802.11ah(HaLow)协议解析4:MAC层改进概述

序言

802.11ah的MAC层就是有多内容可以探讨了,802.11ah的物理层其实没有太多出奇的东西,大多都是情理内的改机改进。但是MAC层一般就是802.11协议系列喜欢玩花样的地方,在802.11ah内体现的也比较多。而且在Wi-Fi 6里面应用到的TWT,BSS Coloring技术,其一开始就是在802.11ah里面引入的,在我们理解Wi-Fi 6技术的时候,也可以对比参考一下。

802.11ah的MAC层改进

我们还是参考(Ref: Intel – Enabling Wi-Fi Internet of Things with 802.11ah Technology)这份资料看下overview。这份资料的总结还是不错的,不过细节方面少了点就是,但是总体概论看这份资料的总结是挺好的。

上图总结已经很到位了,总结了大致802.11ah一共有6个方面的改进,已经挺全的了,不够还是少了RID,BSS coloring和基于802.11ai的Fast Assoication and Authentication等,这里主要是概论一下,具体内容到时候还是逐个讨论吧。

  • 首先是关于Tx/Rx Time的降低,这个主要是指从帧格式上压缩空间,比如说复用NDP字段,降低MAC帧头部大小,降低Beacon帧的大小(也就是说的管理帧)之类。
  • 然后是延长睡眠时间,节能。这里核心就是TWT,还有就是基于TIM的TWT机制,TIM实际上要和下面的RAW对应的MAC机制连在一起理解,是一种基于分组的睡眠方式了。
  • 然后是MAC层主要接入机制的改进,802.11ah是支持大量节点场景的,但是CSMA/CA机制会导致在节点数较多的时候,冲突率增加。所以为了降低冲突概率,降低节点数做分组竞争接入就是最合适的,这种机制在802.11ah里面就叫做RAW。这里把RAW单纯的分类到了MAC竞争部分了,实际上而言,RAW和节能也是密切相关的,这个分组我们还需要注意的是一个动态过程,不是纯粹的静态分组,这一点我们单独讨论RAW的时候再拿出来说。另外还有一个改进的就是TXOP,MAC竞争部分是BDT(Bidiectional TXOP),还有关于Duration机制的改变,即引入的Second Virtual Carrier Sense RID机制,这个也有待一说,理解了对于理解Duration的本质更有帮助。
  • 然后就是多信道selection的SST机制,这个目前我只在ah里面看过,可以单独谈一谈。
  • Relay的部分也是一个重点,这里本质上还是两个TXOP技术改进,不过目的和MAC竞争部分不一样。我们在802.11ah的设计目标里面就说过,802.11ah AP的基本覆盖范围是1km,如果用户需要更大的覆盖范围,那么就需要多AP级联。那么为了进一步改善性能,这里就有一个TXOP sharing技术改进,另外为了避免暴露终端问题,还有一个基于TXOP的Group Sectorization。这个就值得谈一谈了,都是为了解决暴露终端,Wi-Fi 6,也就是802.11ax里面是通过BSS Coloring+SRP空间复用实现的,而802.11ah是通过有向+定向波束的动态调用实现的,很有对比性。
  • 最后就是把TIM字段给独立分列了一个,这点也值得单独说一下,对于理解AID的结构,以及结构化AID结构是很有帮助的。AID在802.11协议中也是非常灵活的一个设计,是需要深入理解的。

802.11ah的MAC架构

另外我们要看下802.11ah的MAC层协议架构了。目前最新的802.11协议(即md draft 4.0以上了吧),802.11的MAC架构已经挺复杂的了,还包含了DMG和S1G的各种情况。所以现在直接看协议的总章确实有些入门槛了,所以我们还是建议分列出来理解方便一些。

上图就是目前802.11ah的协议架构,底层是S1G PHY,相关技术在前一篇已经提过了。然后是DCF,802.11ah的MAC底层还是DCF机制,该机制非常灵活,在其基础上可以引入其他的接入机制。

在802.11ah的基本接入包含EDCA,RAW和TWT三种机制,这里相比于传统的802.11接入机制少了PCF(最新协议标准PCF其实已经删除了),HCCA还有MCF。而RAW是802.11ah独有的MAC层机制,另外TWT也是一个新加的机制,不过在Wi-Fi 6中也有用到TWT机制。

以上就是802.11ah的MAC层技术的概述了,关于MAC层技术而言,由于很多都偏重于细节,后续在逐个讨论,这里主要先做一个概述总结。

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