802.11ax前瞻7：BSS Coloring技术

序言

笔者在学习802.11ax过程中，发现有一些英文blog的内容总结还是不错的，所以笔者简单翻译一下，大家可以学习一下。

本文参考自：
What Is BSS Coloring In 802.11ax?
What is BSS Color in 802.11ax?
How Does BSS Coloring Work in 802.11ax?

BSS Coloring技术介绍

BSS Coloring是最初在802.11ah中引入的一种机制，用于为每个BSS分配不同的“颜色”。z该技术目的是增加在密集环境中，无线网络的系统容量，增加BSS之间的频率重用。然而，当前的802.11的MAC层机制，其会导致一个BSS的设备会被同频道的另一个BSS影响，无法同时进行传输，从而对于网络容量没有提升。

在802.11ax中，BSS Coloring是一种用于解决由于重叠基本服务集（OBSS）提升空间重用率的方法，减少因为重叠BSS导致的MAC层竞争开销。BSS Coloring的目标是提升空间复用，同时不会因为BSS间的干扰而导致节点间PHY层传输速率的降低（即降低MCS值）。802.11ax设备通过向PHY头部添加字段（即BSS Coloring字段）来区分BSS，节点在竞争时，根据检测到物理层头部的BSS Coloring字段来分配MAC层的竞争行为。若BSS Coloring字段信息相同，那么代表在同一个BSS内(intra-BSS)。若BSS Coloring字段信息不同，那么代表这里是重叠覆盖区域，在多个BSS间(inter-BSS)。 在传统802.11中，若在BSS间(inter-BSS)，当节点检测到信道忙时，需要推迟自己的传输，直到信道空闲才可以发送。在802.11ax中，引入了自适应CCA机制(adaptive CCA)。通过提高BSS间(inter-BSS)信号检测阈值，同时保持BSS内(intra-BSS)的较低信号检测阈值（两个阈值，大约4dB左右的差值），来减少MAC层竞争时的竞争问题，提升MAC层效率。

什么是802.11ax中的BSS Coloring技术？

802.11协议是采用CSMA/CA作为MAC层的协议，其采用的是半双工通信机制，这表示在同一个时间只有一个无线电设备可以在网络上进行传输。如果一个802.11终端检测到任意一个802.11终端的传输信号(即PHY层的Header)，其会推迟传输。我们称多个AP和客户端在同一个信道上进行部署，并执行竞争传输叫做OBSS(具有重叠的基本服务集)。在OBSS中，我们描述这种同信道的干扰为co-channel interference(CCI).

信道复用的核心问题是最小化空口传输时间并减少由于OBSS场景导致的性能下降。 802.11ax修正案基于提升空间复用的思想，提出自适应的CCA机制(adaptive clear channel assessment, adaptive-CCA)来对于信道进行检测。

BSS Coloring，是用于识别重叠基本服务集（OBSS）的方法。 其最先是在802.11ah-2016修正案中定义，现在也沿用到了802.11ax中。 BSS Coloring是一个字段，标识了BSS的ID。当多个无线终端在同一信道上传输时，802.11ax无线电能够使用BSS Coloring字段区分BSS。

BSS Coloring的信息是同时被添加在PHY层和MAC层中的。在802.11ax PHY头部的Preamble中，其SIG-A字段包含6个Bit的BSS Coloring信息字段。该字段可以识别多达63个BSS。

在802.11管理帧中也可以看到BSS Coloring信息(如上图所示)。在Beacon帧中的HE Element中，包含BSS Coloring的子字段。其也是6个Bit的BSS Coloring信息字段，可以标识63个BSS。

在802.11ax中，MAC层的竞争取决于检测到的BSS Coloring。其将CCA的阈值和BSS Coloring信息关联起来(即adaptive-CCA)，从而提升空间复用能力。让节点可以忽略OBSS间的传输，可以在此时同时进行传输，从而提升信道利用率。802.11ax修正案定义了两种的空间重用模式，一种称为基于OBSS PD的空间重用，另一种称为基于SRP的空间重用，以后我们再分别讨论。

在802.11ax，AP如何选择BSS Color？

基本服务集（BSS）是任意802.11网络的基础拓扑。构成BSS的元素包含，包括1个AP和多个节点。在多个节点在信道传输时，802.11ax通过BSS Coloring字段来区分BSS。若BSS Coloring信息相同，那么是BSS内的传输，若BSS Coloring不同，那么是BSS间的传输，即来自于OBSS内部的传输。

对于802.11ax的AP，其如果检测到使用相同颜色的OBSS，则它能够更改变其BSS颜色，减少同频干扰。若AP与AP间的BSS Coloring一样，那么这也是一种BSS Coloring的冲突，即颜色冲突。如上图所示，如果802.11ax AP听到来自其他AP或者该AP节点的不同BSS Coloring字段，那么是检测到一次颜色冲突。

另外，如果终端检测到颜色冲突，则该终端会向其关联的AP发送颜色冲突报告。如上图所示，AP-1无法听到AP-2，但AP-1的关联的终端可以听到来自于OBSS区域内，其他不同BSS Coloring的传输，从而向AP发送颜色冲突报告。终端向AP会报告其能够监听到的所有OBSS的BSS Coloring信息。

当AP检测到颜色冲突后，其可以决定改变其BSS颜色。不过改变BSS Coloring的标准和选择新BSS Coloring信息的方法超出802.11ax草案修正案的范围。WLAN供应商目前可以自行制定，例如Aerohive信道选择协议（ACSP）。

AP会通过Beacon告知所有关联在本BSS内部的节点，BSS Coloring的改变。BSS Coloring的改变还可以通过探测响应和重新关联响应帧中进行通知。如上图所示，AP告知节点BSS Coloring的颜色变化，其New BSS Color子字段则包含新BSS Coloring的数值。