揭开11g的最大谜团--b/g混合模式

日前，又有一家公司推出了IEEE802.11g（以下简称11g）芯片。这就是美国Atheros通信。日本I-O数据设备（以下简称I-O数据）已于2003年4月底推出了采用Atheros芯片的带路由器功能的接入点和无线LAN卡。具有路由器功能的接入点仅支持11g规格，而无线LAN卡则支持11a/g两种规格（11a和g二选一）。

　　Atheros的芯片是继美国Broadcom和美国Intersil之后面市的第三种支持11g规格的产品。这样此前业界推测有可能推出11g芯片的三公司悉数亮相。

　　笔者对采用这三种芯片的产品的实际通信速度进行了测试。首先准备了采用Atheros芯片和Broadcom芯片的接入点和无线LAN卡，并用各自的组合进行测试。在接入点的以太网端口接上一台电脑，然后测试接入点与装有无线LAN卡的个人电脑之间的实际通信程度。

图1 连接同类和不同类芯片（Atheros芯片和Broadcom芯片）的产品时的测试结果

　　结果如图1（点击放大）所示。通信速度最快的是采用Broadcom芯片的产品组合，最慢的是采用Atheros芯片的产品组合。而采用Broadcom芯片和Atheros芯片的混合组差不多处于上述两种组合的中间位置。

　　其原因估计是，“11g规格尽管最大能够以54Mbit/秒的速度进行信号调制，但实际上并不是在所有的时间里都以54Mbit/秒进行调制。仔细分析后得知，调制速度经常在48Mbit/秒和54Mbit/秒之间变动”（I-O数据公司网络解决方案业务部解决方案开发部网络部经理西岛久尚）。也就是说Atheros芯片并不是永远都以54Mbit/秒的速度进行调制，低速调制的比例很大。而Broadcom的芯片估计始终都稳定在以54Mbit/秒的速度进行调制的水平上。

　　图1上部的“11g only模式”和下部的“11b/g模式”为接入点的模式设置。前者是指不接受11b终端接入请求的模式，后者是指接受11b终端接入请求的模式。

　　11b/g模式还包括两种状态，即11b终端尚未连接接入点和已经连接接入点。

　　前一种状态与11g only模式一样，图1下部就是这种状态的结果。因此，图1中的上图和下图基本上没太大的差别。

11b/g混合模式下差别产生的原因

　　后一种状态，即在11b/g混合模式下11b终端已经连接接入点的情况下，接入点就会以与11b模式相同的发送周期来工作，因此速度就会下降。

　　下面看一看这种状态下的实际测试结果。结果如图2（点击放大）。图中给出了采用Atheros、Broadcom（包括有/无保护模式）和Intersil等芯片的三种产品的测试结果（保护模式将在后面介绍）。

图2 采用各种芯片的产品在11b/g混合模式（11b终端已经连接）下的测试结果

　　从图2可以看出，速度由高到低的顺序是：Broadcom（无保护模式）、Atheros、Intersil和Broadcom（保护模式）。从最高与最低结果的比较来看，速度几乎相差一倍。速度之所以出现如此大的差距，估计是因为在11b/g混合模式下工作原理不同。

避免11b/g通信冲突的RTS/CTS协议

　　产生不同速度的首要原因在于，是否使用RTS/CTS协议。

　　RTS/CTS协议是指终端预先通知接入点将要进行通信（RTS：请求发送），再由接入点向终端返回通信许可（CTS：允许发送）的功能。CTS分组信息中指定范围以外的其他终端在分组信息规定的时间段里将暂停信息发送。该协议主要用于解决“隐藏终端（Hidden Stations）问题”，隐藏终端问题是指，当有多个无线LAN终端连接接入点时，各个终端无法了解侦测到对方正在与接入点之间进行通信的情况。因此就要通过在11g终端通信开始时发送RTS/CTS协议帧，把11g终端的通信时间告诉11b终端。

　　11b终端既不了解11g终端的通信，11g终端也不了解11b终端的通信。因此在11g终端通信过程中，就可能会因11b终端发送了信息帧而使双方的信息帧都受到破坏的情况。另外，如果让11b终端无视11g终端而进行通信，那么11g终端在通信时就要侦测11b终端的通信，因此如果11b终端数量较多时，11b终端的通信就会相对增加，这样就可能导致更多的11g信息帧发送不出去。而使用RTS/CTS协议，就能够防止11b突然开始通信，从而就能够确保11g终端的通信时间。Broadcom产品的保护模式指的就是采用了这种协议。

图3 各公司产品的11b/g混合模式的工作原理区别和实际速度的理论值。此图是根据采访和测试结果推算而来。蓝色文字部分为推算值

　　不过，从图3（点击放大）则可看出，这种模式只有RTS/CTS协议帧都在数据之前发送时才会导致整个通信速度下降。因此Intersil已经开始采用在发送11g数据之前发送CTS信息帧的方式（图3-d）。

不采用RTS/CTS协议，速度相当高

　　而完全不采用RTS/CTS协议的话，通信速度就会变得相当快。估计不使用RTS/CTS来工作的是Broadcom产品的无保护模式和Atheros的产品。

　　据采用Broadcom芯片的MELCO介绍，在无保护模式下完全不发送RTS/CTS协议帧。另外，如果考虑到实测值为18.1Mbit/秒，就可以推算出平均随机等待时间（前一个信息帧发送出去以后，到发送下一个信息帧之间的等待时间的平均值）不是与11b规格一样的360μs（360μs的理论值应该是18.5Mbit/秒）。因为正常情况下实侧值要比理论值低30%左右。估计平均随机等待时间是低于11b规格的200μs（图3-b）。

　　之所以这样来推算是因为，11g规格的5.0版草案规定“随机等待时间与11b规格相同”，但是从6.1版草案开始却变成了“可以在200μs左右”。

　　另一方面，把采用Atheros芯片的接入点设置成b/g混合模式后截取了分组信息，结果发现没有发送RTS/CTS协议帧。由于实测值低至12.9Mbit/秒，由此就能够推测出该接入点采用了原来的360μs的随机等待时间（图3-a）。