Wi-Fi弱网传输优化不成功有感

总之，就是失败了。

我曾建议不要针对Wi-Fi弱网做传输优化，因为很难有大收益。本质原因：

• Wi-Fi网络通过RTT变化识别拥塞不靠谱。
• Wi-Fi网络通过丢包识别拥塞不靠谱。

RTT变化和丢包是端到端识别拥塞的唯二手段，两个都不靠谱，怎么办？什么都别做。当什么都不做的时候便闲了，不妨探究下Wi-Fi为什么拉胯。

同为无线网络，为什么LTE比Wi-Fi稳定太多呢？先从历史说起。

Wi-Fi直接继承于ALOHAnet，而LTE则是ALOHAnet的反面。

ALOHAnet是第一个随机访问的分布式无线网络，没有集中的资源管理：

• 站点有数据帧就即时发送。
• 检测到冲突便退避后重发。

ALOHAnet假设数据帧泊松到达，设成功发送所需的时间为$T$，时间$T$内帧到达量为$G$，成功发送量为$S$。

为了让一个数据帧成功发送，需要$2T$时间没有一个数据帧到达，在$2T$时间内，$\lambda =2G$，$k=0$，带入泊松到达：

$P_{2T时间到达0}=\frac{(2G{)}^0}{0!}{e}^{-2G}$

因此：

$S=G\ast P_{2T时间到达0}=G{e}^{-2G}$

这就是ALOHAnet的通过量与到达量的关系。

如果将时间轴分割成时隙，便对数据帧的发送时间增加了约束。每个站点只能在固定某些时隙发送，冲突概率大大降低，这就是时隙ALOHAnet：

$S=G\ast P_{T时间到达0}=G{e}^{-G}$

对比一下上面两种ALOHAnet：

可见，时隙ALOHAnet可以容忍更大的到达率，可达更高吞吐。

来看下延时和到达率的关系：

时隙ALOHAnet的延时对到达率更不敏感，这多亏了时隙的约束。但无论哪种ALOHAnet，延时均随着到达率的增加而越发迅速地增加，继承了ALOHAnet的Wi-Fi CSMA/CA机制固然依旧如此，随着设备接入数的增加，冲突越来越激烈，RTT抖动便越来越大，可达5ms～100ms量级。这里便是延时抖动的根源！

可推论，如果时隙管理更加严格，延时对到达率会更不敏感，如果每个时隙只允许一个帧到达，延时将是一个固定值。

在什么情况下每个时隙只能发送一个数据帧呢？答案就是对资源进行统一管理。

如今，Wi-Fi和LTE正好在ALOHAnet的两端：

• Wi-Fi信道资源通过CSMA/CA随机访问，继承了ALOHAnet，属于自组织分布式控制。
• LTE的信道资源通过RRC统一管理，属于集中式控制。

对于LTE，RRC并非免费午餐，精细化控制开销很大，RRC算是耗电大户，但正是有了这些能量，LTE和Wi-FI才有所不同：

• LTE在空闲时保持5mW极低功率，Wi-Fi则持续保持200mW。
• LTE在传输时可达10倍于Wi-Fi的功率，达2000mW。
• LTE精确分配和管理信道资源，Wi-Fi则争抢共享信道。
• LTE第一跳延迟稳定在5ms，Wi-Fi则随设备数量及信道重叠情况剧烈变化。
• …

Wi-Fi如今已经进化到了Wi-Fi6(即802.11ax)，Wi-Fi7(即802.11be)已在路上，但所有的变化只是横向扩展，万变不离其宗的还是ALOHAnet的基底，争抢共享信道的本质没变，要看基因，而不是当前。

MU-MIMO，OFDMA等优化措施，并未让Wi-Fi脱胎换骨，有线以太网领域共享式以太网变身成交换式以太网的那种变革在Wi-Fi领域尚未发生，虽然它早晚会发生，但遗憾的是直到Wi-Fi7都没有让人看到。再花哨的优化也依然只是优化。

我推荐一篇文章，写得很好：802.11ax Is NOT A Wireless Switch

Wi-Fi的历史基因问题说到这里，下面看下频谱因素。

非授权频谱部署是Wi-Fi性能不稳定的第二个因素。

非授权频谱资源是开放的，天下共享，Wi-Fi的表现便由天不由你了。如果你的邻居和你使用了同一个频段，就会互相干扰。

相反，LTE则使用授权频谱(LAA试图在非授权频谱上部署LTE，当然，这需要更先进的技术)，与非授权频谱不同，LTE频谱资源需要申请后使用，它是独占的。

举例，Wi-Fi是露天市场，而LTE则是需要预约的精品店。

Wi-Fi为什么不行就说到这里，下面才是正式的话题，终究还是要做些什么的，以及怎么做。

做传输优化，你肯定想知道“一般的做法”，各行各业的各种活计都有一般的，通用的做法，这种做法一搜就出来，比如你搜“干煎带鱼”，但如果你照着做，结局却总不佳。

没有人做错，事实上，真正的绝活儿没人会公开，根本没有一般的，通用的做法，有的只是常识。对于传输优化，常识是：

• 激进发包。

具体说：

• 丢包不降窗或少降窗，多发数据包。
• 等待ACK或定时器超时的静默期，多发数据包。
• 将拥塞控制算法计算的cwnd放大，多发数据包。
• 冗余发送数据包，比如一个数据包发多遍。
• …

没有人做错。

传输优化字面含义就是让数据尽快到达，最直接的想法就是使劲往外怼，就像早晚高峰期匆忙的司机，对道路拥堵视而不见，涌向最拥堵的地方，每人潜意识里都在等其他人退让，但大家没人退让。

如果数据包最终发往Wi-Fi网络，任何激进发包的措施在统计意义上都是大错特错：

• 最后一跳并非名利场，得失总不相衡，拥塞控制的测量手段在Wi-Fi网络统统失效。

如果目标是将数据发到AP，似乎可以成功，但最终回复ACK的是无线终端，从AP到终端，这里并非安静中斗表的名利场，这里很像拉斯维加斯，起作用的是概率。那么到底应该怎么做，如果不激进发送，如何确保数据包更快被接收。

交换机可能会因为你激进发送为你出让更多buffer，但CSMA/CA只会因为你激进发送带来更多的冲突，激进发送在Wi-Fi网络起不到任何正面作用，你只能正常发送，然后听天由命。

但还是有一些小把戏可以尝试，这些把戏都在我的百宝箱里，我早就承诺不会写任何激进发送的代码，所以我不会多发一个满包：

• 一个满包拆成两个小包，逆序发送，间隔跟随一字节小包护送。
• 发送队列里最后两个包，逆序发送，跟随一字节小包护送。
• 发送一个满包后，跟随第一个字节小包护送。
• 多个包突发出去，在突发之间做pacing。
• 宁等待，勿冲动。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖