Введение
Беспроводные сети группы стандартов IEEE 802.11 сегодня развиваются чрезвычайно быстро, появляются новые технологии, новые подходы и реализации. Однако с ростом количества стандартов в них все сложнее становится разобраться. Сегодня мы попытаемся описать несколько наиболее часто встречающихся технологий, которые относят к роумингу (процедуре повторного подключения к беспроводной сети), а также посмотреть, как работает бесшовный роуминг на практике.
Handover или «миграция клиента»
Подключившись к беспроводной сети, клиентское устройство (будь то смартфон с Wi-Fi, планшет, ноутбук или ПК, оснащенный беспроводной картой) будет поддерживать беспроводное подключение в случае, если параметры сигнала остаются на приемлемом уровне. Однако при перемещении клиентского устройства сигнал от точки доступа, с которой изначально была установлена связь, может ослабевать, что рано или поздно приведет к полной невозможности осуществлять передачу данных. Потеряв связь с точкой доступа, клиентское оборудование произведет выбор новой точки доступа (конечно же, если она находится в пределах доступности) и осуществит подключение к ней. Такой процесс и называется handover. Формально handover — процедура миграции между точками доступа, инициируемая и выполняемая самим клиентом (hand over — «передавать, отдавать, уступать»). В данном случае SSID старой и новой точек даже не обязаны совпадать. Более того, клиент может попадать в совершенно иную IP-подсеть.
Как в старой, так и в новой сети у клиента будет присутствовать доступ в интернет, однако все установленные подключения будут сброшены. Но проблема ли это? Обычно переключение не вызывает затруднений, так как все современные браузеры, мессенджеры и почтовые клиенты без проблем обрабатывают потерю соединения. Примером такого переключения может служить переход из кинозала в кафе внутри одного крупного торгового центра: только что вы обменялись с друзьями впечатлениями от нашумевшего блокбастера, а теперь готовы поделиться с ними фотографией кулинарного шедевра — нового десерта от шеф-повара.
Увы, в реальности все не так гладко. Все большую популярность набирают голосовые и видеовызовы, передаваемые по беспроводным сетям Wi-Fi, — независимо от того, используете ли вы Skype, Viber,
Для минимизации времени, затрачиваемого на повторное подключение абонента к медиасервисам, необходимо вносить изменения как в опорную проводную инфраструктуру (позаботиться, чтобы у клиента не менялись внешний и внутренний IP-адреса), так и в процедуру handover, описанную ниже.
Handover между точками доступа:
- Определить список потенциальных кандидатов (точек доступа) для переключения.
- Установить CAC-статус (Call Admission Control — контроль доступности вызовов, то есть, по сути, степень загруженности устройства) новой точки доступа.
- Определить момент для переключения.
- Переключиться на новую точку доступа:
В беспроводных сетях стандартов IEEE 802.11 все решения о переключении принимаются клиентской стороной.
Источник: frankandernest.com
Band steering
Технология band steering позволяет беспроводной сетевой инфраструктуре пересаживать клиента с одного частотного диапазона на другой, обычно речь идет о принудительном переключении клиента с диапазона 2,4 ГГц в диапазон 5 ГГц. Хотя band steering и не относится непосредственно к роумингу, мы все равно решили упомянуть его здесь, так как он связан с переключением клиентского устройства и поддерживается всеми нашими двухдиапазонными точками доступа.
В каком случае может возникнуть необходимость переключить клиента в другой частотный диапазон? Например, такая необходимость может быть связана с переводом клиента из перегруженного диапазона 2,4 ГГц в более свободный и высокоскоростной 5 ГГц. Но бывают и другие причины.
Стоит отметить, что на данный момент не существует стандарта, жестко регламентирующего работу описываемой технологии, поэтому каждый производитель реализовывает ее по-своему. Однако общая идея остается примерно схожей: точки доступа не анонсируют клиенту, выполняющему активный скан, SSID в диапазоне 2,4 ГГц, если в течение некоторого времени была замечена активность данного клиента на частоте 5 ГГц. То есть точки доступа, по сути, могут просто умолчать о наличии поддержки диапазона 2,4 ГГц, в случае если удалось установить наличие поддержки клиентом частоты 5 ГГц.
Выделяют несколько режимов работы band steering:
- Принудительное подключение. В этом режиме клиенту в принципе не сообщается о наличии поддержки диапазона 2,4 ГГц, конечно же, если клиент обладает поддержкой частоты 5 ГГц.
- Предпочтительное подключение. Клиент принуждается к подключению в диапазоне 5 ГГц, только если RSSI (Received Signal Strength Indicator) выше определенного порогового значения, в противном случае клиенту позволяется подключиться к диапазону 2,4 ГГц.
- Балансировка нагрузки. Часть клиентов, поддерживающих оба частотных диапазона, подключаются к сети 2,4 ГГц, а часть — к сети 5 ГГц. Данный режим не позволит перегрузить диапазон 5 ГГц, если все беспроводные клиенты поддерживают оба частотных диапазона.
Конечно же, клиенты с поддержкой только какого-либо одного частотного диапазона смогут подключиться к нему без проблем.
На схеме ниже мы попытались графически изобразить суть технологии band steering.
Технологии и стандарты
Вернемся теперь к самому процессу переключения между точками доступа. В стандартной ситуации клиент будет максимально долго (насколько это возможно) поддерживать существующую ассоциацию с точкой доступа. Ровно до тех пор, пока уровень сигнала позволяет это делать. Как только возникнет ситуация, что клиент более не может поддерживать старую ассоциацию, запустится процедура переключения, описанная ранее. Однако handover не происходит мгновенно, для его завершения обычно требуется более 100 мс, а это уже заметная величина. Существует несколько стандартов управления радиоресурсами рабочей группы IEEE 802.11, направленных на улучшение времени повторного подключения к беспроводной сети: k, r и v. В нашей линейке Auranet поддержка 802.11k реализована на точке доступа CAP1200, а в линейке Omada на точках доступа EAP225 и EAP225-Outdoor реализованы протоколы 802.11k и 802.11v.
802.11k
Данный стандарт позволяет беспроводной сети сообщать клиентским устройствам список соседних точек доступа и номеров каналов, на которых они работают. Сформированный список соседних точек позволяет ускорить поиск кандидатов для переключения. Если сигнал текущей точки доступа ослабевает (например, клиент удаляется), устройство будет искать соседние точки доступа из этого списка.
802.11r
Версия r стандарта определяет функцию FT — Fast Transition (Fast Basic Service Set Transition — быстрая передача набора базовых служб), позволяющую ускорить процедуру аутентификации клиента. FT может использоваться при переключении беспроводного клиента с одной точки доступа на другую в рамках одной сети. Могут поддерживаться оба метода аутентификации: PSK (Preshared Key — общий ключ) и IEEE 802.1Х. Ускорение осуществляется за счет сохранения ключей шифрования на всех точках доступа, то есть клиенту не требуется при роуминге проходить полную процедуру аутентификации с привлечением удаленного сервера.
802.11v
Данный стандарт (Wireless Network Management) позволяет беспроводным клиентам обмениваться служебными данными для улучшения общей производительности беспроводной сети. Одной из наиболее используемых опций является BTM (BSS Transition Management).
Обычно беспроводной клиент измеряет параметры своего подключения к точке доступа для принятия решения о роуминге. Это означает, что клиент не имеет информации о том, что происходит с самой точкой доступа: количество подключенных клиентов, загрузка устройства, запланированные перезагрузки и т. д. С помощью BTM точка доступа может направить запрос клиенту на переключение к другой точке с лучшими условиями работы, пусть даже с несколько худшим сигналом. Таким образом, стандарт 802.11v не направлен непосредственно на ускорение процесса переключения клиентского беспроводного устройства, однако в сочетании с 802.11k и 802.11r обеспечивает более быструю работу программ и повышает удобство работы с беспроводными сетями Wi-Fi.
IEEE 802.11k в деталях
Стандарт расширяет возможности RRM (Radio Resource Management) и позволяет беспроводным клиентам с поддержкой 11k запрашивать у сети список соседних точек доступа, потенциально являющихся кандидатами для переключения. Точка доступа информирует клиентов о поддержке 802.11k с помощью специального флага в Beacon. Запрос отправляется в виде управляющего (management) фрейма, который называют action frame. Точка доступа отвечает также с помощью action frame, содержащего список соседних точек и номера их беспроводных каналов. Сам список не хранится на контроллере, а генерируется автоматически по запросу. Также стоит отметить, что данный список зависит от местоположения клиента и содержит не все возможные точки доступа беспроводной сети, а лишь соседние. То есть два беспроводных клиента, территориально находящиеся в разных местах, получат различные списки соседних устройств.
Обладая таким списком, клиентскому устройству нет необходимости выполнять скан (активный или пассивный) всех беспроводных каналов в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, что позволяет сократить использование беспроводных каналов, то есть высвободить дополнительную полосу пропускания. Таким образом, 802.11k позволяет сократить время, затрачиваемое клиентом на переключение, а также улучшить сам процесс выбора точки доступа для подключения. Кроме этого, отсутствие необходимости в дополнительных сканированиях позволяет продлить срок жизни аккумулятора беспроводного клиента. Стоит отметить, что точки доступа, работающие в двух диапазонах, могут сообщать клиенту информацию о точках из соседнего частотного диапазона.
Мы решили наглядно продемонстрировать работу IEEE 802.11k в нашем беспроводном оборудовании, для чего использовали контроллер AC50 и точки доступа CAP1200. В качестве источника трафика использовался один из популярных мессенджеров с поддержкой голосовых звонков, работающий на смартфоне Apple iPhone 8+, заведомо поддерживающий 802.11k. Профиль голосового трафика представлен ниже.
Как видно из диаграммы, использованный кодек генерирует один голосовой пакет каждые 10 мс. Заметные всплески и провалы на графике объясняются небольшой вариацией задержки (jitter), всегда присутствующей в беспроводных сетях на базе Wi-Fi. Мы настроили зеркалирование трафика на коммутаторе, к которому подключены обе точки доступа, участвующие в эксперименте. Кадры от одной точки доступа попадали в одну сетевую карту системы сбора трафика, фреймы от второй — во вторую. В полученных дампах отбирался только голосовой трафик. Задержкой переключения можно считать интервал времени, прошедший с момента пропадания трафика через один сетевой интерфейс, и до его появления на втором интерфейсе. Конечно же, точность измерения не может превышать 10 мс, что обусловлено структурой самого трафика.
Итак, без включения поддержки стандарта 802.11k переключение беспроводного клиента происходило в среднем в течение 120 мс, тогда как активация 802.11k позволяла сократить эту задержку до 100 мс. Конечно же, мы понимаем, что, хотя задержку переключения удалось сократить на 20 %, она все равно остается высокой. Дальнейшее уменьшение задержки станет возможным при совместном использовании стандартов 11k, 11r и 11v, как это уже реализовано в домашней серии беспроводного оборудования DECO.
Однако у 802.11k есть еще один козырь в рукаве: выбор момента для переключения. Данная возможность не столь очевидна, поэтому мы бы хотели упомянуть о ней отдельно, продемонстрировав ее работу в реальных условиях. Обычно беспроводной клиент ждет до последнего, сохраняя существующую ассоциацию с точкой доступа. И только когда характеристики беспроводного канала становятся совсем плохими, запускается процедура переключения на новую точку доступа. С помощью 802.11k можно помочь клиенту с переключением, то есть предложить произвести его раньше, не дожидаясь значительной деградации сигнала (конечно же, речь идет о мобильном клиенте). Именно моменту переключения посвящен наш следующий эксперимент.
Качественный эксперимент
Переместимся из стерильной лаборатории на реальный объект заказчика. В помещении были установлены две точки доступа с мощностью излучения 10 дБм (10 мВт), беспроводной контроллер и необходимая поддерживающая проводная инфраструктура. Схема помещений и места установки точек доступа представлены ниже.
Беспроводной клиент перемещался по помещению, совершая видеозвонок. Сначала мы отключили поддержку стандарта 802.11k в контроллере и установили места, в которых происходило переключение. Как видно из представленной ниже картинки, это случалось на значительном удалении от «старой» точки доступа, вблизи «новой»; в этих местах сигнал становился очень слабым, а скорости едва хватало для передачи видеоконтента. Наблюдались заметные лаги в голосе и видео при переключении.
Затем мы включили поддержку 802.11k и повторили эксперимент. Теперь переключение происходило раньше, в местах, где сигнал от «старой» точки доступа все еще оставался достаточно сильным. Лагов в голосе и видео зафиксировано не было. Место переключения теперь переместилось примерно на середину между точками доступа.
В этом эксперименте мы не ставили перед собой цели выяснить какие бы то ни было численные характеристики переключения, а лишь качественно продемонстрировать суть наблюдаемых различий.
Заключение
Все описанные стандарты и технологии призваны улучшить опыт использования клиентом беспроводных сетей, сделать его работу более комфортной, уменьшить влияние раздражающих факторов, повысить общую производительность беспроводной инфраструктуры. Надеемся, что мы смогли наглядно продемонстрировать преимущества, которые получат пользователи после внедрения данных опций в беспроводных сетях.
Можно ли в 2018 году прожить в офисе без роуминга? На наш взгляд, такое вполне возможно. Но, попробовав раз перемещаться между кабинетами и этажами без потери соединения, без необходимости повторно устанавливать голосовой или видеовызов, не будучи вынужденным многократно повторять сказанное или переспрашивать, — от этого будет уже нереально отказаться.
P.S. а вот так можно сделать бесшовность не в офисе, а дома, о чем подробнее расскажем в другой статье.
Комментарии (37)
ultrinfaern
21.08.2018 19:09OpenWrt поддерживает 802.11k и 802.11r. Здесь на Хабре есть статья по настройке.
helgihabr
21.08.2018 19:38AiMesh от Asus делает тоже самое?
Mstislav93
22.08.2018 12:38там псевдобесшовка, неплохое решение для коттеджа и для тех кто не в силах настроить Микротик, но Микротик намного лучше
Hedge
23.08.2018 10:21А микротик, чем лучше? Та же псевдобесшовка, на уровне сигнала, сбрасывает клиента, когда от него сигнал достигает определенного уровня и устройство подключается к новой точке. Использую микротик в доме, прям вау переключения не заметил. На каждой точке нужно подбирать в ручную оптимальный уровень сигнала, когда отбрасывать клиента.
Mstislav93
23.08.2018 13:14Не спорю, на микротике нужно делать настройки но это лучше чем готовые настройки от якобы «готовых решений» которые не корректируются, тут если что то не устраивает то корректируешь а не страдаешь с тем что есть.
Я считаю если делаешь для себя то надо делать я душой, но это моё мнение
Francyz
22.08.2018 08:15Статья хорошая, но нужны ссылки на железо. С год назад нужно было строить бесшовный, но ничего кроме Aruba помоему на тот момент не было нормального. Только через костыли и левые прошивки, что для корпоративного сегмента не комильфо.
trancer
22.08.2018 09:37Ubiquiti? Насколько я знаю, у них решения есть для всех сегментов.
Francyz
22.08.2018 10:29Нет, у них есть программный контроллер, но они не используют R и K, у них свой какой то mash, но он не бесшовный. Проверено лично.
DaemonGloom
22.08.2018 11:32Он не бесшовный, но переключается достаточно быстро. Обещают 90% увеличение скорости передачи BSS («We've found that Fast Roaming provides about 90% of the roaming improvement offered by BSS Transition.»). Контроллер же нужен там для настройки, обновлений и гостевого портала. Остальная работа точек может выполняться без него.
KorDen32
22.08.2018 12:36они не используют R и K
А вы видели реальных клиентов (кроме Apple), поддерживающих R и K?Francyz
22.08.2018 13:03Суть не в том, кто использует, а кто нет. Речь идет о бесшовном, а это r и k, а не о других, которые «ну почти бесшовные».
А что касается эппл, то почти все руководители использую технику эпл, не будет разводить холивар.
ToSHiC
22.08.2018 20:52802.11r начиная с Galaxy S6, 802.11k и 802.11v начиная с Galaxy S8.
support.samsungknox.com/hc/en-us/articles/115013403768-Enhanced-Roaming-Algorithm
turone
22.08.2018 14:48Ставил, работает отлично, с роумингом (в скайпе задержка почти незаметна).
Аппаратный контролер — [https://www.ubnt.com/unifi/unifi-cloud-key/](unifi cloud key). единственный недостаток (может уже исправили — не знаю — поставил 1,5 года назад и забыл) — что антенны в устройствах на 2,4Ггц мощнее 5 Ггц и при роуминге несмотря на band steering клиент перепрыгивал на 2,4. Я сделал 2 SID — 2Ghz и 5Ггц и клиенты сами предпочитали 5Ггц и роуминг и скорость были отличные. Даже интересно, что пропала одна фаза и половина точек выключилась, так пользователи (у всех ноуты) звонили спрашивали как быть, пока фазу не сделают — я напомнил что у них еще rj45 ко всем разведен. Они настолько к Wifi привыкли что начисто забыли про кабеля. Еще там прикольный автовыбор частот — в том месте через сканирование видно ещё около 100 устройств и сетей. Так что рекомендую, единственное -это обязательно последние прошивки ставить — первые очень сырые были. Управляется по интернету очень удобно.
TP-Link Автор
22.08.2018 10:07Здравствуйте! Вы можете ознакомиться со следующими решениями:
CAP1200: https://www.tp-link.com/ru/products/details/cat-5695_CAP1200.html
AC50: https://www.tp-link.com/ru/products/details/cat-5697_AC50.html
AC500: https://www.tp-link.com/ru/products/details/cat-5697_AC500.html
EAP225: https://www.tp-link.com/ru/products/details/cat-5692_EAP225.html
EAP225-Outdoor: https://www.tp-link.com/ru/products/details/cat-5693_EAP225-Outdoor.html
OC200: https://www.tp-link.com/en/products/details/cat-5699_OC200.html (пока доступно на глобальном сайте, в течение нескольких недель и у нас).
Программный EAP Controller: https://www.tp-link.com/ru/products/details/cat-5699_EAP-Controller.html
navion
22.08.2018 12:06Ruckus, Cisco, Extreme тоже не было?
Francyz
22.08.2018 12:18Циско — конские цены
Ruckus — да
Extreme — не знал такую, поищу информацию, спасибо!nuearth
23.08.2018 12:43Если вам не нужно много, то можно купить прошлое поколение Cisco, и пользоваться всеми преимуществами по цене сопоставимой с бюджетным оборудованием.
У Extreme 2 линейки, одна раньше была Enterasys, вторая Motorola, обе по-своему хороши. Экстрим дает очень хорошие цены, если его об этом просить.
Еще есть Huawei, который тоже с каждым годом все интереснее.
dimatl
22.08.2018 10:31Кто-нибудь пробовал tp-link в предприятиях? Есть какое-то недоверие к подобным маркам. Проверенные mikrotik&ubiquiti работают всегда супер стабильно, хоть и не умеют бесшовно нормально, но переключаются очень быстро, одно не большое подлагивание и переключение произошло. На новом объекте стрёмно использовать такую китайщину, как бы не вылилось в перезагрузку точек.
TP-Link Автор
22.08.2018 11:52Здравствуйте! Вы можете ознакомиться с некоторыми из наших кейсов:
https://www.tp-link.com/ru/case-studies.html
В России у нас большое количество проектов: от гостиниц и офисов до фабрик и складов.
ILya63
23.08.2018 10:23Пробовал, рекомендую. Первым делом разобрал точку доступа CAP 1200, которую мне любезно TP-Link предоставил на тест. Удивился как точка хорошо сделана. Тестировали точки и после развернули сеть на всё предприятие. Работает норально как и ожидалось. За пол года было два глюка таких, что пришлось перезагружать точки, но это скорее всего связано с нашей сетью, а не с оборудованием TP-Link.
usachev
23.08.2018 23:20Можете ли поделиться опытом для «успешного кейса» и рассказать детали внедрения?
Если не секрет, какую компанию представляете?
BurlakovSG
22.08.2018 11:20Почему упоминаются EAP225, а про EAP245 забыли? EAP245 тоже поддерживает 802.11k и 802.11v
TP-Link Автор
22.08.2018 11:53Здравствуйте! EAP245 в данный момент не поддерживает, но будет поддерживать в новой аппаратной версии, которая будет анонсирована в ближайшее время.
BurlakovSG
22.08.2018 12:04Да, и правда в FAQ написано, что в ближайшем будущем — не прочитал до конца. Жаль, что это будет только на новой аппаратной ревизии.
KorDen32
22.08.2018 12:29Упущена одна важная деталь. 11k/r/v должны поддерживаться и на клиентах. А с этим все плохо — реально уверенно можно сказать только за устройства Apple. Заявляют сертификацию под Voice Enterprise еще и в флагманах Samsung и некоторых других фирм, но на практике чаще всего всё очень плохо. С ноутами вообще ничего не понятно. Конкретно поддержку 11k/r/v никто не заявляет в характеристиках.
Поэтому на практике, если к сети подключаются не только яблоки, приходится оставлять костыли в виде отстрела клиентов по RSSI и выгребать возможные глюки от включенного 11r при подключении с не поддерживающих его девайсов.
Пока механизмы роуминга не пропишут обязательными к реализации на клиентах в очередном стандарте WiFi, всё так и будет через одно место.svart_r
23.08.2018 10:24Полностью согласен. Вся эта схема не рассматривает проблему b/g/n, особенно для сетей общего пользования, куда подключаются все с разными клиентами.
Если рассматривать клиентов, то у Apple точно сказано с каким уровнем сигнала идет переключение на новую точку, а после какого значения эфир просто пересканируется в поиске новой точки. и это работало на 5s.
Если знать какие клиенты будут использоваться можно сеть подстроить под эти клиенты и проблем вообще не будет. Например склад с терминалами сбора данных(смартфоны на анlроиде, голосовое общение тоже через них) — проблем вообще нет с обрывами.
nuearth
23.08.2018 12:53Истину глаголите.
Вся эта маркетинговая «бесшовность», которую каждый заказчик норовит включить в ТЗ, разбивается в пух и прах жизненными реалиями, поэтому механизмы отстрела по RSSI или RxSOP они весьма полезные и рабочие в корпоративных сетях.
Так что пока или детерминированные клиентские устройства, типа Wi-Fi IP телефонов, и отдельный SSID под них, или не ждать чуда.
Может когда-то и пропишут механизмы, но это будет еще не скоро, и армия существующих беспроводных устройств будет активно мешать всему чуду…
TP-Link Автор
22.08.2018 14:11Здравствуйте! Данный вопрос, действительно, имеет место быть – зачастую узким местом в Wi-Fi сети является именно k/v. Относительно "отстрела клиентов по RSSI" – то все наши устройства это поддерживают. Касаемо 802.11r – его полезно включать в случаях использования WPA-enterprise, Radius-аутентификации и т.д. – в остальных случаях разница будет незаметна.
m0xf
Почему все подобные решения требуют отдельного контроллера? Для небольших сетей было бы удобно иметь возможность настроить одну из точек доступа в качестве контроллера.
Andrusha
У Mikrotik можно размещать контроллер практически на любом устройстве, даже без вайфая, но там своя реализация.
Francyz
Могу ошибаться но циски это раньше умели делать. И EdiMax сейчас это умеют делать.
anonymous
У цисок есть две версии прошивок под точки — с контроллером и без.
В версиях без контроллера сложнее настраивать права для клиентов — надо повторять настройки на всех точках.
nuearth
Это раньше так было на Cisco, были автономные (Autonomous) точки и легковесные (Lightweight). Сейчас (на wave2), когда вычислительные мощности точек заметно подросли, появилась штука Mobility Express, урезанная версия контроллера, которая живет на самой точке и может обслуживать несколько десятков других точек.
edo1h
Наговские роутеры умеют, используются у нас на складах, вроде жалоб нет
https://forum.nag.ru/index.php?/topic/108990-wive-ng-mt-rouming/
TP-Link Автор
Здравствуйте! Мы в свое время отказались от использования кластера – режима, когда одна из точек доступа выполняет роль контроллера. У некоторых производителей встречаются методы реализации без контроллера и без точки доступа, выполняющей роль контроллера, но при этом производится сложная/долгая настройка, когда каждой точке доступа необходимо прописать ее соседей. Использование контроллера для подобных целей упрощает настройку и дальнейшее обслуживание.