Wi-Fi网络资源管理分析与研究

分析

Technology Analysis

D

I G I T C W 技术

76DIGITCW

2019.10

1 引言

近年来，Wi-Fi 网络快速发展。越来越多的公共场所例如大型商场、飞机场、火车站、体育场等都部署了大量的无线接入点。人们在享受Wi-Fi 网络所带来的便利同时也对Wi-Fi 的网络质量提出了更高的要求。在一些特殊情况例如人员密集场景下，Wi-Fi 的用户体验会出现断崖式下降。例如频段接入用户过多导致网络拥塞、无线接入点负载过大导致系统崩溃，僵尸设备过多导致网络效率下降等。近年来，增强Wi-Fi 网络资源管理，以及提升网络效率及用户满意度已成为设备厂商及运营商的发展目标。同时，Wi-Fi 联盟基于802.11k ，v ，r 标准推出了Multiband Operations-Optimized Connectivity （简称MBO ）项目来技术来提升网络质量。其主要聚焦于动态的网络监控，智能化的网络控制以及快速的网络漫游。

2 动态网络监测

动态网络监测指无线接入点与客户端能够在当前环境中动态交互网络信息。在MBO 中，无线终端可以告知无线AP 其不愿接入的信道。例如由于一些硬件或者法规的限制，避免接入的信道或者一些外部干扰过于严重需要躲避的信道。此信息可以包含在关联或重关联的管理帧中。无线接入点不会引导无线终端接入其最新更新的非首选信道。同时，MBO 使用了802.11k 中的beacon request/report 机制。此机制主要分为三种模式。主动模式下，终端在所有信道发送probe request ，并设置时钟计时器（通常为20-50ms ）。从计时器开始计时到结束时，收集所有AP 回复的probe response 。此段时间内，将所有接收到的关于无线接入点的信息例如SSID ，信号强度，BSSID 等编制到beacon report 中。在被动模式下，终端在时钟计时器内监听指定信道的Beacon ，probe response 帧，并将其编制到Beacon report 中。在列表模式中，终端只存储其关注的Beacon 及BSSID 的信息，客户端测量Beacon 信息并返回报告。不再执行任何额外的测量。所有模式下，客户端都需要返回每个检测到的AP 的信道，基本服务标识（BSSID ）以及帧的信号强度。在主动和被动模式下，AP 也可以要求客户端告知其特有信息如服务集标识符，移动域，MBO 字段以及其他元素。

3 邻居报告

客户端可以请求802.11k 邻居报告。该报告中包含所有已知AP 的优先列表。在MBO 中，邻居报告主要以802.11u 的ANQP 协议以及802.11v 的BTM 协议实现。基于ANQP 的邻居报告允许客户端在关联AP 之前，发送ANQP 请求获取邻居信息，以便帮助客户端选择最佳的AP 。在MBO 中，对ANQP 邻居报告进

行了扩展，加入了每个AP 的首选值（255位最高，0为最低）。基于BTM 协议的邻居请求允许客户端设备从其服务AP 请求邻居报告信息，同时能够帮助客户端在漫游时选择最佳AP 。通常情况下客户端发送BTM 查询，请求得到邻居报告。AP 通过BTM request 将邻居报告发送给客户端。客户端以BTM response 回复。

4 智能网络控制

MBO 能够使得客户端在任意时刻能够选择最佳的频段、信道以及无线接入点接入网络。当AP 与客户端交换信息时，双方都能够了解到当前的网络状况，从而能够帮助网络管理员提升网络质量。BTM 协议用于Wi-Fi 网络间的调度，能够为客户端提供相应指导。通常情况下，AP 会在以下三种情况下自动发送BTM request 告知客户端调度请求。第一种情况下，AP 发现网络情况不佳例如频段内用户过多导致网络拥塞，或者AP 接入用户过多导致CPU 使用率过高，设备过热等情况。第二种情况为AP 发现过多僵尸终端。例如客户端已经远离服务范围但仍然保有不必要的连接。第三种情况为AP 所提供的网络服务会暂时中断，例如设备需要重新启动，频段信道将会切换等。需要客户端跳转至其他网络设备继续享有服务。在以上三种情况下，客户端会收到AP 发出的BTM request 指出其网络连接将会中断。客户端根据之前收到的邻居报告决定后续的动作。如果邻居报告中推荐同一网络的某一AP ，则客户端在计时器规定时间内中断与原有AP 的连接，之后跳转至网络中的其他无线路由器。如果客户端收到的邻居报告中显示同一网络中其他无其他AP ，邻居报告提示需要跳转至其他网络或切换至蜂窝网络。客户端会收到建议信息，最终由用户决定后续操作。

5 快速漫游

为了提高用户在移动过程中的上网体验，MBO 中使用了802.11r 快速漫游机制，使其能够加快在WPA2安全机制下的身份验证速度。客户端在扩展服务集内的某一AP 漫游到另一AP 时，不需要通过Radius 服务器进行重新认证。此功能能够加快连接速度从而极大地提升了用户体验。FT 特性添加了一种新的安全密钥派生方法，客户端在完成初始连接后，可以与ESS 中的其他AP 交换新的安全元素。在完成802.11身份验证和重新关联步骤后，就能够完成与新AP 的连接，从而避免了传统802.11x 完整EAP 过程导致的网络延迟，提升来了客户端漫游的速度。

6 结束语

智能化的资源管理是未来Wi-Fi 网络发展的重要方向。在其核心领域包括频谱资源的合理应用，自适应化的负载均（转下页）

Wi-Fi 网络资源管理分析与研究

彭　程，霍中杰

（中国信息通信研究院，北京 100191）

摘要：Wi-Fi 网络已成为移动互联网时代人们访问互联网的重要渠道之一。但高速发展的Wi-Fi 网络仍存在用户体验不佳，缺乏网络资源管理等诸多问题。本文主要对Wi-Fi 网络资源管理的技术原理及应用策略进行技术分析，并对Wi-Fi 联盟推出的网络资源管理项目MBO 进行了介绍。

关键词：Wi-Fi 网络；资源管理；MBO doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.10.048中图分类号：TN92 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）10-0076-02

作者简介： 彭 程，硕士，中国信息通信研究院泰尔终端实验室工程师，WFA 认证测试技术专家，技术负责人，高级项目经理，长期从事与无线局域网研究，测 试平台建设，无线网络安全研究等工作，拥有PMP 、CCNP 等专业证书。

霍中杰，硕士，中国信息通信研究院泰尔终端实验室项目经理，长期从事Wi-Fi 、蓝牙、NFC 、无线充电等短距离通信技术的跟踪、分析、研究及项 目管理工作。