Ralink WIFI driver发送速率选择算法分析

Ralink WIFI driver发送速率选择算法分析
380939960@qq.com

1. 介绍

《802.11无线网络权威指南 第二版》中对于选速和降速的描述：

市面上所有802.11接口均支持某种降速机制，可以根据不同网络环境调整所使用的数据传输速率。速率选择主要决定一张网卡该在何时提高速率以提高链路品质。802.11标准并未规范工作站如何决定降速（或者升速），因此速率选择如何实现就留给芯片组厂商自行决定。几乎所有芯片组具有自己的一套选速机制，因此大多数802.11接口的操作方式均有所不同。速率选择是可编程的，一般由驱动程序控制。

最常被用来判断何时应该变速的算法，其实是通过一些不是那么严格的信号质量测量。信号质量可以直接就信噪比加以测量，或者间接观察有多少帧需要重传。直接测量信噪比可以针对最近一个帧的瞬间信号质量，或者就最近一段时间所接收到的一定数量的帧取平均数。有些芯片会直接测量信噪比，不过随后会将之转换为相应的“信号质量signal quality”。当信号质量变差，芯片就会以降速来应变。

至于间接测量，则是监测瞬间或者平均遗失多少帧，然后予以适当补偿。采用间接测量的算法简单来说就是：如果帧已经遗失且帧重试计数器已经用尽，那就降速到下一档，然后重试一遍。反复进行以上步骤直到帧送出，或者一直尝试到以最低速率都无法成功传送为止。采用间接信号质量测量的芯片组或许会稍微修改上述算法，以避免耗费过多时间在物理层所支持的所有速度间逐次降速。尤其是近来的芯片组均支持不少的速率，在较低速率上反复重试将会相当费时。

1.1 发送速率的选择

代码中的数据结构如下所示：

/* MIMO Tx parameter, ShortGI, MCS, STBC, etc. these are fields in TXWI. Don't change this definition!!! */ typedef union _HTTRANSMIT_SETTING { #ifdef RT_BIG_ENDIAN struct { USHORT MODE:2; /* Use definition MODE_xxx. */ USHORT iTxBF:1; USHORT rsv:1; USHORT eTxBF:1; USHORT STBC:2; /* SPACE */ USHORT ShortGI:1; USHORT BW:1; /* channel bandwidth 20MHz or 40 MHz */ USHORT MCS:7; /* MCS */ } field; #else struct { USHORT MCS:7; /* MCS */ USHORT BW:1; /* channel bandwidth 20MHz or 40 MHz */ USHORT ShortGI:1; USHORT STBC:2; /* SPACE */ USHORT eTxBF:1; USHORT rsv:1; USHORT iTxBF:1; USHORT MODE:2; /* Use definition MODE_xxx. */ } field; #endif USHORT word; } HTTRANSMIT_SETTING, *PHTTRANSMIT_SETTING;

由上面的代码可知：

* Ralink是通过APHardTransmit函数来发送所有的帧的。而驱动在发送数据时的速率是直接用节点的成员变量PMacEntry->HTPhyMode;

* 在发送一个报文时，它找到对应的节点，就可以取出当前的速率。

* 至于PMacEntry->HTPhyMode，driver中是通过APMlmeDynamicTxRateSwitching函数(call this routine every second ，walk through MAC table, see if need to change AP's TX rate towardeach entry)来实现对每个节点的速率的周期性维护。

2. 算法分析

2.1 算法的流程

在算法中会使用到如下的速率表，算法中会使用该表中的TrainUp以及TrainDown来决定是降速还是升速。

如下是传输速率表的一个例子:

UCHAR RateSwitchTable[] = { /* Item No. Mode Curr-MCS TrainUp TrainDown Mode- Bit0: STBC, Bit1: Short GI, Bit4,5: Mode(0:CCK, 1:OFDM, 2:HT Mix, 3:HT GF)*/ 0x11, 0x00, 0, 0, 0, /* Initial used item after association；连接后刚开始使用这个速率表项*/ 0x00, 0x00, 0, 40, 101, 0x01, 0x00, 1, 40, 50, 0x02, 0x00, 2, 35, 45, 0x03, 0x00, 3, 20, 45, 0x04, 0x21, 0, 30, 50, 0x05, 0x21, 1, 20, 50, 0x06, 0x21, 2, 20, 50, 0x07, 0x21, 3, 15, 50, 0x08, 0x21, 4, 15, 30, 0x09, 0x21, 5, 10, 25, 0x0a, 0x21, 6, 8, 25, 0x0b, 0x21, 7, 8, 25, 0x0c, 0x20, 12, 15, 30, 0x0d, 0x20, 13, 8, 20, 0x0e, 0x20, 14, 8, 20, 0x0f, 0x20, 15, 8, 25, 0x10, 0x22, 15, 8, 25, 0x11, 0x00, 0, 0, 0, 0x12, 0x00, 0, 0, 0, 0x13, 0x00, 0, 0, 0, 0x14, 0x00, 0, 0, 0, 0x15, 0x00, 0, 0, 0, 0x16, 0x00, 0, 0, 0, 0x17, 0x00, 0, 0, 0, 0x18, 0x00, 0, 0, 0, 0x19, 0x00, 0, 0, 0, 0x1a, 0x00, 0, 0, 0, 0x1b, 0x00, 0, 0, 0, 0x1c, 0x00, 0, 0, 0, 0x1d, 0x00, 0, 0, 0, 0x1e, 0x00, 0, 0, 0, 0x1f, 0x00, 0, 0, 0, }; 表项对应的数据结构为： typedef struct _RTMP_TX_RATE_SWITCH { UCHAR ItemNo; #ifdef RT_BIG_ENDIAN UCHAR Rsv2:2; UCHAR Mode:2; UCHAR Rsv1:1; UCHAR BW:1; UCHAR ShortGI:1; UCHAR STBC:1; #else UCHAR STBC:1; UCHAR ShortGI:1; UCHAR BW:1; UCHAR Rsv1:1; UCHAR Mode:2; UCHAR Rsv2:2; #endif UCHAR CurrMCS; UCHAR TrainUp; UCHAR TrainDown; } RTMP_TX_RATE_SWITCH, *PRTMP_TX_RATE_SWITCH;

上面的接口中我们重点关注TrainUp和TrainDown。

如果发包错误率（PER: Packet Error Rate）大于等于TrainDown，并且一秒钟内发包数量大于一定数值，Driver就会选择降速；

如果发包错误率小于等于TrainUp, 并且一秒钟内发包数量大于一定数值，Driver就会选择升速；

算法流程参见下图：

2.2算法的分析

* 如果上一秒统计的总的发送报文数<=15,那么仅根据Rssi来选择发送的速率，原则是选择出满足RSSI条件的最大的发送速率；

* 如果发送报文个数>15个，根据发包错误率来决定未来的传输速度。

# 如果发包错误率（PER: Packet Error Rate）大于等于TrainDown，Driver就会选择降速；

# 如果发包错误率小于等于TrainUp，Driver就会选择升速；