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W-F和4G5G蜂窝络，是我们上时比较常用的两种接入方式。加速器的相关知识也可以到网站具体了解一下，有专业的客服人员为您全面解读，相信会有一个好的合作！

这两种接入方式，平时在上时似乎没感觉到有什么区别。然而，它们却是完全不同的设计哲学。

蜂窝络以基站为小区中心，基站承担了小区的控制、用户授权和调度。

以5G为例，基站在每个帧中广播同步信号块SSB。SSB包含了小区的PCI(物理小区标识)、基站的同步时间信息、空口信息、接入控制等参数。

手机在确认同步信号后，通过随机接入信道PRACH，发送接入前导序列P，以此获取基站授权接入。不同的用户，采用不同的ZC正交序列来区分。

在接入后，线信道分配好上下行时隙(这里特指TDD络)，基站和所有终端都在固定的时间内进行数据发送或接收。这种设计理念以基站作为小区中心，采用中心规划的设计哲学。

而W-F络则不同。

W-F在设计时，将AP接入点(这里AP的功能等同于5G中的基站)和用户终端放在同等的位置考虑。基于80211协议的AP和终端，采用了载波侦听多路访问碰撞避免(CSMACA)的方式，来平等竞争占用线信道。

AP和终端、终端与终端之间，在接入络时先进行线信道侦听。在确保信道没被占用的情况下，接入络。设备之间并不分层级，而是采用自协调竞争接入的模式，访问络。

从某种意义上，W-F络是一种去中心化的设计哲学。

这两种设计哲学，各有千秋。

蜂窝络考虑的侧重点，是多设备接入时的容量和效率。而W-F，由于其使用非授权频谱以及成本上考量，设计时更加侧重于抗干扰、低成本等特性。

两种方案都能让信道得到充分的利用。参考A N发布的测试结果可以看出，LTE和W-F
6在MAC层面的频谱使用效率非常接近，单流、256QAM的情况下，都能到5MH以上的频谱使用效率。



图 1 LTE与W-F在频谱使用效率上的对比


接入过程与漫游那么，没有中心控制的W-F，具体是怎么协作接入的呢?

首先首步，是寻找W-F络。

由于W-F络中AP没有广播功能，终端是不可能预先知道是否有可用的络资源以及AP参数的。

这里，终端采用了一种主动探针的方式来进行请求。

终端会在W-F的首个20MH频道上，发送一系列探针序列，然后等待AP回应。

如果20后AP没有回应的话，终端将切换到下一个20MH频道，重复上述动作，直到收到AP的回应，确认AP的工作频段和接入参数才能接入络。

图 2 手机进行主动扫探针搜寻信道过程


写到这里，你可能会想到，如果室内有多个W-F AP，当用户在移动，终端从一个AP切换到另一个AP时，还要重复上述的AP搜寻过程吗?

每个频道20，搜索一圈信道下来，需要较长时间，连接岂不是会中断?那还怎么确保视频会议或者微信语音的通信质量呢?

现在的办公室甚至现在很多家庭线局域，都会采用多AP 组的方式，来提高络覆盖性能。

如果每次终端切换AP时，都重新做上述的主动探针搜寻信道过程，将是会非常低效的。好在80211工作组考虑到了小区切换的问题，在80211中开发了“邻居报告”的协议。

设备在接入AP后，该AP会将其附近AP的BSSID和频道信息发送给用户。这样一来，用户在需要切换到另一个AP时，就不用再扫描一遍频道了。

这样做的好处，一来是极大节省了切换时间，保证通信不出现中断。二来是给用户设备省电，设备不再需要发送一个个探针。第，就是线信道也得到了更加有效的利用，AP不需要频繁占用线信道来不断回应终端的请求。



图 3 AP通过80211协议回应终端设备其邻近AP的信息


自我协调，信道竞争接入，避免冲突接入络后，AP和终端们便开始竞争线信道的使用。

在W-F系统中，终端和AP的空口时间统一被分为空闲(I)和机会发送(TXOP)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，设备开始进入争夺线信道的“仲裁”(A)过程。没有调度器，所有设备按照数据先级采用“公平竞争”模式来赢得信道仲裁。赢得信道的设备，将会得到6的机会发送窗，然后进入下一个仲裁期。

图 4 80211中的空口时间分配


进入仲裁过程的W-F设备，首先开启信道侦听模式，RF接收机对线信道中的80211信号进行监测(S
D)。如果侦听到的信号强度低于其SD阈值(以下图思科的方案为例，阈值为-82B)时，设备判定目前信道没有其他W-F设备在使用。

由于W-F使用的频段属于免授权频段，需要与非80211设备共享使用，比如蓝牙，遥控器，微波炉等等。那么，在判断信道占用情况时，不仅仅需要能对自身80211协议的信号进行监测，还需要对不明通信协议的功率进行检测。

这里就引出了第二个检测机制——能量检测(E D)。

ED的作用，是判断线信道没有被其他非W-F设备占用，防止发送的有用W-F信号被淹没在噪声中，通常ED的门限比SD高20B。

图 5 思科线设备的SD，ED设定


细心的用户可能会发现，在络环境不好的情况下，视频通话时经常有能听到声音但图像被卡住的现象。这其是W-F的一种发送化措施，用于保障比较基本的服务。

W-F将数据分为四种不同的先级，从上到下分别为语音(VO)，视频(VI)，比较大努力(BE)和背景(BK)。每一个级别，都会附上不同的AIFS值。AIFS值越低，发送先级越高。

在AIFS时间结束之后，设备便进入了竞争窗口(CW)，设备开始侦听线信道，同时开始倒计时准备发送。

当CW倒计时结束时，如果设备发现信道正在占用，设备便自动进入下一个仲裁期。如果设备发现信道处于空闲状态，便开始占用信道，发送数据。

下图这个例子，在首个仲裁期中，IP的CW时间比较短，竞争信道成功，获得了发送权。在IP数据发送后，一轮新的仲裁开始，手机在CW结束后，发现信道没有被占用，获得了发送权。比较终，线AP赢得了第轮仲裁，获得发送权。

图 6 多设备信道竞争过程


读到这里，你可能会发现，这个竞争过程在设备增多的情况下，效率会明显降低，每个设备的等待发送时间将会变长很多。

际体验中，你可能也注意到了，在W-F设备多的公共环境，比如商场、学校中，经常需要等待很长时间，才能发送或接收数据。

那么，很有可能是络还没有升级到比较新的W-F 6。

W-F 6可以说是W-F行业过去十多年中比较大的一次革新。具体W-F
6是通过哪些新特性来解决多设备下络阻塞的问题呢?我会在下一期的文章中给大家一一道来。

本文作者唐欣博士，目前担任S L技术总监。

参考文献：[1] A N B – U 80211

[2]
C W P- IEEE 80211: T S GW-F

[3] E
N – T RAP