Lidamos com tecnologias de roaming (Entrega, direção de banda, IEEE 802.11k, r, v) e realizamos algumas experiências visuais demonstrando seu trabalho na prática.
1. Introdução
As redes sem fio do grupo de padrões IEEE 802.11 estão se desenvolvendo extremamente rapidamente hoje, novas tecnologias, novas abordagens e implementações aparecem. No entanto, com o crescente número de padrões, está se tornando cada vez mais difícil entendê-los. Hoje, tentaremos descrever algumas das tecnologias mais comuns relacionadas ao roaming (o procedimento para reconectar a uma rede sem fio) e também para ver como o roaming contínuo funciona na prática.
Entrega ou "migração do cliente"
Ao conectar-se a uma rede sem fio, o dispositivo cliente (seja um smartphone com Wi-Fi, um tablet, laptop ou PC equipado com uma placa sem fio) oferece suporte à conexão sem fio se os parâmetros do sinal permanecerem em um nível aceitável. No entanto, quando o dispositivo cliente é movido, o sinal do ponto de acesso com o qual a comunicação foi originalmente estabelecida pode enfraquecer, o que mais cedo ou mais tarde levará à total incapacidade de transmitir dados. Tendo perdido o contato com o ponto de acesso, o equipamento cliente selecionará um novo ponto de acesso (é claro, se estiver ao seu alcance) e se conectará a ele. Esse processo é chamado de entrega. Formalmente, a entrega é um procedimento de migração entre pontos de acesso iniciados e executados pelo próprio cliente (entrega - “transferir, entregar, entregar”). Nesse caso, os SSIDs dos pontos antigos e novos nem precisam corresponder. Além disso, o cliente pode acabar em uma sub-rede IP completamente diferente.
Tanto na rede antiga quanto na nova, o cliente terá acesso à Internet, no entanto, todas as conexões estabelecidas serão redefinidas. Mas isso é um problema? Normalmente, a troca é simples, pois todos os navegadores modernos, mensageiros instantâneos e clientes de email lidam com a perda de conexão sem problemas. Um exemplo dessa mudança é a transição de uma sala de cinema para um café dentro de um grande shopping center: você acabou de trocar impressões de seu sensacional sucesso de bilheteria com seus amigos e agora está pronto para compartilhar com eles uma foto da obra-prima culinária - a nova sobremesa do chef.
Infelizmente, a realidade não é tão suave. As chamadas de voz e vídeo transmitidas por redes Wi-Fi sem fio estão ganhando cada vez mais popularidade - independentemente de você usar o Skype, Viber,
Telegram , WhatsApp ou qualquer outro aplicativo, a capacidade de se movimentar e continuar a conversa sem interrupção não tem preço. E aqui surge o problema de minimizar o tempo de troca. Aplicativos de voz no processo de envio de dados a cada 10 a 30 ms, dependendo do codec usado. A perda de um ou um par desses pacotes de voz não causará irritação para os assinantes; no entanto, se o tráfego for interrompido por mais tempo, ele não passará despercebido. Geralmente, acredita-se que a interrupção da voz por até 50 ms permanece despercebida pela maioria dos interlocutores, enquanto a ausência de um fluxo de voz por 150 ms claramente causa desconforto.
Para minimizar o tempo gasto na reconexão do assinante com os serviços de mídia, é necessário fazer alterações na infraestrutura com fio básica (para garantir que o cliente não altere os endereços IP externos e internos) e no procedimento de entrega descrito abaixo.
Transferência entre pontos de acesso:
- Defina uma lista de possíveis candidatos (pontos de acesso) para alternar.
- Defina o status CAC (Controle de admissão de chamada - controle a disponibilidade de chamadas, ou seja, o grau de congestionamento do dispositivo) do novo ponto de acesso.
- Determine o momento para mudar.
- Mude para um novo ponto de acesso:
Nas redes sem fio IEEE 802.11, todas as decisões de comutação são tomadas pelo lado do cliente.
Fonte: frankandernest.comDireção da banda
A tecnologia de direção de banda permite que uma infraestrutura de rede sem fio transfira um cliente de uma faixa de frequência para outra; geralmente, estamos falando em forçar o cliente a mudar da faixa de 2,4 GHz para a faixa de 5 GHz. Embora a direção da banda não esteja diretamente relacionada ao roaming, ainda decidimos mencioná-la aqui, pois está associada à troca do dispositivo cliente e é suportada por todos os nossos pontos de acesso de banda dupla.
Nesse caso, pode ser necessário mudar o cliente para uma faixa de frequência diferente? Por exemplo, essa necessidade pode estar associada à transferência do cliente da banda sobrecarregada de 2,4 GHz para a velocidade mais alta e mais alta de 5 GHz. Mas há outras razões.
Vale a pena notar que, no momento, não existe um padrão que regule estritamente a operação da tecnologia descrita, de modo que cada fabricante a implementa à sua maneira. No entanto, a idéia geral permanece aproximadamente a mesma: os pontos de acesso não anunciam o cliente que está executando a verificação ativa, o SSID na faixa de 2,4 GHz, se por algum tempo a atividade desse cliente for observada na frequência de 5 GHz. Ou seja, os pontos de acesso, de fato, podem simplesmente silenciar a disponibilidade de suporte para a banda de 2,4 GHz, se fosse possível estabelecer a presença de suporte ao cliente para a frequência de 5 GHz.
Existem vários modos de operação da direção da banda:
- Forçar conexão. Nesse modo, o cliente, em princípio, não é informado sobre a disponibilidade do suporte de banda de 2,4 GHz, é claro, se o cliente tiver suporte para a frequência de 5 GHz.
- Conexão preferida. O cliente é forçado a conectar-se na banda de 5 GHz apenas se o RSSI (Indicador de intensidade do sinal recebido) estiver acima de um determinado valor limite, caso contrário, o cliente poderá se conectar à banda de 2,4 GHz.
- Balanceamento de carga. Alguns clientes que suportam os dois intervalos de frequência se conectam à rede de 2,4 GHz e alguns se conectam à rede de 5 GHz. Este modo não permitirá sobrecarregar a banda de 5 GHz se todos os clientes sem fio suportarem as duas bandas de frequência.
Obviamente, os clientes que suportam apenas uma faixa de frequência podem se conectar a ela sem problemas.
No diagrama abaixo, tentamos representar graficamente a essência da tecnologia de direção por faixa.
Tecnologia e padrões
Agora, de volta ao processo de alternância entre pontos de acesso. Em uma situação padrão, o cliente manterá a associação existente com o ponto de acesso pelo maior tempo possível. Exatamente desde que o nível do sinal permita que você faça isso. Assim que surgir a situação em que o cliente não pode mais suportar a associação antiga, o procedimento de troca descrito anteriormente será iniciado. No entanto, a entrega não ocorre instantaneamente; geralmente leva mais de 100 ms para ser concluída, e isso já é uma quantidade notável. Existem vários padrões de gerenciamento de recursos de rádio para o grupo de trabalho IEEE 802.11, com o objetivo de melhorar o tempo para se reconectar a uma rede sem fio: k, re ev. Em nossa linha Auranet, o suporte a 802.11k é implementado no ponto de acesso CAP1200, e na linha Omada nos pontos de acesso EAP225 e EAP225-Outdoor, os protocolos 802.11k e 802.11v são implementados.
802.11k
Esse padrão permite que uma rede sem fio informe aos dispositivos clientes uma lista de pontos de acesso vizinhos e os números de canais nos quais eles operam. A lista gerada de pontos vizinhos permite acelerar a busca de candidatos para alternar. Se o sinal do ponto de acesso atual enfraquecer (por exemplo, o cliente for excluído), o dispositivo procurará pontos de acesso vizinhos nessa lista.
802.11r
A versão r do padrão define a função FT - Transição rápida (Transição rápida de conjunto de serviços básico), que permite acelerar a autenticação do cliente. O FT pode ser usado ao alternar um cliente sem fio de um ponto de acesso para outro na mesma rede. Ambos os métodos de autenticação podem ser suportados: PSK (Preshared Key) e IEEE 802.1X. A aceleração é realizada salvando as chaves de criptografia em todos os pontos de acesso, ou seja, o cliente não precisa passar pelo procedimento de autenticação completa quando estiver em roaming com a ajuda de um servidor remoto.
802.11v
Esse padrão (Gerenciamento de rede sem fio) permite que clientes sem fio troquem dados de serviço para melhorar o desempenho geral da rede sem fio. Uma das opções mais usadas é o BTM (BSS Transition Management).
Normalmente, um cliente sem fio mede sua conexão com um ponto de acesso para tomar uma decisão de roaming. Isso significa que o cliente não possui informações sobre o que está acontecendo com o próprio ponto de acesso: o número de clientes conectados, inicialização do dispositivo, reinicializações agendadas etc. Com o BTM, o ponto de acesso pode enviar uma solicitação ao cliente para mudar para outro ponto com melhores condições de trabalho. , mesmo com um sinal um pouco pior. Portanto, o padrão 802.11v não visa diretamente acelerar o processo de alternância do dispositivo sem fio do cliente; no entanto, em combinação com 802.11k e 802.11r, fornece programas mais rápidos e aumenta a conveniência de trabalhar com redes Wi-Fi sem fio.
IEEE 802.11k em detalhes
O padrão estende os recursos do RRM (Gerenciamento de Recursos de Rádio) e permite que clientes sem fio com suporte de 11k solicitem à rede uma lista de pontos de acesso vizinhos que são potencialmente candidatos à comutação. O ponto de acesso informa os clientes sobre o suporte a 802.11k usando um sinalizador especial no Beacon. A solicitação é enviada como um quadro de gerenciamento chamado quadro de ação. O ponto de acesso também responde com um quadro de ação contendo uma lista de pontos vizinhos e seus números de canal sem fio. A lista em si não é armazenada no controlador, mas é gerada automaticamente mediante solicitação. Também é importante notar que esta lista depende da localização do cliente e não contém todos os pontos de acesso possíveis da rede sem fio, mas apenas os vizinhos. Ou seja, dois clientes sem fio, localizados geograficamente em locais diferentes, receberão listas diferentes de dispositivos vizinhos.
Com essa lista, o dispositivo cliente não precisa procurar (ativo ou passivamente) todos os canais sem fio nas bandas de 2,4 e 5 GHz, o que reduz o uso de canais sem fio, ou seja, libera largura de banda adicional. Assim, o 802.11k permite reduzir o tempo gasto pelo cliente na comutação, além de melhorar o processo de escolha de um ponto de acesso para conexão. Além disso, a ausência da necessidade de varreduras adicionais permite prolongar a vida útil da bateria do cliente sem fio. Vale ressaltar que os pontos de acesso que operam em duas faixas podem informar o cliente sobre informações de pontos de uma faixa de frequência vizinha.
Decidimos demonstrar a operação do IEEE 802.11k em nossos equipamentos sem fio, para os quais usamos o controlador AC50 e os pontos de acesso CAP1200. Como fonte de tráfego, usamos um dos populares mensageiros instantâneos com suporte para chamadas de voz, rodando no smartphone Apple iPhone 8+, obviamente suportando 802.11k. O perfil do tráfego de voz é apresentado abaixo.
Como pode ser visto no diagrama, o codec usado gera um pacote de voz a cada 10 ms. Explosões e quedas visíveis no gráfico são explicadas por uma ligeira variação no atraso (tremulação), sempre presente nas redes sem fio baseadas em Wi-Fi. Configuramos o espelhamento de tráfego no
comutador , ao qual os dois pontos de acesso participantes da experiência estão conectados. Os quadros de um ponto de acesso caíram em uma placa de rede do sistema de coleta de tráfego, os quadros do segundo para o segundo. Nos lixões recebidos, apenas o tráfego de voz foi selecionado. O atraso da comutação pode ser considerado o intervalo de tempo decorrido desde o momento da perda de tráfego através de uma interface de rede e até que apareça na segunda interface. Obviamente, a precisão da medição não pode exceder 10 ms, devido à estrutura do próprio tráfego.
Portanto, sem a inclusão do suporte ao padrão 802.11k, a troca do cliente sem fio ocorreu em média em 120 ms, enquanto a ativação do 802.11k permitiu que esse atraso fosse reduzido para 100 ms. Obviamente, entendemos que, embora tenhamos conseguido reduzir o atraso de comutação em 20%, ele ainda permanece alto. Uma redução adicional no atraso será possível com o uso conjunto dos padrões 11k, 11r e 11v, conforme já implementado na série de equipamentos sem fio domésticos
DECO .
No entanto, o 802.11k tem mais um trunfo na manga: escolher o momento para mudar. Esse recurso não é tão óbvio, portanto gostaríamos de mencioná-lo separadamente, demonstrando seu trabalho em condições reais. Normalmente, o cliente sem fio aguarda até o último, mantendo a associação existente com o ponto de acesso. E somente quando as características do canal sem fio se tornam muito ruins, é iniciado o processo de mudança para um novo ponto de acesso. Usando o 802.11k, você pode ajudar o cliente a alternar, ou seja, oferecer para produzi-lo mais cedo, sem esperar por uma degradação significativa do sinal (é claro, estamos falando de um cliente móvel). É no momento da mudança que nosso próximo experimento é dedicado.
Experiência de qualidade
Passamos de um laboratório estéril para um site real de clientes. Dois pontos de acesso com uma potência de radiação de 10 dBm (10 mW), um controlador sem fio e a infraestrutura com fio de suporte necessária foram instalados na sala. O layout das instalações e locais de instalação dos pontos de acesso é apresentado abaixo.
O cliente sem fio percorreu a sala, fazendo uma chamada de vídeo. Primeiro, desligamos o padrão 802.11k no controlador e definimos os locais onde o comutador ocorreu. Como pode ser visto na figura abaixo, isso aconteceu a uma distância considerável do ponto de acesso "antigo", próximo ao "novo"; nesses locais, o sinal ficou muito fraco e a velocidade mal era suficiente para transmitir o conteúdo de vídeo. Havia defasagens visíveis na voz e no vídeo ao alternar.
Em seguida, ativamos o suporte a 802.11k e repetimos o experimento. Agora, a troca aconteceu mais cedo, em locais onde o sinal do ponto de acesso "antigo" ainda era forte o suficiente. Não houve atrasos na voz e no vídeo. O ponto de comutação passou agora a meio caminho entre os pontos de acesso.
Neste experimento, não estabelecemos o objetivo de descobrir nenhuma característica numérica da troca, mas apenas demonstrar qualitativamente a essência das diferenças observadas.
Conclusão
Todos os padrões e tecnologias descritos foram projetados para melhorar a experiência do cliente no uso de redes sem fio, tornar seu trabalho mais confortável, reduzir a influência de fatores irritantes e aumentar o desempenho geral da infraestrutura sem fio. Esperamos poder demonstrar claramente os benefícios que os usuários receberão após implementar essas opções em redes sem fio.
É possível morar em um escritório sem roaming em 2018? Em nossa opinião, isso é bem possível. Mas, tendo tentado mover-se entre salas e andares sem perder uma conexão, sem ter que restabelecer uma chamada de voz ou vídeo, sem ser forçado a repetir repetidamente o que foi dito ou pedir novamente, não será realista recusá-lo.
PS e
é assim que a perfeição pode ser feita não no escritório, mas em casa, o que será discutido em mais detalhes em outro artigo.