【WLAN从入门到精通-Wi-Fi 6】第4期——空间复用 BSS Coloring

软肋

无线通信不同于有线通信的另一特点，就是无线通信存在的干扰问题。无线通信的干扰是无处不在而且无法避免的。有线通信可以通过检测线缆上的高低电平识别到干扰，而无线通信无法进行这样的检测。因此802.11标准在MAC层设计了一种检测机制——载波侦听多址访问/冲突避免CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance）。

CSMA/CA把在同一个信道上所有的站点想象成在一张圆桌上开会的人，大家本着先听后讲的原则，如果遇到有人发言就得等待一段时间（即退避），直到没人讲话才能开始发言。

那如何判断是否有人发言呢？CSMA/CA提出了一种物理侦听的方式——CCA（空闲信道评估，Clear Channel Assessment），它通过检测信号的能量估计信道的忙闲状态。CCA使用两个门限判断信道是否空闲，协议门限和能量门限。想象一下很多人在一起聊天，协议门限用于检测是否有人发言，如果有，则其他人要等待当前发言人结束发言后才开始发言；能量门限用于检测环境是否太吵闹，如果环境很吵闹，发言也没有人能听得清，就要等到环境不吵闹时再发言。

在实际中，为了保证不错过发给自己的报文，一般都把协议门限设置的很低，但是这样干扰退避变的更容易发生，导致大家都在等，也就降低了整个无线系统的性能，这也是增加AP也不能扩展无线网络的网络容量的原因。

矛盾升级

随着用户数的激增，常常导致AP的部署也是非常密集的，这意味着AP可以侦听到其他所有同信道AP的帧。另一方面，信道是相对有限的，这些AP必然用到同一个信道。这就造成了这么一种场景，在某一个特定时间内，只有一个用户或者一个AP能够传输数据，哪怕他们根本不在一个区域。像是下图这种情况，AP1和AP2处于同一信道且可以彼此侦听到对方，虽然AP1和STA1的通信和AP2无关，但是AP1与AP2不能同时跟STA通信。

为此，Wi-Fi 6进一步加强了空间复用技术，引入了BSS Coloring机制。

破局

BSS Coloring机制原理就是为不同的AP发出的报文套上不同颜色的信封，接收端收到信后，不拆信封就能立马判断是否跟自己相关，颜色相同表示跟自己相关，颜色不同就跟自己无关，对于跟自己无关报文就当不存在，接收端依旧可以发起通信而不必退避，这就达到了空间复用的效果。

像上图所示，如果不标记颜色，只要AP都是用36信道，都会彼此干扰；但是如果标记了颜色，则认为只有同为黑色且使用36信道的AP，才会存在干扰，颜色不同就不会有干扰。

当然现实中BSS Coloring的实现要稍微复杂一点。颜色的标记是由WAC统一分配给AP，AP在报文头打上6 bit的颜色标记位，更准确的说是在PHY层和MAC层，这样不用解析报文就能判定是否跟自己相关。接收端收到报文后，如果颜色和关联AP的一样，就认定报文来自MYBSS，否则就是OBSS（Overlapping Basic Service Sets，重叠基本服务集）。区分出MYBSS和OBSS信号后，就可以双标对待了。Wi-Fi 6的做法是设置2个协议检测门限，MYBSS的协议门限可以尽量降低，这样可以尽量不错过来自MYBSS的报文；而对OBSS，OBSS的协议门限可以稍微高点，只要在OBSS的协议门限内，终端即认为不存在同频干扰，这样终端和AP依旧能发起通信，这就能达成了空间复用的效果。

预告：下期将为大家介绍Wi-Fi 6采用的高阶调制技术1024-QAM，敬请期待。

-------------

本文来源：华为产品资料公众号