Использование роуминга wifi. Бесшовный Wi-Fi

В этой статье мы научимся создавать единую бесшовную WiFi-сеть на роутерах MikroTik / Микротик. Где это может пригодиться? Например, в разного рода кафе или отелях, где одного wi-fi роутера недостаточно для покрытия всех помещений и доступа в интернет , а с большим количество точек доступа постоянно возникают различного рода проблемы: на ноутбуках постоянно пропадает соединение, а мобильные устройства не переключаются самостоятельно на ближайшую точку доступа.

Решение этой ситуации – бесшовный роуминг WiFi сети или handover, который мы можем получить благодаря функционалу CapsMan из нескольких роутеров Микротик, один из которых будет контроллером WiFi, а остальные – точками доступа, управляемые этим контроллером.

Первое, что нужно сделать – это обновиться до последней версии ПО. Прошивку можно скачать на официальном сайте. Далее, зайдя в интерфейс MikroTik, перетаскиваем ее в раздел Files и перегружаем роутер. Вместе с прошивкой так же нужно скачать пакет Wireless CAPs MAN, перетащить в то же место и перегрузиться. После произведенных действий можно переходить к настройке.

Начнем с контроллера. Открываем раздел CAPsMAN, нажав соответствующую кнопку в главном меню. Во вкладке Interfaces жмем кнопку Manager (включаем режим контроллера) и в появившемся окне ставим галочку Enable, сохраняемся OK. После этого переходим во вкладку Configurations.

Настройки конфигурации будут распространяться на все точки доступа, подключенные к контроллеру. Жмем синий крест и во вкладке Wireless указываем имя конфигурации (3), режим беспроводной сети (4), имя сети (5), а также включаем все беспроводные антенны на прием и передаю (6), сохраняемся (7) и переходим во вкладку Channel.

Здесь указываем частоту (2), формат вещания беспроводной сети (3) и канал (4). Сохраняемся (5) и переходим во вкладку Datapath.

Здесь нам нужно только поставить галочку в Local Forwarding – это передаст управление трафиком точкам доступа. Осталось заполнить последнюю вкладку Security.

В разделе безопасности выбираем тип аутентификации, метод шифрования и пароль к беспроводной сети, жмем OK.

После того, как создали конфигурацию, переходим к следующему пункту – развертывание. В том же разделе CAPsMAN выбираем вкладку Provisioning (1) и жмем синий крест. Поле Radio MAC (2) позволяет выбрать определенную точку доступа, к которой будет относиться наше развертывание. Оставляем его по умолчанию, чтобы развертывание относилось ко всем точкам доступа. В следующем поле Action (3) выбираем createdynamicenabled, так как у нас динамический интерфейс. В Master Configuration (4) указываем имя созданной выше конфигурации.

С разделом CAPsMAN закончили, переходим к разделу Wireless (1). Во вкладке Interfaces жмем кнопку CAP (3), ставим галочку Enabled (4), выбираем интерфейс wlan1 и указываем ip-адрес нашего основного роутера, который по совместительству является контроллером.

Если мы сделали все правильно, то во вкладке Interfaces появятся две красные строчки, которые свидетельствуют о том, что wi-fi адаптер подключился к контроллеру и перенял все необходимые настройки.

На этом настройка главного роутера-контроллера закончена, и эту сеть можно использовать для создания телефонной сети и подключения к офисной АТС

Настройка точек доступа, которые будут подключаться к контроллеру по Ethernet-кабелю, довольно проста. Их тоже нужно прошить до последней версии и установить CAPs MAN. Далее объединяем все порты и wi-fi интерфейс в один Bridge в одноименном разделе.

Следующим шагом в разделе Wireless проделываем то же самое, что и на контроллере, за исключением того, что вместо IP-адреса в CAPs MAN Addresses, указываем созданный на точке доступа Bridge в поле Discovery Interfaces. После проделанных манипуляций точка доступа получит настройки с контроллера и будет раздавать wi-fi (должны появиться такие же две красные строчки во вкладке Interfaces).

Современные принципы построения инфокоммуникационных сетей ориентированы не только на предоставление высокоскоростного доступа, но и на удобство пользователей. Роуминг в Wi-Fi-сетях является той самой составляющей, которая больше относится к удобству абонентов. В радиосетях роумингом называют процесс переключения абонента беспроводной сети от одной базовой станции (точки доступа, из зоны обслуживания которой уходит абонент) к другой (в зону обслуживания которой этот абонент входит).

Довольно распространенной ситуацией в офисах крупных компаний с Wi-Fi-сетью является отсутствие роуминга или его некорректная настройка. Это приводит к тому, что, несмотря на наличие равномерного радиопокрытия во всем здании, при перемещении абонента по нему обрываются SSH-сессии, прекращается загрузка файлов, не говоря уже о разрывах сеансов связи при использовании WatsApp, Skype и других подобных приложений.

Самый простой, дешевый и распространенный способ организации роуминга заключается в конфигурировании радиосети из точек доступа с одинаковым SSID. Когда мощность радиосигнала от абонента ослабевает (уменьшается SNR - отношения сигнал-шум), то это приводит к уменьшению скорости соединения, и если SNR падает ниже критической отметки, то соединение полностью разрывается. В том случае, если беспроводное абонентское устройство "видит" в сети оборудование с одинаковым SSID, то оно производит к нему подключение.

Многие производители беспроводного оборудования для организации роуминга используют проприетарные протоколы, но даже в этом случае задержки при хендовере могут достигать нескольких секунд, например, при использовании протокола WPA2-Enterprise, когда требуется подключение точек доступа к RADIUS-серверу:

Камнем преткновения в организации Wi-Fi-роуминга является то, что решение о переключении от одной точки доступа к другой принимает абонент (точнее клиентское оборудование). Большинство протоколов для переключения абонента от одного Wi-Fi-устройства к другому, используют принудительное отключение пользователя от точки доступа при ухудшении качества сигнала. В настройках большинства точек доступа, поддерживающих роуминг, можно установить минимальный уровень сигнала, при котором абонент будет отключен от сети. Это не самый лучший вариант реализации роуминга, ведь все также происходит разрыв TCP-сессии, а клиентское устройство может безуспешно пытаться продолжить попытки установления соединения с устройством, наглым образом выкинувшим его из сети.

802.11r и 802.11 k - "Мобильный" Wi -Fi

Для решения описанных выше проблем в 2008 году в свет вышла спецификация 802.11r (а позднее еще и поправка к ней - 802.11k), которая является дополнением к стандарту 802.11 и служит для обеспечения бесшовного радиопокрытия и переключения абонентов от одной точки доступа к другой. Так что если вы собираетесь решить похожую задачу организации бесшовного Wi-Fi роуминга, то нужно выбирать оборудование, поддерживающее эти спецификации стандарта.

В 802.11r используется технология Fast Basic Service Set Transition, благодаря которой ключи шифрования от всех точек доступа хранятся в одном месте, что позволяет абоненту сократить процедуру аутентификации до обмена четырьмя короткими сообщениями. Поправка 11k позволяет уменьшить время обнаружения точек доступа с лучшими уровнями сигналов. Это реализуется за счет того, что по беспроводной сети начинают "летать" пакеты с информацией о соседних точках доступа и их состоянии.

Общий принцип работы стандарта 802.11r состоит в том, что абонентский терминал имеет список доступных точек доступа. Доступные точки принадлежат к одному мобильному домену MDIE, информация о принадлежности к MDIE транслируется вместе с SSID. Если абонент видит доступную точку доступа из MDIE с лучшим уровнем SNR, то абонент по еще активному беспроводному подключению производит предварительную авторизацию с другой точкой доступа из MDIE.

Для ускорения подключения, аутентификация происходит по упрощенной схеме, вместо авторизации на RADIUS-сервере, абонентский терминал обменивается с Wi-Fi контроллером PMK-ключом. Ключ PKM передается только при первой аутентификации и хранится в памяти Wi-Fi контроллера.

Только после того, как другая точка доступа авторизовала абонента, происходит хэндовер. Далее скорость переключения уже не будет зависеть от того, насколько быстро по сети летают пакеты, а лишь от того, как быстро абонентское устройство сможет произвести перестройку частоты на новый канал. При таком алгоритме переключение абонента происходит незаметно для пользователя.

Несмотря на то, что подавляющее большинство современных Wi-Fi устройств поддерживает 802.11r, всегда нужно оставлять запасной вариант, поэтому не лишним будет настроить "агрессивный роуминг", работающий по принципу отключения абонента при снижении SNR ниже заданного порогового значения.

Готовые решения для бесшовного роуминга

Организовать роуминг в беспроводной сети можно с использованием обычных точек доступа, поддерживающих вышеуказанные спецификации. И этот вариант подходит скорее для тех случаев, когда сеть состоит из небольшого количества точек доступа. Но если ваша сеть насчитывает десяток беспроводных точек, то для такой сети более целесообразно рассматривать специализированные решения от Cisco, Motorola, Juniper Aruba и пр.

Некоторые решения нуждаются в настройке отдельного контроллера, который управляет всей сетью, но есть и такие, которым контроллер не нужен. Например, у Aruba Networks имеются Instant точки, которые не работают без физического контроллера, но есть виртуальный, который поднимается на одной из точек. При этом работает большинство сервисов, ради которых создают такие сети: бесшовный роуминг, сканирование радиоспектра и пространства, распознавание устройств в сети. В дальнейшем при росте сети эти точки можно перевести в режим работы с физическим контроллером, отказавшись от виртуального.

Компания Motorolla славится своим интеллектуальным решением Wing 5, которым "наделено" беспроводное оборудование. Благодаря этому решению все оборудование (как локальное, так и удаленное) объединяется в единую распределенную сеть, что позволяет уменьшить количество коммутаторов в сети, а точки доступа могут работать более синхронно и эффективно.

Благодаря решению Wing 5 оборудование Motorolla может производить интеллектуальный контроль полосы пропускания и балансировку нагрузки между точками доступа, тем самым распределяя трафик в сети равномерно между всеми точками доступа. Кроме того, оборудование может самостоятельно динамически изменить конфигурацию в случае обнаружения интерференции (например, если рядом микроволновая печь). Также оборудование имеет функцию адаптивного покрытия, позволяющее увеличивать мощность сигнала для устройств в сети с низким отношением сигнал-шум (SNR). И конечно немаловажная функция - самовосстановление соседних точек доступа в случае их зависания.

У компании Cisco тоже есть похожее решение, и называется оно Cisco Mobility Express Solution. Политика Cisco в плане подхода к программному обеспечению чем-то напоминает Apple - простота развертывания и настройки (настройка занимает менее 10 минут). Поэтому оно подходит для компаний с небольшим штатом IT-специалистов либо вовсе без него. Mobility Express Solution разворачивается на базе точек доступа Cisco Aironet, которые также имеют виртуальный контроллер и приобретать отдельное устройство для этого нет необходимости. Подключение и настройка Aironet может производиться даже с обычного смартфона, достаточно лишь подключиться к точке доступа по известному SSID со стандартным заводским паролем:

При подключении к точке доступа по известному IP-адресу пользователю будет предложено пройти настройку с использованием мастера установки Cisco WLAN Express. Независимо от того, сколько точек доступа имеется в сети, ее настройка может производиться через любое оборудование Cisco Aironet, работающее в сети. Кстати говоря, при настройке сети со смартфона, можно скачать отдельное приложение Cisco Wireless, доступное как в Google Play, так и App Sore.

Заключение

Настройка роуминга в сети без использования специализированных решений ведущих производителей сетевого оборудования возможно, но всегда полезно использовать не только "голый стандарт". Поэтому реализация бесшовного роуминга с использованием решений с виртуальным либо физическим контроллером WLAN корпоративного класса от таких производителей как Cisco, Motorola, Juniper и Aruba позволяет легко управлять другими точками доступа без использования дополнительного оборудования. А это значит, что с их помощью любая компания как малого так и среднего бизнеса может предложить своим беспроводным клиентам такой же высокий уровень обслуживания, как и крупные предприятия, без каких-либо дополнительных затрат и сложного программного обеспечения.

Разбираемся с технологиями роуминга (Handover, Band steering, IEEE 802.11k, r, v) и проводим пару наглядных экспериментов, демонстрирующих их работу на практике.

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.

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 , 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 .

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.

802.11R. Быстрое переключение между точками (хэндовер)

Многие производители Wi-Fi обещают бесшовное переключение между точками доступа с использованием своего «гениального» прориэтарного протокола.

Не смотря на красивые обещания, на практике, задержки при переключении (хэндовере) могут оказаться существенно больше заявленных 50-100 мс (переключение может занимать до 10 секунд при использовании протокола WPA2-Enterprise). Дело в том, что решение о переходе на другую точку доступа всегда принимается клиентским оборудованием. Т.е. Ваш смартфон, ноутбук или планшет сам решает когда ему переключаться и как это сделать.

Часто проприэтарные протоколы известных производителей Wi-Fi основаны на принудительной деаунтификации устройства при ухудшении качества сигнала. Иногда в настройках Wi-Fi точки можно задавать «агрессивность роуминга» - минимальное значение сигнала, при котором устройство будет «выброшено» из сети. Часто клиентское оборудование некорректно реагирует на такой «пинок под зад». Обрывается TCP сессия, закачка файлов останавливается. Обрывается соединение с почтовым сервером, виртуальной машиной. Подключение к SIP-серверу требует повторной аутентификации.

Довольно часто клиентское устройство вместо того, чтобы подключиться к соседней точке с лучшим сигналом (к данному решению его подталкивает Wi-Fi контроллер ) безрезультатно пытается восстановить соединение с прежней точкой. Ещё хуже, если устройство попытается зацепиться за другую сеть из списка сохранённых (например гостевую сеть).

Но даже если процесс переключения проходит по плану, существенное время отнимает повторный обмен ключами (EAP) и авторизация на Radius-сервере (WPA-2 Enterprise).

Для решения данных проблем ассоциацией Wi-Fi был разработан протокол 802.11R. В настоящее время большинство мобильных устройств его поддерживают (Apple начиная с iPhone 4S, Samsung Galaxy S4, Sony Xperia Z5 Compact, BlackBerry Passport Silver Edition,...)

Суть 802.11R в том, что мобильное устройство знает свои и чужие точки по сигналу принадлежности к мобильному домену (MDIE). Данный сигнал добавляется в сигнал радиомаяка (SSID beacon).

Если Ваш iPhone увидил точку из своего мобильного домена с лучшим уровнем сигнал/шум, он прежде чем начать процедуру переключения по существующей «нитке» проводит предварительную авторизацию с другой точкой мобильного домена.

Во-вторых, авторизация проходит по упрощённому сценарию — вместо долгой авторизации на Radius-сервере, клиентское устройство обменивается с контроллером Wi-Fi ключём PMK-R1. (Исходный ключ PMK-R0 передаётся только при первичной аутентификации и хранится в памяти Wi-Fi-контроллера).

В момент, когда другая точка «задним числом» авторизовала устройство, происходит собственно хэндовер. Перенастройка частоты и канала в смартфоне занимает не более 50 милисекунд. В большинстве случаев проходит абсолютно незамтено для пользователя.

При выборе решения для офисной Wi-Fi сети — обращайте внимание на то, поддерживает ли выбранное оборудование открытый роуминговый протокол 802.11R, понятный для клиентских устройств. Например, оборудование Edimax Pro полностью поддерживает данный протокол, поэтому проблем с роумингом в большинстве случаев не возникает. Однако, если ваше устройство старое и не понимает протокол 802.11R, существует возможность настройки агрессивности роуминга на основании снижения сигнала ниже порогового значения — как это делают другие производители Wi-Fi, подавая как «инновационное решение».

802.11 K. Балансировка нагрузки в беспроводной сети

Помимо проблем с роумингом, часто корпоративным пользователям приходится сталкиваться с перегруженностью одной точки доступа. В классической реализации Wi-Fi все устройства стремятся подключиться к точке доступа с лучшим сигналом. Иногда в результате неправильного расположения точки (ошибка радиопланирования) на одной точке регистрируются все «обитатели офиса», а остальные «отдыхают».

Из-за неравномерной нагрузки сильно падает скорость локальной сети, т. к. радиоэфир представляет из себя один большой «хаб», где устройства «говорят по очереди».

Для сглаживания неравномерности и оптимального распределения пользователей между точками, работающими на разных радиоканалах был разработан протокол 802.11K.

802.11K работает в связке с 802.11R (как правило, устройства поддерживающие “R”-стандарт, также поддерживают “K”-стандарт).

Если мобильное устройство «видит» сигнал маяков от других точек, состоящих в этом же мобильном домене, устройство отсылает широковещательный запрос «Radio Measurement Request frame», в котором запрашивает информацию о текущем состоянии других точек доступа в пределах зоны видимости:

количестве зарегистрированных пользователей

средняя скорость канала (количество переданных пакетов)

сколько байт было передано в определённый интервал времени

В расширенной спецификации стандарта смартфон клиента может запрашивать о состоянии канала у других мобильных устройств, подключённых к потенциально интересной точке доступа, которые поддерживают стандарт 802.11K. Устройства отвечают не только о реальной статистике, но и о состоянии сигнал/шум.

Таким образом, если Ваш смартфон видит 2 и более точек в пределах одного мобильного домена, он выберет точку не с лучшим сигналом, а точку, которая обеспечит большую скорость подключения к локальной сети (менее загруженную).

Условия приёма, количество пользователей и нагрузка на точке может меняться динамически, но используя протокол 802.11K и 802.11R устройства будут незаметно переключаться и нагрузка на сеть будет всегда распределена равномерно.

Многие производители, использующие проиприэтарные протоколы реализуют подобие 802.11K, когда «перегруженная» точка насильно отключает клиентов с худшими условиями приёма или ограничивает максимальное количество одновременно зарегистрированных устройств и отключает регистрацию, если количество клиентов превысило допустимы пределы. Данные проприэтарные протоколы не так эффективны, но всё же не дают Wi-Fi сети обрушиться совсем.

Как сэкономить на радиопланировании благодаря 802.11K

Использование оборудования с поддержкой протоколов 802.11R и 802.11K отчасти исправляют ошибки, допущенные во время радиопланирования. Динамические протоколы с поддержкой роуминга позволяют недопустить перегрузок отдельных точек и распределить нагрузку между точками равномерно по сети.

Команда WiFi-solutions рекомендует всегда делать радиопланирование, но иногда в небольших сетях, можно расставить точки хаотически. Динамические протоколы улучшат качество Wi-Fi и распределение нагрузки между каналами соседних точек.

Применение динамических протоколов для бесшовного роуминга позволяет снизить зоны перекрытия. Таким образом, обеспечить качественное покрытие можно меньшим количеством точек. Экономия на оборудовании — до 25%.

Мне нужна консультация. Свяжитесь со мной.

Когда необходимо покрыть большие территории сигналом WiFi, повысить производительность, надежность и быстродействие сети WiFi, в этом нам может помочь технология бесшовного роуминга. Бесшовный WiFi - это технология перехода из зоны покрытия одной точки доступа WiFi в зону покрытия другой точки доступа WiFi, без значительных потерь данных. Можно представить это, как эстафетную передачу клиентского устройства от одной точки доступа к другой. Таким образом, можно создать бесшовное покрытие WiFi на значительных территориях: квартиры, рестораны, отели, склады, аэропорты, загородные дома, стадионы, города.

Основными особенностями при создании бесшовного WiFi являются:

Расчет емкости (мощности) сети в зависимости от предполагаемого числа пользователей сети.
Планирование покрытия WiFi в зависимости от емкости и отказоустойчивости.
Инспекция эфира на наличие помех, переотражений, препятствий и других причин, влияющих на распространение радиосигнала.
Планирование частотного плана для лучшей помехозащищенности и быстродействия сети.
Определение мест установки активного оборудования с учетом всех факторов.

Список возможных требований, предъявляемых к оборудованию при организации бесшовного WiFi:

Возможность работы точек доступа WiFi в условиях уличного использования . Необходимо при покрытии уличных участков, а так же при использовании в помещениях с климатом отличным от комнатного (склады, морозильные камеры, сауны, бассейны и т.п.)
Наличие моделей с разными диаграммами направленности (секторные, всенаправленные), для возможности создания сложных схем покрытия WiFi.
Наличие управления мощностью передатчика , для возможности создания сетей с высокой емкостью.
Простота монтажа и крепления точек доступа . Возможность питания по PoE, что позволяет не прокладывать дополнительные линии для электропитания устройств. Совместимость с различными клиентскими устройствами.
Централизованное управление всеми точками доступа . Возможность управления и биллинга трафика абонентских устройств. Простота масштабируемости сети.

Всеми этими характеристикам удовлетворяет оборудование от компаний MikroTik и UBIQUITI, которое сможет обеспечить Вам качественный бесшовный WiFi в различных условиях: от вашей квартиры до вашего города.