MESH WIFI的無縫自動切換是怎麼做到的?MESH選購 Part.3

7月被“國安法”亂入改變了出文安排,擠出了好幾篇關於國安法網路隱私VPN的文章,本次就回到MESH WIFI系統的話題上,討論一個比較深入技術的問題:MESH節點之間的“無縫切換”,理論上是怎麼做到的?802.11k/v/r這些協議在“理論上”是如何幫助WIFI的無縫切換?然而實際上這個美好的“理論”在實際應用中有什麼不足。本文比較偏技術,如果你覺得太難讀了,可以回到MESH WIFI選購Part.1 和 Part.2的文章:


MESH系統和傳統WIFI的切換機制區別

在深入MESH WIFI系統的“無縫切換”之前,我們先來對比傳統WIFI(無線中繼、無線延展器、WIFI放大器的一類產品)在不同WIFI節點的切換上有何不同。

例如說你你家的廳放了主Router,房間放了一個無線延展器,你現在拿著iPhone,從廳走到房間

傳統WIFI的節點切換

傳統WIFI的節點切換

傳統非Mesh Wifi的切換機制
  • 廳的WIFI信號會越來越弱,當弱到一個程度的時候,手機就會自動搜尋附近有沒有其他已儲存密碼的WIFI、準備“跳槽”。
  • 如果廳WIFI信號再繼續弱,而此時又已經探測到有另一個強WIFI節點,手機就判斷這時候切換基站,執行“跳槽”。

在這個傳統WIFI的不同基站節點切換過程中,所有的判斷和動作都是由手機自主完成。兩個傳統WIFI節點之間沒有溝通,也沒有介入手機的判斷。

然而在Mesh Wifi系統中,Mesh節點不僅會與另一個節點溝通,而且會給手機“出建議”,我們下面用Mesh節點的視角解釋:

Mesh Wifi系統的切換機制
  • 廳的Mesh節點會得知手機與自己的距離越來越遠、信號會越來越弱,當弱到一個程度的時候,廳的Mesh節點會主動告知手機另一個Mesh節點的信息、建議手機準備“跳槽”。
  • 如果廳的Mesh感知到手機的距離遠到一定程度,可能會主動切斷和手機的鏈接,讓手機更快的“跳槽”到另一個Mesh節點。

以上用通俗的話語解釋了傳統WIFI和Mesh系統在WIFI切換上面的區別。用傳統WIFI組建的網絡,例如主Router+ WIFI Repeater/Extender,或者主Router + 副AP Mode Router,都是能讓設備切換的,區別是“無縫”的程度,Mesh系統的設計有幫助到切換更“無縫”,起碼理論上是這樣

 

MESH WIFI系統的802.11 k/v 劇場

本段更詳細的闡述802.11 k,802.11v,802.11r這類幫助“無縫”切換的WIFI協議在實際上怎麼發揮作用。請先留意,802.11 k/v 並不是像 WIFI6 WIFI5這種傳輸硬機制的協議,而更像是“約定暗號”的協議。802.11 k/v 是約定了節點和節點之間、節點和設備之間的溝通暗號,下面用通俗易懂的劇場比喻方式來解釋802.11 k/v 是怎麼幫助實現“無縫切換”,“WIFI漫遊”的:

出場角色:

  1. 主Mesh節點 – 陳大文
  2. 衛星Mesh節點 – 陳小文
  3. 移動設備 – iPhone手機
MESH系統的節點間“無縫切換”

MESH系統的節點間“無縫切換”

理論上的完美劇本

  • 不同Mesh節點之間的溝通主MESH節點:“附近有人嗎?我是主節點,我叫陳大文”。衛星MESH聽到後回話:“Hi我是陳小文,我們可以組隊”。
  • Mesh節點主動為設備“介紹”Mesh成員手機iPhone:“Hi 陳大文,我要連線,密碼XXXX”。主MESH節點:“Hi iPhone,密碼正確。請留意我們還有陳小文在遠方後備哦”
  • Mesh節點應要求為設備“介紹”Mesh成員手機iPhone:“Hi 陳大文,你的信號很弱了,有沒有推薦”。主MESH節點:“Hi iPhone,我們還有陳小文在遠方後備哦”
  • Mesh節點主動介入設備的轉移主MESH節點:“Hi iPhone,你好像離我很遠了,陳小文在那邊等你,我要和你斷線啦,你連那邊吧。”

這個多方相互溝通,相互協調,並且有時會主動介入的協議就是802.11 k / v 等“無縫切換”的精髓所在,下一節還會展示在數據包層面這些溝通是如何進行的。

但是要留意的是,無論再無縫的切換,都會存在WIFI與原來基站斷開(De-associate)、再與新基站連線(Associate)的動作,就是說不存在完全零間隙的“無縫切換”。不同產品的差異在於丟包率和斷開重連的順暢性都不一樣。而且會受到設備的影響。所以無縫切換/WIFI Roaming 是客觀存在,但是實際上有多“無縫”卻未必如想象中美好。

理想的完美劇本在現時中的卻並不完美,以下是已驗證會出現的抽瘋情況:

  • 手機iPhone:“Hi 陳大文,你的信號很弱了,有沒有推薦”。主MESH節點:“我是陳大文”。手機iPhone:“。。。”
  • 主MESH節點:“Hi iPhone,你好像離我很遠了,陳小文在那邊等你,我要和你斷線啦,你連那邊吧。”3秒鐘之後,主MESH節點:“Hey iPhone,你怎麼又連過來了?叫你連過去陳小文” 手機iPhone似乎不為所動,又連過來了。。。

 

更深入的802.11k/v技術探討

劇場已經演示了Mesh WIFI系統的802.11k/v/r是如何幫助實現“無縫切換”的。現在深入技術探討WIFI漫遊和802.11k/v的數據包。Smallnetbuilder用了4篇超長文“Wi-Fi Roaming Secrets Revealed Part 1, 2, 3, 4”去研究測試MESH WIFI的漫遊效果。如果你有時間可以逐一去翻譯和看看。小U常識用最精簡的話語總結。四篇的安排是這樣的:

  1. Part 1: 介紹實驗安排,如何人為操控Netgear Orbi主副MESH節點的信號強度,把主節點的信號逐漸降低同時衛星節點的信號逐漸增加(模擬人從主節點往衛星節點移動),與此同時用軟件抓包移動設備和節點之間的通訊,監聽他們之間“說了些什麼”
  2. Part 2: 深入分析WIFI切換節點的前後,溝通了什麼802.11k/v協議下的信息,又是如何完成切換的。
  3. Part 3: 測試用不同接收設備,WIFI漫遊自動切換的效果有否不同
  4. Part 4: 測試不同的MESH套裝,WIFI漫遊自動切換的效果有否不同

Smallnetbuilder這個WIFI漫遊系列測試,是小U在網上見到過最清楚解釋到MESH WIFI的核心原理的文章,看完之後大徹大悟的感覺。Part1~3揭開了“WIFI漫遊、無縫切換”這個功能是如何實現的,Part4就來到全篇的高光點,看不同廠家、不同型號的Mesh系統的“WIFI漫遊、無縫切換”是否表現一致。以下是剛剛的劇場情節的真實版數據包分析:

主節點:“請留意我們還有陳小文在遠方後備哦” – 802.11v BSS Transition Management:

手機IPHONE:“Hi 陳大文,你的信號很弱了,有沒有推薦”。主MESH節點:“我是陳大文”。手機IPHONE:“。。。” | 主節點並沒有響應設備的請求

MESH系統不僅參與不同節點間的協調,還有同一節點的 Band steering 智能跳頻功能(指示從2.4G跳到5G)

大家有興趣請移步原文,小U就不搬字過紙了。

 


MESH WIFI系統“無縫切換”的總結

總的來說MESH系統的“無縫切換”情況是這樣的:

  1. 不同接收設備支援802.11k/v/r的程度不一樣
  2. MESH設備有宣傳802.11k/v/r功能的不等於實用中真的有,沒有宣傳802.11k/v/r又不等於沒有。
  3. MESH設備使用802.11k/v/r越積極,不等於“WIFI無縫切換”就做得越好
  4. 沒有絕對完美的“WIFI無縫切換”,i.e. 設備需要斷線重連出現短暫斷線是正常的,儘管是極短暫

(戴頭盔:以上僅適用於現時主流的WIFI5 Mesh測試,五千元級的WIFI6暫時沒有證實。)

小U不知道這麼技術的文章有多少個讀者能堅持看到這裡,如果你是其中一個請留言哦!^^  如果“無縫切換”功能對於你來說比較重要,現時主流的Mesh哪一款的“無縫切換”做得好,小U在總結比對了八大主流Mesh廠家、超過40款Mesh產品的“MESH選購指南”中詳細介紹:

 

本文是MESH WIFI選購Part.3,如果你沒有看過Part.1 和 Part.2的文章請先翻閱,會易懂很多:

 

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4 Comments
  1. 所以就算 MESH 切換做的再好,訊號弱的時候,設備不切換 子MESH 網路也是枉然

  2. 解釋詳盡, 方便我呢d 英文苦手

你可以一語中的

by Upsangel