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WiFi 6 無(wú)線漫游技術(shù)

WiFi 6實(shí)現(xiàn)的無(wú)縫漫游主要基于802.11k/v/r協(xié)議。

802.11k/v/r是WiFi 6中三個(gè)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(guò)程中的丟包嚴(yán)重、漫游觸發(fā)不及時(shí)、選擇漫游的目標(biāo)AP不合適等問(wèn)題。以下是對(duì)這三個(gè)協(xié)議的詳細(xì)解析：

分別解決了 何時(shí)漫游 ，漫游到何處以及如何快速重連的問(wèn)題。

802.11k協(xié)議

802.11k協(xié)議，又稱無(wú)線局域網(wǎng)頻譜資源測(cè)量協(xié)議(Radio Resource Measurement of Wireless LANs,RRM)，解決了何時(shí)漫游的問(wèn)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(dòng)時(shí)能夠漫游到最佳AP的時(shí)機(jī)。在漫游開(kāi)始前，802.11k協(xié)議通過(guò)AP與STA之間的信息交換，提前告知STA漫游時(shí)可選擇的AP列表。這是因?yàn)锳P會(huì)定期或根據(jù)STA的請(qǐng)求收集周圍鄰居AP的信息，包括信號(hào)強(qiáng)度、吞吐量、可用頻道等，并整理成鄰居報(bào)告。當(dāng)STA檢測(cè)到當(dāng)前連接的AP信號(hào)不佳時(shí)，會(huì)向AP發(fā)起請(qǐng)求，請(qǐng)求AP提供可漫游AP的列表和相關(guān)信息。AP將鄰居報(bào)告發(fā)送給STA，STA根據(jù)報(bào)告中的信息評(píng)估周圍AP的狀態(tài)，并確定是否需要漫游。同時(shí)，STA也可以向AP發(fā)送自己的測(cè)量報(bào)告，包括當(dāng)前連接的AP的信號(hào)質(zhì)量、丟包率等參數(shù)，以便AP評(píng)估STA的連接狀態(tài)。STA根據(jù)接收到的鄰居報(bào)告和自己的測(cè)量報(bào)告，評(píng)估當(dāng)前連接的AP和其他潛在漫游目標(biāo)的AP之間的優(yōu)劣。在802.11k之前，STA通常只會(huì)連接到信號(hào)最強(qiáng)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(Wireless Network Management,WNM)，解決了漫游到何處的問(wèn)題。

該協(xié)議允許STA與AP之間交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲㄐ盘?hào)環(huán)境、拓?fù)錉顟B(tài)等，以促進(jìn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的整體優(yōu)化。AP響應(yīng)STA的報(bào)告請(qǐng)求后，會(huì)評(píng)估無(wú)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(yàn)的AP，從而實(shí)現(xiàn)[負(fù)載均衡]，提升整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能和用戶漫游體驗(yàn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，802.11v的作用是讓STA可以請(qǐng)求到漫游目標(biāo)AP，而AP給STA一個(gè)建議漫游的目標(biāo)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(wèn)題。

該協(xié)議定義了STA在不同AP間漫游時(shí)的交互細(xì)則，提供了實(shí)現(xiàn)BSS快速切換的標(biāo)準(zhǔn)。它使用了FT（快速基本服務(wù)集轉(zhuǎn)換）功能來(lái)簡(jiǎn)化認(rèn)證， 省略了802.1x認(rèn)證過(guò)程和四次握手過(guò)程 ，使STA能夠快速且安全地漫游至新AP。在此之前，無(wú)線終端每次在加密網(wǎng)絡(luò)中漫游時(shí)都需要重新關(guān)聯(lián)驗(yàn)證無(wú)線密碼，而通過(guò)該協(xié)議簡(jiǎn)化認(rèn)證流程后，大幅縮短漫游切換時(shí)間，減少用戶感知到的中斷時(shí)間，確保在漫游過(guò)程中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的低延時(shí)傳輸，提高用戶上網(wǎng)體驗(yàn)。

圖1：安全認(rèn)證的四次握手過(guò)程

WiFi 7在無(wú)線漫游方面的優(yōu)勢(shì)

盡管WiFi 7 的標(biāo)準(zhǔn)尚未完全批準(zhǔn)，但已有產(chǎn)品上市。WiFi 7 與WiFi 6 的對(duì)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(duì)于無(wú)線漫游來(lái)說(shuō)，高速率的數(shù)據(jù)傳輸能夠確保在AP切換過(guò)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(wèn)題。

更低的業(yè)務(wù)時(shí)延

Wi-Fi 7支持Multi-RU機(jī)制，允許將多個(gè)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(gè)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(shí)延。與高速率相通，低時(shí)延也是無(wú)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(qiáng)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(lái)的8條變?yōu)?6條，每個(gè)符號(hào)位傳輸數(shù)據(jù)由原來(lái)的10bit變?yōu)?2bit，相比Wi-Fi 6 提升20%。WiFi 7進(jìn)一步增強(qiáng)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(shí)連接和漫游的情況，減少?zèng)_突和延遲。

更可靠的鏈路機(jī)制

WiFi 7 引入Multi-Link多鏈路機(jī)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(shí)建立多個(gè)鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，多發(fā)選收，負(fù)載均衡以提高鏈路的可靠性，從整體上提高用戶在無(wú)線漫游中的體驗(yàn)。

更精簡(jiǎn)的無(wú)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(wú)線網(wǎng)新架構(gòu)。

基于分布式網(wǎng)關(guān)的無(wú)線網(wǎng)

在無(wú)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(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)分布于每一個(gè)接入交換機(jī)上。這樣做可以分擔(dān)數(shù)據(jù)流量，充分利用每一個(gè)接入交換機(jī)的能力，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。進(jìn)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(xiǎn)。

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?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)集中式網(wǎng)關(guān)，分布式網(wǎng)關(guān)方案中的業(yè)務(wù)報(bào)文無(wú)需到某個(gè)集中式網(wǎng)關(guān)上“兜圈子”，而是直接在本地接入交換機(jī)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(duì)比

用標(biāo)準(zhǔn)VXLAN替代CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)

鑒于上述分布式無(wú)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(dú)升級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的另一方案——無(wú)CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)。

該方案借助VXLAN實(shí)現(xiàn)了極簡(jiǎn)的無(wú)線漫游，即AP和網(wǎng)關(guān)交換機(jī)之間建立的是VXLAN 隧道。AP上運(yùn)行 VTEP 對(duì)用戶原始數(shù)據(jù)幀進(jìn)行封裝和解封裝，并且用不同的VNI實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離。

圖4：無(wú)CAPWAP的集中式轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)圖

除了無(wú)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?yàn)榉桨钢杏肰XLAN替代了CAPWAP隧道，而VXLAN是更加標(biāo)準(zhǔn)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(duì)具備一定可編程能力的“網(wǎng)關(guān)交換機(jī)”以及合適的AP即可。

方案測(cè)試

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

對(duì)于該組合，我們進(jìn)行了無(wú)線漫游的實(shí)際測(cè)試。

測(cè)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(chǎng)景存在一定網(wǎng)絡(luò)干擾）

交換機(jī)： CX-M系列（CX206P），其上運(yùn)行AsterNOS（企業(yè)級(jí)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(cè)試終端： 同時(shí)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(jī)漫游布點(diǎn)

圖6：筆記本漫游布點(diǎn)

測(cè)試結(jié)果顯示，在智能手機(jī)的漫游過(guò)程中，發(fā)生了20次AP切換數(shù)據(jù)，漫游耗時(shí)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(guò)程中，發(fā)生了5次漫游，漫游耗時(shí)穩(wěn)定在10ms左右。該測(cè)試結(jié)果足以說(shuō)明無(wú)線網(wǎng)新架構(gòu)的可靠性，更詳細(xì)的測(cè)試內(nèi)容可參考。

審核編輯 黃宇