ap空口利用率介绍

1、无线网络技术的发展，始终是以速率（即吞吐量）作为标志的。最早的 802.11b技术，其最高速率仅为 11Mbps 发展到 802.11a、802.11g,最高速率达到了 54Mbps 这也是当前 WLAN络的主流技术。最新的 802.11n 技术，具最高速率更是达到了令人瞠目的 300Mbp这足以让 11n成为 WLA破术的弄潮儿， 引领了 WLA破术的发展方向。但是以上数值都是物理层的理论数据， 在实际应用中， IP 数据的传输带宽远远低于最高速率。究其原因，与 802.11 协议开销、报文结构、网络流量模型、环境干扰等均存在很大关系。本文重点讨论 802.11g 在实际无线网络的最高吞吐量

2、及其影响因素。一、理论上的吞吐量无线局域网的性能实际是指一个共享空间媒质所能够支持的最大传输能力。在这个空间媒质中（即同一信道）的所有设备都将共享空间媒质，也就是共同抢占空间媒质资源。 由于媒质共享， WLANR 用分时传输机制， 这在一定程度上消耗了空口资源，降低了空口的传输能力。为了说明和解释 WLA 啊络的实际应用性能情况，下面给出了理论下 802.11g 的性能：根据 802.11g 协议和 IP 报文的不同长度，可以通过计算，得出理论上单信道最大的吞吐量，如下表：802.11g带宽利用率物理层最大速率：54MIP报文长度为1500字节报文传输速率30.5M56.5%IP 报文长度为

3、512 字节报文传输速率16.4M30.3%IP 报文长度为 160 字节报文传输速率6.48M12%IP 报文长度为 40 字节报文传输速率1.8M3.33%以上的结果是有条件的:1、无线环境是干净的：整个环境中只有一台 AP 和一个客户端在工作，没有其它AP 或其它工作站，且无线传输是可靠的，没有任何丢包和重传。2、整个信道只用于数据帧传输，不考虑其它管理帧以及控制帧。3、客户端以 54MbpsJ1 高物理速率传输。4、所有报文采用明文传输，没有任何加密。考虑到无线网络的多种影响因素，一般认为在理想环境中，最高吞吐量如下表：802.11g物理层最大速率54M理论最大传输速率（1500Byt

4、e 报文）22M理论最大传输速率（512Byte 报文）14M理论最大传输速率 （88Byte 报文）3.2M二、常见网络应用的报文分析通过以上理论数据表明： IP 报文的长度是影响吞吐量的重要因素， 那么对常见应用进行报文分布分析就非常有必要了。以下通过对网络中常用工具进行抓包，分析其流量构成模型，并探讨其对无线网络的影响。下面为分析的相关约定：1）所有报文以 Ethernet 二层报文为依据进行统计，通过 ethereal 抓包工具抓取空口报文；2）把小于 160 字节的报文定义为小报文;1、普通网页浏览网页浏览软件采用 Windows 的 IE,使用 TCP 传输协议。根据 HTTP议，

5、对于普通的网络浏览都是即时触发的，当点击进入新的页面的时候，无论网页多大，都会一次传输完成，再关闭连接。对于普通上网来说，存在两种情况，一种为简单的网页浏览，另外一种为视频新闻浏览。这里仅对简单网页流量的流量进行分析，下面为不断地进行网络浏览 117 秒的数据统计。谨心，160-319班 f 箱1000-1279M渤0137296706s9MisaSO662SttfflDU2S4X&外1*7nilooeoseos02458414332c下行0JJWTS3.Q5534460990J528雌以上数据表明： 普通网页浏览的主要流量为下行流量， 上行流量集中了大量小报文，小报文比例约为52%2

6、、PPstream 观看视频该软件使用 UDP 专输协议，通常软件安装完成以后，就会有一个进程 ppsap.exe在运行，ppsap.exe 会向服务器的 UDPPS 口 8800 进行注册，周期大约为 30 秒。该进程可能会创建多个 UD 嘲口号，一般 1 个到 3 个。在观看视频时候，客户端会发送查询报文，同时其他的客户端也会向该客户端发送查询报文，通常报文长度为 59 字节或者 76 字节；实际的数据报文大小为 1103 字节。在没有看视频的时候，客户端会定期发送查询报文，也可以收到查询报文但是频率非常低，此时报文都是小报文，小于 80 字节。下面为在正常观看视频的过程中，进行了 64

7、秒钟的数据统计：岩寸雀白0曲T980-159M31g331rs9BW-10001000-1751280ss171M073926410119294562OT00461Zg意比第丽3snOftCK27XDX上行1N抽0GS9O559G1SS2090tl0C下行S7150W023P30753zn0Q_晤J20以上数据表明：网络的主要流量还是下行流量，但上行流量主要集中了大量的小报文，小报文比例大约为 70%3、优酷在线视频优酷软件使用 TCP 专输协议，在观看视频的时候，只会建立一条 TCP接，之后所有的数据传输都使用该 TCP!接。这表明，在后续的过程中，只会存在进行数据传输和确认，在一段时间后可

8、能进行相应的 seq 和 ack 确认。其中 ACK 报文长度为 54 字节，确认报文长度为 74 字节，数据报文大小通常为 1506 字节。下面为观看视频 27 秒钟的数据统计：总十重流量（ibpi_40心飞60-IS91W-319330-63910001000-1279xseo忌眼062613370Q0001500总比例JMLWcnOMmt63t上行W71口了才086700Q0001510D61处B6010000Da1500以上数据表明：网络流量主要为下行流量，上行报文集中了大部分小报文，其比例约为 37%4、迅雷下载迅雷软件使用 UDPJ、议传输，通常安装完成以后，就会有一个进程 thu

9、nder.exe在运行。运行迅雷软件后，它会启动大量的 UDPS 口号，而且会建立大量的 TCP1 接。迅雷的查询报文一般在 80 个字节左右。卜面为使用迅雷下载一个文件过程中，收集了 60 秒的数据统计:At*麦iLji)0W-79W-I55S20-639612SO总靠12S720的刑1204238m3峨班侬2164.总比例6加xm4工7M713%1TX上行6267010081740313627864944130下行62650593S73601A27匚御76TB342CEM从分析的流量看来，主要流量还是下行流量；在下行流量中也包含着一定的小报文流量（这些报文主要为迅雷的查询报文，这个下载工具

10、通过这种机制可以共享本客户端的资源）。小报文比例超过 60%远远超过普通应用中的小报文比例。三、实际无线网络的性能在实际的无线网络环境中，网络软件纷繁复杂，网络应用层出不穷，按照常用软件的分析方法，即通过在实际网络中进行抓包分析，我们可以确定报文大小的分布情况，并评估 WLA 啊络的性能。为了简化分析的复杂度，我们做如下约定：将报文的大小分为 1518 字节、512 字节和 88 字节。其中超过 1000 字节的报文统一按照 1518 字节计算；从 256 字节到 512 字节报文统一按照 512 字节计算；而小于 256 字节的报文则统一按照 88 字节处理。在某学校的 WA120 晒 P

11、上行交换机上镜像抓包、所抓取的报文为进出 AP 有线端口的所有报文，其统计信息如下表：M超酎性iaoIS3L40inn融121016”5534制101?2185占比/弼91葡的9%?0i72L340132152484T4822237B2eie占比/47K|用SMIK721.34615629弱261315772711875占比/49Xn需3日根据我们的约定，抽象模型如下:按卜物综合报文的Bytes885121518实际网络中的报文分析581725通过上面的实际数据可以看出，在这个校园网的实际应用中，小报文的比例很高，超过 50%且 AP 下连接的客户端数量越多，小报文占比越高。1、单 AP 网络

12、性能分析根据上述实际的网络流量分布，来评估在这样的网络应用条件下，一台 AP 设备能够提供最高吞吐量（环境无干扰条件下，WLAN络能够支撑的网络性能）为22X25%+1417%+3.2X58%为 9.736Mbps。802.11g物理层最大速率：54M理论最大传输速率（1500 字节报文）22M理论最大传输速率（512 字节报文）14M理论最大传输速率（88 字节报文）3.2M综合实际应用速率9.73M按照 80%F 扰计算应用速率7.78M2、多 AP 混合网络分析在实际的无线网络中，很难保证一个 AP 覆盖的范围中没有其他任何 AP 在同一信道中，即同一个信道中至少会存在多个 AP,这就是

13、无线网络的同频干扰。同频干扰带来的问题是多种多样的，对吞吐量的影响非常大。假设环境中有 3 台 AP 工作在一个信道，由于信道总吞吐量为 9.73M,加上 3 个 AP的同频干扰，因此可以初步估计所有的 AP 能够提供的总带宽也就是 7.78M 左右，即 3个 AP 共享这 7.78M 带宽。这也说明：我们所说的理论最高性能通常指的是信道的传输能力，与 AP 的数量没有直接关系。同信道内 AP 数量越多，则每个 AP 实际可用带宽越低。四、影响无线网络带宽的其他因素1、CSMA/CAL 制802.11 和以太网使用的都是时分复用的机制， 但 802.11 协议将以太网使用的信道抢占机制做了一定

14、的调整，以适应无线环境的特点。802.11 假定发送的报文都会产生冲突，也就是发送的每个报文都需要进行随机退避，并且将这个随机退避提到了帧发送之前，这也就是 CSMA/CAL 制，如下图所示。StationAFragCW-dawucc：ntcnWindow|1=RtmainrngBackout图 1802.11STA 退避机制从图上看出，在有数据发送时，STA 首先监听信道，如果信道中没有其他 STA 在传输数据，则首先随机退避一个时间，如果在这个时间内没有其他 STA 抢占到信道，STA 等待完后可以立即占用信道并传输数据。CSMA/C 机制决定了：STA 越多，则冲突开销越大，信道可用带宽

15、越低。2、隐藏节点无线信号有一定的传输距离限制，超过这个距离就不能检测到该信号，这个特性对802.11 的信道抢占机制带来了很大的挑战。信道抢占机制的前提是检测信道忙闲情况，如果 STA 间距离超过了无线信号所能传输的距离，彼此不能检测到对方在占用信道，从而同时向 AP 发送数据，在 AP 接收无线信号时会形成物理信号冲突。这就是无线网络的隐藏节点问题，即 STA1 和 STA2 互为隐藏节点。如下图：CWindowFanwOeferStationBTFsnncOftfStationCFrnrreCWDeferStationEi-4图 2802.11 中的隐藏节点802.11 协议定义了 RT

16、S/CTSL 制来解决这个问题，RTS/CTSL 制如下图:图 2802.11 中的 RTS/CTS 机制在 RTS/CTSM 制下，STA 抢占到信道后，首先向接收方发送 RTS 报文，接收方会回应 CTSCTSffi 文会发到 AP 下的所有 STARTS/CTS文中都包含信道被占用的时间，协议规定接收到 RT*DCTS 的其他 STA 必须在 RTS/CTS文中要求的时间内认为信道忙，不能发送数据。RTS/CTSM 制虽然解决了隐藏节点问题， 但是信道可用带宽却因此而进一步降低。一般认为，RTS/CTSB 制将消耗 10 流右的带宽。以上文中某学校模型为例，启用RTS/CTS的可用带宽将变为 7M3、11b 用户对于 11G 网络性能的影响由于 11g 和 11b 使用的相同的频段，而且 11g 网络的一个最大的优点，就是可以兼容 11b 客户端。但是如果一个网络中既存在 11b 用户，又存在 11g 用户,特别实在经常下载网络数据的网络应用中，整体网络的性能将会受到非常大的影响。理想环境中，如果一个 11b 用户进行 BT 下载，并协商速率为 11Mbps 此时最高可用带宽为 2.4M。如果对此 11b 用户限速 1M,此时相当于该用户占用了 1/2.4=41%的带宽，只给其他用户留下了 59%勺带宽。若此时其他用户均为