Từ lúc chuẩn 802.11 được hoàn thành, một số tính năng mới của tầng vật lý được ra đời và giới thiệu. Ngoài ra 802.11e còn được bổ sung thêm với các chức năng liên quan tới chất lượng dịch vụ QoS như khái niệm TXOP và khối xác nhận, góp phần nâng cao hiệu suất của lớp MAC. Tuy nhiên những cải tiến của lớp MAC thì lại khá ít, và với tiềm năng cho hiệu suất cao hơn đáng kể ở tầng vật lý người ta đã sớm nhận ra các giao thức ở lớp MAC hiện có quy mô không tốt với tốc độ dữ liệu ở tầng vật lý.
3.1.1 Thông lượng cao mà không cần thay đổi MAC
Hình 3.1 Thông lượng và tốc độ truyền tầng vật lý giả định khi chưa có thay đổi ở lớp MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)).
Tỉ lệ nghèo nàn của thông lượng trên lớp MAC với tốc độ truyền dữ liệu vật lý được minh họa trong hình 3.1. Thông lượng lý thuyết được đưa ra cho các dữ liệu đơn
Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC
nhận khối, và tỷ lệ 10% lỗi (packet error rate: PER). Khi tốc độ truyền dữ liệu vật lý được tăng lên vượt quá 54 Mbps tốc độ dữ liệu cao điểm của 802.11a / g, thông lượng bắt đầu trững lại. Một hệ thống 40 MHz 2 × 2 với một tốc độ truyền dữ liệu vật lý là 270 Mbps chỉ đạt 92 Mbps trên lớp MAC. Tệ hơn, một hệ thống 40 MHz 4 × 4 với tốc độ truyền dữ liệu vật lý 540 Mbps cũng chỉ đạt được gần như chính xác thông lượng tương tự.
Ở hình 3.2, việc tổng hợp các thống kê và khoảng cách liên khung IFS cho thấy sự suy giảm hiệu quả với tỉ lệ nghịch với chiều tăng tốc độ truyền dữ liệu. Không chỉ với riêng trường hợp thống kê này, phần lớn của thời gian trên không khí tải trọng dữ liệu truyền đi ngắn hơn khoảng thời gian tồn tại, nếu không ban đầu cần phải được hỗ trợ nhiều luồng hơn trên môi trường truyền tốc độ cao để thêm vào phần tổng hợp.
Nhìn tổng quan tương đối về đoạn đầu của một khung thông thường 1500 byte được mô tả trong hình 3.3 cho một sự lựa chọn tốc độ truyền. Khi tải trọng nhận ngắn hơn và độ dài đoạn đầu tăng trong khoảng thời gian, ta thấy sự rút ngắn, giảm thời gian trong không khí chiếm bởi một khung. Rõ ràng những thay đổi là cần thiết để nâng cao hiệu quả nếu các ứng dụng này được cho thấy tăng đáng kể thông lượng.
Hình 3.2 Hiệu quả ở lớp MAC và tốc độ truyền tầng vật lý giả định khi chưa có thay đổi ở lớp MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)).
Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC
Hình 3.3 Tổng quan tương đối về đoạn đầu của một khung 1500 byte trên các tốc độ vật lý khác nhau.
3.1.2 Những cải tiến thông lượng của lớp MAC.
Bổ sung cho 802.11n đã phát triển một số cải tiến đơn giản để 802.11e của lớp MAC tăng đáng kể hiệu quả. Một số cải tiến này bạn có thể xem trên hình 3.4. Hai dòng đầu tiên trong hình 3.4 cho thấy dòng dữ liệu truyền liên tục (data bursting) trong một TXOP, các đặc tính này được hỗ trợ bởi 802.11e cải tiến. Ở dòng thứ nhất sử dụng khung ACK xác nhận bình thường với dòng dữ liệu truyền liên tục còn dòng thứ 2 lại sử dụng khối xác nhận ACK tức thời. Giao thức khối ACK xác nhận cho phép các khung dữ liệu được tập hợp lại với nhau và đây chính là chia khóa để làm tăng hiệu quả trong 802.11n.
Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC
Hình 3.5 Thông lượng và tốc độ truyền vật lý với các cải tiến cơ bản ở lớp MAC (giới hạn 3ms/TXOP, xác nhận khối (block ack), 10% mất gói (PER)).
Một cải tiến đơn giản dưới khối xác nhận ACK là làm giảm khoảng cách liên khung (Reduce inter-frame space:RTFS) để truyền liên tiếp trong dòng dữ liệu liên tục. Lúc trạm vẫn còn đang ở mức truyền tín hiệu trong khoảng thời gian truyền liên tục thì không cần đến SIFS dài giữa các khung tin, do vậy khoảng thời gian đó sẽ được điều chỉnh để phù hợp. Với cách truyền liên tiếp như vậy, khoảng cách liên khung IFS chỉ cần độ dài vừa đủ để bên nhận có thể nối lại tín hiệu mới nhận được.
Bước tiếp theo xa hơn những điều trên, ta có thể loại bỏ các khoảng cách liên khung IFS, để phần đầu chung và các khung dữ liệu ghép nối này sẽ được truyền một lần. Trong 802.11n đây được gọi là sự kết hợp (aggregation) và đây cũng là một cải tiến then chốt được giới thiệu trong 802.11n MAC.
Các cải tiến thông lượng ở lớp MAC
Thêm một cải tiến nữa là xem như móc nối khung BAR vào với các khung dữ liệu, tăng cường hiệu quả. Tuy nhiên cách này làm giảm đi sự liên tục vì khung BAR được truyền cuối cùng của tổ hợp các khung truyền và ở tốc độ truyền hơn là tăng cường MCS được dùng cho điều khiển các khung. Thay vì cách này, nên coi rằng một chức năng của khung BAR – nên là một khung BA – nên được chạy bằng một bit piggybacked trên mỗi khung dữ liệu được đang được nối lại. Thay đổi này làm tăng cả hiệu quả vì nó sẽ loại bỏ điểm lỗi trên khung BAR khi gửi tại điểm cuối của sự truyền gộp này và tốc độ truyền dữ liệu. Miễn là một trong các khung dữ liệu tạo thành tập hợp được thông qua, bên nhận sẽ trả lời với một khung BA.
Nhận thấy rằng sự phân mảnh có lợi chút ít ở truyền tốc độ cao, đặc biệt là khi móc nối các khung dữ liệu đang được thực hiện, nó cũng có thể để giảm kích cỡ của khung BA.Nén khung BA để nó chỉ xác nhận MSDU và không phân mảnh MSDU để tăng hiệu quả hơn nữa.
3.1.3 Thông lượng với các cải tiến hiệu quả ở lớp MAC.
Với các cải tiến hiệu quả trên ở lớp MAC, hệ thống 802.11n có thể thực hiện như trong hình 3.5. Chú ý rằng thông lượng bây giờ tỷ lệ gần như là tuyến tính với tốc độ vật lý truyền dữ liệu chủ yếu nhờ kết quả của việc móc nối khung dữ liệu, tính đến cả dữ liệu được truyền đi trong giới hạn TXOP. Ẩn khung BAR đi và sử dụng nén khung BA sẽ mang lại hiệu quả hơn.
Thông lượng 100 Mbps tối đa ở lớp MAC bây giờ có thể đạt được dễ dàng với một tốc độ truyền vật lý khoảng 130 Mbps, đạt được trên băng thông 20 MHz với hai luồng không gian hoặc trên băng thông 40 MHz với một luồng không gian.
Hiệu quả tăng lên rõ rệt ở hình 3.6. Hiệu quả lớp MAC giữa 70% và 80% khi tốc độ truyền vật lý đạt tối đa. Trong thực tế, hiệu quả được tăng cường trên 802.11e thậm chí ở tốc độ truyền trước đây như 54 Mbps hay thấp hơn.