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智能无线漫游基本概念

浏览次数:     发表时间: 2020-06-15    文章作者: 武汉巧通科技有限公司
智能无线漫游基本概念

  1.1 产生背景
  
  WLAN 漫游是指 STA 在同属于一个 ESS 内的 AP 之间移动且保持用户业务不中断。如下所示,STA 先关联在 AP1 上,然后从 AP1 的信号覆盖范围移动到 AP2 的信号覆盖范围,并在 AP2 上重新关联,期间保持 IP 地址不变且业务不中断,这种行为称为漫游。
  
  图1-1 WLAN 漫游示意图
  
  智能无线漫游基本概念
  
  这里的关键是用户业务不中断,如果 STA 先在 AP1 下线,业务中断,一段时间后再到 AP2 上重新上线,重新获取 IP,则不能称为漫游。当然,用户业务不中断是指宏观意义上的,实际上由于多种因素,如漫游前后两个 AP 间的信号交叠地带信号弱或存在空洞、终端漫游过程中需要切换信道扫描到新 AP、终端需要在新老 AP 间切换关联关系、终端关联到新 AP 后需要重新协商密钥、甚至重新认证等,漫游过程中会有少量丢包。尽量减少漫游过程中的丢包、使上层业务感知不到明显延时、卡顿,保障用户移动过程中业务体验仍能流畅自如是我们的一个重要目标。后面可以看到我们将采取一些措施尽可能将丢包降到 低。
  
  另外,只有同一个 ESS 范围内的移动才能称为漫游。如果 STA 开始关联 SSID 为”Huawei”,后来又关联另一个 SSID,则不能称之为漫游,此时 STA 需要重新关联,重新认证,重新获取 IP,不能保障业务不中断。
  
  漫游发生在各种不同的实际场景中,而不同的应用业务对漫游性能要求也不同;例如大规模用户场景下的漫游,对 Wi-Fi 网络要求严格的医疗终端场景,如何通过漫游优化解决高密场景下的性能问题。
  
  1.2 技术实现
  
  网络规模扩大后,部署了多个 AC,就需要不同 AC 间彼此预先同步或实时查询漫游 STA 的状态信息,实现了 AC 间的平滑漫游,并且需要保证漫游后 STA 的流量的正常转发,Z终实现在更广范围的无线覆盖和漫游的客户需求。这时候就需要用到华为的 AC 间漫游功能。
  
  基于敏捷分布式架构,华为推出了同频网(SFN,Same Frequency network)漫游方案:在敏捷分布式架构下,不同的 RU 使用相同的信道组网,中心 AP 可以实现不同 RU 之间协同,统一控制协调由哪个 RU 来接收和发送。相对于传统的由终端触发的主动漫游技术而言,这种方案具有漫游终端无感知,切换丢包少等显著优点,非常适合于医疗这种对移动漫游的平滑性有较高要求的场景。
  
  随着 Wi-Fi 智能终端的普及以及 Wi-Fi 应用越来越广泛,终端粘性对网络带来的影响越来越受到关注。尤其在会展,球场等这种容量受限的高密场景下,粘性终端对用户体验和网络性能都产生了很大的负面影响:
  
  ● 降低了网络容量
  
  终端选择信号更好的 AP 漫游,意味着终端能够更好的覆盖,可以以更高的速率收发数据。但粘性终端破坏了这一点,使用低速率收发数据意味着需要更长时间占据空口,一方面影响了整个 AP 下的其他终端用户(尤其是高速率用户)吞吐率,另一方面也影响了整个 AP 的系统吞吐率。
  
  ● 影响了用户体验
  
  终端移动场景下,终端不及时切换到信号更好的 AP,信号越来越差,速率越来越低,用户体验越来越糟糕。当一个终端“吊死”在某个 AP 上时,将Z终导致业务不好用,甚至不可用。同时,低速率粘性用户会占用过多的空口时间,也影响了其他用户的业务体验。
  
  ● 破坏了信道规划
  
  基本概念
  
  ● HAC:Home AC,指用户第一次关联的 AC  HAP:Home AP,指用户第一次关联的 AP
  
  ● FAC:Foreign AC,用户漫游后当前关联的 AC  FAP:Foreign AP,用户漫游后当前关联的 AP
  
  用户可能连续发生多次漫游,但是 HAC 和 HAP 始终会是第一次关联的 AC、AP,FAC、
  
  FAP 随着用户的每次漫游不断迁移。
  
  ● AC 内漫游:如果漫游过程中 HAC 和 FAC 是同一个 AC,这次漫游就是 AC 内漫游。
  
  ● AC 间漫游:如果漫游过程中 HAC 和 FAC 不是同一个 AC,这次漫游就是 AC 间漫游,即 STA 漫游前后所关联的 AP 分属不通的 AC 管理
  
  ● 家乡代理:能够和用户家乡网络的网关二层互通的一台设备。为了支持用户漫游后仍能正常访问家乡网络,需要将用户流量通过隧道转发到家乡代理,再由家乡代理中转。隧道的一端在 FAP,另一端则是家乡代理,家乡代理起一个中转站的作用。目前的实现中,由 HAC 或 HAP 兼任用户的家乡代理。
  
  ● AC 间隧道:为了支持 AC 间漫游,需要在 AC 间交换用户的一些信息,以及转发用户的流量,因此在 AC 间建立一条隧道作为管理报文和数据转发的通道。
  
  当前 AC 间隧道也是利用 CAPWAP 协议创建的,和 AP-AC 间的 CAPWAP 链路没有差别。
  
  ● 漫游组:显然,不可能网络中任意两个 AC 间都可以支持 AC 间漫游,因此通过人为划定的一个 AC 组,属于同一个组的 AC 之间才能支持 AC 间漫游,这个组就叫漫游组,如下图所示。同一个漫游组的 ACs 两两之间创建一条 AC 间隧道,形成一个 fullmesh 连接。
  
  ● 二层漫游:STA 在同一个子网内漫游。例如 STA 漫游前后所关联的 AP 都在业务
  
  VLAN100 内。
  
  ● 三层漫游:STA 在不同子网间漫游。例如 STA 漫游前关联 AP 的业务 VLAN 为 100、对应网段100.1.1.X,但是漫游后关联的AP不在VLAN100 内,其业务VLAN为200、对应网段 200.1.1.X.
  
  ● 快速漫游:影响 STA 漫游丢包的Z大因素是 STA 关联到新 AP 时重新进行 802.1x 认证,一般认证过程非常长,期间业务处于中断状态。为了避免 STA 每次漫游时都进行冗长的 802.1x 认证,可以在 AC 上保存 STA 前几次认证时获得的 PMKs,收到 STA 的关联/重关联请求时用 AC 保存的 PMKs 和 STA 携带的 PMKID 进行匹配,如果能匹配上则直接允许用户上线,省去认证过程。这种技术称为 OKC(Opportunistic Key Caching)。
  
  上述漫游方式称为快速漫游,由于省去了冗长的认证过程,大大减少了漫游过程中的业务中断时间(可以从 300ms 以上降为 100ms 以内)。
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