接入网络后，AP和终端们便开始竞争无线信道的使用。在Wi-Fi系统中，终端和AP的空口时间统一被分为空闲（Idle）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，设备开始进入争夺无线信道的“仲裁”（Arbitration）过程。没有中央调度器，所有设备按照数据优先级采用“公平竞争”模式来赢得信道仲裁。赢得信道的设备，将会得到6ms的机会发送窗，然后进入下一个仲裁期。图 4 802.11中的空口时间分配进入仲裁过程的Wi-Fi设备，首先开启信道侦听模式，RF接收机对无线信道中的802.11信号进行监测（Signal Detection）。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-82dBm）时，设备判定目前信道没有其他Wi-Fi设备在使用。由于Wi-Fi使用的频段属于免授权频段，需要与非802.11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802.11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（Energy Detection）。ED的作用，是判断无线信道没有被其他非Wi-Fi设备占用，防止发送的有用Wi-Fi信号被淹没在噪声中，通常ED的门限比SD高20dB。图 5 思科无线设备的SD，ED设定细心的用户可能会发现，在网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。这其实是Wi-Fi的一种发送优化措施，用于保障最基本的服务。Wi-Fi将数据分为四种不同的优先级，从上到下分别为语音（VO），视频（VI），最大努力（BE）和背景（BK）。每一个级别，都会附上不同的AIFS值。AIFS值越低，发送优先级越高。在AIFS时间结束之后，设备便进入了竞争窗口（CW），设备开始侦听无线信道，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，在第一个仲裁期中，IPad的CW时间最短，竞争信道成功，获得了发送权。在IPad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。最终，无线AP赢得了第三轮仲裁，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。实际体验中，你可能也注意到了，在Wi-Fi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，很有可能是网络还没有升级到最新的Wi-Fi 6。Wi-Fi 6可以说是Wi-Fi行业过去十多年中最大的一次革新。具体Wi-Fi 6是通过哪些新特性来解决多设备下网络阻塞的问题呢？我会在下一期的文章中给大家一一道来。（全文完）本文作者唐欣博士，目前担任Spectrum Lab技术总监。参考文献[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
