所属方向:L7 Upper MAC 与安全。这些机制决定:用多快的速率发(速率控制),先发谁(QoS),以及什么时候可以睡觉(节能)。

速率控制 Rate Adaptation

  • 原理:在 MCS × 空间流数 × 带宽 × GI 的组合中,为每个对端动态挑选当前吞吐最高的一组。依据包括历史成功率、ACK/BA 反馈、SNR 和 CSI。
  • 重要性:它直接决定用户体验。芯片厂商的算法是核心知识产权,开源实现以 Linux 的 Minstrel‑HT 为代表。

Minstrel‑HT

  • 原理:Linux mac80211 的默认速率控制算法。在当前最佳速率之外,定期用少量包“采样”其他速率,用指数加权移动平均(EWMA)估计每个速率的成功率和期望吞吐,选出吞吐最高、次高和成功率最高的速率组成重传链。
  • 局限:在速率组合暴增的 Wi‑Fi 6/7 中,采样开销变大、收敛变慢,这是学习型速率控制(Bandit、强化学习)的研究动机。

WMM 与 QoS 映射(DSCP → UP → AC)

  • 原理:IP 头的 DSCP(6 比特)映射到 802.11 的用户优先级 UP(0–7),再映射到 4 个接入类别 AC(见 信道接入)。IETF RFC 8325 给出推荐映射,例如 EF(语音)→ UP 6 → AC_VO。
  • 现实:大量应用不打 DSCP 标记,或被中间网络清零,所以 AP 往往还要靠应用识别来补救。

SCS 流分类服务与 QoS 特征

  • 原理(Wi‑Fi 7 强化):终端可以向 AP 描述某条业务流的 QoS 特征(最大时延、最小速率、突发大小、服务间隔等),AP 据此给这条流预留调度资源。这让“应用意图”能显式传达给网络。

AQL 空口时间队列限制与 FQ‑CoDel

  • 问题:Wi‑Fi 驱动和固件中的深队列会造成“缓冲膨胀”(bufferbloat),导致交互式流量在大下载时延迟上百毫秒。
  • 原理:Linux 在 mac80211 中引入按流公平队列(FQ‑CoDel,用 CoDel 控制排队时延)和 AQL(按空口时间,而不是字节数,来限制下放给固件的队列深度),把 Wi‑Fi 排队时延从数百毫秒降到数十毫秒。

省电模式 PS / U‑APSD

  • Legacy PS:终端告诉 AP 自己要睡觉,AP 缓存下行数据,并在 Beacon 的 TIM 位图中标记“有你的数据”;终端醒来看到标记后,再用 PS‑Poll 取数据。
  • U‑APSD:终端发上行帧时顺便触发 AP 下发缓存数据,适合语音等周期业务。

TWT 目标唤醒时间

  • 原理(Wi‑Fi 6):AP 与终端协商具体的唤醒时刻和周期,终端其余时间可以完全关闭射频。个体 TWT 一对一协商;广播 TWT 让一组终端在同一时段醒来,由 AP 集中调度。
  • 价值:IoT 电池寿命大幅延长;同时减少同一时刻竞争的终端数。

R‑TWT 受限目标唤醒时间

  • 原理(Wi‑Fi 7):AP 为时延敏感流量预留“受限服务期”。服务期开始前,其他支持 R‑TWT 的终端必须结束自己的 TXOP 并让出信道,保证关键流量准时发送,相当于在竞争式 Wi‑Fi 中开出一段“准专用时隙”。
  • Wi‑Fi 8:Co‑RTWT 在多个 AP 之间对齐这些服务期。