HEW將用戶密集環(huán)境中的每位用戶平均傳輸率提升至4倍以上

802.11ax又稱為「高效率無線標(biāo)準(zhǔn)」(High-Efficiency Wireless, HEW)，旨在實(shí)現(xiàn)一項極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：將用戶密集環(huán)境中的每位用戶平均傳輸率提升至4倍以上。這項全新標(biāo)準(zhǔn)著重于機(jī)制的實(shí)作，以期在人潮眾多的環(huán)境下，為更多使用者提供一致且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流(平均傳輸率)。本文件將帶領(lǐng)各位探索可賦予常見802.11標(biāo)準(zhǔn)「高效率無線標(biāo)準(zhǔn)」美稱的各項嶄新機(jī)制。

2013年推出的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)不僅可在單一空間串流中實(shí)現(xiàn)近866Mbit/s的鏈接速度，還能提供更寬的通道(160MHz)以及更高的調(diào)變階次(256-QAM)。只要使用8個空間串流(標(biāo)準(zhǔn)指定的數(shù)量上限)，此一技術(shù)將可成就高達(dá)6.97Gbit/s的理論速度值。只是，正如同法拉利只能在管制賽道上發(fā)揮實(shí)力一樣，除非您身處射頻實(shí)驗(yàn)室，否則很難使用到7Gbit/s的高速無線網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)實(shí)世界中，每當(dāng)使用者試圖在繁忙的機(jī)場航廈中使用公共Wi-Fi查看電子郵件，往往會因牛步般的網(wǎng)絡(luò)速度而備感挫折。

IEEE 802.11無線LAN標(biāo)準(zhǔn)的最新修正802.11ax將能有效解決此一問題。802.11ax又稱為「高效率無線標(biāo)準(zhǔn)」(HEW)，旨在實(shí)現(xiàn)一項極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：將用戶密集環(huán)境中的每位用戶平均傳輸率提升至4倍以上。

強(qiáng)化高密度使用情境網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)

高效率無線標(biāo)準(zhǔn)具有下列重要功能：
．向下兼容于 802.11a/b/g/n/ac。
．將火車站、機(jī)場等高人口密度地點(diǎn)的每位用戶平均傳輸率提升4倍。
．?dāng)?shù)據(jù)速率和信道寬度與802.11ac相似，但可搭配1024-QAM提供新的調(diào)變和編碼組合(MCS 10和11)。
．透過MU-MIMO和正交頻分多任務(wù)存取(OFDMA)技術(shù)，進(jìn)行指定的下鏈和上鏈多用戶作業(yè)。
．提供四倍大的OFDM FFT、更窄的子載波間距(密度為4倍)以及更長的符碼時間(4倍)，進(jìn)而改善多路徑衰減環(huán)境以及室外的穩(wěn)固性和效能。
．改善流量和通道存取情形。
．電源管理更為出色，可帶來更長效的電池續(xù)航力。

高效率無線標(biāo)準(zhǔn)也可滿足下列目標(biāo)應(yīng)用的需求：
．行動數(shù)據(jù)卸除：在2020年，每個月產(chǎn)生的Wi-Fi卸除流量將來到38.1Exabyte，并持續(xù)超越每月的行動流量(30.6EB)預(yù)估值。此一數(shù)字相當(dāng)于每分鐘在這些網(wǎng)絡(luò)中移動超過6,000部藍(lán)光電影。
．具備眾多存取點(diǎn)，且有高密度用戶持有異質(zhì)裝置的環(huán)境(機(jī)場Wi-Fi≠家用Wi-Fi)。
．室外或混合室外的環(huán)境。

現(xiàn)有Wi-Fi機(jī)制不利高密度傳輸

802.11通訊協(xié)議采用了載波感測多路存取(CSMA)方式，在此一方式中，無線基地臺(STA)會先感測通道，而且只會在感測到通道閑置時進(jìn)行傳輸，藉此嘗試避免沖突(圖1)。如果任一STA聽到有其他STA存在，就會在再次收聽前等候一段時間，以待對方停止傳輸并釋放通道。當(dāng)STA可進(jìn)行傳輸時，將會傳輸完整的封包數(shù)據(jù)。

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圖1　空閑通道評估通訊協(xié)議

Wi-Fi STA可藉由RTS/CTS封包來調(diào)停共享媒體的存取。存取點(diǎn)(AP)每次只會將一個CTS封包發(fā)給一個STA，而對方則會將完整的框架送回AP。接著，STA會等候AP用來告知封包已正確接收的確認(rèn)封包(ACK)。如果STA沒有及時收到ACK，就會假設(shè)封包與其他傳輸產(chǎn)生沖突，并進(jìn)入二進(jìn)制指數(shù)輪詢期間。在輪詢計數(shù)到期后，STA將試圖存取媒體并重新傳輸封包。

此空閑通道評估和沖突預(yù)防通訊協(xié)議雖有助于將信道平均分配給沖突網(wǎng)域中的所有參與者，但如果參與者數(shù)量過于龐大，分配效率會隨之下降；多個AP服務(wù)區(qū)域重迭，則是造成網(wǎng)絡(luò)效率不彰的另一原因。圖2中的某位使用者(使用者1)隸屬于左側(cè)的基本服務(wù)組(BSS，一組與AP產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的無線客戶端)。使用者1會與自身BSS內(nèi)的其他用戶一同競爭媒體存取權(quán)，接著再與其AP交換數(shù)據(jù)。不過，這位使用者仍然可以聽到來自右側(cè)重迭BSS的流量。

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圖2　BSS重迭所造成的媒體存取效率不彰

在這個案例中，來自O(shè)BSS的流量會觸發(fā)用戶1的輪詢程序，導(dǎo)致用戶必須歷經(jīng)更長的等待才能得到傳輸機(jī)會，進(jìn)而大幅拉低他們的平均數(shù)據(jù)傳輸率。

第三個有待考慮的因素則為較寬通道的共享。舉例來說，北美地區(qū)的802.11ac只有一個可用的160MHz通道，而歐洲則有兩個(圖3)。

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圖3　5GHz頻帶的802.11ax信道配置范例