摘要：在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，傳統(tǒng)的WDS橋接技術(shù)在漫游過(guò)程中容易出現(xiàn)丟包。而本文利用NAWDS機(jī)制，通過(guò)雙射頻radio裝置，設(shè)計(jì)出一套NAWDS橋接快速漫游技術(shù)，實(shí)現(xiàn)橋接漫游切換零丟包。

關(guān)鍵詞：WDS;NAWDS;移動(dòng)設(shè)備;漫游切換

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）21-0064-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 移動(dòng)場(chǎng)景WDS橋接的背景與問(wèn)題

WDS（Wireless Distribution System，無(wú)線分布式系統(tǒng)）是把多個(gè)AP（Access Point，無(wú)線接入訪問(wèn)點(diǎn)）通過(guò)無(wú)線橋接或中繼的方式相連，從而達(dá)到連接分布網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)展無(wú)線信號(hào)的作用。

WDS通常有兩種工作模式：Root-Bridge、NonRoot-Bridge：

●Root-Bridge的有線接口可以連接有線網(wǎng)絡(luò);無(wú)線接口作為無(wú)線網(wǎng)橋，可以連接NonRoot-Bridge。

●NonRoot-Bridge的有線接口可以連接有線網(wǎng)絡(luò);無(wú)線接口作為無(wú)線網(wǎng)橋，可以連接Root Bridge。

WDS橋接建立的過(guò)程是：對(duì)于WDS來(lái)說(shuō)，Root-Bridge端會(huì)指定一個(gè)BSS（Basic Service Set.基本服務(wù)集）用于NonRoot-Bridge接入建立橋接使用。該BSS就不允許進(jìn)行普通STA用戶接入。當(dāng)這個(gè)BSS存在時(shí)候，就相當(dāng)于Root-Bridge可以接受NonRoot-Bridge的接人請(qǐng)求了。

對(duì)于NonRoot-Bridge端，會(huì)根據(jù)用戶的配置的BSSID或者SSID（Service Set Identifier，服務(wù)集標(biāo)識(shí)符，即無(wú)線局域網(wǎng)的名稱(chēng)）尋找可以接人的Root-Bridge，尋找過(guò)程會(huì)有一個(gè)判斷機(jī)制，指定的BSSID或者SSID是否是一個(gè)可以接人的Root-Bridge。判斷通過(guò)后，就會(huì)進(jìn)行接入處理。處理成功后，WDS橋接就建立了。

利用WDS橋接技術(shù)，在一個(gè)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)和靜態(tài)部署的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。在一個(gè)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)中，車(chē)載AP作為Non-Root Bridge，與地面上的AP（ Root-Bridgel - Root-Bridge N）建立WDS橋接，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

在小車(chē)移動(dòng)的場(chǎng)景中利用WDS進(jìn)行漫游橋接切換[1]，目前主要有以下問(wèn)題：

橋接漫游切換存在丟包。比如上圖中小車(chē)AP從Root-Bridge2漫游切換到Root-BridgeN。根據(jù)WDS的橋接漫游切換的原理，小車(chē)AP會(huì)定期掃描可以連接的Root-Bridge信息。當(dāng)小車(chē)AP當(dāng)前已連接的Root-Bridge的無(wú)線接收信息強(qiáng)度rssi值低于一定的閥值時(shí)，則進(jìn)行漫游切換。這里產(chǎn)生切換丟包的主要原因是：

1） Root-Bridge與NonRoot-Bridge的工作信道可能不同。這樣漫游切換時(shí)，NonRoot-Bridge需要進(jìn)行工作信道切換，切換成與Root-Bridge相同的信道。切換信道開(kāi)銷(xiāo)比較大。

2） NonRoot-Bridge要定期掃描可以連接的Root-Bridge信息。掃描通常分為主動(dòng)掃描和被動(dòng)掃描，掃描的信道可分為全信道掃描和指定信道掃描。小車(chē)AP掃描使用的射頻卡radio為當(dāng)前已處于橋接狀態(tài)的radio。這樣，漫游切換過(guò)程，射頻卡radio用于掃描的處理開(kāi)銷(xiāo)比較大，并且會(huì)對(duì)當(dāng)前已鏈接的鏈路產(chǎn)生影響。

3） WDS橋接過(guò)程是將NonRoot-Bridge工作在STA模式，即NonRoot-Bridge作為STA的方式接入到Root-Bridge。我們知道，STA接人到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程需要經(jīng)過(guò)認(rèn)證和關(guān)聯(lián)兩個(gè)階段，如果是加密的網(wǎng)絡(luò)，還需要進(jìn)行秘鑰協(xié)商的過(guò)程。

2 現(xiàn)有的技術(shù)方案分析

針對(duì)上述的問(wèn)題，通常的解決方案為：

雙鏈路橋接方案：通過(guò)雙射頻AP，分別建立WDS橋接。連接2個(gè)分離的網(wǎng)絡(luò)，增加無(wú)線橋接傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ贏P1和AP2建立雙鏈路后，可實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

雙鏈路橋接[2]的工作原理為：AP1的radiol與AP2的radi0 1建立橋接，API的radi0 2與AP2的radi0 2也建立橋接。檢測(cè)鏈路都建立完畢后，可進(jìn)行雙鏈路通信。

雙鏈路通信過(guò)程中，發(fā)送端AP1分別從兩個(gè)射頻radio接口發(fā)送內(nèi)容相同的報(bào)文;接收端AP2進(jìn)行冗余報(bào)文處理，接收較早到達(dá)的報(bào)文，如果另一條鏈路報(bào)文也能順利到達(dá)，則丟棄后到達(dá)的報(bào)文。

雙鏈路橋接方案相比傳統(tǒng)的橋接方案，優(yōu)勢(shì)如下：

高可靠：?jiǎn)捂溌沸诺辣桓蓴_，可能引發(fā)數(shù)據(jù)重傳，甚至丟包。對(duì)比單鏈路，雙鏈路橋接，抗干擾能力更強(qiáng)，可靠性更高，具有更低的丟包，時(shí)延和抖動(dòng)。

雙鏈路橋接方案本身也存在如下缺陷：

1） Root-Bridge和NonRoot-Bridge需要同時(shí)使用兩個(gè)射頻radio進(jìn)行橋接鏈路建立。在橋接鏈路建立時(shí)該射頻radio無(wú)法同時(shí)作為接人終端用戶的射頻radio。

2）雙鏈路其中一條鏈路作為冗余鏈路，發(fā)送端需要往兩條鏈路發(fā)送相同的報(bào)文，接收端需要作冗余報(bào)文檢測(cè)并丟棄處理。這個(gè)會(huì)造成鏈路帶寬的浪費(fèi)。如果處理不當(dāng)可能會(huì)造成廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。

3 NAWDS橋接快速漫游方案

NAWDS[3]是無(wú)關(guān)聯(lián)的無(wú)線分布式系統(tǒng)（ Not Associate Wire-less Distribution System）.NAWDS相比與WDS，不需要Non-Root-Bridge進(jìn)行認(rèn)證、關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。NAWDS通過(guò)預(yù)先配置好的工作模式（Repeater中繼or Bridge橋接），并設(shè)置好橋接鏈路兩端接口的能力值（射頻模式（lln/lla/llac）、頻寬（HT20/HT40/VHT80等）），通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)報(bào)文的通信就能夠直接建立橋接表項(xiàng)，完成橋接鏈路的建立。

NAWDS橋接快速漫游方案提供了一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，利用NAWDS機(jī)制實(shí)現(xiàn)橋接漫游切換零丟包的方法。該方案通過(guò)NonRoot-Bridge的雙射頻radio實(shí)現(xiàn)漫游切換過(guò)程的零丟包。雙射頻radio分為主射頻radio和備份射頻radio。其中主射頻radio用于數(shù)據(jù)傳輸，備份射頻radio用于掃描和漫游切換。具體方案的實(shí)施步驟如下：

1）在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)小車(chē)上安裝有移動(dòng)AP，具備雙射頻裝置。靜態(tài)部署的網(wǎng)絡(luò)中（如圖APl，AP2，AP3），可以為單射頻AP，也可以為雙射頻AP。

2）移動(dòng)小車(chē)的雙射頻radio，射頻radio1作為主射頻，用于數(shù)據(jù)傳輸;射頻radi0 2作為備份射頻，用于掃描和切換。

3）移動(dòng)小車(chē)上的AP（NonRoot-Bridge），在初始狀態(tài)，備份射頻啟動(dòng)主動(dòng)掃描。掃描可以基于全信道進(jìn)行掃描。為了保證掃描到最優(yōu)的Root-Bridge AP，備份射頻可以根據(jù)掃描結(jié)果，將符合條件的，rss]信號(hào)強(qiáng)度最優(yōu)的Root-Bridge信息本地緩存起來(lái)并排序。緩存的信息包括：Root-Bridge的BSSID、RSSI值，信道等參數(shù)。

4）備份射頻掃描并選舉最優(yōu)的Root-Bridge后，與當(dāng)前連接的Root-Bridge進(jìn)行對(duì)比，如果兩者的RSSI差值超過(guò)某個(gè)單位（比如lOdBm），并且當(dāng)前連接的Root-Bridge的RSSI值低于閥值（比如-90dBm），則決策進(jìn)入切換狀態(tài)。

5）進(jìn)入切換狀態(tài)后：

備份射頻的radio停止掃描，切換到目標(biāo)信道（和目標(biāo)要連接的Root-Bridge的信道一致）。

●切換信道成功后，該radio開(kāi)始創(chuàng)建NAWDS的repeater模式，并且向Root-Bridge發(fā)送特殊標(biāo)記的廣播報(bào)文。該廣播報(bào)文為橋接鏈路建立確認(rèn)請(qǐng)求報(bào)文。該報(bào)文的目的是為了NonRoot-Bridge與Root-Bridge之間確認(rèn)是否橋接鏈路建立成功了。

●Root-Bridge收到橋接鏈路建立確認(rèn)請(qǐng)求報(bào)文后，立即回復(fù)橋接鏈路建立確認(rèn)應(yīng)答報(bào)文。

●NonRoot-Bridge收到應(yīng)答報(bào)文后，表示橋接鏈路已建立成功。此時(shí)丟棄該廣播報(bào)文，同時(shí)立即發(fā)送本地有線接口的所有源MAC地址的ARP廣播報(bào)文。發(fā)送ARP廣播報(bào)文的目的是橋接鏈路變化的時(shí)候（橋接鏈路首次建立或者橋接鏈路切換），讓NonRoot-Bridge下聯(lián)有線接口的終端用戶的MAC地址在RootBridge上聯(lián)的有線網(wǎng)絡(luò)中快速更新MAC地址表項(xiàng)，用于快速打通終端MAC地址的上行路徑。

●當(dāng)橋接鏈路建立完成后，NonRoot-Bridge上的主/備射頻進(jìn)行切換：備份射頻變成主射頻，用于當(dāng)前橋接鏈路的建立和維持;主射頻變成備份射頻，用于持續(xù)掃描并選擇最優(yōu)的Root-Bridge設(shè)備。

6） -旦與Root-Bridge建立橋接后，就進(jìn)入正常工作狀態(tài)。此時(shí)新的主射頻需要定期地發(fā)送橋接鏈路?；顖?bào)文，用于鏈路的保活處理。

7） NonRoot-Bridge收到保活應(yīng)答報(bào)文后，表示橋接鏈路的通路是正常的。如果在?；钪芷趦?nèi)連續(xù)接收不到?；顟?yīng)答報(bào)文，則表明橋接鏈路的數(shù)據(jù)通路異常，此時(shí)需要?jiǎng)h除NAWDS的橋接表項(xiàng)。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，多臺(tái)移動(dòng)小車(chē)在頻繁來(lái)回移動(dòng)的過(guò)程中，就需要及時(shí)更新維護(hù)橋接表項(xiàng)。

8）在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)備份射頻掃描并選擇最優(yōu)的Root-Bridge時(shí)，會(huì)繼續(xù)與當(dāng)前已連接的Root-Bridge的RSSI值進(jìn)行比較，并決策是否進(jìn)入漫游切換狀態(tài)。如果決策進(jìn)入切換狀態(tài)，則重復(fù)進(jìn)入步驟5-7。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

在本方案中，因?yàn)閽呙琛⒐ぷ餍诺赖那袚Q、橋接鏈路的建立，這些動(dòng)作都是由移動(dòng)小車(chē)上的備份射頻來(lái)完成的，而在備份射頻處理這些動(dòng)作的期間，主射頻仍然處于工作狀態(tài)。當(dāng)備份射頻與新的AP建立橋接關(guān)系，進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，主，備射頻的角色就會(huì)進(jìn)行切換。從而保證了移動(dòng)小車(chē)在移動(dòng)過(guò)程，進(jìn)行漫游切換時(shí)，能夠做到零丟包。

1）固定根橋ROOTI，ROOT2-ROOTN。

2）配置所有根橋發(fā)出相同的SSID，非根橋配置NAWDS橋接。

3）在非根橋配置默認(rèn)或者設(shè)定的（根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景調(diào)整RS-SI）漫游閾值。

4）記錄漫游切換過(guò)程中丟包率與打流性能。

測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如下：

5 結(jié)論與展望

NAWDS快速漫游方案帶來(lái)的益處有：

1）抗干擾性強(qiáng)：本方案部署時(shí)，AP之間信道規(guī)劃可以是同信道，也可以是不同信道。NonRoot-Bridge的工作信道可以正常調(diào)整而不影響當(dāng)前橋接鏈路的正常通信。

2）高性能：AP之間處于不同信道，性能更高。

3）漫游切換性能：不管是同一臺(tái)交換機(jī)下的AP間的漫游，還是跨交換機(jī)間的AP間的漫游，漫游切換都能做到零漫游。

4）相比與雙鏈路橋接：本方案中只建立單條橋接鏈路，NonRoot-Bridge上的雙射頻卡，主射頻卡用于橋接鏈路建立，備份射頻卡用于掃描和選擇最優(yōu)Root-Bridge。對(duì)于Root-Bridge設(shè)備來(lái)說(shuō)，可以是單射頻卡設(shè)備，也可以是雙射頻卡設(shè)備。同時(shí)，沒(méi)有雙鏈路橋接的多份相同報(bào)文處理的問(wèn)題，節(jié)約了鏈路帶寬，減少了廣播風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，該技術(shù)除了應(yīng)用在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景，也可以應(yīng)用在靜態(tài)部署的網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景。利用NonRoot-Bridge的雙射頻裝置，在Root-Bridge發(fā)生變化的時(shí)候（比如靜態(tài)部署的網(wǎng)絡(luò)中增加或刪除一臺(tái)Root-Bridge），能夠自動(dòng)適應(yīng)并選擇一臺(tái)接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI值最優(yōu)的一臺(tái)Root-Bridge進(jìn)行橋接，增加了方案的擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋豫軍.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WDS橋接技術(shù)及其應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2014 （10）：126-127.

[2]張強(qiáng).無(wú)線橋接技術(shù)中Bridge與WDS差異淺析[J].中國(guó)新通信，2015，17（2）：61.

[3]朱雯.無(wú)線橋接技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)新通信，2013，15（1）：55.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】

作者簡(jiǎn)介：鄭寧（1983-），男，福建福州人，本科，工程師，研究方向?yàn)樾畔⑼ㄐ排c技術(shù)。