报文聚合对802.11n性能的影响


报文聚合对802.11n性能的影响

       2009 年802.11n协议正式标准化,再一次实现了物理速率的提升,最高物理速率可以达到了300Mbps。而且,802.11n的A-MPDU(报文聚合) 功能充分提高空间媒介的信道利用率,同时带来了WLAN网络的信道承载性能的成倍提升。下面我们就将主要分析一下A-MPDU(报文聚合)功能对 802.11n性能的影响。

        802.11协议定义每发送一个报文都必然进行信道竞争,都需要根据模式添加物理层报文头,对于单播报文还需要等待物理层的ACK确认,等等这些和实际发送的报文一样都需要消耗信道资源。

        下表中假设持续发送1538bytes大小的单播报文,在不考虑重传和错包情况下,对比54Mbps、130Mbps和300Mbps物理速率情况下的单信道理论性能:

物理发送速率(Mbps)

54

130

300

发送一个报文所消耗的时间(us)

217

136

88

发送一个报文所浪费的时间(us)

144

150

150

每秒发送的报文数量(pps)

2768

3497

4202

性能(Mbps)

32.5

40.0

48.1

       通过表中的数据可以看出,从54Mbps到300Mbps,虽然物理速率实现近6倍的提升,但实际性能并没有同比上升。802.11n协议为了能够实现WLAN网络性能的同步提升,为WLAN网络应用提供足够的性能,便提出了报文聚合(A-MPDU)技术。

        802.11 的任何一个报文在物理发送时会被作为一个MDPU发送,每一次发送都必然需要信道竞争和避让,从而消耗信道资源。而报文聚合A-MPDU通过将多个 MPDU聚合为一个物理层报文,只需要进行一次信道竞争或避让,就可完成N个MPDU的同时发送,从而减少了发送N-1个MPDU报文所带来的信道资源消 耗。通过报文聚合特性,充分提高了信道资源的利用率,极大地实现了802.11网络性能的提升。

      图1为A-MPDU的结构图,其中MPDU Delimiter是为了A-MPDU而专门定义。另外,A-MPDU技术只会聚合同一个客户端的MPDU:

http://www.h3c.com.cn/res/200907/09/20090709_798636_image005_638149_97665_0.jpg

                                      图1 A-MPDU报文结构

           A- MPDU报文聚合特性得到了Block  ACK功能的强大支持。通常的802.11网络中,任何一个单播报文都需要得到目的设备的ACK确认,每一个ACK都是一个802.11报文,都需要消耗 信道资源。而Block ACK可以配合A-MDPU特性,对于整个A-MDPU中所有的802.11报文只需要一个Block  ACK报文,充分减少了信道资源的消耗。

          下面分别在20MHz和40MHz信息情况下对802.11n性能进行理论分析。通过图2、图3、图4、图5可以看出802.11的A-MPDU报文聚合为WLAN网络带来了极大的性能提升(以下分析结果假设每一个802.11报文都为1534bytes):

报文聚合对802.11n性能的影响

                                             图2 20MHZ聚合报文数和性能关系

报文聚合对802.11n性能的影响

                                         图3 20MHZ聚合报文数和信道利用率关系

报文聚合对802.11n性能的影响

                                            图4 40MHZ聚合报文数和性能关系

报文聚合对802.11n性能的影响

                                                图5 40MHZ聚合报文数和信道利用率关系

        至此我们可以了解到,虽然802.11n的物理速率实现了接近6倍的提升,却没有为WLAN性能带来大的提升,但是却通过A-MPDU报文聚合将WLAN性能提升了6倍,最终实现了WLAN网络物理传输速率和性能的同步提升,将WLAN应用带到了一个高速接入的时代。

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