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[无线百科] 【转载】Wi-Fi漫游分析(第1部分 - 连接控制)

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发表于 2016-1-13 10:38:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
为什么会漫游?为什么漫游是终端行为,设备端可以改善却不能单方面根除漫游丢包?
今天看到一篇非常好的文章,必须要收藏起来

必须要说明,文章中提到
       “由于无线客户端漫游行为的不可控,Wi-Fi基础设施供应商已经开发了专有的功能来影响无线客户端行为。一个成功的例子是思科兼容扩展(CCX)方案,该方案包括无线接入点通过邻居报告协助漫游,快速漫游增强,射频扫描,无线客户端报告和漫游诊断功能。”  
即802.11r协议,也是需要终端支持这个协议,目前iOs 8.x以上的版本设备支持该协议,其他厂商终端是否支持还未看到,但是这是个趋势。
-------------------------------------------------------------------转载开始---------------------------------------------------------------------
随着网络变得越来越先进和复杂, * 协议分析正在成为Wi-Fi工程师必备的一项重要技能。瞬息万变的无线局域网市场是一个快速增长和不断在创新的领域,能够理解和剖析其内部运作原理将是非常宝贵的必需技能。

建设一个成功的企业级无线局域网的 * 重要方面之一是确保足够的Wi-Fi漫游性能。然而,由于Wi-Fi网络在安全上的许多变化以及无法很容易地收集和分析漫游数据这些历史困难,Wi-Fi漫游一直是一个复杂的问题。

在本文中,我将提供Wi-Fi漫游的工作原理概述,并提供指导读者如何捕获、测量、分析自己的无线网络环境内的无线客户端无线漫游性能。此外,我还将重点介绍几个专业的工具和相关技巧,使分析过程简单化。
Wi-Fi漫游服务的定义
在802.11无线网络中,漫游是指在同一个既定的扩展服务集(Extended Service Set - ESS)中无线客户端从一个无线接入点移动到另一个无线接入点的过程,此过程中无线客户端不会失去连接(通常在定义的时间间隔范围内,例如几秒钟)。
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为了有利于区分不同的无线连接场景可能发生的情况。将漫游划定阶段将有利于更好的理解每个场景,为什么会在各个阶段出现性能差异,并建立性能基线。

*初始连接 - 无线客户端之前没有与ESS进行802.11关联(ESS中的任何无线接入点均广播相同SSID)。这种情况需要无线客户端在实现网络接入之前执行所有网络策略中定义的必要的连接和认证步骤。除非引入快速漫游或会话缓存技术,无线客户端执行初始连接所需的时间和无线漫游需要的时间相同。在安全的无线环境中完成完整的802.1X身份验证所需的时间长度高于通过开放(Open)或预共享密钥(PSK)连接的网络,因此对于802.1X身份验证实施快速漫游技术非常必要。这一时间甚至有可能依赖网络架构和应用程序(例如分支机构/远程办公网络与跨广域网的集中RADIUS服务器来完成EAP身份验证的时间还会增加,使得实时的语音应用程序不可用)。

*无线漫游 - 无线客户端已经具有一个既定的802.11关联到网络基础设施无线接入点,其连接向另一个在同一ESS的无线接入点迁移。无线客户端在这一过程中显式或隐式的终止之前的无线接入点关联并和新的无线接入点建立关联或明或暗地(802.11标准规定在同一时间只允许一个关联关系)。无线漫游的目的是要无线客户端找出一个备用的无线接入点且它可以提供比当前无线接入点更好的服务。

无线客户端漫游算法通常经过优化, * 限度地减少在无线接入点之间转换所需的时间以避免无线客户端应用程序的网络访问中断。这可以通过快速漫游或会话缓存技术精简认证步骤完成。快速漫游只发生在初始连接已经建立之后,即无线客户端已成功地完成所有必需的网络策略所需的身份验证和授权步骤。

*连接终止及重新建立 - 无线客户端已经建立了802.11关联,但性能严重下降,连接性能不可接受。无线客户端和/或无线接入点需要识别性能退化的连接(即使该连接可能不明显),然后终止并重新开始建立一个连接。一个连接可能会降低的原因很多,包括干扰、多径效应(多发于传统的802.11a/b/g无线客户端)、过多的封包错误率、超出覆盖范围、无线客户端在时间阈值内未完成漫游等。

当分析无线客户端漫游活动事件是必要的,这可以确定无线客户端是在进行无线漫游,还是终止并重新建立其网络连接。解决终止连接需要的解决方案需要修复影响网络稳定性的根本问题,而无线漫游的重点是提高性能。此外,协议分析和故障诊断是确定哪种情况发生的有效手段。

连接控制

Wi-Fi网络连接的建立和漫游是分散的和权力下放的,几乎完全由无线客户端来控制。802.11标准明确地定义了无线客户端和无线接入点之间的各种逻辑服务并由无线客户端控制无线连接的建立。

其中一些服务需要与外部网络的集成(例如基本服务集BSS以外的分布系统[DS]),外部网络不是由 802.11标准定义但通常是指一个802.3有线以太网。这些服务只在无线接入点实现,包括关联和取消关联等服务。重要的是要明白虽然无线接入点为无线客户端提供关联服务,但是却由无线客户端来调用关联过程。我们很难将无线客户端如何控制连接的建立概念化因为该关联服务仅在无线接入点实现。但是请记住802.11标准定义了无线接入点来提供的关联服务,由无线客户端调用关联服务。
您可以想象无线接入点的服务就像酒店的礼宾:“欢迎访问分布系统!您要求的关联服务已准备就绪!”

此外,无线接入点负责关联服务以通知网络无线客户端到无线接入点的映射,以便在整个网络中进行数据传递。此映射也是一个 802.11无线客户端为什么只能在同一时间关联到单个无线接入点的原因,这确保网络可以为正确的无线接入点交付数据。

网络基础设施如何影响漫游

由于无线客户端漫游行为的不可控,Wi-Fi基础设施供应商已经开发了专有的功能来影响无线客户端行为。一个成功的例子是思科兼容扩展(CCX)方案,该方案包括无线接入点通过邻居报告协助漫游,快速漫游增强,射频扫描,无线客户端报告和漫游诊断功能。随着5GHz的Wi-Fi网络的日益普及以及良好的网络质量,另一个例子是频段选择功能,包括思科的许多厂商均可提供。工作机制是拖延双频客户的2.4GHz探测响应(Probe responses)从而影响他们加入到5GHz的BSS(否则许多无线客户端天生具有2.4GHz 的“粘性”)。 * 后,IEEE已经标准化了一套无线资源增强的标准,即802.11k修订案,该标准使得无线网络基础设施发送“邻居报告”到无线客户端以帮助无线客户端进行扫描和作出漫游决定。现在,基于思科CCX的CCKM快速漫游算法,802.11工作组标准化了这一快速漫游过程,即802.11r标准。这里您可以参考一个第三方的技术白皮书来获取[url=]802.11r RSN 的快速BSS过渡和 802.11k邻居报告[/url]的更多信息(免费注册获取)。

无线客户端漫游的专有实现

由于连接是由无线客户端控制的,它通常依赖于制造商开发的内部算法以确定无线漫游应该在何时发生。无线客户端的漫游算法没有规范可以依据,这是每个制造商的专有知识产权。无线客户端漫游的结果充满变数,其漫游性能依据制造商实施的办法而变化。即使是同一客户端但是加载了不同版本的驱动程序,其漫游结果也不尽相同。

然而,从高层次的角度来看,所有的无线客户端通常执行相同的漫游步骤,这包括:
1.被动/主动在后台扫描以确定范围内的其他无线接入点。
2.客户漫游触发(具体的精确算法是设备供应商专有的算法,但通常根据信号强度阈值、无线接入点之间的RSSI差异、数据传输速率转换、重传和错误率)。
3.主动扫描以确认新的无线接入点仍然是可用的。
4.漫游到新的无线接入点。

与蜂窝网络漫游的比较

相比之下,考虑Wi-Fi漫游和蜂窝切换机制之间关于连接控制的相似之处和差异。蜂窝网络可以实现各种切换协议在源和目标蜂窝之间转换移动站点,选择网络控制切换还是移动站点控制切换取决于实施的标准(例如AMPS、CDMA和GSM等)。和Wi-Fi网络类似现代蜂窝网络通常依靠分散式的切换,但是他们定义关键的增强特性以确保连接的可靠性。在CDMA网络中的软切换(Soft-handover)允许移动站点在打破原有蜂窝连接之前就建立与目标蜂窝的连接从而减少了服务中断的可能。例如定义了GSM和LTE网络的3GPP标准就规范了切换触发的标准(3GPP标准第三部分)虽然在网络核心定义,但是在移动站点(用户设备)实施,这提高了切换的一致性和性能。 * 后,在认证授予移动站点在自己的网络被激活前,移动网络运营商(MNO)对每部手机还将进行严格和 * 的测试(GCF的就是一个例子)。

注 - Wi-Fi漫游与蜂窝切接是 * 可比性的。相比之下,移动电话的漫游是指本地用户获取其它网络提供商的服务,这不应与Wi-Fi漫游混淆。

Wi-Fi工程师应该从这一比较中了解几个重要概念。首先,软切换对于相邻无线接入点采用基于频分多信道架构的Wi-Fi网络(类似于GSM网络)是不切合实际的。 * ,标准化的切换触发在WiFi领域内是可能的,集中定义的触发机制对于现代的Wi-Fi架构(通常涉及无线控制器,但不是必须的)是可行的。这种标准化的需要在IEEE或Wi-Fi联盟的行动下变得更加明显。802.11r和802.11k的标准化以及Wi-Fi联盟即将对其进行认真就是很好的证明。

另外重要的一点是如果网络基础设施供应商具备移动网络运营商实施的认证机制在网络上激活和使用客户端前就进行相关的严格和 * 的测试以达到预期的性能水平,那么这将 * 使用非授权频谱的Wi-Fi实现高水平的漫游控制。思科的CCX计划就是 * 的例证,了解更多的思科扩展兼容CCX的详细信息,请访问:[url=]http://www.cisco.com/go/ccx[/url]


Wi-Fi漫游分析的重要性

现代无线网络需要高性能,同时支持语音、数据、实时视频、定位应用,高容量的Wi-Fi网络还将支持移动互联网设备的大量涌入,以超低延迟的性能支持垂直行业解决方案,如自动化仓库,机器人遥控和智能医疗。

Wi-Fi网络的设计和优化是一项复杂的工作,众多的功能、配置选项和环境变量可以使其难以实现高性能。漫游分析为您的网络整体性能提供了洞察力,将影响您如何作出无线网络架构、网络设计、客户选择和配置影响的决定。

进行Wi-Fi漫游分析使得网络架构师和网络工程师可以:
1.建立当前无线客户端漫游性能的基线。
2.分析当前的网络性能和应用要求之间的差距。
3.寻找机会以改善和优化性能。
4.对网络基础设施和无线客户端设备调优以优化整体性能。
5.采取更加积极的控制措施以确保网络性能匹配所需的服务水平。

本系列的下一篇文章将涵盖安全协议的复杂性所导致的无线漫游结果的变化。

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