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WiFi 6 無線漫游技術(shù)

WiFi 6實現(xiàn)的無縫漫游主要基于802.11k/v/r協(xié)議。

802.11k/v/r是WiFi 6中三個與WLAN相關(guān)的協(xié)議，又稱為“快速漫游三協(xié)議”，用于解決傳統(tǒng)漫游過程中的丟包嚴重、漫游觸發(fā)不及時、選擇漫游的目標AP不合適等問題。以下是對這三個協(xié)議的詳細解析：

分別解決了 何時漫游 ，漫游到何處以及如何快速重連的問題。

802.11k協(xié)議

802.11k協(xié)議，又稱無線局域網(wǎng)頻譜資源測量協(xié)議(Radio Resource Measurement of Wireless LANs,RRM)，解決了何時漫游的問題。

該協(xié)議定義了AP和STA如何協(xié)同工作，以確定STA在移動時能夠漫游到最佳AP的時機。在漫游開始前，802.11k協(xié)議通過AP與STA之間的信息交換，提前告知STA漫游時可選擇的AP列表。這是因為AP會定期或根據(jù)STA的請求收集周圍鄰居AP的信息，包括信號強度、吞吐量、可用頻道等，并整理成鄰居報告。當STA檢測到當前連接的AP信號不佳時，會向AP發(fā)起請求，請求AP提供可漫游AP的列表和相關(guān)信息。AP將鄰居報告發(fā)送給STA，STA根據(jù)報告中的信息評估周圍AP的狀態(tài)，并確定是否需要漫游。同時，STA也可以向AP發(fā)送自己的測量報告，包括當前連接的AP的信號質(zhì)量、丟包率等參數(shù)，以便AP評估STA的連接狀態(tài)。STA根據(jù)接收到的鄰居報告和自己的測量報告，評估當前連接的AP和其他潛在漫游目標的AP之間的優(yōu)劣。在802.11k之前，STA通常只會連接到信號最強的AP，而802.11k協(xié)議則提供了更多的信息，幫助STA做出更合理的漫游選擇。

802.11v協(xié)議

802.11v協(xié)議，又稱無線網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(Wireless Network Management,WNM)，解決了漫游到何處的問題。

該協(xié)議允許STA與AP之間交換網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，包括信號環(huán)境、拓撲狀態(tài)等，以促進無線網(wǎng)絡(luò)的整體優(yōu)化。AP響應(yīng)STA的報告請求后，會評估無線終端的連接質(zhì)量，引導(dǎo)終端漫游到能提供更優(yōu)網(wǎng)絡(luò)體驗的AP，從而實現(xiàn)[負載均衡]，提升整個無線網(wǎng)絡(luò)的性能和用戶漫游體驗。簡單來說，802.11v的作用是讓STA可以請求到漫游目標AP，而AP給STA一個建議漫游的目標AP。

802.11r協(xié)議

802.11r協(xié)議，又稱快速漫游協(xié)議（Fast Roaming），解決了如何快速重連的問題。

該協(xié)議定義了STA在不同AP間漫游時的交互細則，提供了實現(xiàn)BSS快速切換的標準。它使用了FT（快速基本服務(wù)集轉(zhuǎn)換）功能來簡化認證， 省略了802.1x認證過程和四次握手過程 ，使STA能夠快速且安全地漫游至新AP。在此之前，無線終端每次在加密網(wǎng)絡(luò)中漫游時都需要重新關(guān)聯(lián)驗證無線密碼，而通過該協(xié)議簡化認證流程后，大幅縮短漫游切換時間，減少用戶感知到的中斷時間，確保在漫游過程中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的低延時傳輸，提高用戶上網(wǎng)體驗。

圖1：安全認證的四次握手過程

WiFi 7在無線漫游方面的優(yōu)勢

盡管WiFi 7 的標準尚未完全批準，但已有產(chǎn)品上市。WiFi 7 與WiFi 6 的對比如下：

更高的帶寬和傳輸速率

從表格中可以看出WiFi 7的最大傳輸速率為23Gbps，支持最大320MHz帶寬，相比WiFi 6又有所提高。對于無線漫游來說，高速率的數(shù)據(jù)傳輸能夠確保在AP切換過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和流暢性，避免因延遲或速率不足導(dǎo)致的卡頓、掉線等問題。

更低的業(yè)務(wù)時延

Wi-Fi 7支持Multi-RU機制，允許將多個RU分配給單用戶。而在WiFi 6 中同一周期單用戶只能分配到單個特定RU ，存在部分 RU 資源被閑置的情況。WiFi 7相比WiFi 6 大大提升了頻譜資源調(diào)度的靈活性并降低了業(yè)務(wù)時延。與高速率相通，低時延也是無線漫游中保障數(shù)據(jù)傳輸完整和穩(wěn)定的重要因素。

增強的多用戶性能

WiFi 7引入了16x16MIMO和更高階的4096-QAM調(diào)制技術(shù)。數(shù)據(jù)流由原來的8條變?yōu)?6條，每個符號位傳輸數(shù)據(jù)由原來的10bit變?yōu)?2bit，相比Wi-Fi 6 提升20%。WiFi 7進一步增強了多用戶性能和高并發(fā)能力，能夠更好地處理大量設(shè)備同時連接和漫游的情況，減少沖突和延遲。

更可靠的鏈路機制

WiFi 7 引入Multi-Link多鏈路機制，定義了多鏈路聚合相關(guān)的技術(shù)。即AP和客戶端之間同時建立多個鏈路進行數(shù)據(jù)通信，多發(fā)選收，負載均衡以提高鏈路的可靠性，從整體上提高用戶在無線漫游中的體驗。

更精簡的無縫漫游方案

基于前文提到的快速漫游三協(xié)議以及傳統(tǒng)組網(wǎng)方案的局限性，星融元在此提出無線網(wǎng)新架構(gòu)。

基于分布式網(wǎng)關(guān)的無線網(wǎng)

在無線漫游工作原理篇我們提到集中式網(wǎng)關(guān)極易成為整網(wǎng)性能瓶頸，那不妨試試將一個子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)分布于每一個接入交換機上。這樣做可以分擔(dān)數(shù)據(jù)流量，充分利用每一個接入交換機的能力，實現(xiàn)負載均衡。進而提升整網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)速率，并避免了單一設(shè)備導(dǎo)致整網(wǎng)癱瘓的風(fēng)險。

圖2：分布式網(wǎng)關(guān)架構(gòu)

除此以外，該方案還能夠提高轉(zhuǎn)發(fā)效率。因為相比傳統(tǒng)集中式網(wǎng)關(guān)，分布式網(wǎng)關(guān)方案中的業(yè)務(wù)報文無需到某個集中式網(wǎng)關(guān)上“兜圈子”，而是直接在本地接入交換機以最短路徑完成漫游后的轉(zhuǎn)發(fā)。這種高效的轉(zhuǎn)發(fā)路徑大大提高了流量轉(zhuǎn)發(fā)效率。

圖3：方案對比

用標準VXLAN替代CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)

鑒于上述分布式無線方案依賴于云化后的有線網(wǎng)絡(luò)，我們又提出了在不改變現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)基礎(chǔ)上單獨升級無線網(wǎng)絡(luò)的另一方案——無CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)。

該方案借助VXLAN實現(xiàn)了極簡的無線漫游，即AP和網(wǎng)關(guān)交換機之間建立的是VXLAN 隧道。AP上運行 VTEP 對用戶原始數(shù)據(jù)幀進行封裝和解封裝，并且用不同的VNI實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離。

圖4：無CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)圖

除了無需改變現(xiàn)網(wǎng)外，該方案還可以打破CAPWAP協(xié)議的廠商鎖定。這是因為方案中用VXLAN替代了CAPWAP隧道，而VXLAN是更加標準化的技術(shù)。該方案也可應(yīng)用于園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，客戶只需引入一對具備一定可編程能力的“網(wǎng)關(guān)交換機”以及合適的AP即可。

方案測試

值得注意的是，不管是基于分布式網(wǎng)關(guān)的無線網(wǎng)還是用標準VXLAN替代CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)，都是基于開放的軟硬件實現(xiàn)，即：SONiC+OpenWiFi+白盒化的接入交換機和AP。

對于該組合，我們進行了無線漫游的實際測試。

測試區(qū)域： 單層辦公空間（約180平米，有墻面硬隔斷，日常辦公場景存在一定網(wǎng)絡(luò)干擾）

交換機： CX-M系列（CX206P），其上運行AsterNOS（企業(yè)級SONiC發(fā)行版）

AP配置： SSID-Asterfusion，射頻參數(shù)設(shè)置為5G，40MHz，加密方式WPA2-PSK

測試終端： 同時支持802.11k/v/r、WiFi5、WiFi6的華為 mate60 pro和聯(lián)想win10專業(yè)版 Comfast CF-952AX

圖5：智能手機漫游布點

圖6：筆記本漫游布點

測試結(jié)果顯示，在智能手機的漫游過程中，發(fā)生了20次AP切換數(shù)據(jù)，漫游耗時穩(wěn)定在10ms上下，平均8.7ms，丟包率為0；在筆記本電腦的漫游過程中，發(fā)生了5次漫游，漫游耗時穩(wěn)定在10ms左右。該測試結(jié)果足以說明無線網(wǎng)新架構(gòu)的可靠性，更詳細的測試內(nèi)容可參考。

審核編輯 黃宇