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WiFi 6 無線漫游技術

WiFi 6實現的無縫漫游主要基于802.11k/v/r協議。

802.11k/v/r是WiFi 6中三個與WLAN相關的協議，又稱為“快速漫游三協議”，用于解決傳統漫游過程中的丟包嚴重、漫游觸發不及時、選擇漫游的目標AP不合適等問題。以下是對這三個協議的詳細解析：

分別解決了 何時漫游 ，漫游到何處以及如何快速重連的問題。

802.11k協議

802.11k協議，又稱無線局域網頻譜資源測量協議(Radio Resource Measurement of Wireless LANs,RRM)，解決了何時漫游的問題。

該協議定義了AP和STA如何協同工作，以確定STA在移動時能夠漫游到最佳AP的時機。在漫游開始前，802.11k協議通過AP與STA之間的信息交換，提前告知STA漫游時可選擇的AP列表。這是因為AP會定期或根據STA的請求收集周圍鄰居AP的信息，包括信號強度、吞吐量、可用頻道等，并整理成鄰居報告。當STA檢測到當前連接的AP信號不佳時，會向AP發起請求，請求AP提供可漫游AP的列表和相關信息。AP將鄰居報告發送給STA，STA根據報告中的信息評估周圍AP的狀態，并確定是否需要漫游。同時，STA也可以向AP發送自己的測量報告，包括當前連接的AP的信號質量、丟包率等參數，以便AP評估STA的連接狀態。STA根據接收到的鄰居報告和自己的測量報告，評估當前連接的AP和其他潛在漫游目標的AP之間的優劣。在802.11k之前，STA通常只會連接到信號最強的AP，而802.11k協議則提供了更多的信息，幫助STA做出更合理的漫游選擇。

802.11v協議

802.11v協議，又稱無線網絡管理協議(Wireless Network Management,WNM)，解決了漫游到何處的問題。

該協議允許STA與AP之間交換網絡拓撲信息，包括信號環境、拓撲狀態等，以促進無線網絡的整體優化。AP響應STA的報告請求后，會評估無線終端的連接質量，引導終端漫游到能提供更優網絡體驗的AP，從而實現[負載均衡]，提升整個無線網絡的性能和用戶漫游體驗。簡單來說，802.11v的作用是讓STA可以請求到漫游目標AP，而AP給STA一個建議漫游的目標AP。

802.11r協議

802.11r協議，又稱快速漫游協議（Fast Roaming），解決了如何快速重連的問題。

該協議定義了STA在不同AP間漫游時的交互細則，提供了實現BSS快速切換的標準。它使用了FT（快速基本服務集轉換）功能來簡化認證， 省略了802.1x認證過程和四次握手過程 ，使STA能夠快速且安全地漫游至新AP。在此之前，無線終端每次在加密網絡中漫游時都需要重新關聯驗證無線密碼，而通過該協議簡化認證流程后，大幅縮短漫游切換時間，減少用戶感知到的中斷時間，確保在漫游過程中業務數據流的低延時傳輸，提高用戶上網體驗。

圖1：安全認證的四次握手過程

WiFi 7在無線漫游方面的優勢

盡管WiFi 7 的標準尚未完全批準，但已有產品上市。WiFi 7 與WiFi 6 的對比如下：

更高的帶寬和傳輸速率

從表格中可以看出WiFi 7的最大傳輸速率為23Gbps，支持最大320MHz帶寬，相比WiFi 6又有所提高。對于無線漫游來說，高速率的數據傳輸能夠確保在AP切換過程中數據傳輸的連續性和流暢性，避免因延遲或速率不足導致的卡頓、掉線等問題。

更低的業務時延

Wi-Fi 7支持Multi-RU機制，允許將多個RU分配給單用戶。而在WiFi 6 中同一周期單用戶只能分配到單個特定RU ，存在部分 RU 資源被閑置的情況。WiFi 7相比WiFi 6 大大提升了頻譜資源調度的靈活性并降低了業務時延。與高速率相通，低時延也是無線漫游中保障數據傳輸完整和穩定的重要因素。

增強的多用戶性能

WiFi 7引入了16x16MIMO和更高階的4096-QAM調制技術。數據流由原來的8條變為16條，每個符號位傳輸數據由原來的10bit變為12bit，相比Wi-Fi 6 提升20%。WiFi 7進一步增強了多用戶性能和高并發能力，能夠更好地處理大量設備同時連接和漫游的情況，減少沖突和延遲。

更可靠的鏈路機制

WiFi 7 引入Multi-Link多鏈路機制，定義了多鏈路聚合相關的技術。即AP和客戶端之間同時建立多個鏈路進行數據通信，多發選收，負載均衡以提高鏈路的可靠性，從整體上提高用戶在無線漫游中的體驗。

更精簡的無縫漫游方案

基于前文提到的快速漫游三協議以及傳統組網方案的局限性，星融元在此提出無線網新架構。

基于分布式網關的無線網

在無線漫游工作原理篇我們提到集中式網關極易成為整網性能瓶頸，那不妨試試將一個子網的網關分布于每一個接入交換機上。這樣做可以分擔數據流量，充分利用每一個接入交換機的能力，實現負載均衡。進而提升整網轉發速率，并避免了單一設備導致整網癱瘓的風險。

圖2：分布式網關架構

除此以外，該方案還能夠提高轉發效率。因為相比傳統集中式網關，分布式網關方案中的業務報文無需到某個集中式網關上“兜圈子”，而是直接在本地接入交換機以最短路徑完成漫游后的轉發。這種高效的轉發路徑大大提高了流量轉發效率。

圖3：方案對比

用標準VXLAN替代CAPWAP的集中式轉發

鑒于上述分布式無線方案依賴于云化后的有線網絡，我們又提出了在不改變現網架構基礎上單獨升級無線網絡的另一方案——無CAPWAP的集中式轉發。

該方案借助VXLAN實現了極簡的無線漫游，即AP和網關交換機之間建立的是VXLAN 隧道。AP上運行 VTEP 對用戶原始數據幀進行封裝和解封裝，并且用不同的VNI實現網絡隔離。

圖4：無CAPWAP的集中式轉發架構圖

除了無需改變現網外，該方案還可以打破CAPWAP協議的廠商鎖定。這是因為方案中用VXLAN替代了CAPWAP隧道，而VXLAN是更加標準化的技術。該方案也可應用于園區網絡，客戶只需引入一對具備一定可編程能力的“網關交換機”以及合適的AP即可。

方案測試

值得注意的是，不管是基于分布式網關的無線網還是用標準VXLAN替代CAPWAP的集中式轉發，都是基于開放的軟硬件實現，即：SONiC+OpenWiFi+白盒化的接入交換機和AP。

對于該組合，我們進行了無線漫游的實際測試。

測試區域： 單層辦公空間（約180平米，有墻面硬隔斷，日常辦公場景存在一定網絡干擾）

交換機： CX-M系列（CX206P），其上運行AsterNOS（企業級SONiC發行版）

AP配置： SSID-Asterfusion，射頻參數設置為5G，40MHz，加密方式WPA2-PSK

測試終端： 同時支持802.11k/v/r、WiFi5、WiFi6的華為 mate60 pro和聯想win10專業版 Comfast CF-952AX

圖5：智能手機漫游布點

圖6：筆記本漫游布點

測試結果顯示，在智能手機的漫游過程中，發生了20次AP切換數據，漫游耗時穩定在10ms上下，平均8.7ms，丟包率為0；在筆記本電腦的漫游過程中，發生了5次漫游，漫游耗時穩定在10ms左右。該測試結果足以說明無線網新架構的可靠性，更詳細的測試內容可參考。

審核編輯 黃宇