无感漫游：不用费尽找 Wi-Fi 信号啦！

2023-07-27

本篇部分内容来源自世界无线局域网应用发展联盟（WAA）同名白皮书原文。

在河套IT Talk第100期，我们解读了WAA在其夏季论坛上发布的《企业典型场景高品质WLAN网络建设白皮书》。白皮书介绍了非常多构建高品质WLAN的技术。我们会通过几期展开谈谈这个话题。之前已经聊过了：《射频资源管理——无线局域网竟然也需要红绿灯管理！？》，《狮吼功还有一招大喇叭——覆盖增强技术》，以及《WLAN资源调度——网红餐厅的调度秘籍》今天，咱们就谈谈无感漫游技术。

1. 漫游的概念

漫游这个词儿本来是蜂窝移动网络的概念。在蜂窝移动网络中，当用户从一个基站（或小区）的覆盖范围内移动到另一个基站的覆盖范围内时，需要进行漫游，以保持通信连接的连续性。这样，用户可以在移动中保持通话、数据传输或互联网连接，而无需断开连接。

无线局域网WLAN在一开始的时候，是不需要考虑到漫游概念的，因为在家庭和有限空间使用，基本上一个无线接入点AP的覆盖范围就够了。但单个AP覆盖范围毕竟有限，随着对建筑物室内覆盖到范围越来越广泛，WLAN的应用场景越来越复杂，需要部署多个AP的时候，漫游的情况就出现了。WLAN的无线漫游就是指 STA(无线终端)在移动到两个 AP 覆盖范围的临界区域时，STA 与新的 AP 进行关联并与原有 AP 断开关联，且在此过程中保持不间断的网络连接。

2. 传统漫游

在传统无线局域网络中，STA漫游时机完全由STA控制，是STA的自主行为。当终端逐渐远离关联 AP 时，终端感知到信号强度逐渐下降，当达到预设阈值后触发漫游,一般包括如下三个动作：

邻居扫描：STA发现当前所在位置下可见的邻居 AP，终端通过发送 Probe Request 报文，来感知周围网络的存在。
选择候选 AP：STA基于周围 AP 回复的 Probe Responds 报文感知到 AP 的信息，并综合选择一个信号最优的 AP 作为漫游目标。
漫游切换：按照STA自身算法，当STA感知到当前 AP 的信号降低到漫游门限以下，且新旧 AP 信号强度差值达到阈值后，STA断开当前的连接并接入到目标AP，完成漫游过程。

传统漫游检测、漫游决策等漫游环节没与AP进行协同交互，存在一定局限性，导致漫游效果不理。常见的问题有：漫游粘滞，漫游不及时，乒乓漫游，运维问题。

漫游粘滞（Roaming Sticky）：指STA倾向于在信号较弱的AP与其断开连接之前，持续与当前AP保持连接。这可能是由于漫游决策算法不够智能或STA过于保守所导致的。结果就是STA可能会在较弱的信号下持续工作，导致用户体验下降。
漫游不及时（Roaming Untimely）：指STA在信号衰减到严重程度之前不会尝试进行漫游，因此造成了瞬断或断流现象。这可能会导致连接不稳定，影响实时应用的性能，比如网络电话或视频会议等。
乒乓漫游（Ping-Pong Roaming）：这是指STA在多个AP之间频繁切换，来回“乒乓”，通常是由于AP之间的信号干扰或客户端漫游决策算法问题引起的。这会导致频繁的连接和断开，造成网络信号持续不稳定和不必要的信号干扰。
运维问题：传统漫游方式下，由于漫游决策由STA控制，网络运维人员很难实时监测和管理无线客户端的漫游行为。这使得问题的诊断和解决变得更加复杂。

为了解决上述问题，要想做到相对理想的漫游效果，需要从终端，无线设备，云端运维平台一起协同来形成一套漫游体系来保证漫游过程对用户的业务无感。这就是无感漫游的由来。

3. 协同漫游技术体系

和传统漫游技术不同，无感漫游在AP、AC甚至云端都增加了无线局域网络中的漫游优化和决策能力。它们通过监测、校准和数据分析来优化终端的漫游体验。

3.1 AP视角

AP 与无线客户端多维度互相感知网络，通过802.11k协议，提供给STA邻居AP所在信道及对应无线服务信息，避免无线客户端信道逐一扫描，缩短无线客户端发现服务时间。

AP实时监测链路质量，进行精准漫游。监测链路质量，选择合适时机触发准备漫游目标AP。目标AP主要通过接入历史路径结合802.11k测量终端发现的邻居AP、终端漫游特征等因素综合

选择。监测链路质量，选择合适的时机通过802.11v协议把终端引导到目标AP，确保整个过程链路质量抖动小，对业务无感。

3.2 AC视角

从漫游层级划分，分为二层漫游和三层漫游。二层漫游在数据链路层（第二层）进行的漫游，通常是在同一子网内的AP之间进行。而三层漫游是在网络层（第三层）进行的漫游，涉及跨子网或跨不同网络的漫游。一般也是跨AC（ Access Controller，接入控制器）的漫游。

所以，除了AP之外，AC也要了解网络状况。AC 会通过全视角综合计算与无线客户端协商进行精准漫游，AC对漫游后的链路质量继续监测校准。若引导出现偏差，链路质量与之前出现明显下降，则进行校准，引导到合适的AP，确保链路质量能在合理的预期内。

3.3 云端视角

云端可以收集和分析来自AP和AC的大量数据，包括终端的漫游行为、链路质量、连接稳定性等。通过数据分析，云端可以优化终端漫游特征库，提供更精准的终端漫游特征信息。这些终端漫游特征信息可以包括终端的移动模式、偏好AP、信号强度变化趋势等，帮助系统更好地预测终端的漫游需求，提前做出漫游准备，进一步优化终端漫游体验。

4. AP视角：链路质量检测增强技术

链路质量检测增强技术旨在提升AP对终端漫游行为的感知和决策能力。通过实时监测终端的链路质量变化，AP可以更加智能地判断终端的当前行为，并根据不同行为选择合适的漫游时机和目标AP，从而提供更好的漫游体验。无线AP实时监测终端的链路质量变化，主要包括：上行信号变化，上下行速率变化，休眠变化情况，流量使用情况等：

上行信号变化：当终端移动或位置变化时，上行信号的强度和质量可能发生变化。通过监测上行信号的变化，AP可以感知终端的移动状态，例如是否在移动中、移动速度等信息。
上下行速率变化：当终端移动到AP的边缘或信号较弱区域时，上下行速率可能下降。通过监测速率变化，AP可以判断终端与AP之间的链路质量是否下降，从而提前做出漫游准备。
休眠变化情况：终端的休眠状态也会影响漫游行为。AP监测终端的休眠变化情况，判断终端是处于活跃状态还是休眠状态。这有助于确定终端是否需要进行漫游，以及选择合适的漫游时机。
流量使用情况：当终端在较长时间内使用大量数据流量时，可能表明终端正在执行大量数据传输任务，因此在这种情况下进行漫游可能会影响用户体验。AP可以根据流量使用情况调整漫游决策。

对于支持802.11k终端，AP使用802.11k测量获取终端视角下行信号变化（纵向感知）。对于支持辅助射频，获取周围AP视角终端信号的变化（横向感知）。综合各因素变化，AP判断终端当前可能的行为，如静止、静止信号抖动、快速移动、慢速移动。针对不同的行为，选择不同的时机进行漫游目标AP的准备及不同时机进行漫游切换。

5. AC视角：漫游校准技术

由于AP布局、配置阈值以及终端所处位置等因素导致的部分终端漫游效果不符合预期的问题。AC漫游校准技术通过自动识别多次漫游现象，并对漫游进行自动修复和校准，让终端最终停止漫游并连接到最优的服务上。

具体来说，AC通过漫游校准技术会观察终端在一段时间内的漫游行为。如果发现终端在短时间内多次进行漫游，并且这些漫游并没有成功地将终端连接到更好的AP上，就意味着存在漫游效果不佳的问题。这可能是由于AP信号重叠区域、配置参数设置不合理、终端处于边缘区域等原因导致的。

一旦漫游校准技术发现了这样的现象，AC（Access Controller）会自动采取一系列措施来修复和校准终端的漫游行为：

调整AP的配置参数：AC可以根据监测到的漫游情况，调整AP的配置参数，例如增加漫游门限、调整信道选择等，以改善终端的漫游效果。
强制漫游：AC可以向终端发送漫游指令，强制终端进行漫游到一个更优的AP上，以避免终端在较差的信号覆盖下持续漫游。
优化AP布局：如果发现某个区域存在漫游问题，AC可以根据监测数据优化AP的布局，以提供更好的覆盖范围和信号强度，从而改善终端的漫游体验。

漫游校准技术的目标是让终端最终停止不必要的漫游行为，并连接到最佳的服务上。这样的优化可以提高终端在无线网络中的连接稳定性和性能，从而提供更好的用户体验。

6. 云端视角：终端漫游特征库辅助漫游技术

终端漫游特征库辅助漫游技术，核心是将终端“千端一面”变为“终端特征，千端千面”，基于终端生成个性化漫游参数，最大程度消除协议兼容性和终端实现差异带来的负面影响。

云端具备大数据优势，可以学习大量漫游数据样本，包括终端的漫游行为和网络覆盖情况。在此基础上，对不同终端的漫游引导行为进行分析，尝试大量参数进行训练，最终学习出了适合不同终端的终端漫游特征库。终端漫游特征库有两类特征：

静态特征：终端本身系统的一些能力或行为，如引导协议能力、测量协议能力、频段能力。
动态特征：在具体网络覆盖下终端的业务特征，如漫游信号阈值，源/目标的信号强度值。

基于上述终端漫游参数，通过协同测量引导技术对终端进行持续的信号感知，判断终端的运动趋势（靠近或者远离关联AP），

在该类终端最佳的位置、最佳的时机主动牵引终端漫游到质量最好的AP上，使终端漫游更为及时，成功率更高。

通过前面的介绍，我们总结下来，就是：AP的链路质量检测增强技术则是通过增强AP的链路质量监测能力，帮助终端选择最佳的AP进行漫游。AC的校准技术主要是对终端漫游行为进行监测和调整，以消除漫游效果不佳的问题。终端漫游特征库辅助漫游技术着重于个性化地优化终端的漫游行为。通过综合应用这些技术，现代WLAN系统可以实现更智能和协同的漫游方式，提供更快速、稳定和无缝的无线连接体验。

好了，今天我们就先聊到这儿，下次我们再来谈谈WLAN中的干扰抑制技术。

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