 & 11Mbps数据速率
工作在2.4GHz非许可频段 “Industrial Scientific & Medical” (ISM) 频段
支持14个信道
3个信道不重叠

802.11g：
54Mbps 最高传输速度
采用正交频分复用(OFDM)
支持6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 & 54Mbps 数据速率以及802.11b速率
兼容802.11b终端
工作在2.4GHz非许可频段 “Industrial Scientific & Medical” (ISM) 频段
支持13个信道
3个不重叠信道

802.11n：
802.11n最高速率可达600Mbps
802.11n协议为双频工作模式，支持2.4GHz和5GHz
802.11n采用MIMO与OFDM相结合
传输距离大大增加
提高网络的吞吐量性能
优势：
传输速率提升至600M
无线链接可靠性更高
兼容802.11a/b/g
802.11n 更高速率改进技术

速率提升 - 更多的子载波：
802.11a/g在20MHz 模式下有48个可用子载波，速度可达到54Mbps
802.11n在20MHz 模式下有52个可用子载波，速度可达到58.5Mbps

速率提升 - 编码率：
无线收发数据附前向错误更错码（Forward Error Correction-FEC），当实质传递数据在传递过程中因衰减、干扰等因素而导致数据错误时，透过更错码可将数据更正、还原成正确数据
802.11n更错码不会太耗占频宽，但却能维持相同的错误更正能力，而这个比例就称为编码比率码率（Code Rate）

速率提升 - Short GI ：
在无线收发过程中收/发间或多次传发过程中，需要若干间隔时间，而这个间隔时间就称为Guard Interval，简称GI
Short Guard Interval （Short GI）：更短的帧间保护间隔
Short Guard Interval （Short GI）：
802.11a/b/g标准要求在发送数据时，必须要保证在数据之间存在800 ns的时间间隔
802.11n仍然缺省使用800ns。当多径效应不严重时，可以将该间隔配置为400ns，可以将吞吐提高近10%，此技术称为Short GI
使用场景：Short GI使用于多径情况较少、射频环境较好的应用场景。在多径效应影响较大的时候，应该关闭Short GI功能。
如图所示，在多径环境中，前一个数据块还没有发送完成，后一个数据块可能通过不同的路径先到达，合理的GI长度能够避免相互干扰（如图所示）。如果GI时长不合理，会降低链路的有效SNR

速率提升 - 40M频宽模式：
802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准，与802.11a/b/g每信道只用20MHz频宽不同的是802.11n定义了两种频带宽度：20MHz频宽，40MHz频宽
采用40MHz频宽模式可以让无线网络获得高于2倍的传输速率

    采用40MHZ频宽模式，可以成倍增加无线网络的支持速率，但是2.4G网络和5G网络支持的40M频宽的信道数量不同在2.4G模式上最多可以有一个40M信道，在5G模式上40M信道数目因国家不同而不同，理论上最多有11个40M信道

MIMO技术：（Multiple in, Multiple out）多路输入多路输出
原理：采用802.11n技术的无线接入点和客户端可以利用两个或者更多的空分信道同时传送数据
采用802.11a/b/g技术的无线接入点和客户端是通过单个天线单个空间信道（SISO）来实现数据传送的
采用802.11n技术的无线接入点和客户端可以利用两个或者更多的空分信道同时传送数据，如果终端也支持MIMO技术的话，能够采用多个接收天线和高级信号处理技术来重建从多个信道发送过来的数据
MIMO技术就是利用其它技术来改进接收端的信噪比
802.11n网络融合了基于MIMO的接入点和无线客户端，从而能够提供极高的可靠性和数据吞吐量。即使只部署支持MIMO技术的无线接入点，而终端不支持MIMO技术，这项技术也能够提供高出802.11a/b/g 网络百分之三十的性能
这种性能的提升是采用MIMO智能天线的结果，它能够允许无线接入点能在更长的距离间更可靠的接受数据，并且与标准的分集天线工作方式相比能够为客户端提供更高的数据传输率。例如在同样距离上802.11a/b/g客户端和传统接入点通信，数据通常会从54Mbps降到48Mbps或者36Mbps，而相同的客户端同支持MIMO技术的802.11n无线接入点通信，还能够维持在54Mbps不变
发射机的多个天线有多个信号输入到无线信道中，接收机的多个天线有多个信号从无线信道输出，多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳处理，并有效地抵抗空间选择性衰落

MIMO - 波束成形：
波束成形技术：当发射端有多个发射天线时，调整从各个天线发出的信号使得接收端信号强度有显著改善的技术
当从不同的天线发送两个信号时，信号在接收端天线进行叠加，由于传播的不同，两个信号在到达接收端的时候存在相位差，会直接影响接收端的信号强度。通过调整发射端无线信号的相位，可以最大化的接收信号强度，即增加信噪比
波束成形技术应用在接收端只有一个天线，且没有障碍物的环境
不采用波束成形技术，接收端接收到的相位可能发生异相
采用了波束成形技术后，接收端能收到正相相位，使信号最大，并达到在接收端提高信噪比的目的
MIMO命名：
MIMO的天线配置通常表示成“M*N”，其中M和N均为整数
M表示传输天线的数量
N表示接收天线的数量

802.11n MAC层改进技术：
802.11MAC层协议耗费了相当多效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。802.11n通过改善MAC层来减少固定的开销及拥塞造成的损失
1.帧聚合技术：
802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率，报文帧聚合技术包括：
MAC服务数据单元聚合（A-MSDU）：多个帧聚合到一起后，报头的负载、传播的时间及确认包都会相应减少，从而提高无线传输效率。A-MSDU最大的大小是7935字节
收集以太网帧汇聚
转成802.11无线帧
MAC协议数据单元聚合（A-MPDU）：A-MPDU 允许对目的地相同但是应用不同的多个包进行聚合，其效率不如A-MSDU，但是还是会减少报头负载及空气传播时间。A-MPDU的最大的包为65535字节
转成802.11无线帧
将802.11无线帧汇聚
两种不同的帧聚合方式会有不同的效率提升
两种聚合的共同点：减少负荷，且只能聚合同一QoS级别的帧，但因为要等待需要聚合的报文，可能造成延时。另外，只有MPDU才使用块确认
2.块确认技术：
为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应ACK帧
块确认机制通过使用一个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

802.11ac：
802.11ac工作频段为5GHz频率
保持与旧的协议的兼容性。改进了物理层帧结构，考虑的不同信道带宽共存时的信道管理等
安全性方面，它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容
802.11ac将可以帮助企业或家庭实现无缝漫游
优势：
更高的吞吐率
802.11ac wave2 最大可以支持3.47Gbps
更少的干扰
主流的承载频率是5G频段
更多的接入
提供了更大的吞吐率和多用户MIMO在客观上提高了更多的用户接入能力

MU-MIMO：多用户-多输入多输出，其采用显式波束成形（Explicit Beamforming）技术，实现信号的传播方向和接收控制，向多个终端发送数据，同时保证终端彼此不受干扰
MU-MIMO之后，可以将AP空间流灵活分配给多个终端进行数据传送，缓解了AP和终端空间流能力不匹配的问题，充分发挥了AP的性能

802.11ac Wave1只支持单用户MIMO，AP一次同时只能与一个用户通信。而802.11ac Wave2可以支持多用户MIMO，一次同时可以与几个用户通信

A-MPDU扩展：
在802.11ac中，为了进一步提高效率和可靠性，增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的大小，长度限制从64k到1M
802.11ac只支持A-MPDU
当传输过程中发生错误时，A-MSDU需要对整个聚合的帧重传，而在A-MPDU中每个MPDU都有自己的MAC头，发生错误时只需要对错误的数据包进行重传，而不需对对整个聚合帧进行重传

RTS/CTS扩展： RTS/CTS（Request To Send/Clear To Send，请求发送/允许发送）握手协议
802.11n的RTS/CTS比较粗放，不能根本解决隐藏终端问题

       802.11ac的RTS/CTS可以携带带宽指示，并且CTS只在无干扰信道上发送

         在802.11ac中，增强定义了RTS/CTS机制，用来协调什么时候信道可用和哪些信道可用。具体的协调机制如下： 802.11ac设备在其使用的信道内以20MHz为单位的子信道内发送RTS。当信道带宽为80M时，在复制3份充满80MHz；当信道带宽为160MHz时，复制7份充满160MHz。这样做的好处是，不管周边设备的主信道是80MHz或者160MHz信道中的任意20MHz都可以侦听到这个RTS报文。每个收到RTS报文的设备将虚拟载波侦听设为忙收到RTS报文的设备会检测其主信道或者80MHz带宽内的其他子信道是否繁忙。如果信道带宽的一部分被使用，则接收设备只会在CTS帧内响应可用的20MHz的子带宽，并报告重复的带宽 在每个可用的20MHz的子信道上回复CTS报文。 这样发送设备就知道了哪些信道是可用的，哪些信道是不可用的。最终只在可用的子信道上发送数据RTS和CTS支持“动态频宽”模式。在此模式下假如部分频带已被占用则只在主用道上发送CTS帧。发送RTS帧的客户STA则可以回落到一个较低的频宽模式。这将对降低隐藏节点的影响有所帮助。最终的传输频宽总是包括主用信道在内

信道带宽：802.11ac协议引入了80MHz带宽和160MHz带宽

       在802.11ac协议中，可以支持20MHz、40MHz、80MHz、80+80MHz（不连续，非重叠）和160MHz；其中20MHz、40MHz、80MHz是必选的，80+80MHz和160MHz是可选的

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