802.11ax前瞻7:BSS Coloring技术

时间:2024-03-15 22:45:05

序言

笔者在学习802.11ax过程中,发现有一些英文blog的内容总结还是不错的,所以笔者简单翻译一下,大家可以学习一下。

本文参考自:
What Is BSS Coloring In 802.11ax?
What is BSS Color in 802.11ax?
How Does BSS Coloring Work in 802.11ax?

BSS Coloring技术介绍

BSS Coloring是最初在802.11ah中引入的一种机制,用于为每个BSS分配不同的“颜色”。z该技术目的是增加在密集环境中,无线网络的系统容量,增加BSS之间的频率重用。然而,当前的802.11的MAC层机制,其会导致一个BSS的设备会被同频道的另一个BSS影响,无法同时进行传输,从而对于网络容量没有提升。

在802.11ax中,BSS Coloring是一种用于解决由于重叠基本服务集(OBSS)提升空间重用率的方法,减少因为重叠BSS导致的MAC层竞争开销。BSS Coloring的目标是提升空间复用,同时不会因为BSS间的干扰而导致节点间PHY层传输速率的降低(即降低MCS值)。802.11ax设备通过向PHY头部添加字段(即BSS Coloring字段)来区分BSS,节点在竞争时,根据检测到物理层头部的BSS Coloring字段来分配MAC层的竞争行为。若BSS Coloring字段信息相同,那么代表在同一个BSS内(intra-BSS)。若BSS Coloring字段信息不同,那么代表这里是重叠覆盖区域,在多个BSS间(inter-BSS)。 在传统802.11中,若在BSS间(inter-BSS),当节点检测到信道忙时,需要推迟自己的传输,直到信道空闲才可以发送。在802.11ax中,引入了自适应CCA机制(adaptive CCA)。通过提高BSS间(inter-BSS)信号检测阈值,同时保持BSS内(intra-BSS)的较低信号检测阈值(两个阈值,大约4dB左右的差值),来减少MAC层竞争时的竞争问题,提升MAC层效率。

什么是802.11ax中的BSS Coloring技术?

802.11协议是采用CSMA/CA作为MAC层的协议,其采用的是半双工通信机制,这表示在同一个时间只有一个无线电设备可以在网络上进行传输。如果一个802.11终端检测到任意一个802.11终端的传输信号(即PHY层的Header),其会推迟传输。我们称多个AP和客户端在同一个信道上进行部署,并执行竞争传输叫做OBSS(具有重叠的基本服务集)。在OBSS中,我们描述这种同信道的干扰为co-channel interference(CCI).

信道复用的核心问题是最小化空口传输时间并减少由于OBSS场景导致的性能下降。 802.11ax修正案基于提升空间复用的思想,提出自适应的CCA机制(adaptive clear channel assessment, adaptive-CCA)来对于信道进行检测。

BSS Coloring,是用于识别重叠基本服务集(OBSS)的方法。 其最先是在802.11ah-2016修正案中定义,现在也沿用到了802.11ax中。 BSS Coloring是一个字段,标识了BSS的ID。当多个无线终端在同一信道上传输时,802.11ax无线电能够使用BSS Coloring字段区分BSS。

BSS Coloring的信息是同时被添加在PHY层和MAC层中的。在802.11ax PHY头部的Preamble中,其SIG-A字段包含6个Bit的BSS Coloring信息字段。该字段可以识别多达63个BSS。
802.11ax前瞻7:BSS Coloring技术

在802.11管理帧中也可以看到BSS Coloring信息(如上图所示)。在Beacon帧中的HE Element中,包含BSS Coloring的子字段。其也是6个Bit的BSS Coloring信息字段,可以标识63个BSS。

在802.11ax中,MAC层的竞争取决于检测到的BSS Coloring。其将CCA的阈值和BSS Coloring信息关联起来(即adaptive-CCA),从而提升空间复用能力。让节点可以忽略OBSS间的传输,可以在此时同时进行传输,从而提升信道利用率。802.11ax修正案定义了两种的空间重用模式,一种称为基于OBSS PD的空间重用,另一种称为基于SRP的空间重用,以后我们再分别讨论。

在802.11ax,AP如何选择BSS Color?

基本服务集(BSS)是任意802.11网络的基础拓扑。构成BSS的元素包含,包括1个AP和多个节点。在多个节点在信道传输时,802.11ax通过BSS Coloring字段来区分BSS。若BSS Coloring信息相同,那么是BSS内的传输,若BSS Coloring不同,那么是BSS间的传输,即来自于OBSS内部的传输。

802.11ax前瞻7:BSS Coloring技术
对于802.11ax的AP,其如果检测到使用相同颜色的OBSS,则它能够更改变其BSS颜色,减少同频干扰。若AP与AP间的BSS Coloring一样,那么这也是一种BSS Coloring的冲突,即颜色冲突。如上图所示,如果802.11ax AP听到来自其他AP或者该AP节点的不同BSS Coloring字段,那么是检测到一次颜色冲突。

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另外,如果终端检测到颜色冲突,则该终端会向其关联的AP发送颜色冲突报告。如上图所示,AP-1无法听到AP-2,但AP-1的关联的终端可以听到来自于OBSS区域内,其他不同BSS Coloring的传输,从而向AP发送颜色冲突报告。终端向AP会报告其能够监听到的所有OBSS的BSS Coloring信息。

当AP检测到颜色冲突后,其可以决定改变其BSS颜色。不过改变BSS Coloring的标准和选择新BSS Coloring信息的方法超出802.11ax草案修正案的范围。WLAN供应商目前可以自行制定,例如Aerohive信道选择协议(ACSP)。

802.11ax前瞻7:BSS Coloring技术
AP会通过Beacon告知所有关联在本BSS内部的节点,BSS Coloring的改变。BSS Coloring的改变还可以通过探测响应和重新关联响应帧中进行通知。如上图所示,AP告知节点BSS Coloring的颜色变化,其New BSS Color子字段则包含新BSS Coloring的数值。