定義并改善無(wú)線 LAN 中的數(shù)據(jù)吞吐量

   能夠通過(guò)802.11接口傳輸?shù)男畔⒘砍７Q(chēng)作"信號(hào)傳輸速率"、"數(shù)據(jù)速率"或"吞吐量"。這些術(shù)語(yǔ)具有不同的含義，彼此不可互換。我們認(rèn)為，802.11b標(biāo)準(zhǔn)具備11Mbps的信號(hào)傳輸速率，而 802.11a 與 802.11g 標(biāo)準(zhǔn)則具備高達(dá)54Mbps的速率。  

       本文中，我們將對(duì)上述術(shù)語(yǔ)加以區(qū)別，并將指出，上述標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳輸速率分別為11Mbps與54Mbps。但實(shí)際的數(shù)據(jù)吞吐量，也就是我們真正關(guān)心的部分，則大大低于上述數(shù)值。我們將就提高數(shù)據(jù)吞吐量給出建議，特別要對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)消費(fèi)類(lèi)領(lǐng)域進(jìn)行討論。 

       信號(hào)傳輸速率 

       802.11的信號(hào)傳輸速率定義如下： 

       信號(hào)傳輸速率=1／比特時(shí)間 

       比特時(shí)間是指?jìng)鬏斠槐忍匦畔⑺璧臅r(shí)間。802.11的信號(hào)傳輸速率從1Mbps到最高為11Mbps不等，根據(jù)所用的具體傳輸技術(shù)而各不相同。802.11a標(biāo)準(zhǔn)和802.11g標(biāo)準(zhǔn)草案可提供高達(dá)54Mbps的信號(hào)傳輸速率，是802.11b的5倍。 

       數(shù)據(jù)吞吐量 

       802.11標(biāo)準(zhǔn)及其所有衍生標(biāo)準(zhǔn)（802.11b、802.11a以及802.11g草案）定義了物理層 (PHY) 以及通訊所用的協(xié)議。換言之，該標(biāo)準(zhǔn)描述了被傳輸信息應(yīng)采用何種格式才能在另一端被接收和理解。這些協(xié)議包括大量開(kāi)銷(xiāo)。開(kāi)銷(xiāo)是所有信息以及用于非數(shù)據(jù)事項(xiàng)的播放時(shí)間的總稱(chēng)。802.11系統(tǒng)中的開(kāi)銷(xiāo)包括： 1,承載控制器件所需信息的協(xié)議報(bào)頭； 2,幀間隔時(shí)間，使頻帶用戶(hù)可以訪問(wèn)通訊介質(zhì)（空氣）； 3,錯(cuò)誤和流程控制，可確保傳輸?shù)耐暾裕?,確認(rèn)接收的消息，因?yàn)槭褂脽o(wú)線介質(zhì)很可能出現(xiàn)錯(cuò)誤消息和消息沖突。 

       考慮到802.11b包括上述論及的數(shù)據(jù)和開(kāi)銷(xiāo)，我們可以預(yù)計(jì)，數(shù)據(jù)吞吐量會(huì)接近5.5Mbps，而不是11Mbps，而802.11a或802.11g產(chǎn)品的吞吐量將接近30Mbps，而不是54Mbps的信號(hào)傳輸速率。  

       目前最初的802.11標(biāo)準(zhǔn)具備三個(gè)擴(kuò)展，分別為802.11b、802.11a以及802.11g草案版本。最初的802.11標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于1997年。802.11僅可提供高達(dá)2Mbps的數(shù)據(jù)速率。為了提高數(shù)據(jù)速率，出現(xiàn)了兩種新型的但又互不兼容的標(biāo)準(zhǔn)版本，分別為802.11b和802.11a。802.11b運(yùn)行于2.4GHz工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療設(shè)備 (ISM) 頻帶上，能夠提供最大11Mbps的信號(hào)傳輸速率。而802.11a則運(yùn)行于5GHz無(wú)需許可證的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施 (U-NII) 頻帶上，并能提供高達(dá)54Mbps的信號(hào)傳輸速率。802.11a設(shè)備不具備同802.11b設(shè)備的向后兼容性，這意味著必須購(gòu)買(mǎi)并安裝所有新設(shè)備。許多常見(jiàn)的家庭設(shè)備也使用2.4GHz頻帶，包括無(wú)繩電話、微波爐以及嬰兒監(jiān)視器等。這些"其他用戶(hù)"可能產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致 802.11b 用戶(hù)不能訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。802.11b器件傳輸數(shù)據(jù)的距離可達(dá)300英尺，而802.11a器件的最大傳輸距離僅為150英尺，這是由于較高的頻率具備較高的"路徑損失"特點(diǎn)，在相同的空間中要求更多的接入點(diǎn)。此外，與運(yùn)行在2.4GHz頻帶上的802.11b器件相比，802.11a器件在5GHz頻帶上要求更多的功率來(lái)傳輸信息，這是由于高頻率上的功率放大器效率較低。 

       由于802.11b和802.11a之間具備上述問(wèn)題，因此IEEE于2000年開(kāi)始就802.11g擴(kuò)展進(jìn)行工作。與 802.11b 一樣，802.11g也運(yùn)行在2.4GHz頻帶上，但能以802.11a所用相同的調(diào)制技術(shù)（正交頻分復(fù)用技術(shù)）提供802.11a的信號(hào)傳輸速率。802.11g也與802.11b向后兼容，用戶(hù)不必升級(jí)即可繼續(xù)使用原有設(shè)備。由于802.11g與802.11b都運(yùn)行于2.4GHz的頻帶上，因此也會(huì)遇到其他常見(jiàn)家庭設(shè)備的干擾問(wèn)題。在802.11b向802.11g轉(zhuǎn)變的時(shí)期中，許多WLAN都支持高速信號(hào)傳輸速率作為首選項(xiàng)，但如果受設(shè)備或條件限制，則會(huì)降至802.11b的速度。 

       混合模式802.11g與802.11b 

       802.11b網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)目前已達(dá)到約2000萬(wàn)之多，隨著市場(chǎng)向802.11g的更高數(shù)據(jù)速率轉(zhuǎn)移，我們也要考慮到上述用戶(hù)的情況。IEEE 802.11g草案標(biāo)準(zhǔn)希望提高2.4GHz頻帶上的數(shù)據(jù)吞吐量。G任務(wù)組采用了一個(gè)與802.11a標(biāo)準(zhǔn)相同調(diào)制技術(shù) (OFDM) 的草案，也具備與該標(biāo)準(zhǔn)相同的短前同步碼。但是，802.11g運(yùn)行于2.4GHz頻帶上。盡管802.11g草案要求具備與802.11b標(biāo)準(zhǔn)的向后兼容性，但這種兼容性卻多少讓人生疑。看到"向后兼容性"，人們就會(huì)希望兩種標(biāo)準(zhǔn)既然都使用2.4GHz頻帶的相同信道，那么就可以共存。但事實(shí)上，如果不具備特定條件的話，它們就不能共存。 

       不能共存的原因有兩重：首先，"傳統(tǒng)的"802.11b接收機(jī)不能解碼OFDM數(shù)據(jù)。因此，無(wú)論這些接收機(jī)是接入點(diǎn)還是站都不能感知 802.11g發(fā)送器在相同的信道上進(jìn)行傳輸。第二，802.11g發(fā)送器傳輸?shù)?短前同步碼"不管是接入點(diǎn)還是站都與802.11b標(biāo)準(zhǔn)所用的不同。希望進(jìn)行傳輸?shù)?02.11b器件將首先根據(jù)CSMA／CA協(xié)議性質(zhì)的要求"監(jiān)聽(tīng)"信道，如果不能檢測(cè)到有效傳輸?shù)脑?，就認(rèn)為無(wú)線廣播是"通暢的"，并開(kāi)始進(jìn)行傳輸。但由于802.11b器件鑒于上述兩種原因不能檢測(cè)到802.11g客戶(hù)機(jī)傳輸，因此它做出的無(wú)線廣播通暢的判斷可能是錯(cuò)誤的，并在802.11g客戶(hù)機(jī)的傳輸"之上"再進(jìn)行傳輸。一般說(shuō)來(lái)，兩種傳輸都會(huì)丟失，兩個(gè)器件都要求重試，這就大大降低了系統(tǒng)吞吐量。802.11g器件不會(huì)犯同樣的"錯(cuò)誤"，因?yàn)楦鶕?jù)定義，其與802.11b標(biāo)準(zhǔn)是向后兼容的，因此能夠感知802.11b器件，并避免與其同時(shí)進(jìn)行傳輸。但由于第一個(gè)問(wèn)題，匯聚系統(tǒng)吞吐量還是會(huì)受到影響。