Wi-Fi 6(802.11ax)解析11：触发帧（Trigger Frames）和MAC接入机制

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　　序言

　　802.11ax相对比传统的802.11协议，其在MAC层上的改变是比较大的。其基本思想已经从强调分布式的场景，逐渐变成了强调中心式，高密度，优化资源分配上了。但是802.11协议是工作在ISM频段上，其无法通过换一个新的频段，来制作一个完全全新的协议。所以在802.11中，为了兼容前后不同的工作机制，需要做一些更细节的设计，保证兼容性。本文就针对802.11ax中的接入机制和其新引入的触发帧机制（Trigger Frames）做一个简单介绍。

　　本文参考自：
　　●802.11ax and Medium Contention
　　●What are OFDMA Trigger Frames？

　　802.11ax中的MAC层接入机制

　　802.11ax提升效率的秘诀之一就是OFDMA技术。OFDMA是OFDM技术的多用户版本，在诸如LTE等的其他无线技术中已经被广泛采用。在OFDMA中，信道被细分称更小的单元，称为资源单元（Resource Units，RU） 。通过细分信道，OFDMA通过分配不同的RU给多终端，从而允许多个终端执行并行传输，同时接入无线网络。即总结而言，OFDMA是一种多用户传输技术。

　　如上图所示，在802.11ax中，1个802.11ax AP将1个20 MHz信道划分为多个资源单元（RU），每一个RU被分配给不同的终端，802.11ax AP同时向这些终端进行下行传输。同时，802.11ax AP还可以同步调度802.11终端，让其执行并行的上行传输。在802.11ax中，竞争的规则还是存在的（即CSMA/CA）的规则，任何节点（包括AP）在发送之前都需要竞争。在此技术上，AP通过利用竞争（比如利用更高优先级的竞争参数）获得信道后，通过TXOP（transmission opportunity ）技术占据信道一段时间，从而达到控制信道接入的目的，因此802.11ax中AP具有一定的控制能力。一旦AP竞争并获得了TXOP是时间，AP可以控制高达9个802.11ax的终端进行上行传输或者下行传输（指的是在20MHz信道带宽下，最多可以承载9个RU，每一个RU为26个子载波，具体数目可查《802.11ax draft》的Table 26-7）。针对于不同的TXOP，其RU的数量也是不一样的。对于上行接入（UL-OFDMA），AP采用触发帧机制（Trigger Frames），向802.11ax的终端进行调度和RU资源的分配。

　　在802.11ax中，还存在一个OMI机制，这个机制是为了解决802.11终端是采用竞争接入信道（即单用户接入）还是采用OFDMA调度接入信道的（即多用户接入）。在之前一篇文章中《802.11ax前瞻10：Operating Mode Indication (OMI)》，我们介绍过OMI机制。在OMI中，终端可以向AP发送信息，通知AP其支持的上下行所支持的最大空间流数目以及信道带宽。如上图所示，802.11ax终端采用OM控制字段（在数据帧或者管理帧中），来指示传输模式或者接收模式的变化。比如802.11ax终端可以在单用户接入或者多用户接入模式间切换。

　　802.11ax中的触发帧机制（Trigger Frames）?

　　802.11ax的多用户传输是基于OFDMA技术。在其进行上行传输（UL-OFDMA）或者下行传输（DL-OFDMA）传输的时候，都需要利用触发帧（Trigger Frames）来实现多用户通信间，调度信息的交换。触发帧也用户MU-MIMO间帧的交换。

　　触发帧包含了多种子类型，其在802.11ax中提供了很多重要的功能。上图列举了802.11ax中触发帧具体对应的子类型。

　　在OFDMA信道接入中，触发帧中包含了有关RU资源分配的信息。RU资源分配的信息，分别存放在帧中的PHY和MAC层头部中，比如RU分配的信息会在802.11触发帧的PHY头部中HE-SIG-B字段内找到，也会到触发帧的Payload中的user information字段找到。

　　上图为UL-OFDMA的触发帧交换过程。对于UL-OFDMA，802.11ax AP发送触发帧告知终端，发送上行链路时（即UL-OFDMA），在每一个指定的RU上，其使用多少个空间流以及其对应的调制编码方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）。这些信息分布在触发帧的Payload中的user information字段（即其中SS Allocation和UL-MCS）内。

　　AP还可以通过触发帧来调整802.11ax终端的发送功率。在触发帧内的UL Target RSSI子字段上，其按照dBm标注了AP所期待的接收功率（通过所有天线接收到的总功率）。这个功率也是根据RU来分配的，每一个RU分配的字段都有对应的UL Targer RSSI字段。UL Target RSSI字段采用0-90的数值来映射-110dBm到-20dBm，并且其数值127代表其时采用最大功率来发送的。基于触发帧的信息，802.11ax终端在其能力范围内调整功率，由于终端的能力不同，所以这个功率时一个期望功率，当终端的硬件或者地方监管限制（比如说法定的无线电的发射功率限制），那么可能终端就无法调节。