Разбираемся в технологиях роуминга (Handover, Band Steering, IEEE 802.11k, r, v) и проводим пару наглядных экспериментов, демонстрирующих их работу на практике.
Введение
Беспроводные сети группы стандартов IEEE 802.11 сегодня развиваются чрезвычайно быстро, появляются новые технологии, новые подходы и реализации.Однако по мере роста количества стандартов их становится все труднее понять.
Сегодня мы попытаемся описать несколько наиболее распространенных технологий, касающихся роуминга (процедуры повторного подключения к беспроводной сети), а также посмотрим, как на практике работает бесшовный роуминг.
Передача или «миграция клиента»
После подключения к беспроводной сети клиентское устройство (будь то смартфон с Wi-Fi, планшет, ноутбук или ПК, оснащенный беспроводной картой) будет поддерживать беспроводное соединение, если параметры сигнала останутся на приемлемом уровне.Однако при движении клиентского устройства сигнал от точки доступа, с которой изначально было установлено соединение, может ослабнуть, что рано или поздно приведет к полной невозможности передачи данных.
Потеряв связь с точкой доступа, клиентское оборудование выберет новую точку доступа (конечно, если она находится в пределах досягаемости) и подключится к ней.
Этот процесс называется передачей.
Формально хэндовер — это процедура миграции между точками доступа, инициируемая и выполняемая самим клиентом (handover — «передать, отдать, уступить»).
При этом SSID старой и новой точки даже не обязательно должны совпадать.
Более того, клиент может находиться в совершенно другой IP-подсети.
И в старой, и в новой сети у клиента будет доступ в Интернет, но все установленные соединения будут сброшены.
Но разве это проблема? Обычно переключение не вызывает затруднений, поскольку все современные браузеры, мессенджеры и почтовые клиенты без проблем справляются с потерей соединения.
Пример такого переключения — переход из кинозала в кафе внутри крупного торгового центра: вы только что обменялись с друзьями впечатлениями от нашумевшего блокбастера и теперь готовы поделиться с ними фотографией кулинарного шедевра.
- новый десерт от шеф-повара.
Увы, на деле все не так гладко.
Голосовые и видеозвонки через сети Wi-Fi становятся все более популярными — используете ли вы Skype, Viber, Telegram, WhatsApp или любое другое приложение, возможность передвигаться и при этом продолжать разговор без перерыва бесценна.
И здесь возникает проблема минимизации времени переключения.
Голосовые приложения во время работы отправляют данные каждые 10–30 мс в зависимости от используемого кодека.
Потеря одного или пары таких голосовых пакетов не вызовет раздражения у абонентов, однако, если трафик будет прерван на более длительный период времени, это не останется незамеченным.
Принято считать, что прерывания голоса длительностью до 50 мс остаются незамеченными большинством собеседников, тогда как отсутствие голосового потока в течение 150 мс явно вызывает дискомфорт. Чтобы минимизировать время, затрачиваемое на переподключение абонента к медиа-сервисам, необходимо внести изменения как в базовую проводную инфраструктуру (убедиться, что внешний и внутренний IP-адреса клиента не изменяются), так и в процедуру хендовера, описанную ниже.
Хендовер между точками доступа:
- Определить список потенциальных кандидатов (точек доступа) на переключение.
- Установите статус CAC (Call Admission Control — контроль доступности вызовов, то есть, по сути, степень загрузки устройства) новой точки доступа.
- Определите момент переключения.
- Переключитесь на новую точку доступа:
Источник: Frankandernest.com
Ленточное рулевое управление
Технология управления диапазоном позволяет инфраструктуре беспроводной сети перемещать клиента из одного диапазона частот в другой, обычно путем перевода клиента из диапазона 2,4 ГГц в диапазон 5 ГГц.Хотя управление диапазоном не имеет прямого отношения к роумингу, мы все равно решили упомянуть его здесь, поскольку оно связано с переключением клиентских устройств и поддерживается всеми нашими двухдиапазонными точками доступа.
В каком случае может потребоваться переключение клиента на другой диапазон частот? Например, такая необходимость может быть связана с переводом клиента из перегруженного диапазона 2,4 ГГц в более свободный и скоростной 5 ГГц.
Но есть и другие причины.
Стоит отметить, что на данный момент не существует стандарта, строго регламентирующего работу описываемой технологии, поэтому каждый производитель реализует ее по-своему.
Однако общая идея остается примерно той же: точки доступа не сообщают SSID в диапазоне 2,4 ГГц клиенту, выполняющему активное сканирование, если в течение некоторого времени было замечено, что этот клиент активен в диапазоне 5 ГГц.
То есть точки доступа, по сути, могут просто молчать о наличии поддержки диапазона 2,4 ГГц, если удалось установить, что клиент поддерживает частоту 5 ГГц.
Существует несколько режимов работы ленточного рулевого управления:
- Принудительное подключение.
В этом режиме клиенту принципиально не сообщается о наличии поддержки диапазона 2,4 ГГц, конечно, если у клиента есть поддержка частоты 5 ГГц.
- Предпочтительное соединение.
Клиент вынужден подключаться к диапазону 5 ГГц только в том случае, если RSSI (индикатор мощности полученного сигнала) превышает определенный порог, в противном случае клиенту разрешено подключение к диапазону 2,4 ГГц.
- Балансировка нагрузки.
Некоторые клиенты, поддерживающие оба диапазона частот, подключаются к сети 2,4 ГГц, а некоторые — к сети 5 ГГц.
Этот режим предотвратит перегрузку диапазона 5 ГГц, если все беспроводные клиенты поддерживают оба диапазона частот.
На схеме ниже мы попытались графически изобразить суть технологии ленточного управления.
Технологии и стандарты
Вернемся теперь к процессу переключения между точками доступа.В стандартной ситуации клиент будет сохранять существующую ассоциацию с точкой доступа как можно дольше (насколько это возможно).
Ровно до тех пор, пока уровень сигнала это позволяет. Как только возникнет ситуация, что клиент больше не сможет поддерживать старую ассоциацию, начнется описанная ранее процедура переключения.
Однако передача не происходит мгновенно; на выполнение обычно уходит более 100 мс, а это уже заметная сумма.
Существует несколько стандартов управления радиоресурсами рабочей группы IEEE 802.11, направленных на сокращение времени переподключения к беспроводной сети: k, r и v. В нашей линии Auranet поддержка 802.11k реализована на точке доступа CAP1200, а в линии Omada — 802.11k. и протоколы 802.11v реализованы в точках доступа EAP225 и EAP225-Outdoor.
802.11к
Этот стандарт позволяет беспроводной сети сообщать клиентским устройствам список соседних точек доступа и номера каналов, на которых они работают. Формируемый список соседних точек позволяет ускорить поиск кандидатов на переключение.Если сигнал текущей точки доступа ослабнет (например, клиент будет удален), устройство будет искать ближайшие точки доступа из этого списка.
802.11р
Версия r стандарта определяет функцию FT — Fast Transition (Fast Basic Service Set Transition), которая позволяет ускорить процедуру аутентификации клиента.FT можно использовать при переключении беспроводного клиента с одной точки доступа на другую внутри одной сети.
Могут поддерживаться оба метода аутентификации: PSK (предварительный ключ) и IEEE 802.1X. Ускорение достигается за счет хранения ключей шифрования на всех точках доступа, то есть клиенту не нужно проходить полную процедуру аутентификации с помощью удаленного сервера при нахождении в роуминге.
802.11в
Этот стандарт (управление беспроводной сетью) позволяет беспроводным клиентам обмениваться служебными данными для повышения общей производительности беспроводной сети.Одним из наиболее часто используемых вариантов является BTM (BSS Transition Management).
Обычно беспроводной клиент измеряет свое соединение с точкой доступа, чтобы принять решение о роуминге.
Это означает, что клиент не имеет информации о том, что происходит с самой точкой доступа: количество подключенных клиентов, загрузка устройств, запланированные перезагрузки и т. д. Используя BTM, точка доступа может отправить клиенту запрос на переключение на другую точку.
с лучшими условиями эксплуатации, даже с чуть худшим сигналом.
Таким образом, стандарт 802.11v не направлен непосредственно на ускорение процесса переключения клиентского беспроводного устройства, но в сочетании со 802.11k и 802.11r обеспечивает более быструю работу программ и повышает удобство работы с беспроводными сетями Wi-Fi. 
IEEE 802.11k подробно
Стандарт расширяет возможности RRM (управление радиоресурсами) и позволяет беспроводным клиентам с поддержкой 11k запрашивать список соседних точек доступа, которые являются потенциальными кандидатами на передачу обслуживания из сети.Точка доступа информирует клиентов о поддержке 802.11k с помощью специального флага в Beacon. Запрос отправляется в форме кадра управления, называемого кадром действия.
Точка доступа также отвечает кадром действия, содержащим список соседних точек и номера их беспроводных каналов.
Сам список не хранится на контроллере, а генерируется автоматически по запросу.
Также стоит отметить, что этот список зависит от местоположения клиента и содержит не все возможные точки доступа к беспроводной сети, а только соседние.
То есть два беспроводных клиента, находящиеся в разных местах, получат разные списки соседних устройств.
При таком списке клиентскому устройству не нужно сканировать (активно или пассивно) все беспроводные каналы в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, что снижает использование беспроводных каналов, то есть высвобождает дополнительную полосу пропускания.
Таким образом, 802.11k позволяет сократить время, затрачиваемое клиентом на переключение, а также улучшить процесс выбора точки доступа для подключения.
Кроме того, устранение необходимости дополнительного сканирования помогает продлить срок службы батареи беспроводного клиента.
Стоит отметить, что точки доступа, работающие в двух диапазонах, могут предоставлять клиенту информацию о точках из соседнего диапазона частот. Мы решили наглядно продемонстрировать работу IEEE 802.11k в нашем беспроводном оборудовании, для чего использовали контроллер AC50 и точки доступа CAP1200. Источником трафика стал один из популярных мессенджеров с поддержкой голосовых вызовов, работающий на смартфоне Apple iPhone 8+ с очевидной поддержкой 802.11k. Профиль голосового трафика представлен ниже.
Как видно из схемы, используемый кодек генерирует один голосовой пакет каждые 10 мс.
Заметные скачки и провалы на графике объясняются небольшим изменением задержки (дрожанием), которое всегда присутствует в беспроводных сетях на базе Wi-Fi. Мы настроили зеркалирование трафика на выключатель , к которому подключены обе точки доступа, участвующие в эксперименте.
Кадры с одной точки доступа шли на одну сетевую карту системы сбора трафика, кадры со второй — на вторую.
В полученных дампах был выбран только голосовой трафик.
Задержкой переключения можно считать интервал времени, который проходит с момента исчезновения трафика через один сетевой интерфейс до момента его появления на втором интерфейсе.
Разумеется, точность измерения не может превышать 10 мс, что обусловлено структурой самого трафика.
Так, без включения поддержки стандарта 802.11k переключение беспроводных клиентов происходило в среднем за 120 мс, а активация 802.11k уменьшала эту задержку до 100 мс.
Мы, конечно, понимаем, что хоть задержка переключения и снижена на 20%, но она все еще высока.
Дальнейшее снижение задержки станет возможным за счет совместного использования стандартов 11k, 11r и 11v, как это уже реализовано в домашней серии беспроводного оборудования.
ДЕКО .
Однако у 802.11k есть еще одна хитрость: время переключения.
Эта особенность не столь очевидна, поэтому хотелось бы упомянуть о ней отдельно, продемонстрировав ее работу в реальных условиях.
Обычно беспроводной клиент ждет до последней минуты, сохраняя существующую связь с точкой доступа.
И только когда характеристики беспроводного канала станут совсем плохими, начинается процедура переключения на новую точку доступа.
Используя 802.11k, можно помочь клиенту с переключением, то есть предложить сделать это раньше, не дожидаясь существенного ухудшения сигнала (разумеется, речь идет о мобильном клиенте).
Следующий наш эксперимент посвящен моменту переключения.
Качественный эксперимент
Давайте перейдем от стерильной лаборатории к реальному клиенту.В помещении были установлены две точки доступа по 10 дБм (10 мВт), беспроводной контроллер и необходимая вспомогательная проводная инфраструктура.
Схема помещений и мест установки точек доступа представлены ниже.
Беспроводной клиент перемещался по комнате и совершал видеозвонок.
Сначала мы отключили поддержку 802.11k в контроллере и установили места, где происходило переключение.
Как видно из картинки ниже, это произошло на значительном расстоянии от «старой» точки доступа, рядом с «новой»; в этих местах сигнал стал очень слабым, а скорости едва хватало для передачи видеоконтента.
Были заметные лаги голоса и видео при переключении.
Затем мы включили поддержку 802.11k и повторили эксперимент. Теперь переключение происходило раньше, в тех местах, где сигнал от «старой» точки доступа был еще достаточно сильным.
Задержек в записи голоса и видео не было.
Точка переключения теперь переместилась примерно на середину между точками доступа.
В данном эксперименте мы не ставили перед собой цель выяснить какие-либо численные характеристики переключения, а лишь качественно продемонстрировать суть наблюдаемых различий.
Заключение
Все описанные стандарты и технологии призваны улучшить опыт использования беспроводных сетей клиента, сделать его работу более комфортной, снизить влияние раздражающих факторов и повысить общую производительность беспроводной инфраструктуры.Мы надеемся, что нам удалось наглядно продемонстрировать преимущества, которые получат пользователи после реализации этих возможностей в беспроводных сетях.
Можно ли жить в офисе без роуминга в 2018 году? На наш взгляд, это вполне возможно.
Но, попробовав однажды перемещаться между офисами и этажами, не теряя связи, не восстанавливая голосовой или видеозвонок, не будучи вынужденным неоднократно повторять сказанное или переспрашивать, отказаться будет невозможно.
P.S. А так Создать бесшовность можно не в офисе, а дома, о чем подробнее мы поговорим в другой статье.
Теги: #Беспроводные технологии #Сетевые технологии #стандарты связи #wi-fi #роуминг #802.11r #802.11k #802.11v
-
Софисты
19 Oct, 24 -
Дата-Центр В Швейцарии: Работать Как Часы
19 Oct, 24 -
Еженедельный Подкаст №59
19 Oct, 24
