Roaming Wi-Fi mulus: teori dalam praktik

Kami berurusan dengan teknologi roaming (Handover, kemudi Band, IEEE 802.11k, r, v) dan melakukan beberapa percobaan visual yang menunjukkan kerja mereka dalam praktik.

Pendahuluan

Jaringan nirkabel dari kelompok standar IEEE 802.11 berkembang sangat cepat hari ini, teknologi baru, pendekatan baru dan implementasi muncul. Namun, dengan meningkatnya jumlah standar, semakin sulit untuk memahaminya. Hari ini kami akan mencoba untuk menggambarkan beberapa teknologi paling umum yang berhubungan dengan roaming (prosedur untuk menghubungkan kembali ke jaringan nirkabel), dan juga untuk melihat bagaimana roaming yang mulus bekerja dalam praktiknya.

Serah terima atau "migrasi pelanggan"

Dengan menghubungkan ke jaringan nirkabel, perangkat klien (apakah itu smartphone dengan Wi-Fi, tablet, laptop atau PC yang dilengkapi dengan kartu nirkabel) akan mendukung koneksi nirkabel jika parameter sinyal tetap pada level yang dapat diterima. Namun, ketika perangkat klien dipindahkan, sinyal dari titik akses dengan mana komunikasi awalnya dibuat dapat melemah, yang cepat atau lambat akan menyebabkan ketidakmampuan lengkap untuk mengirimkan data. Setelah kehilangan kontak dengan titik akses, peralatan klien akan memilih titik akses baru (tentu saja, jika berada dalam jangkauan) dan terhubung ke sana. Proses ini disebut penyerahan. Secara formal, penyerahan adalah prosedur migrasi antara titik akses yang diprakarsai dan dieksekusi oleh klien itu sendiri (penyerahan - "transfer, memberi, menyerah"). Dalam hal ini, SSID poin lama dan baru bahkan tidak harus cocok. Selain itu, klien dapat berakhir di subnet IP yang sama sekali berbeda.

Baik di jaringan lama dan di jaringan baru, klien akan memiliki akses ke Internet, namun, semua koneksi yang ada akan diatur ulang. Tapi apakah ini masalah? Biasanya peralihan mudah, karena semua peramban modern, pengirim pesan instan, dan klien email menangani kehilangan koneksi tanpa masalah. Contoh dari peralihan seperti itu adalah peralihan dari gedung bioskop ke sebuah kafe di dalam satu pusat perbelanjaan besar: Anda baru saja menukar tayangan dari blockbuster sensasional Anda dengan teman-teman Anda, dan sekarang Anda siap untuk berbagi dengan mereka foto mahakarya kuliner - makanan penutup baru dari koki.
Sayangnya, kenyataannya tidak begitu mulus. Panggilan suara dan video yang ditransmisikan melalui jaringan Wi-Fi nirkabel semakin populer - terlepas dari apakah Anda menggunakan Skype, Viber, Telegram , WhatsApp atau aplikasi lain apa pun, kemampuan untuk bergerak dan tetap melanjutkan percakapan tanpa gangguan sangat berharga. Dan di sini muncul masalah meminimalkan waktu switching. Aplikasi suara dalam proses pengiriman data setiap 10-30 ms, tergantung pada codec yang digunakan. Hilangnya satu atau sepasang paket suara seperti itu tidak akan menyebabkan iritasi bagi pelanggan, namun, jika lalu lintas terganggu untuk waktu yang lebih lama, itu tidak akan luput dari perhatian. Secara umum diyakini bahwa gangguan suara hingga 50 ms tetap tidak diperhatikan oleh sebagian besar lawan bicara, sementara tidak adanya aliran suara selama 150 ms jelas menyebabkan ketidaknyamanan.

Untuk meminimalkan waktu yang dihabiskan untuk menghubungkan kembali pelanggan ke layanan media, perlu untuk melakukan perubahan baik pada infrastruktur kabel dasar (untuk memastikan bahwa klien tidak mengubah alamat IP eksternal dan internal), dan ke prosedur serah terima yang dijelaskan di bawah ini.

Serah terima antara titik akses:

1. Tetapkan daftar kandidat potensial (titik akses) untuk beralih.
   
2. Atur status CAC (Call Admission Control - kontrol ketersediaan panggilan, yaitu, sebenarnya, tingkat kemacetan perangkat) dari titik akses baru.
   
3. Tentukan momen untuk beralih.
   
4. Beralih ke titik akses baru:
   

Dalam jaringan nirkabel IEEE 802.11, semua keputusan switching dibuat oleh sisi klien.


Sumber: frankandernest.com

Setir band

Teknologi kemudi pita memungkinkan infrastruktur jaringan nirkabel untuk mentransfer klien dari satu rentang frekuensi ke frekuensi lain, biasanya kita berbicara tentang memaksa klien untuk beralih dari pita 2,4 GHz ke pita 5 GHz. Meskipun kemudi pita tidak berhubungan langsung dengan roaming, kami masih memutuskan untuk menyebutkannya di sini, karena ini terkait dengan pergantian perangkat klien dan didukung oleh semua titik akses dual-band kami.

Dalam hal apa, mungkin perlu untuk mengalihkan klien ke rentang frekuensi yang berbeda? Sebagai contoh, kebutuhan seperti itu dapat dikaitkan dengan transfer klien dari band 2,4 GHz yang kelebihan beban ke freer dan kecepatan lebih tinggi 5 GHz. Tetapi ada alasan lain.

Perlu dicatat bahwa saat ini tidak ada standar yang secara ketat mengatur pengoperasian teknologi yang dijelaskan, sehingga setiap produsen mengimplementasikannya dengan caranya sendiri. Namun, gagasan umum tetap kurang lebih sama: titik akses tidak mengumumkan klien melakukan pemindaian aktif, SSID di pita 2,4 GHz, jika untuk beberapa waktu aktivitas klien ini telah diketahui pada frekuensi 5 GHz. Artinya, jalur akses, pada kenyataannya, bisa diam tentang ketersediaan dukungan untuk band 2,4 GHz, jika mungkin untuk menetapkan keberadaan dukungan pelanggan untuk frekuensi 5 GHz.

Ada beberapa mode pengoperasian setir band:

1. Paksa koneksi. Dalam mode ini, klien, pada prinsipnya, tidak diberitahu tentang ketersediaan dukungan pita 2,4 GHz, tentu saja, jika klien memiliki dukungan untuk frekuensi 5 GHz.
   
2. Koneksi yang disukai. Klien dipaksa untuk terhubung dalam pita 5 GHz hanya jika RSSI (Received Signal Strength Indicator) di atas nilai ambang tertentu, jika tidak, klien diizinkan untuk terhubung ke band 2,4 GHz.
   
3. Load balancing. Beberapa klien yang mendukung kedua rentang frekuensi terhubung ke jaringan 2,4 GHz, dan beberapa terhubung ke jaringan 5 GHz. Mode ini tidak akan memungkinkan overloading band 5 GHz jika semua klien nirkabel mendukung kedua band frekuensi.
   

Tentu saja, klien yang mendukung hanya satu rentang frekuensi dapat terhubung tanpa masalah.

Pada diagram di bawah ini, kami mencoba untuk menggambarkan secara grafis esensi dari teknologi kemudi pita.

Teknologi dan Standar

Sekarang kembali ke proses peralihan antar titik akses. Dalam situasi standar, klien akan mempertahankan hubungan yang ada dengan titik akses selama mungkin. Tepat selama level sinyal memungkinkan Anda untuk melakukan ini. Segera setelah situasi muncul bahwa klien tidak dapat lagi mendukung asosiasi lama, prosedur switching yang dijelaskan sebelumnya akan dimulai. Namun, penyerahan tidak terjadi secara instan, biasanya membutuhkan lebih dari 100 ms untuk menyelesaikannya, dan ini sudah merupakan jumlah yang nyata. Ada beberapa standar manajemen sumber daya radio untuk kelompok kerja IEEE 802.11 yang bertujuan meningkatkan waktu untuk menyambung kembali ke jaringan nirkabel: k, r, dan v. Di jalur Auranet kami, dukungan 802.11k diimplementasikan pada titik akses CAP1200, dan di jalur Omada pada titik akses EAP225 dan EAP225-Outdoor, protokol 802.11k dan 802.11v diimplementasikan.

802.11k

Standar ini memungkinkan jaringan nirkabel untuk memberi tahu perangkat klien daftar titik akses tetangga dan nomor saluran tempat mereka beroperasi. Daftar poin tetangga yang dihasilkan memungkinkan Anda untuk mempercepat pencarian kandidat untuk beralih. Jika sinyal titik akses saat ini melemah (misalnya, klien dihapus), perangkat akan mencari titik akses tetangga dari daftar ini.

802.11r

Versi r standar mendefinisikan fungsi FT - Fast Transition (Fast Basic Service Set Transition), yang memungkinkan untuk mempercepat otentikasi klien. FT dapat digunakan saat mengalihkan klien nirkabel dari satu jalur akses ke jalur akses lainnya dalam jaringan yang sama. Kedua metode otentikasi dapat didukung: PSK (Preshared Key) dan IEEE 802.1X. Akselerasi dilakukan dengan menyimpan kunci enkripsi di semua titik akses, yaitu, klien tidak perlu melalui prosedur otentikasi penuh saat roaming dengan bantuan server jarak jauh.

802.11v

Standar ini (Manajemen Jaringan Nirkabel) memungkinkan klien nirkabel untuk bertukar data layanan untuk meningkatkan kinerja jaringan nirkabel secara keseluruhan. Salah satu opsi yang paling banyak digunakan adalah BTM (BSS Transition Management).
Biasanya, klien nirkabel mengukur koneksinya ke titik akses untuk membuat keputusan roaming. Ini berarti bahwa klien tidak memiliki informasi tentang apa yang terjadi dengan titik akses itu sendiri: jumlah klien yang terhubung, pemuatan perangkat, reboot yang terjadwal, dll. Dengan menggunakan BTM, titik akses dapat mengirim permintaan kepada klien untuk beralih ke titik lain dengan kondisi kerja yang lebih baik , bahkan dengan sinyal yang sedikit lebih buruk. Dengan demikian, standar 802.11v tidak secara langsung ditujukan untuk mempercepat proses perpindahan perangkat nirkabel klien, namun, dalam kombinasi dengan 802.11k dan 802.11r, ia menyediakan program yang lebih cepat dan meningkatkan kenyamanan bekerja dengan jaringan Wi-Fi nirkabel.

IEEE 802.11k secara rinci

Standar ini memperluas kemampuan RRM (Radio Resource Management) dan memungkinkan klien nirkabel dengan dukungan 11k untuk meminta dari jaringan daftar titik akses tetangga yang berpotensi untuk beralih. Jalur akses memberi tahu pelanggan tentang dukungan 802.11k menggunakan bendera khusus di Beacon. Permintaan dikirim sebagai kerangka manajemen yang disebut bingkai tindakan. Jalur akses juga merespons dengan bingkai tindakan yang berisi daftar titik tetangga dan nomor saluran nirkabel mereka. Daftar itu sendiri tidak disimpan di controller, tetapi dihasilkan secara otomatis berdasarkan permintaan. Perlu juga dicatat bahwa daftar ini tergantung pada lokasi klien dan tidak mengandung semua titik akses yang mungkin dari jaringan nirkabel, tetapi hanya yang bertetangga. Artinya, dua klien nirkabel, yang secara geografis terletak di tempat yang berbeda, akan menerima daftar perangkat tetangga yang berbeda.

Dengan daftar ini, perangkat klien tidak perlu memindai (aktif atau pasif) semua saluran nirkabel dalam pita 2,4 dan 5 GHz, yang mengurangi penggunaan saluran nirkabel, yaitu, membebaskan bandwidth tambahan. Dengan demikian, 802.11k memungkinkan Anda untuk mengurangi waktu yang dihabiskan oleh klien untuk beralih, serta meningkatkan proses memilih titik akses untuk terhubung. Selain itu, tidak adanya kebutuhan untuk pemindaian tambahan memungkinkan Anda untuk memperpanjang usia baterai klien nirkabel. Perlu dicatat bahwa titik akses yang beroperasi dalam dua rentang dapat memberi informasi kepada klien tentang titik-titik dari rentang frekuensi yang berdekatan.

Kami memutuskan untuk mendemonstrasikan pengoperasian IEEE 802.11k di peralatan nirkabel kami, yang untuknya kami menggunakan pengontrol AC50 dan titik akses CAP1200. Sebagai sumber lalu lintas, kami menggunakan salah satu pengirim pesan instan populer dengan dukungan panggilan suara, yang berjalan di smartphone Apple iPhone 8+, jelas mendukung 802.11k. Profil lalu lintas suara disajikan di bawah ini.



Seperti dapat dilihat dari diagram, codec yang digunakan menghasilkan satu paket suara setiap 10 ms. Semburan dan kemiringan yang terlihat pada grafik dijelaskan oleh sedikit variasi dalam penundaan (jitter), selalu ada dalam jaringan nirkabel berbasis Wi-Fi. Kami mengkonfigurasi pencerminan lalu lintas pada sakelar , yang menghubungkan kedua titik akses yang berpartisipasi dalam percobaan. Frame dari satu titik akses jatuh ke satu kartu jaringan dari sistem pengumpulan lalu lintas, frame dari yang kedua ke yang kedua. Di tempat sampah yang diterima, hanya lalu lintas suara yang dipilih. Penundaan perpindahan dapat dianggap sebagai interval waktu yang berlalu sejak hilangnya lalu lintas melalui satu antarmuka jaringan, dan hingga muncul pada antarmuka kedua. Tentu saja, akurasi pengukuran tidak dapat melebihi 10 ms, yang disebabkan oleh struktur lalu lintas itu sendiri.

Jadi, tanpa masuknya dukungan untuk standar 802.11k, pergantian klien nirkabel berlangsung rata-rata dalam 120 ms, sementara aktivasi 802.11k memungkinkan penundaan ini dikurangi menjadi 100 ms. Tentu saja, kami memahami bahwa meskipun kami berhasil mengurangi penundaan switching sebesar 20%, itu masih tetap tinggi. Pengurangan lebih lanjut dalam penundaan akan dimungkinkan dengan penggunaan bersama standar 11k, 11r dan 11v, seperti yang telah diterapkan dalam seri peralatan nirkabel rumah DECO .

Namun, 802.11k memiliki satu lagi kartu truf: memilih saat untuk beralih. Fitur ini tidak begitu jelas, jadi kami ingin menyebutkannya secara terpisah, menunjukkan kerjanya dalam kondisi nyata. Biasanya, klien nirkabel menunggu hingga yang terakhir, menjaga hubungan yang ada dengan titik akses. Dan hanya ketika karakteristik saluran nirkabel menjadi sangat buruk, proses beralih ke jalur akses baru diluncurkan. Menggunakan 802.11k, Anda dapat membantu klien dengan beralih, yaitu menawarkan untuk memproduksinya lebih awal, tanpa menunggu degradasi sinyal yang signifikan (tentu saja, kita berbicara tentang klien seluler). Ini adalah momen peralihan yang dicoba untuk eksperimen kami selanjutnya.

Percobaan kualitas

Kami pindah dari laboratorium steril ke lokasi pelanggan nyata. Dua titik akses dengan daya radiasi 10 dBm (10 mW), pengontrol nirkabel dan infrastruktur kabel pendukung yang diperlukan dipasang di ruangan. Tata letak tempat dan lokasi pemasangan titik akses disajikan di bawah ini.



Klien nirkabel menjelajahi ruangan, membuat panggilan video. Pertama, kami mematikan standar 802.11k di controller dan mengatur tempat di mana saklar terjadi. Seperti dapat dilihat dari gambar di bawah, ini terjadi pada jarak yang cukup jauh dari titik akses "lama", dekat yang "baru"; di tempat-tempat ini sinyalnya menjadi sangat lemah, dan kecepatannya nyaris tidak cukup untuk mengirimkan konten video. Ada kelambatan nyata dalam suara dan video saat beralih.



Kemudian kami mengaktifkan dukungan 802.11k dan mengulangi percobaan. Sekarang peralihan telah terjadi sebelumnya, di tempat-tempat di mana sinyal dari titik akses "lama" masih cukup kuat. Tidak ada lag dalam suara dan video. Titik switching sekarang telah berpindah sekitar setengah antara titik akses.



Dalam percobaan ini, kami tidak menetapkan tujuan untuk menemukan karakteristik numerik dari peralihan tersebut, tetapi hanya secara kualitatif menunjukkan esensi dari perbedaan yang diamati.

Kesimpulan

Semua standar dan teknologi yang dijelaskan dirancang untuk meningkatkan pengalaman klien menggunakan jaringan nirkabel, menjadikan pekerjaannya lebih nyaman, mengurangi pengaruh faktor-faktor yang mengganggu, dan meningkatkan kinerja keseluruhan infrastruktur nirkabel. Kami berharap bahwa kami dapat menunjukkan dengan jelas manfaat yang akan diterima pengguna setelah menerapkan opsi ini di jaringan nirkabel.

Apakah mungkin untuk tinggal di kantor tanpa roaming pada tahun 2018? Menurut pendapat kami, ini sangat mungkin. Tetapi, setelah mencoba sekali berpindah antara kamar dan lantai tanpa kehilangan koneksi, tanpa harus membangun kembali panggilan suara atau video, tanpa dipaksa untuk berulang kali mengulangi apa yang dikatakan atau bertanya lagi, akan tidak realistis untuk menolaknya.

PS dan ini adalah bagaimana kelancaran dapat dilakukan tidak di kantor, tetapi di rumah, yang dijelaskan secara lebih rinci dalam artikel lain.