802.11n與WLAN無線比較

在WLAN網(wǎng)絡廣泛應用的同時，802.11技術也沒有停止發(fā)展的腳步，2009年802.11n協(xié)議正式標準化，再一次實現(xiàn)了物理速率的提升，最高物理速率可以達到了300Mbps。而且，802.11n的A-MPDU(報文聚合)功能充分提高空間媒介的信道利用率，同時帶來了WLAN網(wǎng)絡的信道承載性能的成倍提升。加上未來隨著新的802.11n芯片和技術的發(fā)展，450Mbps物理速率的設備也將被普遍應用，WLAN網(wǎng)絡還會將迎來新一輪的騰飛。

　　一、 物理速率的提升

　　從宏觀角度，802.11協(xié)議可以分為兩個主要部分：鏈路層業(yè)務和物理層傳輸。鏈路層業(yè)務主要制定了WLAN鏈路協(xié)商的規(guī)則，以及針對WLAN接入服務而設計的系列功能，例如報文重傳和確認、重復報文檢測、密鑰協(xié)商、加密保護、漫游等等。而物理層傳輸則實現(xiàn)WLAN設備之間的能夠完成信號的發(fā)送和接收，并致力于不斷提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硭俾省?/p>

　　802.11協(xié)議族所逐步實現(xiàn)的物理速率：

　　·1999年，802.11的基礎協(xié)議完成了WLAN的基本架構定義，并定義了兩種調(diào)制模式和速率，為WLAN提供了1Mbps和2Mbps的物理接入速率;

　　·1999年，802.11b協(xié)議直接致力于物理速率的提升，在802.11的基礎上提出了High Rate的概念，通過調(diào)試模式CCK，將WLAN的最大物理接入速率從2Mbps直接提升到11Mbps;

　　·1999年，802.11a的問世一方面跳出了原來2.4GHz頻段的限制為WLAN應用爭取了更多的空間媒介資源(5GHz的三段頻點，可以提供多達13個不重疊的工作信道)，另外一方面則通過OFDM調(diào)制模式又一次將物理速率提升到了54Mbps。如果單單從數(shù)據(jù)的傳輸速率角度，該物理速率已經(jīng)是一個驕人的成績，在當時一定程度上可以和以太網(wǎng)網(wǎng)絡進行比較和抗衡;

　　·2003年，OFDM調(diào)制模式引入到2.4GHz推出了802.11g協(xié)議，該協(xié)議在802.11b的基礎上擴充支持了OFDM調(diào)制模式，使得WLAN在2.4GHz上也能夠?qū)崿F(xiàn)54Mbps的物理傳輸速率。802.11g并沒有為WLAN協(xié)議的物理速率的提升，而只是對于已有技術的擴展應用;

　　·2009年，長達10年的沉默后802.11n協(xié)議的推出重新對WLAN物理速率進行了一次洗牌，從調(diào)制模式開始、引入了MIMO技術、實現(xiàn)了2個信道的捆綁使用，甚至對信號間隔調(diào)整，將WLAN的物理傳輸速率推到了300Mbps，特別在3條流的基礎上可以達到450Mbps的物理速率。

　　通過圖1可以看出，802.11n時代實現(xiàn)了WLAN的高速無線接入，從物理速率上已經(jīng)超出了其他無線網(wǎng)絡，為WLAN無線網(wǎng)絡的廣泛應用帶來了無限的前景和希望，為WLAN的長遠發(fā)展奠定了堅實的基礎。

　　圖1 802.11的速率增長示意

　　到底哪些技術促成了此次802.11物理傳輸速率質(zhì)的飛躍?

　　首先，通過調(diào)制方式的變化，將基本的物理速率從802.11a和802.11g的最高54Mbps提高到了65Mbps，該速率也是單條流20Mhz頻寬默認情況下的最大物理速率。

　　其次，802.11n提出了MIMO技術，通過多條流同時發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了相同時間內(nèi)發(fā)送成倍的數(shù)據(jù)，最終將802.11n的物理傳輸速率成倍的提升。例如，在20Mhz頻寬采用800ns GI條件下，兩條流發(fā)送可以將物理速率從65Mbps提升到130Mbps，三條流可以將物理速率從65Mbps提升到195Mbps(如表1所示);

　　再次，傳統(tǒng)802.11a/g使用的頻寬為20MHz，而802.11n協(xié)議可以支持將相鄰兩個頻寬綁定為40MHz來一起使用。就是40MHz綁定技術有效地提高所用頻譜的寬度，將原來的52個有效子載波擴展到了108個，將802.11的物理速率提升了2.077倍左右。例如，在一條流800ns GI條件下，信道捆綁可以將物理速率從65Mbps提升到135Mbps(如表1所示);

　　最后，通過深層里的挖掘，可以將物理發(fā)送信號之間的GI從800ns調(diào)整到400ns，802.11n又為物理速率找到了大約1.11倍的提升。

　　表1給出了802.11n常見的物理速率(指定條件下系統(tǒng)提供的最高物理速率)，并給出幾個基本物理速率詳細描述和解釋：

　　表1. 802.11n常見的物理速率

　　·65Mbps：為20Mhz模式下單條流的最大物理發(fā)送速率(沒有啟動short GI)，一些早期的無線網(wǎng)卡可能都是一條流的11gn網(wǎng)卡，此類網(wǎng)卡數(shù)據(jù)發(fā)送時使用一條流，所以能夠達到的最大物理速率為65Mbps;

　　·130Mbps：目前主流的11gn的物理速率，由于11gn不重疊信道只有3個，所以通常采用20Mhz模式而且不應用short GI特性，此時基本的無線客戶端使用兩條流進行數(shù)據(jù)發(fā)送，可以達到最大物理速率為130Mbps;

　　·300Mbps：11an不重疊信道相對11gn比較多，所以在11an模式下可以選擇采用40Mhz模式并可以啟動short GI功能，這樣比較主流的11n客戶端使用兩條流發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了300Mbps的最大物理速率。