निर्बाध वाई-फाई रोमिंग: व्यवहार में सिद्धांत

हम घूमने वाली तकनीकों (हैंडओवर, बैंड स्टीयरिंग, IEEE 802.11k, r, v) के साथ काम करते हैं और व्यवहार में अपने काम का प्रदर्शन करने वाले कुछ दृश्य प्रयोग करते हैं।

परिचय

IEEE 802.11 मानक समूह के वायरलेस नेटवर्क आज बहुत तेजी से विकसित हो रहे हैं, नई प्रौद्योगिकियां, नए दृष्टिकोण और कार्यान्वयन दिखाई देते हैं। हालांकि, मानकों की बढ़ती संख्या के साथ, उन्हें समझना मुश्किल होता जा रहा है। आज हम कुछ सबसे सामान्य तकनीकों का वर्णन करने की कोशिश करेंगे जो रोमिंग (वायरलेस नेटवर्क को फिर से जोड़ने की प्रक्रिया) से संबंधित हैं, और यह भी देखने के लिए कि व्यवहार में कितना सहज रोमिंग काम करता है।

हैंडओवर या "ग्राहक प्रवास"

वायरलेस नेटवर्क से जुड़ा होने के बाद, क्लाइंट डिवाइस (चाहे वह वाई-फाई वाला स्मार्टफोन हो, टैबलेट, लैपटॉप या वायरलेस कार्ड से लैस पीसी) वायरलेस कनेक्शन का समर्थन करेगा यदि सिग्नल पैरामीटर स्वीकार्य स्तर पर रहते हैं। हालाँकि, जब क्लाइंट डिवाइस ले जाया जाता है, तो एक्सेस पॉइंट से सिग्नल, जिसके साथ संचार मूल रूप से स्थापित किया गया था, कमजोर हो सकता है, जो कि जल्दी या बाद में डेटा संचारित करने में पूर्ण अक्षमता को जन्म देगा। एक्सेस पॉइंट के साथ संपर्क खो जाने के बाद, क्लाइंट उपकरण एक नए एक्सेस पॉइंट का चयन करेंगे (बेशक, अगर यह पहुंच के भीतर है) और इससे कनेक्ट करें। इस प्रक्रिया को हैंडओवर कहा जाता है। औपचारिक रूप से, हैंडओवर ग्राहक द्वारा स्वयं शुरू किए गए और निष्पादित किए गए एक्सेस पॉइंट्स के बीच एक माइग्रेशन प्रक्रिया है (हाथ से - "स्थानांतरण, दे, दे")। इस मामले में, पुराने और नए बिंदुओं के SSID को मेल भी नहीं करना है। इसके अलावा, क्लाइंट एक पूरी तरह से अलग आईपी सबनेट में समाप्त हो सकता है।

पुराने और नए नेटवर्क दोनों में, क्लाइंट के पास इंटरनेट तक पहुंच होगी, हालांकि, सभी स्थापित कनेक्शन रीसेट हो जाएंगे। लेकिन क्या यह एक समस्या है? आमतौर पर स्विचिंग सीधी होती है, क्योंकि सभी आधुनिक ब्राउज़र, इंस्टेंट मैसेंजर और ईमेल क्लाइंट बिना किसी समस्या के कनेक्शन लॉस को हैंडल करते हैं। इस तरह के एक स्विच का उदाहरण सिनेमा हॉल से एक बड़े शॉपिंग सेंटर के अंदर एक कैफे में संक्रमण है: आपने बस अपने दोस्तों के साथ अपने सनसनीखेज ब्लॉकबस्टर से छापों का आदान-प्रदान किया है, और अब आप उनके साथ पाक कृति की एक तस्वीर साझा करने के लिए तैयार हैं - महाराज की नई मिठाई।
काश, वास्तविकता इतनी चिकनी नहीं होती। वायरलेस वाई-फाई नेटवर्क पर प्रसारित वॉयस और वीडियो कॉल अधिक से अधिक लोकप्रियता प्राप्त कर रहे हैं - चाहे आप स्काइप, वाइबर, टेलीग्राम , व्हाट्सएप या किसी अन्य एप्लिकेशन का उपयोग करें, चारों ओर ले जाने की क्षमता और अभी भी बिना किसी रुकावट के बातचीत जारी रखना अनमोल है। और यहां समस्या स्विचिंग समय को कम करने के लिए पैदा होती है। उपयोग किए गए कोडेक के आधार पर हर 10-30 एमएस में डेटा भेजने की प्रक्रिया में वॉयस एप्लिकेशन। इस तरह के वॉयस पैकेट के एक या एक जोड़ी के खो जाने से सब्सक्राइबर को जलन नहीं होगी, हालांकि, अगर ट्रैफिक को अधिक समय तक बाधित किया जाता है, तो यह किसी का ध्यान नहीं जाएगा। आम तौर पर यह माना जाता है कि 50 इंटरसेप्टर के लिए आवाज का रुकावट ज्यादातर इंटरकनेक्टर्स द्वारा किसी का ध्यान नहीं जाता है, जबकि 150 एमएस के लिए वॉयस स्ट्रीम की अनुपस्थिति स्पष्ट रूप से असुविधा का कारण बनती है।

मीडिया सेवाओं के लिए सब्सक्राइबर को फिर से जोड़ने पर खर्च किए गए समय को कम करने के लिए, दोनों को मूल वायर्ड बुनियादी ढांचे (यह सुनिश्चित करने के लिए कि क्लाइंट बाहरी और आंतरिक आईपी पते को नहीं बदलता है), और नीचे बताई गई हैंडओवर प्रक्रिया में परिवर्तन करना आवश्यक है।

पहुंच बिंदुओं के बीच हैंडओवर:

1. स्विच करने के लिए संभावित उम्मीदवारों (पहुंच बिंदु) की एक सूची निर्धारित करें।
   
2. CAC स्थिति सेट करें (कॉल प्रवेश नियंत्रण - कॉल की उपलब्धता को नियंत्रित करें, जो कि वास्तव में, नए एक्सेस पॉइंट के उपकरण की भीड़ की डिग्री है)।
   
3. स्विच करने के लिए समय निर्धारित करें।
   
4. एक नए पहुंच बिंदु पर स्विच करें:
   

IEEE 802.11 वायरलेस नेटवर्क में, सभी स्विचिंग निर्णय क्लाइंट की ओर से किए जाते हैं।


स्रोत: frankandernest.com

बैंड स्टीयरिंग

बैंड स्टीयरिंग तकनीक एक वायरलेस नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर को क्लाइंट को एक आवृत्ति रेंज से दूसरे में स्थानांतरित करने की अनुमति देती है, आमतौर पर हम क्लाइंट को 2.4 गीगाहर्ट्ज बैंड से 5 गीगाहर्ट्ज बैंड पर स्विच करने के लिए मजबूर करने के बारे में बात कर रहे हैं। यद्यपि बैंड स्टीयरिंग सीधे रोमिंग से संबंधित नहीं है, फिर भी हमने इसका उल्लेख यहां करने का निर्णय लिया, क्योंकि यह क्लाइंट डिवाइस को स्विच करने के साथ जुड़ा हुआ है और हमारे सभी दोहरे-बैंड एक्सेस बिंदुओं द्वारा समर्थित है।

किस मामले में, क्लाइंट को एक अलग आवृत्ति रेंज में स्विच करना आवश्यक हो सकता है? उदाहरण के लिए, इस तरह की जरूरत को ओवरलोड 2.4 गीगाहर्ट्ज बैंड से फ्रीयर और उच्च गति 5 गीगाहर्ट्ज तक क्लाइंट के हस्तांतरण के साथ जोड़ा जा सकता है। लेकिन अन्य कारण भी हैं।

यह ध्यान देने योग्य है कि फिलहाल कोई मानक नहीं है जो वर्णित तकनीक के संचालन को कड़ाई से नियंत्रित करता है, इसलिए प्रत्येक निर्माता इसे अपने तरीके से लागू करता है। हालांकि, सामान्य विचार लगभग एक ही रहता है: एक्सेस पॉइंट क्लाइंट को सक्रिय स्कैन, 2.4 गीगाहर्ट्ज बैंड में एसएसआईडी की घोषणा नहीं करते हैं, अगर कुछ समय के लिए इस ग्राहक की गतिविधि 5 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर देखी गई है। यही है, पहुंच बिंदु, वास्तव में, 2.4 गीगाहर्ट्ज बैंड के लिए समर्थन की उपलब्धता के बारे में बस चुप हो सकता है, अगर 5 गीगाहर्ट्ज की आवृत्ति के लिए ग्राहक सहायता की उपस्थिति स्थापित करना संभव था।

बैंड स्टीयरिंग के कई ऑपरेटिंग मोड हैं:

1. बल संबंध। इस मोड में, क्लाइंट, सिद्धांत रूप में, 2.4 GHz बैंड समर्थन की उपलब्धता के बारे में सूचित नहीं किया जाता है, निश्चित रूप से, यदि ग्राहक के पास 5 GHz आवृत्ति के लिए समर्थन है।
   
2. पसंदीदा कनेक्शन। क्लाइंट केवल 5 गीगाहर्ट्ज बैंड में कनेक्ट करने के लिए मजबूर होता है, अगर RSSI (प्राप्त सिग्नल स्ट्रेंथ इंडिकेटर) एक निश्चित सीमा मूल्य से ऊपर है, अन्यथा क्लाइंट को 2.4 GHz बैंड से कनेक्ट करने की अनुमति है।
   
3. लोड संतुलन। दोनों फ्रीक्वेंसी रेंज को सपोर्ट करने वाले कुछ क्लाइंट 2.4 GHz नेटवर्क से कनेक्ट होते हैं, और कुछ 5 GHz नेटवर्क से कनेक्ट होते हैं। यदि सभी वायरलेस क्लाइंट दोनों फ़्रीक्वेंसी बैंड का समर्थन करते हैं तो यह मोड 5 गीगाहर्ट्ज़ बैंड को ओवरलोड करने की अनुमति नहीं देगा।
   

बेशक, केवल एक आवृत्ति रेंज का समर्थन करने वाले ग्राहक इसे बिना किसी समस्या के कनेक्ट कर सकते हैं।

नीचे दिए गए चित्र में, हमने बैंड स्टीयरिंग तकनीक के सार को रेखांकन करने की कोशिश की।

प्रौद्योगिकी और मानक

अब एक्सेस पॉइंट्स के बीच स्विच करने की प्रक्रिया पर वापस जाएँ। एक मानक स्थिति में, क्लाइंट मौजूदा एसोसिएशन को एक्सेस पॉइंट के साथ यथासंभव लंबे समय तक बनाए रखेगा। वास्तव में जब तक सिग्नल स्तर आपको ऐसा करने की अनुमति देता है। जैसे ही स्थिति यह उठती है कि ग्राहक अब पुराने एसोसिएशन का समर्थन नहीं कर सकता है, पहले वर्णित स्विचिंग प्रक्रिया शुरू हो जाएगी। हालांकि, हैंडओवर तुरंत नहीं होता है, इसे पूरा करने में आमतौर पर 100 से अधिक एमएस लगते हैं, और यह पहले से ही ध्यान देने योग्य राशि है। IEEE 802.11 कामकाजी समूह के लिए वायरलेस नेटवर्क को फिर से कनेक्ट करने के लिए समय में सुधार करने के उद्देश्य से कई रेडियो संसाधन प्रबंधन मानक हैं: k, r, और v। हमारी ऑरनेट लाइन में, सीएपी 1200 एक्सेस प्वाइंट पर 802.11k सपोर्ट लागू किया गया है, और EAP225 और EAP225-आउटडोर एक्सेस पॉइंट्स पर ओमाडा लाइन में, 802.11k और 802.11v प्रोटोकॉल को लागू किया गया है।

802.11k

यह मानक एक वायरलेस नेटवर्क को क्लाइंट डिवाइसों को पड़ोसी पहुंच बिंदुओं की सूची और चैनल नंबर बताने की अनुमति देता है, जिस पर वे काम करते हैं। पड़ोसी बिंदुओं की उत्पन्न सूची आपको स्विचिंग के लिए उम्मीदवारों की खोज में तेजी लाने की अनुमति देती है। यदि वर्तमान पहुंच बिंदु का संकेत कमजोर हो जाता है (उदाहरण के लिए, क्लाइंट हटा दिया जाता है), तो डिवाइस इस सूची से पड़ोसी पहुंच बिंदुओं की खोज करेगा।

802.11r

मानक का संस्करण आर एफटी को परिभाषित करता है - फास्ट ट्रांजिशन (फास्ट बेसिक सर्विस सेट ट्रांज़िशन) फ़ंक्शन, जो क्लाइंट प्रमाणीकरण को गति देने की अनुमति देता है। एफटी का उपयोग तब किया जा सकता है जब वायरलेस नेटवर्क को एक एक्सेस प्वाइंट से दूसरे नेटवर्क में स्विच किया जा रहा हो। दोनों प्रमाणीकरण विधियों का समर्थन किया जा सकता है: PSK (प्रेस्ड की) और IEEE 802.1X। सभी एक्सेस पॉइंट्स पर एन्क्रिप्शन कीज़ को सेव करके एक्सीलेरेशन को अंजाम दिया जाता है, यानी क्लाइंट को रिमोट सर्वर की मदद से रोमिंग के दौरान फुल ऑथेंटिकेशन प्रक्रिया से गुजरने की ज़रूरत नहीं है।

802.11v

यह मानक (वायरलेस नेटवर्क प्रबंधन) वायरलेस क्लाइंट को समग्र वायरलेस नेटवर्क प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए सेवा डेटा का आदान-प्रदान करने की अनुमति देता है। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले विकल्पों में से एक बीटीएम (बीएसएस ट्रांजिशन मैनेजमेंट) है।
आमतौर पर, एक वायरलेस क्लाइंट एक रोमिंग निर्णय लेने के लिए एक पहुंच बिंदु के लिए अपने कनेक्शन को मापता है। इसका मतलब है कि क्लाइंट को इस बात की जानकारी नहीं है कि एक्सेस प्वाइंट के साथ क्या हो रहा है: कनेक्टेड क्लाइंट की संख्या, डिवाइस बूट, शेड्यूल रिबूट, आदि। बीटीएम का उपयोग करते हुए, एक्सेस प्वाइंट क्लाइंट को बेहतर पॉइंट के साथ दूसरे बिंदु पर स्विच करने का अनुरोध भेज सकता है। , थोड़ा खराब संकेत के साथ भी। इस प्रकार, 802.11v मानक सीधे क्लाइंट वायरलेस डिवाइस को स्विच करने की प्रक्रिया को तेज करने के उद्देश्य से नहीं है, हालांकि, 802.11k और 802.11r के संयोजन में, यह तेजी से प्रोग्राम प्रदान करता है और वायरलेस वाई-फाई नेटवर्क के साथ काम करने की सुविधा को बढ़ाता है।

IEEE 802.11k विस्तार से

मानक आरआरएम (रेडियो संसाधन प्रबंधन) की क्षमताओं का विस्तार करता है और नेटवर्क से पड़ोसी पहुंच बिंदुओं की एक सूची का अनुरोध करने के लिए 11k समर्थन वाले वायरलेस ग्राहकों को अनुमति देता है जो स्विचिंग के लिए संभावित उम्मीदवार हैं। पहुंच बिंदु बीकन में एक विशेष ध्वज का उपयोग करके 802.11k समर्थन के बारे में ग्राहकों को सूचित करता है। अनुरोध को एक प्रबंधन फ्रेम के रूप में भेजा जाता है जिसे एक्शन फ्रेम कहा जाता है। पहुंच बिंदु भी एक एक्शन फ्रेम के साथ प्रतिक्रिया करता है जिसमें पड़ोसी बिंदुओं की सूची और उनके वायरलेस चैनल नंबर होते हैं। सूची स्वयं नियंत्रक पर संग्रहीत नहीं है, लेकिन अनुरोध पर स्वचालित रूप से उत्पन्न होती है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि यह सूची क्लाइंट के स्थान पर निर्भर करती है और इसमें वायरलेस नेटवर्क के सभी संभव पहुंच बिंदु नहीं होते हैं, लेकिन केवल पड़ोसी होते हैं। यही है, दो वायरलेस क्लाइंट, भौगोलिक रूप से विभिन्न स्थानों में स्थित हैं, पड़ोसी उपकरणों की अलग-अलग सूची प्राप्त करेंगे।

इस सूची के साथ, क्लाइंट डिवाइस को 2.4 और 5 गीगाहर्ट्ज बैंड में सभी वायरलेस चैनलों को स्कैन (सक्रिय या निष्क्रिय) करने की आवश्यकता नहीं है, जो कि वायरलेस चैनलों के उपयोग को कम करता है, अर्थात अतिरिक्त बैंडविड्थ को मुक्त करता है। इस प्रकार, 802.11k आपको स्विचिंग पर क्लाइंट द्वारा खर्च किए गए समय को कम करने की अनुमति देता है, साथ ही कनेक्ट करने के लिए एक्सेस प्वाइंट चुनने की प्रक्रिया में सुधार करता है। इसके अलावा, अतिरिक्त स्कैन की आवश्यकता की अनुपस्थिति आपको वायरलेस क्लाइंट की बैटरी जीवन का विस्तार करने की अनुमति देती है। यह ध्यान देने योग्य है कि दो श्रेणियों में काम करने वाले एक्सेस प्वाइंट पड़ोसी आवृत्ति रेंज से बिंदुओं के बारे में जानकारी के ग्राहक को सूचित कर सकते हैं।

हमने अपने वायरलेस उपकरणों में IEEE 802.11k के संचालन को प्रदर्शित करने का निर्णय लिया, जिसके लिए हमने AC50 कंट्रोलर और CAP1200 एक्सेस पॉइंट्स का उपयोग किया। ट्रैफ़िक स्रोत के रूप में, हमने ऐप्पल आईफोन 8+ स्मार्टफोन पर चलने वाले वॉयस कॉल सपोर्ट वाले लोकप्रिय इंस्टेंट मैसेंजर में से एक का उपयोग किया, जाहिर तौर पर 802kk का समर्थन किया। आवाज ट्रैफिक प्रोफाइल नीचे प्रस्तुत किया गया है।



जैसा कि आरेख से देखा जा सकता है, प्रयुक्त कोडेक प्रत्येक 10 एमएस में एक आवाज पैकेट उत्पन्न करता है। ग्राफ पर ध्यान देने योग्य फटने और डुबकी को देरी (घबराना) में थोड़ी भिन्नता से समझाया जाता है, हमेशा वाई-फाई-आधारित वायरलेस नेटवर्क में मौजूद होता है। हमने स्विच पर ट्रैफ़िक मिररिंग कॉन्फ़िगर किया है, जिसमें प्रयोग में भाग लेने वाले दोनों एक्सेस पॉइंट जुड़े हुए हैं। एक पहुंच बिंदु से फ़्रेम ट्रैफ़िक संग्रह प्रणाली के एक नेटवर्क कार्ड में गिर गया, दूसरे से दूसरे में फ़्रेम। प्राप्त डंप में, केवल आवाज ट्रैफ़िक का चयन किया गया था। स्विचिंग की देरी को एक नेटवर्क इंटरफ़ेस के माध्यम से ट्रैफ़िक के नुकसान के क्षण से समाप्त समय अंतराल माना जा सकता है, और जब तक यह दूसरे इंटरफ़ेस पर प्रकट नहीं होता है। बेशक, माप सटीकता 10 एमएस से अधिक नहीं हो सकती है, जो कि यातायात की संरचना के कारण है।

इसलिए, 802.11k मानक के लिए समर्थन को शामिल किए बिना, वायरलेस क्लाइंट का स्विचिंग औसतन 120 ms में हुआ, जबकि 802.11k के सक्रियण ने इस देरी को 100 ms तक कम कर दिया। बेशक, हम समझते हैं कि यद्यपि हम स्विचिंग देरी को 20% तक कम करने में कामयाब रहे, यह अभी भी उच्च बना हुआ है। देरी में एक और कमी 11k, 11r और 11v मानकों के संयुक्त उपयोग के साथ संभव होगी, जैसा कि पहले से ही डेको होम वायरलेस उपकरण श्रृंखला में लागू किया गया है।

हालाँकि, इसकी आस्तीन में 802.11k का एक और तुरुप का पत्ता है: स्विच करने के लिए क्षण चुनना। यह सुविधा इतनी स्पष्ट नहीं है, इसलिए हम वास्तविक परिस्थितियों में इसके काम का प्रदर्शन करते हुए, इसका अलग से उल्लेख करना चाहेंगे। आमतौर पर, वायरलेस क्लाइंट आखिरी तक इंतजार करता है, एक्सेस प्वाइंट के साथ मौजूदा एसोसिएशन को बनाए रखता है। और केवल जब वायरलेस चैनल की विशेषताएं बहुत खराब हो जाती हैं, तो एक नए एक्सेस प्वाइंट पर स्विच करने की प्रक्रिया शुरू की जाती है। 802.11k का उपयोग करके, आप क्लाइंट को स्विचिंग के साथ मदद कर सकते हैं, अर्थात्, महत्वपूर्ण सिग्नल गिरावट के लिए इंतजार किए बिना, इसे उत्पादित करने की पेशकश करते हैं (निश्चित रूप से, हम एक मोबाइल ग्राहक के बारे में बात कर रहे हैं)। यह स्विचिंग का क्षण है जिसे हमारा अगला प्रयोग समर्पित है।

गुणवत्ता का प्रयोग

हम एक बाँझ प्रयोगशाला से एक वास्तविक ग्राहक साइट पर जाते हैं। कमरे में 10 डीबीएम (10 mW) की एक विकिरण शक्ति, एक वायरलेस नियंत्रक और आवश्यक सहायक वायर्ड अवसंरचना के साथ दो पहुंच बिंदु स्थापित किए गए थे। प्रवेश बिंदुओं के परिसर और स्थापना स्थानों का लेआउट नीचे प्रस्तुत किया गया है।



वायरलेस क्लाइंट ने वीडियो कॉल करते हुए, कमरे में घूम लिया। सबसे पहले, हमने नियंत्रक में 802.11k मानक को बंद कर दिया और उन स्थानों को सेट किया जहां स्विच हुआ था। जैसा कि नीचे दी गई तस्वीर से देखा जा सकता है, यह "पुराने" पहुंच बिंदु से काफी दूरी पर, "नया" के पास हुआ; इन स्थानों में सिग्नल बहुत कमजोर हो गया, और वीडियो सामग्री को प्रसारित करने के लिए गति मुश्किल से पर्याप्त थी। स्विच करते समय आवाज और वीडियो में ध्यान देने योग्य अंतराल थे।



फिर हमने 802.11k समर्थन चालू किया और प्रयोग को दोहराया। अब स्विचिंग पहले हुई है, उन जगहों पर जहां "पुराने" पहुंच बिंदु से संकेत अभी भी काफी मजबूत था। आवाज और वीडियो में कोई अंतराल नहीं था। स्विचिंग पॉइंट अब एक्सेस पॉइंट के बीच लगभग आधा हो गया है।



इस प्रयोग में, हमने खुद को स्विचिंग की किसी भी संख्यात्मक विशेषताओं का पता लगाने का लक्ष्य निर्धारित नहीं किया, लेकिन केवल गुणात्मक रूप से मनाया मतभेदों के सार का प्रदर्शन किया।

निष्कर्ष

सभी वर्णित मानकों और प्रौद्योगिकियों को वायरलेस नेटवर्क का उपयोग करने के ग्राहक के अनुभव को बेहतर बनाने, अपने काम को अधिक आरामदायक बनाने, कष्टप्रद कारकों के प्रभाव को कम करने और वायरलेस बुनियादी ढांचे के समग्र प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हमें उम्मीद है कि हम वायरलेस नेटवर्क में इन विकल्पों को लागू करने के बाद उपयोगकर्ताओं को मिलने वाले लाभों को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करने में सक्षम थे।

क्या 2018 में घूमने के बिना कार्यालय में रहना संभव है? हमारी राय में, यह काफी संभव है। लेकिन, एक बार बिना कनेक्शन खोए, बिना किसी आवाज या वीडियो कॉल को फिर से स्थापित किए बिना, जो कहा गया था या फिर से पूछने के लिए मजबूर करने के लिए, कमरे और फर्श के बीच स्थानांतरित करने की कोशिश करने के बाद, इसे अस्वीकार करने के लिए अवास्तविक होगा।

पुनश्च और यह इस तरह से सहजता कार्यालय में नहीं, बल्कि घर पर हो सकती है, जिस पर एक और लेख में अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।