浅析高性能运营级Wi-Fi网络发展趋势

（中国信息通信研究院，北京 100191）

1 引言

随着近年来移动互联网的飞速发展，Wi-Fi已经成为人们接入互联网的主要方式之一。消费者通过购买无线家用路由器就能够在家庭中构建自己的Wi-Fi网络。同时在一些公共区域运营级Wi-Fi网络也发挥了巨大的作用。例如在体育场馆、机场、火车站、商场等人员密集区域蜂窝网络无法满足众多人同时上网的需求。需要运营级Wi-Fi作为补充提供相应的网络服务。但运营级的公共Wi-Fi多年来存在用户体验不佳的问题。例如经常出现上网速度慢，无线路由器负载过大，用户无法选择最佳AP接入等问题。Wi-Fi联盟推出了Wi-Fi Vantage项目旨在提升运营级Wi-Fi的用户体验。其主要集中在四个方面：快速发现及安全接入网络，智能化的网络管理，高性能的数据传输以及无感知的网络漫游。

2 网络的快速发现

在传统模式下，客户端通过网络扫描去发现网络。一般情况下，用户打开终端设备的Wi-Fi设置界面，设备将扫描到的AP添加到列表中。但是当设备连接到网络时，扫描仍然会持续在后台进行。如此多的probe request /response会影响信道效率，降低网络传输速度。在Wi-Fi联盟推出的OCE项目中，优化了信道扫描过程。在AP发出的Beacon和probe response 携带其5分钟内发现的邻居AP的信息，通常为BSSID。例如客户端收到AP信息告知某信道内没有其他AP，则客户端就可跳过该信道去其他信道扫描。同时引入了802.11ai提出的FILS快速发现帧，其被称为缩小版的Beacon，携带AP的基本信息例如基本服务集标识（BSSID），SSID，TBTT（下一个beacon发送时间）。其发送间隔缩短为20ms，而传统的beacon为100ms。 因此这种机制能够让客户端更快的发现AP。在probe request/response方面，OCE也做了优化。当AP收到Probe request，其通过广播的方式回复probe response，以便能够让更多的客户端设备发现。同时为了提高信道效率，将Beacon以及probe request/response速率规定在5.5Mb/s以上以提高信道利用率。

3 智能化的网络管理

在人员密集的网络场景中，对网络的监控与管理提出了很高的要求。如果缺乏相应的管理会导致各种问题的发生。例如某些AP负载过高而某些AP又利用率低下。2.4G频段上充斥大量终端导致信道拥塞，传输效率低下。某些终端在远离AP情况下却没有断开连接，导致AP虚连接增多白白浪费资源。为此，Wi-Fi联盟推出了MBO项目。其推荐无线路由器与终端动态监控网络环境。通过发送邻居报告了解当前网络状况。AP与客户端能够通过ANQP协议或BTM协议交换相关信息例如接收信号强度、选择接入优先级，基本服务单元标识等信息。为后续网络优化奠定了基础。当无线网络情况发生变化时，AP通过BTM管理帧与客户端交换信息，告知其下一步操作。例如当AP发现某一关联的客户端信号很微弱，会通过BTM request中断连接，并通过邻居报告帮助其漫游到最佳AP。此种机制既提高了用户满意度也提升了网络效率。

4 高速率的数据传输

在数据传输方面推荐采用802.11ac标准。802.11ac（VHT，Very High Throughput）是基于5G频段的802.11n（HT，High Throughput）技术的演进版本。通过使用256QAM，80M带宽，波速成形等一系列技术使得设备可以达到千兆以上的传输速率。它的最高速率可达到6.9Gb/s。同时Wi-Fi联盟建议使用MU-MIMO（Multi-User MIMO），即多用户多入多出技术。MUMIMO技术可以在同一时间（绝对时间点）让一台AP将数据发送至多终端（终端也必须支持MU-MIMO）。即同时为每一个客户端建立独立的空间流。例如一台4X4空间流的AP可以在同一时间最多与四个客户端进行连接与数据传输。从而极大地提高了网络的容量与使用效率。

5 快速的网络鉴权

在企业级网络例如政府机构、银行机构等安全级别较高的场所中，客户端通常通过WPA2企业级认证接入无线网。这是一种基于证书与AAA服务器的身份验证方式。客户端与鉴权服务器会通过大量EAP封装包进行信息的交换。这无疑增加了网络的负担。特别是在网络拥塞情况下，容易造成信息丢失，身份验证超时等现象。严重影响了用户体验。在Wi-Fi联盟推出的Vantage计划中，建议使用基于802.11ai标准的快速鉴权机制FLIS（Fast Initial Link Setup）。FILS核心思想就是通过第一次EAP全过程鉴权生成重关联根秘钥，并缓存在客户端和AAA服务器中。当客户端连接域中其他AP时，只需要两次Authentication帧交互就能完成鉴权及数据秘钥的生成，省去了四次握手的过程。特别适用于网络内使用同一AAA服务器的场景。

6 结束语

追求卓越的用户体验已成为Wi-Fi网络发展的重要趋势之一。对于运营级Wi-Fi网络而言，高速率的数据传输，快速的网络切换，合理的网络选择以及智能化的网络管理都是未来所追求的目标。而Wi-Fi联盟推出的Wi-Fi Vantage包含MBO，OCE，VHT等子项目也正是将这些特点结合在一起，为高性能的运营级Wi-Fi网络指明了方向。