高密无线技术 | 提升高密办公场景下的空口利用率？有锐捷无线的“干净空口”技术

“无线怎么又卡了？是不是有人在下载视频？”

我们是不是经常会遇到这个问题，其实大家都知道无线是采用时分复用的避让机制，当有人将无线的下载通道占住时，其他用户的体验就会变差。那如何改善这种情况呢？

首先给大家引入两位新朋友。第一位叫“空口”，AP和STA之间是没有实际链路和接口的，为了方便管理，将AP和STA之间的虚拟逻辑接口叫做“空口”。

第二位是“空口时间”，被认为是在给定信道上连续的一系列交替的空闲和繁忙周期。每个周期的长度以一个时间单位来度量，如毫秒 (ms) 或微秒 (us)。从较高的角度来看，每个周期所需的时间总是变化的。

802.11中的空口时间分配

在Wi-Fi系统中，终端和AP的空口时间统一被分为空闲和机会发送时段。没有数据时，设备属于空闲期，不会发送任何信息。当设备收到数据发送请求时，设备开始进入争夺无线信道的“竞争”过程。没有中央调度器，所有设备按照数据优先级采用“公平竞争”模式来赢得信道。赢得信道的设备，将会得到机会发送窗，然后进入下一个竞争期。

空口时间详细分配图

答案是空闲时间多好。为什么呢？

大家可以想象一下：一条大马路，你是想上面挤满了车好呢？还是没车跑好呢？

肯定是上面没车的好，汽车才跑得快对吧。其实在空口时间是一个道理的，越空闲代表这个信道是不拥挤的，承载力是越强的，当有大流量的时候才会有充足的冗余。

高密办公场景中，保持无线性能的关键是最大可能地减少繁忙时间和最大可能地增加空闲时间，空闲时间在以下情况下最大化：

1.避免不必要的传输机会

2.必要的传输机会，尽可能在最短的时间内完成

3.失败的传输机会的重传被最小化或避免‍

为了提升无线空口时间利用率，让有效数据传输占比最大化，我们推出了“干净空口”技术。

1、通过动态EDCA竞争窗口减少信道竞争时间

动态EDCA­（Enhanced Distributed Channel Access）是Wi-Fi网络中用于提高通信质量和性能的一组参数。可以根据AP下的终端数量和终端性能，动态调整EDCA参数，从而降低终端及AP因为抢占信道导致的空口退避（在抢占中终端会互相退让）浪费时间。

（1）终端多时，将最大退避窗口调大，降低抢占信道出现冲突的概率。

（2）终端少时，则最大退避窗口调小，除了考虑终端多少，还需要考虑终端的活跃度、每个终端的流量情况。

动态EDCA最主要的作用就是降低冲突，快速结束信道的竞争，缩短信道竞争时间。

2、通过高效控制帧和管理帧减少管理帧时间和控制帧时间

无线传输过程中的帧包括四类，数据帧、管理帧、控制帧和重传帧。数据帧就是真正传输的数据，如广播、组播、单播报文等。控制帧的组成，包括 RTS、CTS 和 Block ACK(BA)。管理帧的类型一般是关联请求帧、关联请求回复帧、信标帧、请求恢复帧等。重传帧就是在数据传输中，会出现丢包和重传。其中，控制和管理报文的数据占比非常大。下图是2分钟时间内，200万次数据帧类型分布图，可以看到管理帧和控制帧已经超过55%。为了避免不必要的传输机会，最大可能减少繁忙时间，我们需要对控制帧和管理帧进行高效管理。

（1）关闭RTS/CTS（Request To Send/Clear To Send即请求发送/允许发送协议。）RTS/CTS机制可以避免传输过程中信道冲突导致的数据传输失败，对传输失败的数据帧进行重传。但高密场景下开启该机制，控制报文会大量占用空口资源，导致有效数据传输受到限制，为了提高有效数据的高效传输，在此场景下建议将RTS/CTS机制关闭。

（2）弱信号管理帧过滤：高密情况下，有许多终端与AP的距离相隔较远，虽最终不会关联到该AP上，但AP收到探测报文后，依然会响应，浪费空口资源，所以针对广播probe requset报文，低于一定RSSI时不响应报文。

（3）提升控制报文与管理报文传输速率：控制报文和管理报文一般是按终端最小强制速率发送，一般为6 Mbps，大量消耗了空口资源，所以将所有控制报文和管理报文的速率都提升到24Mbps。

（4）限制重传次数：高密情况下终端远离的情况频繁发生， 重传报文在空口中有很高的占比，极大占用了空口资源，将默认重传次数降低。

3、提升有效数据传输比例，降低无效数据传输机会

我们在获得传输机会后传输的有效数据，有时候并不是必要数据，这是怎么回事呢？

当获得传输机会时会对广播、组播报文进行传输，但是其中的部分DHCP或者ARP等报文，对于终端和AP之间的通信没有帮助，而且还会占用空口资源，导致其他有效数据的传输机会减少，造成有效数据的传输效率降低：

（1）为了保障空口中广播、组播报文的稳定收发，协议规定无线网络以最低速率发送广播、组播报文，空口中的广播、组播报文会拖慢网络的整体速率。

（2）广播、组播报文用于请求某个服务或信息，网络中很多终端会接收广播、组播报文，但通常只有一个终端需要应答，无用的广播、组播报文会占用无线网络和设备的资源。

（3）无线网络中，有很多协议需要向空口发送广播、组播报文，会大量占用空口资源，从而造成网络拥塞，导致无线网络性能下降。

其实从上都可以看出，广播、组播报文会产生大量没必要的传输机会，同时传输占用时间长，这对于高密场景来说是不可接受的。为此，我们专门设计了软件优化传输方案：

（1）广播报文精准转发，针对IPv4 ARP/DHCP，IPv6 ND/DHCPv6，识别广播目标。若不存在本AP，则直接丢弃，存在则直接转单播传输；

（2）无关报文过滤：针对其他网络中不需要的无关广播/组播报文，全部丢弃；

（3）mDNS/DLNA/IGMP 代理：针对网络需要的mDNS等报文，则采用代理技术，限制组播传输至空口；

（4）动态转单播：AP根据用户数量和当前必须传输的广播报文数量，对报文进行动态转单播，从而提升空口效率 。

动态转单播示意图

锐捷新一代高密无线解决方案之“干净空口”技术，从底层数据出发，让空口变干净，让数据高效跑起来，多维度提升空口资源利用率，为高密部署，大规模终端接入，高质量业务需求建立高速公路，从而提升整体高密场景的实际用户体验。

我们的无线高密体验专题还将保持更新，

深入讲解锐捷高密无线方案的方方面面

敬请期待~ 

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