1、無線網絡技術的發展，始終是以速率（即吞吐量）作為標志的。最早的 802.11b技術，其最高速率僅為 11Mbps 發展到 802.11a、802.11g,最高速率達到了 54Mbps 這也是當前 WLAN絡的主流技術。最新的 802.11n 技術，具最高速率更是達到了令人瞠目的 300Mbp這足以讓 11n成為 WLA破術的弄潮兒， 引領了 WLA破術的發展方向。但是以上數值都是物理層的理論數據， 在實際應用中， IP 數據的傳輸帶寬遠遠低于最高速率。究其原因，與 802.11 協議開銷、報文結構、網絡流量模型、環境干擾等均存在很大關系。本文重點討論 802.11g 在實際無線網絡的最高吞吐量

2、及其影響因素。一、理論上的吞吐量無線局域網的性能實際是指一個共享空間媒質所能夠支持的最大傳輸能力。在這個空間媒質中（即同一信道）的所有設備都將共享空間媒質，也就是共同搶占空間媒質資源。 由于媒質共享， WLANR 用分時傳輸機制， 這在一定程度上消耗了空口資源，降低了空口的傳輸能力。為了說明和解釋 WLA 啊絡的實際應用性能情況，下面給出了理論下 802.11g 的性能：根據 802.11g 協議和 IP 報文的不同長度，可以通過計算，得出理論上單信道最大的吞吐量，如下表：802.11g帶寬利用率物理層最大速率：54MIP報文長度為1500字節報文傳輸速率30.5M56.5%IP 報文長度為

3、512 字節報文傳輸速率16.4M30.3%IP 報文長度為 160 字節報文傳輸速率6.48M12%IP 報文長度為 40 字節報文傳輸速率1.8M3.33%以上的結果是有條件的:1、無線環境是干凈的：整個環境中只有一臺 AP 和一個客戶端在工作，沒有其它AP 或其它工作站，且無線傳輸是可靠的，沒有任何丟包和重傳。2、整個信道只用于數據幀傳輸，不考慮其它管理幀以及控制幀。3、客戶端以 54MbpsJ1 高物理速率傳輸。4、所有報文采用明文傳輸，沒有任何加密。考慮到無線網絡的多種影響因素，一般認為在理想環境中，最高吞吐量如下表：802.11g物理層最大速率54M理論最大傳輸速率（1500Byt

4、e 報文）22M理論最大傳輸速率（512Byte 報文）14M理論最大傳輸速率 （88Byte 報文）3.2M二、常見網絡應用的報文分析通過以上理論數據表明： IP 報文的長度是影響吞吐量的重要因素， 那么對常見應用進行報文分布分析就非常有必要了。以下通過對網絡中常用工具進行抓包，分析其流量構成模型，并探討其對無線網絡的影響。下面為分析的相關約定：1）所有報文以 Ethernet 二層報文為依據進行統計，通過 ethereal 抓包工具抓取空口報文；2）把小于 160 字節的報文定義為小報文;1、普通網頁瀏覽網頁瀏覽軟件采用 Windows 的 IE,使用 TCP 傳輸協議。根據 HTTP議，

5、對于普通的網絡瀏覽都是即時觸發的，當點擊進入新的頁面的時候，無論網頁多大，都會一次傳輸完成，再關閉連接。對于普通上網來說，存在兩種情況，一種為簡單的網頁瀏覽，另外一種為視頻新聞瀏覽。這里僅對簡單網頁流量的流量進行分析，下面為不斷地進行網絡瀏覽 117 秒的數據統計。謹心，160-319班 f 箱1000-1279M渤0137296706s9MisaSO662SttfflDU2S4X&外1*7nilooeoseos02458414332c下行0JJWTS3.Q5534460990J528雌以上數據表明： 普通網頁瀏覽的主要流量為下行流量， 上行流量集中了大量小報文，小報文比例約為52%2

6、、PPstream 觀看視頻該軟件使用 UDP 專輸協議，通常軟件安裝完成以后，就會有一個進程 ppsap.exe在運行，ppsap.exe 會向服務器的 UDPPS 口 8800 進行注冊，周期大約為 30 秒。該進程可能會創建多個 UD 嘲口號，一般 1 個到 3 個。在觀看視頻時候，客戶端會發送查詢報文，同時其他的客戶端也會向該客戶端發送查詢報文，通常報文長度為 59 字節或者 76 字節；實際的數據報文大小為 1103 字節。在沒有看視頻的時候，客戶端會定期發送查詢報文，也可以收到查詢報文但是頻率非常低，此時報文都是小報文，小于 80 字節。下面為在正常觀看視頻的過程中，進行了 64

7、秒鐘的數據統計：巖寸雀白0曲T980-159M31g331rs9BW-10001000-1751280ss171M073926410119294562OT00461Zg意比第麗3snOftCK27XDX上行1N抽0GS9O559G1SS2090tl0C下行S7150W023P30753zn0Q_晤J20以上數據表明：網絡的主要流量還是下行流量，但上行流量主要集中了大量的小報文，小報文比例大約為 70%3、優酷在線視頻優酷軟件使用 TCP 專輸協議，在觀看視頻的時候，只會建立一條 TCP接，之后所有的數據傳輸都使用該 TCP!接。這表明，在后續的過程中，只會存在進行數據傳輸和確認，在一段時間后可

8、能進行相應的 seq 和 ack 確認。其中 ACK 報文長度為 54 字節，確認報文長度為 74 字節，數據報文大小通常為 1506 字節。下面為觀看視頻 27 秒鐘的數據統計：總十重流量（ibpi_40心飛60-IS91W-319330-63910001000-1279xseo忌眼062613370Q0001500總比例JMLWcnOMmt63t上行W71口了才086700Q0001510D61處B6010000Da1500以上數據表明：網絡流量主要為下行流量，上行報文集中了大部分小報文，其比例約為 37%4、迅雷下載迅雷軟件使用 UDPJ、議傳輸，通常安裝完成以后，就會有一個進程 thu

9、nder.exe在運行。運行迅雷軟件后，它會啟動大量的 UDPS 口號，而且會建立大量的 TCP1 接。迅雷的查詢報文一般在 80 個字節左右。卜面為使用迅雷下載一個文件過程中，收集了 60 秒的數據統計:At*麥iLji)0W-79W-I55S20-639612SO總靠12S720的刑1204238m3峨班儂2164.總比例6加xm4工7M713%1TX上行6267010081740313627864944130下行62650593S73601A27匚御76TB342CEM從分析的流量看來，主要流量還是下行流量；在下行流量中也包含著一定的小報文流量（這些報文主要為迅雷的查詢報文，這個下載工具

10、通過這種機制可以共享本客戶端的資源）。小報文比例超過 60%遠遠超過普通應用中的小報文比例。三、實際無線網絡的性能在實際的無線網絡環境中，網絡軟件紛繁復雜，網絡應用層出不窮，按照常用軟件的分析方法，即通過在實際網絡中進行抓包分析，我們可以確定報文大小的分布情況，并評估 WLA 啊絡的性能。為了簡化分析的復雜度，我們做如下約定：將報文的大小分為 1518 字節、512 字節和 88 字節。其中超過 1000 字節的報文統一按照 1518 字節計算；從 256 字節到 512 字節報文統一按照 512 字節計算；而小于 256 字節的報文則統一按照 88 字節處理。在某學校的 WA120 曬 P

11、上行交換機上鏡像抓包、所抓取的報文為進出 AP 有線端口的所有報文，其統計信息如下表：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日根據我們的約定，抽象模型如下:按卜物綜合報文的Bytes885121518實際網絡中的報文分析581725通過上面的實際數據可以看出，在這個校園網的實際應用中，小報文的比例很高，超過 50%且 AP 下連接的客戶端數量越多，小報文占比越高。1、單 AP 網絡

12、性能分析根據上述實際的網絡流量分布，來評估在這樣的網絡應用條件下，一臺 AP 設備能夠提供最高吞吐量（環境無干擾條件下，WLAN絡能夠支撐的網絡性能）為22X25%+1417%+3.2X58%為 9.736Mbps。802.11g物理層最大速率：54M理論最大傳輸速率（1500 字節報文）22M理論最大傳輸速率（512 字節報文）14M理論最大傳輸速率（88 字節報文）3.2M綜合實際應用速率9.73M按照 80%F 擾計算應用速率7.78M2、多 AP 混合網絡分析在實際的無線網絡中，很難保證一個 AP 覆蓋的范圍中沒有其他任何 AP 在同一信道中，即同一個信道中至少會存在多個 AP,這就是

13、無線網絡的同頻干擾。同頻干擾帶來的問題是多種多樣的，對吞吐量的影響非常大。假設環境中有 3 臺 AP 工作在一個信道，由于信道總吞吐量為 9.73M,加上 3 個 AP的同頻干擾，因此可以初步估計所有的 AP 能夠提供的總帶寬也就是 7.78M 左右，即 3個 AP 共享這 7.78M 帶寬。這也說明：我們所說的理論最高性能通常指的是信道的傳輸能力，與 AP 的數量沒有直接關系。同信道內 AP 數量越多，則每個 AP 實際可用帶寬越低。四、影響無線網絡帶寬的其他因素1、CSMA/CAL 制802.11 和以太網使用的都是時分復用的機制， 但 802.11 協議將以太網使用的信道搶占機制做了一定

14、的調整，以適應無線環境的特點。802.11 假定發送的報文都會產生沖突，也就是發送的每個報文都需要進行隨機退避，并且將這個隨機退避提到了幀發送之前，這也就是 CSMA/CAL 制，如下圖所示。StationAFragCW-dawucc：ntcnWindow|1=RtmainrngBackout圖 1802.11STA 退避機制從圖上看出，在有數據發送時，STA 首先監聽信道，如果信道中沒有其他 STA 在傳輸數據，則首先隨機退避一個時間，如果在這個時間內沒有其他 STA 搶占到信道，STA 等待完后可以立即占用信道并傳輸數據。CSMA/C 機制決定了：STA 越多，則沖突開銷越大，信道可用帶寬

15、越低。2、隱藏節點無線信號有一定的傳輸距離限制，超過這個距離就不能檢測到該信號，這個特性對802.11 的信道搶占機制帶來了很大的挑戰。信道搶占機制的前提是檢測信道忙閑情況，如果 STA 間距離超過了無線信號所能傳輸的距離，彼此不能檢測到對方在占用信道，從而同時向 AP 發送數據，在 AP 接收無線信號時會形成物理信號沖突。這就是無線網絡的隱藏節點問題，即 STA1 和 STA2 互為隱藏節點。如下圖：CWindowFanwOeferStationBTFsnncOftfStationCFrnrreCWDeferStationEi-4圖 2802.11 中的隱藏節點802.11 協議定義了 RT

16、S/CTSL 制來解決這個問題，RTS/CTSL 制如下圖:圖 2802.11 中的 RTS/CTS 機制在 RTS/CTSM 制下，STA 搶占到信道后，首先向接收方發送 RTS 報文，接收方會回應 CTSCTSffi 文會發到 AP 下的所有 STARTS/CTS文中都包含信道被占用的時間，協議規定接收到 RT*DCTS 的其他 STA 必須在 RTS/CTS文中要求的時間內認為信道忙，不能發送數據。RTS/CTSM 制雖然解決了隱藏節點問題， 但是信道可用帶寬卻因此而進一步降低。一般認為，RTS/CTSB 制將消耗 10 流右的帶寬。以上文中某學校模型為例，啟用RTS/CTS的可用帶寬將變為 7M3、11b 用戶對于 11G 網絡性能的影響由于 11g 和 11b 使用的相同的頻段，而且 11g 網絡的一個最大的優點，就是可以兼容 11b 客戶端。但是如果一個網絡中既存在 11b 用戶，又存在 11g 用戶,特別實在經常下載網絡數據的網絡應用中，整體網絡的性能將會受到非常大的影響。理想環境中，如果一個 11b 用戶進行 BT 下載，并協商速率為 11Mbps 此時最高可用帶寬為 2.4M。如果對此 11b 用戶限速 1M,此時相當于該用戶占用了 1/2.4=41%的帶寬，只給其他用戶留下了 59%勺帶寬。若此時其他用戶均為