接入網絡后，AP和終端們便開始競爭無線信道的使用。在Wi-Fi系統中，終端和AP的空口時間統一被分為空閑（Idle）和機會發送（TXOP）時段。沒有數據時，設備屬于空閑期，不會發送任何信息。當設備收到數據發送請求時，設備開始進入爭奪無線信道的“仲裁”（Arbitration）過程。沒有中央調度器，所有設備按照數據優先級采用“公平競爭”模式來贏得信道仲裁。贏得信道的設備，將會得到6ms的機會發送窗，然后進入下一個仲裁期。圖 4 802.11中的空口時間分配進入仲裁過程的Wi-Fi設備，首先開啟信道偵聽模式，RF接收機對無線信道中的802.11信號進行監測（Signal Detection）。如果偵聽到的信號強度低于其SD閾值（以下圖思科的方案為例，閾值為-82dBm）時，設備判定目前信道沒有其他Wi-Fi設備在使用。由于Wi-Fi使用的頻段屬于免授權頻段，需要與非802.11設備共享使用，比如藍牙，遙控器，微波爐等等。那么，在判斷信道占用情況時，不僅僅需要能對自身802.11協議的信號進行監測，還需要對不明通信協議的功率進行檢測。這里就引出了第二個檢測機制——能量檢測（Energy Detection）。ED的作用，是判斷無線信道沒有被其他非Wi-Fi設備占用，防止發送的有用Wi-Fi信號被淹沒在噪聲中，通常ED的門限比SD高20dB。圖 5 思科無線設備的SD，ED設定細心的用戶可能會發現，在網絡環境不好的情況下，視頻通話時經常有能聽到聲音但圖像被卡住的現象。這其實是Wi-Fi的一種發送優化措施，用于保障最基本的服務。Wi-Fi將數據分為四種不同的優先級，從上到下分別為語音（VO），視頻（VI），最大努力（BE）和背景（BK）。每一個級別，都會附上不同的AIFS值。AIFS值越低，發送優先級越高。在AIFS時間結束之后，設備便進入了競爭窗口（CW），設備開始偵聽無線信道，同時開始倒計時準備發送。當CW倒計時結束時，如果設備發現信道正在占用，設備便自動進入下一個仲裁期。如果設備發現信道處于空閑狀態，便開始占用信道，發送數據。下圖這個例子，在第一個仲裁期中，IPad的CW時間最短，競爭信道成功，獲得了發送權。在IPad數據發送后，一輪新的仲裁開始，手機在CW結束后，發現信道沒有被占用，獲得了發送權。最終，無線AP贏得了第三輪仲裁，獲得發送權。圖 6 多設備信道競爭過程讀到這里，你可能會發現，這個競爭過程在設備增多的情況下，效率會明顯降低，每個設備的等待發送時間將會變長很多。實際體驗中，你可能也注意到了，在Wi-Fi設備多的公共環境，比如商場、學校中，經常需要等待很長時間，才能發送或接收數據。那么，很有可能是網絡還沒有升級到最新的Wi-Fi 6。Wi-Fi 6可以說是Wi-Fi行業過去十多年中最大的一次革新。具體Wi-Fi 6是通過哪些新特性來解決多設備下網絡阻塞的問題呢？我會在下一期的文章中給大家一一道來。（全文完）本文作者唐欣博士，目前擔任Spectrum Lab技術總監。參考文獻[1] Aruba Networks Blog – Understanding 802.11 medium contention.[2] Cisco White Paper- IEEE 802.11ax: The Sixth Generation of Wi-Fi.[3] Extreme Networks – The Road to AP discovery
