報文聚合對802.11n性能的影響

報文聚合對802.11n性能的影響

       2009 年802.11n協議正式標準化，再一次實現了物理速率的提高，最高物理速率能夠達到了300Mbps。並且，802.11n的A-MPDU（報文聚合） 功能充分提升空間媒介的信道利用率，同時帶來了WLAN網絡的信道承載性能的成倍提高。下面咱們就將主要分析一下A-MPDU（報文聚合）功能對 802.11n性能的影響。

        802.11協議定義每發送一個報文都必然進行信道競爭，都須要根據模式添加物理層報文頭，對於單播報文還須要等待物理層的ACK確認，等等這些和實際發送的報文同樣都須要消耗信道資源。

        下表中假設持續發送1538bytes大小的單播報文，在不考慮重傳和錯包狀況下，對比54Mbps、130Mbps和300Mbps物理速率狀況下的單信道理論性能：

物理髮送速率（Mbps）	54	130	300
發送一個報文所消耗的時間（us）	217	136	88
發送一個報文所浪費的時間（us）	144	150	150
每秒發送的報文數量（pps）	2768	3497	4202
性能（Mbps）	32.5	40.0	48.1

       經過表中的數據能夠看出，從54Mbps到300Mbps，雖然物理速率實現近6倍的提高，但實際性能並無同比上升。802.11n協議爲了可以實現WLAN網絡性能的同步提高，爲WLAN網絡應用提供足夠的性能，便提出了報文聚合（A-MPDU）技術。

        802.11 的任何一個報文在物理髮送時會被做爲一個MDPU發送，每一次發送都必然須要信道競爭和避讓，從而消耗信道資源。而報文聚合A-MPDU經過將多個 MPDU聚合爲一個物理層報文，只須要進行一次信道競爭或避讓，就可完成N個MPDU的同時發送，從而減小了發送N-1個MPDU報文所帶來的信道資源消 耗。經過報文聚合特性，充分提升了信道資源的利用率，極大地實現了802.11網絡性能的提高。

      圖1爲A-MPDU的結構圖，其中MPDU Delimiter是爲了A-MPDU而專門定義。另外，A-MPDU技術只會聚合同一個客戶端的MPDU：

                                      圖1 A-MPDU報文結構

           A- MPDU報文聚合特性獲得了Block  ACK功能的強大支持。一般的802.11網絡中，任何一個單播報文都須要獲得目的設備的ACK確認，每個ACK都是一個802.11報文，都須要消耗 信道資源。而Block ACK能夠配合A-MDPU特性，對於整個A-MDPU中全部的802.11報文只須要一個Block  ACK報文，充分減小了信道資源的消耗。

          下面分別在20MHz和40MHz信息狀況下對802.11n性能進行理論分析。經過圖二、圖三、圖四、圖5能夠看出802.11的A-MPDU報文聚合爲WLAN網絡帶來了極大的性能提高（如下分析結果假設每個802.11報文都爲1534bytes）：

                                             圖2 20MHZ聚合報文數和性能關係

                                         圖3 20MHZ聚合報文數和信道利用率關係

                                            圖4 40MHZ聚合報文數和性能關係

                                                圖5 40MHZ聚合報文數和信道利用率關係

        至此咱們能夠了解到，雖然802.11n的物理速率實現了接近6倍的提高，卻沒有爲WLAN性能帶來大的提高，可是卻經過A-MPDU報文聚合將WLAN性能提高了6倍，最終實現了WLAN網絡物理傳輸速率和性能的同步提高，將WLAN應用帶到了一個高速接入的時代。