что такое роуминг wlan
Простые беспроводные решения
Сайт проекта «Простые беспроводные решения» на движке WordPress
Особенности роуминга в беспроводных локальных сетях WLAN
Среди главных преимуществ беспроводных сетей часто мелькает слово «мобильность». Однако зачастую от конечного пользователя скрывают тот факт, что мобильность пользователей не специфицирована стандартом 802.11 и ее обеспечение требует ряда ухищрений.
За мобильность клиентов сети отвечает процесс роуминга (от английского roam – бродить, странствовать). Роумингом обычно называют процесс переключения мобильного клиента беспроводной сети при его движении между точками доступа. Это абсолютно необходимое условие для мобильности: подключившись к сети в одном месте к точке с наилучшим сигналом, клиент получает хорошее качество подключения. Но если он начал передвигаться, то условия начинают изменяться и параметры подключения могут ухудшиться и потребуется переключение на другой канал и другую точку доступа для поддержания характеристик радиоканала.
Особенности WLAN роуминга
В беспроводных сетях Wi-Fi процесс роуминга имеет отличительные особенности, отличаясь от роуминга в сетях сотовой связи. В сотовой сети за бесшовное переключение абонента отвечает сетевое оборудование, значительно упрощая жизнь простому абоненту и его абонентскому устройству. Сама сеть следит за параметрами радиоканала во время разговора, подыскивает достойные альтернативы, освобождает ресурсы сети, сообщает абоненту в какой момент времени, на какой канал необходимо переключиться. В беспроводной сети Wi—Fi решение о роуминге никак не специфицировано стандартами и полностью переложено на плечи клиента. Именно клиентское устройство отвечает за принятие решения о необходимости переключения, а затем обнаруживает альтернативные точки доступа, оценивает их пригодность и, приняв решение, переключается (ассоциируется с новой точкой). Официальные стандарты IEEE 802.11 не определяют, когда клиент должен осуществлять переключение, каким образом он должен выбирать между альтернативными точками доступа. Алгоритмы, лежащие в основе принятия решения о роуминге, являются внутрифирменными и обычно не публикуются.
Как обычно принимается решение о роуминге
Клиенты беспроводной сети 802.11 обычно решают переключиться, когда характеристики соединения с текущей точкой доступа начинают деградировать. Роуминг оказывает значительное влияние на передачу пользовательского трафика, потому что клиент тратит время на сканирование радиоканалов соседних точек доступа, выбор лучшего кандидата из альтернативных вариантов, аутентификацию и ассоциацию с выбранной точкой доступа. В это время клиентское устройство не может передавать пользовательский трафик, поэтому время, которое клиент тратит на роуминг, является очень критичным параметром созданной беспроводной сети. Время переключения особенно важно для трафика реального времени, такого как передача голоса и видео.
В условиях деградации канала, прежде чем переключиться, клиентский адаптер предпринимает несколько попыток улучшить соединение с текущей точкой:
Из-за отсутствия стандартизации и внутрифирменных реализаций алгоритмы роуминга могут весьма отличаться в зависимости от устройства, от его производителя, от версии драйвера (да-да, даже версия драйвера порой имеет решающее значение). Но есть ряд ситуаций, в которых клиентское устройство беспроводной локальной сети WLAN с большой вероятностью инициирует процесс роуминга:
Настройка Роуминга Бесшовной WiFi Сети для Квартиры или Загородного Дома — TP-Link, Zyxel, Keenetic, Tenda
В обычной квартире для многих пользователей беспроводного интернета достаточно одного более-менее мощного роутера. Однако если речь идет о целом загородном доме или офисе, когда нужно покрыть wifi сигналом достаточно большую площадь помещения, остро встает вопрос организации сети с бесшовным роумингом. В этой статье подробно обсудим, что это такое, как сделать и настроить в квартире или загородном доме wifi сеть с бесшовным роумингом на примере нескольких комплектов оборудования от TP-Link, Tenda и Keenetic (бывший Zyxel).
Что такое бесшовный wifi роуминг простыми словами?
Простыми словами, бесшовный роуминг — это функция автоматического подключения устройства к ближайшей точке доступа внутри одной сети wifi без потери связи с интернетом.
Схема работает следующим образом. Вы устанавливаете в квартире или доме несколько совместимых между собой беспроводных точек доступа, которые определенным образом настроены между собой. Вы подключаете свой смартфон или ноутбук к интернету через wifi.
И при перемещении из одного помещения в другое он подключается то к одному источнику сигнала, то к другому — в зависимости от того, какой находится ближе и какой меньше нагружен соединениями с другими устройствами. Причем происходит это абсолютно незаметно для пользователя. В результате мы получаем единое покрытие wifi на большой площади.
Как сделать бесшовный wifi?
На сегодняшний день существует три способа настроить wifi сеть с бесшовный роумингом внутри нее:
Функция бесшовного роуминга WiFi в наши дни доступна не только в сложном в настройке профессиональном оборудовании, типа Ubiquiti, Cisco и Mikrotik, но и в массовом сегменте среди моделей TP-Link, Keenetic, Asus и Tenda. О некоторых из них поговорим в этой статье.
Mesh системы
Одними из первых на рынке появились отдельные комплекты так называемых «mesh систем«. Это две или три точки доступа, которые с завода настроены между собой. Нам же остается только воткнуть интернет кабель в одну из них, либо подключить ее проводом к основному wifi роутеру. После чего расставить эти модули в разных комнатах квартиры, дома или офиса.
Плюсом способа является то, что от него не требуется делать никаких дополнительных настроек, кроме того, чтобы придумать название для сети и пароль. Также к такой системе в зависимости от модели можно подключить несколько дополнительных компонентов и тем самым еще больше расширить зону покрытия сети.
Основным минусом может быть их стоимость. То есть у вас дома уже есть WiFi роутер, а надо докупать еще отдельное оборудование, что может ударить по карману.
У нас на обзоре было много моделей mesh систем от разных брендов. Вот те, которые показались нам наиболее интересными по соотношению цены и качества.
TP-Link Deco
TP-Link Deco E4 — относительно недорогой комплект из 2 или 3 точек доступа. В актив модели можно записать поддержку диапазона частот 5 ГГц, возможность подключения дополнительных модулей и удаленное управление через приложение с мобильного телефона. Однако у нее нет веб-интерфейса, а значит работать через компьютер с ее панелью управления не получится.
Tenda Nova
Tenda Nova MW-5 — mesh комплект от компании Тенда, главным плюсом которого является удобный тип подключения беспроводных модулей. Они просто вставляются без всяких проводов в розетку. Кроме того, цена за весь набор порадует любого покупателя — она очень демократичная на фоне конкурентов. Подключение дополнительных точек доступа из этой же линейки также возможно.
Zyxel Multy
Zyxel Multy U. Бренд по стоимости оборудования стремится к сегменту премиальности. Данная mesh система тоже не исключение, она самая дорогая из нашей подборки, но при этом наиболее качественно выполненная. В дополнение к этому у устройств очень интересный стильный дизайн, так что они будут настоящим украшением интерьера квартиры или дома. Но есть и недочеты, главным из которых является необходимость ручного подключения каждого нового модуля к основному.
Несколько роутеров
Но кроме отдельных систем производители сегодня стремятся наполнить линейки своих моделей роутерами со встроенной поддержкой бесшовного wifi роуминга. Плюс такого универсального устройства в том, что вы можете купить один единственный маршрутизатор и пользоваться им, как обычно. Но при необходимости расширить свою сеть просто купить еще один роутер этого же бренда с данной технологией и настроить его в режиме репитера от первого. И ваша сеть автоматически будет бесшовной. В результате снимается необходимость покупать отдельный комплект, а значит вы экономите свои средства.
Keenetic
Из доступных вариантов рекомендую присмотреться к уже проверенным роутерам новой линейки Keenetic (не путать с устаревшими Zyxel Keenetic) с обновленной системой Keenetic OS 2.13. Например, если вы пользуетесь на постоянной основе моделью Keenetic Viva, до достаточно обзавестись еще одной, допустим, Speedster или Runner 4G, и перевести его в режим точки доступа. И установить в другой комнате квартиры. После чего площадь стабильного покрытия вашей сети увеличится, а WiFi при этом будет с бесшовным роумингом.
В последние маршрутизаторы Asus также интегрируется функция бесшовного роуминга под названием AiMesh. Она позволяет без дополнительных настроек подключать между собой два устройства данной фирмы для работы в одной WiFi сети. Из недорогих вариантов можно рассмотреть наборы из двух маршрутизаторов RT-AC66U B1, RT-AC67U и RT-AC68U
Роутер + wifi репитеры
Одним из оптимальных вариантов по соотношению стоимости и предоставляемым функционалом можно назвать сеть, состоящую из одного основного wifi роутера и нескольких повторителей сигнала с поддержкой бесшовного роуминга.
Для организации такой схемы рекомендую обратиться внимание на современные роутеры TP-Link с поддержкой последней прошивки, в которой реализована технология OneMesh. Например, Archer AX50. Линейка репитеров пока еще не так разнообразна, но с внедрением новых стандартов она будет расширяться
Как настроить бесшовную WiFi сеть — инструкции
Универсальную инструкцию по подключению друг к другу беспроводных устройств и настройке wifi с бесшовным роумингом невозможно. Причина в том, что у каждого производителя кардинально отличаются приложения и меню для создания сети. Поэтому уже мы подготовили для вас ряд отдельных инструкций по каждому бренду и будем дополнять их новыми статьями.
Бесшовный Wi-Fi-роуминг: теория на практике
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.
Как в старой, так и в новой сети у клиента будет присутствовать доступ в интернет, однако все установленные подключения будут сброшены. Но проблема ли это? Обычно переключение не вызывает затруднений, так как все современные браузеры, мессенджеры и почтовые клиенты без проблем обрабатывают потерю соединения. Примером такого переключения может служить переход из кинозала в кафе внутри одного крупного торгового центра: только что вы обменялись с друзьями впечатлениями от нашумевшего блокбастера, а теперь готовы поделиться с ними фотографией кулинарного шедевра — нового десерта от шеф-повара.
Увы, в реальности все не так гладко. Все большую популярность набирают голосовые и видеовызовы, передаваемые по беспроводным сетям Wi-Fi, — независимо от того, используете ли вы Skype, Viber, Telegram, WhatsApp или какое-либо иное приложение, возможность перемещаться и при этом продолжать разговор без перерыва бесценна. И здесь возникает проблема минимизации времени переключения. Голосовые приложения в процессе работы отправляют данные каждые 10–30 мс в зависимости от используемого кодека. Потеря одного или пары таких пакетов с голосом не вызовет раздражения у абонентов, однако, если трафик прервется на более продолжительное время, это не останется незамеченным. Обычно считается, что прерывание голоса на время до 50 мс остается незамеченным большинством собеседников, тогда как отсутствие голосового потока в течение 150 мс однозначно вызывает дискомфорт.
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:
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:
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 коммутаторе, 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 DECO.
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.