《Client Marshal: Regaining Control from Wireless Clients for Better Experience 》隨筆

想說明的幾點
關于Meraki
是Cisco收購的一家云計算網(wǎng)絡初創(chuàng)公司。2012年被Cisco以12億美元收購。Meraki起初只是MIT的Roofnet研究項目。Meraki專門為大型網(wǎng)絡公司、組織和學校提供無線網(wǎng)絡設備、安全設施和統(tǒng)籌性云架構軟件,幫助組建網(wǎng)絡。Meraki的特別之處在于,網(wǎng)狀網(wǎng)絡軟件和基于云的設備管理平臺。
2018年4月,Meraki進入中國大陸。

關于各類無線網(wǎng)絡漫游協(xié)議
論文中提到了一系列的無線網(wǎng)絡協(xié)議,包括802.11v/k/r甚至802.11i(描述WPA(WLAN認證方面)的)。還有一處提到802.11h,也提及了a/b/g/ac。
先說802.11r,它也可以叫做“Fast BSS Transition”,致力于減少漫游時所需的認證時間,保證漫游重連時間小于50ms。它于2008年公布,定義了STA在同一移動域中的不同AP之間漫游時的交互細則,提供了實現(xiàn)BSS快速切換的標準。協(xié)議允許無線客戶機在實現(xiàn)切換之前,就建立起與新接入點之間安全且具備QoS的狀態(tài)。
802.11k為無線信道的選擇、傳輸功率控制、漫游服務提供標準。它提供無線資源管理,讓band(頻段), channel(通道), carrier(載波)靈活調(diào)整。在一個遵守802.11k規(guī)范的網(wǎng)絡中,如果最強信號點過載,而一個設備連接到了信號較弱的AP上,那么總體上它也能得到較大的吞吐量,因為這時網(wǎng)絡資源得到了更有效的利用。用戶通過初始的認證幀進行重新認證。
而802.11v呢?V工作組是802.11最新成立的小組,802.11v協(xié)議于2011年被提出。V是建立在k的基礎上的,其主要工作是實現(xiàn)AP之間的負載均衡。負載均衡的任務是根據(jù)AP的負載情況在它們之間分配無線終端設備。目前這項工作的實現(xiàn)方式是限制AP的接入數(shù)量。這可能中斷無線設備的會話。而v協(xié)議設想將設備引導到帶寬和資源均衡的AP上,從而使負載均衡對用戶而言透明。
論文中提到,802.11r有安全、穩(wěn)定性等方面的問題。
Meraki系統(tǒng)架構
關于里面那個算法
兩個字,簡單。。。
其它
所有的圖作的倒是挺簡單明了的。就是實現(xiàn),是個大問題。。
附:802.11標準歷史
1997年,第一個無線局域網(wǎng)標準802.11誕生;數(shù)據(jù)傳輸速率2Mbps。
1999年,IEEE發(fā)布802.11b標準,傳輸速率11Mbit/s。運行在2.4GHz頻段。同年,補充發(fā)布802.11a標準,工作頻率為5Hz,最大傳輸速率54Mbit/s.
2003年,802.11g產(chǎn)生。在802.11b的基礎上,結(jié)合OFDM技術,載波頻率為2.4GHz。原始傳輸速率為54Mbit/s,凈傳輸速率為24.7Mbit/s。
2009年,發(fā)布802.11n標準(對WiFi影響很重要的一個標準)。對Wifi的傳輸和接入做了重大改進。引入了MIMO、安全加密等新概念,傳輸速率達到600Mbit/s。同時工作在2.4和5GHz。
2013年,發(fā)布802.11ac標準。引入更高的射頻帶寬和更高階的調(diào)制技術。傳輸速率達到1.73Gbps,僅支持5GHz頻段的終端設備。
2014年,為了滿足人們對無線網(wǎng)絡超大帶寬、超密接入、超低延時的需求,IEEE成立了名為HEW(High Efficiency WLAN)的研究小組。2015年正式成立工作組研發(fā)新一代的Wifi標準。這就是今天的802.11ax。之后Wifi聯(lián)盟將其更名為Wifi6,將802.11ac更名為Wifi5。華為是WiFi6標準的主要貢獻者。
2015年發(fā)布802.11ac wave2標準,將波束成形和MU-MIMO等功能推向主流。
之前在知乎上問了華為(沒錯,就是問的華為那家公司的知乎號),他告訴我說我們熟知的802.11n/ac/r/i等協(xié)議都屬于IEEE802.11協(xié)議簇,而802.11a/b/g/n/ac/ax這一類協(xié)議是標準無線局域網(wǎng)協(xié)議,協(xié)議演進內(nèi)容集中體現(xiàn)在PHY和MAC層的設計上,這類最被人熟知的是空口速率的持續(xù)提升,如802.11b速率最大支持11Mbps,而到了802.11ax,其理論速率就已經(jīng)達到了9.6Gbps。此外,802.11k/v/r屬于管理層協(xié)議,是為了優(yōu)化網(wǎng)絡應用層面的用戶體驗。11k/v/r協(xié)議主要實現(xiàn)無線漫游相關功能,11k感知最佳AP,11v優(yōu)化漫游出發(fā)條件,11r簡化認證流程,實現(xiàn)快速漫游。

Mark
本來以為文章中的傳統(tǒng)方法只是對比介紹了802.11相關的協(xié)議。仔細一看,貌似還介紹了其它論文的一些方法。分3個問題介紹了相關的解決方法。
(1) single BSSID架構
為了減少用戶漫游的切換開銷,除了802.11提供的標準,工業(yè)界已經(jīng)提出了一些更優(yōu)的方法。
目前有兩個原始的WiFi架構:多信道和單信道。單信道也叫單蜂窩或虛擬蜂窩。在現(xiàn)實生活中,99%的網(wǎng)絡都使用多信道。雖然多信道不支持無線漫游,但是它提供了更高的帶寬和容量,對大多數(shù)通信情況來說是足夠的。不過單信道有其獨特的好處。一個經(jīng)過精心設計的單信道虛擬網(wǎng)絡不僅可以支持大量用戶的接入,而且允許這些用戶的移動[3]。
不過這些方法都是基于控制器(就是那個所有AP的頭頭)的,在單信道上操作簡化了用戶切換和RF-planning,但是也導致了很強的信道干擾,限制了傳輸能力和服務質(zhì)量。
(3)無線網(wǎng)絡中的測量
Meraki的另外一篇論文[1]從不同的度量視角(信道的利用、沖突等)研究了大規(guī)模的企業(yè)無線網(wǎng)絡,結(jié)論指出,接入點經(jīng)常和周圍的網(wǎng)絡共享頻譜。但這些網(wǎng)絡并不預測信道的利用率。大多數(shù)接入點看到的2.4GHz信道利用率為20%以上。這些研究為性能提高提供了新的思路。例如,[4]提出了新的信道分配和FastACK,它是802.11ac中的TCP代理。然而清華大學聯(lián)合微軟亞洲研究院提出了一個客戶端的應用WiFiSeer[5],用于檢測大規(guī)模移動設備環(huán)境下的WiFi延遲,并進行了改善。 [6]提出了基于測量驅(qū)動的指導方針,應用于802.11網(wǎng)絡中自適應的能量控制、頻率分配和負載均衡。[7]使用實驗床測量,提倡在一個密集網(wǎng)絡中使用頻帶的切換。[8,9]使用定制的硬件和固件來測量802.11的一些特性,提出了估計TCP吞吐量和估計沖突的技術。
(2) AP選擇
有很多關于如何選擇AP的論文。這些選擇方法都是為了達到更高的性能。度量標準有帶寬、RTT(Round-Trip Time)、負載等。例如,Divert利用路徑的多樣性來為上行和下行鏈路選擇最佳的AP。08年加州大學的研究人員使用博弈論的方法來選擇AP。用戶選擇的接入點總是在負載和與接入點的距離之間進行一個最優(yōu)的折衷,因為用戶都是“自私”的,因此用戶之間的選擇很可能發(fā)生沖突,從而又促使他們改變接入點?;谶@個認識,作者將接入點的選擇模擬成一場博弈,引入納什均衡。此論文最明顯的一個缺陷就是需要用戶根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)論而自己移動到相應的WiFi熱點區(qū)域,這對用戶來說很不友好??偟膩碚f,這些方法都是根據(jù)客戶端的改變而改變的。相對基于用戶的改變來說,基于AP的改變更加可行,因為用戶在無線網(wǎng)絡環(huán)境中的位置是動態(tài)、難以預測的。
參考文獻(假裝都看過~):
[1]Biswas S, Bicket J, Wong E, et al. Large-scale measurements of wireless network behavior[C]//ACM SIGCOMM Computer Communication Review. ACM, 2015, 45(4): 153-165.
[2]Mittal K, Belding E M, Suri S. A game-theoretic analysis of wireless access point selection by mobile users[J]. Computer Communications, 2008, 31(10): 2049-2062.
[3] “The power of virtual cell wi-fi.” https://www.fortinet.com/blog/ industry-trends/the-power-of-virtual-cell-wi-fi.html.
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[8] A. Patro, S. Govindan, and S. Banerjee, “Observing home wireless experience through wifi aps,”in Proceedings of the 19th Annual International Conference on Mobile Computing&Networking,MobiCom ’13,(New York,NY,USA),pp.339–350,ACM,2013.
[9] V.Shrivastava,S.Rayanchu,S.Banerjee,andK.Papagiannaki,“Piein the sky: Online passive interference estimation for enterprise wlans,” in Proceedings of the 8th USENIX Conference on Networked Systems Design and Implementation, NSDI’11,(Berkeley,CA,USA),pp.337– 350,USENIX Association,2011.

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