Airtime Fairness 空中時間公平是什麼？

Airtime Fairness（空中時間公平）是無線 AP 的一種傳輸調度機制：把頻道的「佔用時間」而非「傳輸機會」公平分配給各裝置，解決一部慢速裝置拖慢整個網絡的 802.11 效能異常問題。本頁講解效能異常的成因、空中時間調度的原理、適用場景與部署注意事項。

問題根源：802.11 效能異常

Wi-Fi 頻道是共享媒介，同一時刻只能一個裝置傳輸。傳統的公平做法是「機會平等」——各裝置輪流獲得傳送數據包的機會。問題在於各裝置的傳輸速率可以相差極遠：新標準、近距離的裝置以高速率傳送，一瞬間完成；舊標準或訊號邊緣的裝置以低速率傳送，同一個數據包要佔用頻道長得多的時間。

結果是學術界著名的 802.11 效能異常（Performance Anomaly）：只要網絡上有一部慢裝置持續傳輸，頻道大部分時間被它佔用，全部快裝置的實際吞吐量被拉低到接近慢裝置的水平——「一粒老鼠屎」效應。針對此問題的研究（如 USENIX ATC'17 論文《Ending the Anomaly》）提出在 AP 端實施空中時間公平調度，無需修改客戶端即可消除異常，相關機制其後亦進入 Linux 內核的 Wi-Fi 子系統。

空中時間公平的運作原理

核心思想是把公平的量度單位由「次數」改為「時間」，向每部裝置分配大致相等的頻道佔用時間：

  1. 統計空中時間——AP 記錄每部裝置每次傳輸實際佔用頻道的時間（包括重傳），累計各裝置的耗時帳目。
  2. 時間配額調度——調度器按帳目輪轉：耗時少的裝置優先獲得傳輸機會，耗時多的裝置被延後，令各裝置的累計空中時間趨於均等。
  3. 快者多傳——相同時間配額下，高速率裝置可傳送遠多於低速率裝置的數據量，速率優勢得以兌現。
  4. 慢者受限——慢裝置不再無限占用頻道，只得到與他人相若的時間份額，對全網的拖累被封頂。

這種按資源份額分配的思想，與通訊網絡中經典的公平分配原則（如 max-min fairness，最大最小公平）一脈相承——在不能人人滿足時，先保障份額最小者，任何人要多拿必須以份額更小者受損為代價。

機會公平與時間公平的對比

比較項目傳統機會公平空中時間公平
公平單位傳輸機會（每人輪流一包）頻道佔用時間
慢裝置影響長時間霸佔頻道，拖慢全網時間份額封頂，影響受控
快裝置表現被拉低至接近慢裝置水平可充分發揮高速率
全網總吞吐接近最慢裝置水平（效能異常）顯著提升
需否改動客戶端—不需要，AP 端實施即可

適用場景與部署注意

① 新舊裝置混雜環境

同一網絡上既有新標準手提電腦、又有舊物聯網裝置或舊手機時，速率差異最大，開啟空中時間公平的改善最明顯。

② 大覆蓋、邊緣裝置多

倉庫、商場等覆蓋範圍大的場地，總有裝置在訊號邊緣以低速率連線，時間公平可防止這些裝置拖累近距離用戶。

③ 非標準機制，實測為準

空中時間公平屬廠商調度策略而非 802.11 標準必要機制，各品牌演算法與效果有異，企業部署應以現場實測驗證。

④ 治本仍需優化佈點

時間公平只是止血：長期以低速率連線的裝置反映覆蓋不足，應配合 AP 佈點、頻段導向與最低速率設定一併優化。

權威資料依據

本文核對資料：IEEE 802.11 工作組；Wi-Fi Alliance。

常見問題

為什麼一部慢裝置會拖慢整個 Wi-Fi？
這現象稱為 802.11 效能異常（Performance Anomaly）。無線頻道同一時間只能一個裝置傳輸，傳統調度按「傳輸機會」輪流公平——每裝置輪流傳一個數據包。慢裝置（距離遠、訊號差或只支援舊標準）傳同一個數據包所需時間遠比快裝置長，於是頻道大部分時間被慢裝置佔用，快裝置只能等待，全網實際吞吐量被拉低到接近最慢裝置的水平。
Airtime Fairness 如何解決這個問題？
把公平的量度單位由「傳輸機會次數」改為「佔用頻道的時間」：調度器統計各裝置實際耗用的空中時間，向每部裝置分配大致相等的時間配額。快裝置在相同時間內可以傳送更多數據，慢裝置只得到與其他裝置相若的時間而非無限占用，頻道整體利用率與總吞吐量顯著回升，快裝置不再被慢裝置拖累。
開啟 Airtime Fairness 之後，慢裝置會否完全不能上網？
不會。空中時間公平只是不讓慢裝置超額佔用頻道，慢裝置仍獲得與其他裝置大致相等的時間份額，只是在該時間內傳輸量按其速率折算較少。對慢裝置而言體驗與原本相差不遠，但快裝置與全網總吞吐量會明顯改善；學術研究與廠商測試普遍顯示此機制對整體效率有利。
什麼環境最需要開啟 Airtime Fairness？
新舊裝置混雜、速率差異大的環境效果最明顯：例如同一網絡上既有 Wi-Fi 6 手提電腦，又有只支援舊標準的物聯網裝置或舊手機；以及覆蓋範圍大、部分裝置在訊號邊緣以低速率連線的場地。相反，若全部裝置世代相近、訊號良好，速率差異小，開啟與否分別不大。
Airtime Fairness 是 IEEE 標準嗎？各品牌做法一樣嗎？
空中時間公平不是 802.11 標準訂明的必要機制，而是調度器的實作策略，各廠商的演算法、統計方式與設定選項不盡相同；Linux 內核的 Wi-Fi 子系統亦內置了空中時間公平調度。因此不同品牌 AP 開啟此功能後的行為與效果會有差異，企業部署應以實測為準，並留意個別舊裝置的相容性。

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