序言
在所有的802.11协议中，很少有见到对MAC帧头部内容的进行优化的，最多也只是加内容，很少有见到对于具体内容做优化的。这点也是因为802.11ah工作在Sub-1G频段上，才可以这样做吧，本文主要关心802.11ah的MAC头部压缩（MAC Header Compression）。当然这种压缩并不是通常意义上编码的压缩，而是指体积的一种裁剪，压缩帧头部的大小。为了降低头部的大小，802.11ah在处理的时候基本思想就两点，
- 没用的字段删掉，把一些功能提出来用一个bit控制即可。
- 用AID来代替MAC地址，将地址大小压缩一下。
基本上述两个基本思想，我们下面具体讨论下协议中的设计。
802.11ah的MAC Header版本
802.11ah定义了一种新的帧头部类型，即PV1类型（Protocol Version 1），而对应的传统的802.11 MAC header就是PV0类型了。
如何实现MAC Header定义不同的版本号呢？我们以一个基本的802.11 MAC Header作为示例，如下图所示
其中第一个字段就是Frame control，这个字段其实功能非常强大，其负责定义802.11 MAC Header的整个格式。比如说802.11数据帧和802.11 ACK/CTS之类的帧结构上是有差异的，这个结构差异就是通过Frame control字段控制的。而且需要注意的是，802.11 MAC Header并不是按照普通的TLV解析方案，也不是固定死的结构，而是基于Frame control定义的一种动态的解析方案，这一点在写协议精读的时候，我在展开来说。在本文中，我们主要关于Frame Control控制协议版本的功能，Frame Control字段（下图是普通的802.11的Frame Control）打开为
其中第一个字段就是Protocol Version，总共占两位。这个字段是整个协议的版本定义，通过这个字段可以二次修改对于Type和Subtype的解析，然后通过type相关字段的解析，进一步确定Frame Control里面其他字段的解析，这是一种级联的格式定义。所以，在802.11ah中，就是通过该字段定义MAC Header的版本号，老的叫做PV0，新的叫做PV1。
Remark：不过需要注意的是，802.11ah里面不是绝对就使用PV1类型的帧，在一些情况下，照样也会使用PV0类型的MAC头部。
802.11ah PV1的Frame Control
关于802.11ah的PV1 Frame Control的解析实际上是可以注意下的，在802.11ah中，新增的PV1结构的Frame Control和传统的802.11在解析结构上还是有点区别的。
上图是802.11ah PV1的Frame Control字段。这里可以和前面的普通802.11的Frame control对比下，注意，这个Frame Control的具体内容和上一节中Frame Control有区别。PV1的Frame Control总长度还是15个bits，不过具体字段上的解析就有不少区别了。比如Type字段变成了3位，实际上就显示了802.11ah帧有更多的类型，那么协议显示如下
而传统的帧类型就一共4种，0管理，1控制，2数据，3扩展，但是在PV1 type中，0和3是QoS Data，1是管理，2是控制，7是扩展。
在PV1类型的Frame control中我们还可以看到关于第13~15位的用法，实际上是代替了传统的关于QoS Control部分功能的字段，比如ACK Policy。在传统的802.11协议中，该字段是放在MAC头部中的QoS Control部分的，这里降到了Frame control中，那么在MAC Header部分就能够裁剪压缩了。另外我们还需要注意From DS字段还保留着，但是To DS字段已经没了，但是在帧结构中还存在A1,A2,A3,A4这种case，那么在PV1中具体是在SID字段中解析出来的，这个在下一节中讨论。
802.11ah PV1的MAC Header
然后我们下面继续对比下802.11ah PV1的MAC Header（参考802.11ah-2016）和标准的802.11 MAC Header（参考802.11-2016）。下图中的PV1就是802.11ah新增的MAC头部了，实际上就是删了几个冗余的字段，图中的A1的A就是address的意思。
对比下图的传统头部我们看一下
裁剪的部分主要是针对三个字段：Duration/AID，QoS Control，HT Control。
- 第一个是Duration/AID字段，这个机制比较重要，现在是通过RID机制来代替的（协议中的名字是SID字段），就是Secondary Virtual Carrier Sense机制来代替了基于Duration字段的NAV（也就是Virtual Carrier Sense），这个讨论RID的时候展开来说，这里知道802.11ah的头部少了这个字段即可。
- 第二个QoS Control，前面在PV1的Frame Control也说过了，基本功能已经提取到Frame Control中了，所以QoS Control就不再需要了。
- 第三个HT Control是802.11n对应的，在802.11ah中没有什么需要用到的功能，所以可以删了。
地址压缩的部分主要是针对Address 1（Address 2也可以做类型优化，但是Address 1的功能最突出）。传统的802.11头部中，Address 1是6个Byte，对应节点的BSSID，也就是通常意义上的MAC地址。而在802.11ah中，该字段最多可以压缩到2个Byte，协议中命名为SID（Short ID） Field，其核心内容是节点BSSID对应的AID地址。那么SID具体打开如下
也就是说在802.11ah的MAC头部中，A1字段可以解析成SID field，并且进一步解析中，其前0-12位解析成AID。第13和14位还解析成功能字段，用来体现帧结构中是否有A3和A4的内容，对应到传统的802.11协议，这里A3和A4不是通过SID机制来做的，而是通过From DS和To DS两个字段对应解析的。而第15位是用来显示有没有执行MSDU的帧聚合的。
另外Sequence Control也是可以优化掉的。从而通过这个方式就可以将MAC Header进行大量的压缩，减少其体积了。
802.11ah PV1的使用条件
其实802.11ah PV1帧结构的使用一般而言是没有前置条件的，但是由于其要用到AID的功能，并且有一些预设的参数。所以在节点和AP关联的时候，就需要通过管理帧中的Element进行一些预先的协商。
在802.11ah的管理帧中，新加了一个Element为233，该Element就是用来预设Header Compression的，也就是PV1的前置条件。
该Element的内容如下
其中Header Compression Control还可以进一步打开如下
由于内容太过细节，这里就不展开了，笔者也是作为一种笔记放在这里，怕自己忘了。
802.11ah PV1的性能
前面论述了很多都是关于MAC帧头部的优化，其实说到头说到尾，其实没有优化几个字段，那么到底有没有性能提高呢？
这里我们就需要注意下802.11ah的应用场景了。我们说IoT的场景一般都是小包场景，所以我们就假设数据包大小为100 Bytes。
- 传统的802.11 MAC Header，那么对应数据是100 Bytes，MAC Header是24 Bytes（参考在802.11ah PV1的MAC Header中显示的标准MAC Header，其中A3和A4=0），在这种情况下，MAC Header所占比例为24 Bytes/124 Bytes = 19.35%。
那么在802.11ah的最短的情况下，那么我们最短的MAC Header如下图（参考IEEE 802.11-12/01122r0）
进一步我们认为A3=0，那么MAC Header的大小等于2+2+6+2=12 Bytes.
- 所以对应802.11ah PV1 MAC Header，数据为100 Bytes的时候，MAC Header为12 Bytes，那么PV1 MAC Header所占比例为12 Bytes/112 Bytes = 10.71%。
对比一下，这里大约有19.35%-10.71%=8.64%的相对增益，所以说PV1 MAC header压缩还是有一定用处的。
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来源：oschina
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