网络设备硬核技术内幕 无线局域网篇 (三) 飙车方法论(上)

1997年，802.11标准采用2.4GHz频率和22MHz的频宽，实现了2Mbps的传输速率。

1999年，802.11a和802.11b分道扬镳，分别在5GHz频率和2.4GHz频率下实现了54Mbps和11Mbps的速率。

表面上，802.11a拥有更好的传输速率，但由于5GHz的频率较高，衰减大，且难以解决空间反射对自己形成的干扰，因此，实际上802.11b的11Mbps更有实用价值。

那么，11Mbps的WLAN，和10Mbps的以太网哪个快呢？

让我们计算一下以最长包论的吞吐量。

10Mbps的以太网数据包吞吐量，以1500字节大包封装的TCP计算，为

10,000,000 / (1518*8+96+64) * (1500-20-20) = 1,186,606

约1.187MBps。在实际测试中，可以达到非常接近这个理论值的速率

而WLAN并非如此。由于前面提到的，两个WLAN设备之间的通信，每发送一帧，接收方都需要回复一帧，而发送和接受是共用介质(空间信道)的，实际上属于半双工通信，因此，这会造成更大的开销。

在实际测试中，802.11b的11Mbps，吞吐速率在300kBps左右，远低于10M以太网的传输速率。

当然，随着时间的推移，在2.4GHz下跑出54Mbps的802.11g也在2003年出现了。同样地，它的实测传输吞吐率很难超过1.5Mbps，比当时主流的100M以太网低一个数量级。

科学家们殚精竭虑，在2009年的802.11n标准中，对WLAN技术做了一个革命性的突破——引入MIMO技术。

MIMO也就是所谓的空间多条流。

如图，如果在AP和STA上各安装两个天线，AP和STA的每对天线之间跑150Mbps的速率，那么，两对天线就能跑到300Mbps。

术语叫做：2x2 MIMO。同样地，还可以将AP扩展到3x3 MIMO和4:4x4 MIMO，也可以通俗地称为空间2条流，3条流和4条流。

802.11n的基准速率最快可达150Mbps，4x4 MIMO理论上可达600Mbps，达到了上一代802.11g的10倍以上。

2013年定位标准的802.11ac则是802.11n的下一代。802.11ac采用了5.8GHz的频段，基准速率为433Mbps，4x4 MIMO可以飙到1733Mbps。

802.11ac还有一个绝技：2.4G和5.8G同时使用。802.11ac可以向下兼容802.11n，也就是2.4GHz的时候最高可以工作在600Mbps，这样，两个频率加在一起速率可达2333Mbps。

然而，802.11ac难以解决一个问题：多用户带来的效率下降。

前面提到了，由于空间信道是复用的(半双工)，多用户难以避免冲突概率上升，这会造成通信效率的严重下降！

在空间3条流(3x3 MIMO，理论吞吐量1300Mbps)，20个用户接入的情况下，802.11ac实测吞吐量约350Mbps，是理论值的四分之一。

因为，从802.11开始，到802.11ac，每个AP在同一时刻，只能和同一个STA通信。这是WLAN多用户通信效率的主要矛盾。

如何解决这一主要矛盾呢？请看下回分解。