新一代Mesh Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是如何運(yùn)作的

Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)今家庭中扮演著不可或缺的角色。無論是家庭成員經(jīng)常使用的智能手機(jī)、平板、各式3C產(chǎn)品，甚至是智能電視、家電等物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，都需先透過家中的Wi-Fi無線局域網(wǎng)絡(luò)，再連上因特網(wǎng)以享有更多的在線功能跟云端服務(wù)。為了確保家中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都能夠連上Wi-Fi，零死角Wi-Fi無線局域網(wǎng)絡(luò)的需求便孕育而生。

圖1：在智能家庭中，Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要關(guān)鍵

以往常見擴(kuò)大Wi-Fi無線信號(hào)涵蓋率的方法，不外乎是提高功率、加大天線、加裝網(wǎng)橋，或是另架設(shè)一臺(tái)無線AP。而加大天線、提高的功率即便再大，也不可能大到超出法定規(guī)范，所以單一無線AP所能擴(kuò)大的涵蓋率有其限制。而用來延伸信號(hào)的網(wǎng)橋，則是會(huì)用掉一半的帶寬來負(fù)擔(dān)信號(hào)處理，導(dǎo)致傳輸速率無法有效提升。最后，另外架設(shè)一臺(tái)無線路AP來增加無線存取點(diǎn)，則容易發(fā)生無線信號(hào)質(zhì)量不佳狀況。我們舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，當(dāng)使用者從AP1移動(dòng)至AP2附近時(shí)，由于AP1提供的無線信號(hào)因未符合能觸發(fā)裝置端漫游的臨界值(一般約-70dB~-75dB)，造成裝置端一直維持與原有AP1的聯(lián)機(jī)，而無法切換到另一臺(tái)信號(hào)較強(qiáng)的AP2，使用者就必須要手動(dòng)切換無限訪問接入點(diǎn)，在使用上較不方便。

圖2：只架設(shè)一臺(tái)無線AP是無法滿足整個(gè)家庭的使用需求

相較于上述傳統(tǒng)擴(kuò)大Wi-Fi無線局域網(wǎng)信號(hào)涵蓋率的解決方案，新一代Wi-Fi系統(tǒng)-Mesh Wi-Fi可說是目前網(wǎng)通市場(chǎng)上最新、最火紅的產(chǎn)品，一組package通常包括三到四個(gè)AP，每臺(tái)AP都是獨(dú)立的路由器，而當(dāng)其中一臺(tái)AP扮演主基地臺(tái)功能時(shí)，其他的AP則作為衛(wèi)星AP，整套系統(tǒng)可提供零死角、大面積的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)。

那么何謂Mesh Wi-Fi?Mesh Wi-Fi的中文名稱為無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其特性不像是傳統(tǒng)星狀或樹狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只能與上、下層的無線接入點(diǎn)做溝通，而是每個(gè)路由器都能相互聯(lián)機(jī)、溝通，并且同時(shí)可以自動(dòng)尋找傳輸封包時(shí)的最佳路徑。

圖3：傳統(tǒng)Wi-Fi布建與Mesh Wi-Fi的拓樸圖

Mesh Wi-Fi系統(tǒng)在技術(shù)上也有許多亮點(diǎn)，以往只有在高端或是企業(yè)級(jí)的無線路由器上才有的功能，如：IEEE 802.11k – Neighbor Report、IEEE 802.11v – Wireless network management、IEEE 802.11r – Fast Transition Roaming、IEEE 802.11x – Network Access Control，這些功能也都出現(xiàn)在消費(fèi)級(jí)的Mesh Wi-Fi產(chǎn)品上。此外，由于Mesh Wi-Fi的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)特性，也讓Mesh Wi-Fi多出了Self-Healing等功能，以下將一一介紹這些在Mesh Wi-Fi上常見的功能。

?無縫漫游 – Seamless Roaming

所謂的無縫漫游是指將從一臺(tái)無線AP切換到另外一臺(tái)無線AP所需的時(shí)間控制在毫秒級(jí)。它的運(yùn)作概念是無線裝置在切換AP前透過IEEE 802.11k – Neighbor Report的標(biāo)準(zhǔn)，事先收集當(dāng)下場(chǎng)域中鄰近AP的信息將其列表，當(dāng)信號(hào)減弱時(shí)便從其列表中自動(dòng)找出切換的目標(biāo)AP。同時(shí)也透過IEEE 802.11v – Wireless network management的標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)部署與管理的高效能機(jī)制，讓裝置在決定可能的切換目標(biāo)AP時(shí)列入考慮，確保切換至另一臺(tái)AP時(shí)，其無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是良好的。另外，無線裝置也會(huì)透過IEEE 802.11r – Fast TransiTIon Roaming的標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)先進(jìn)行聯(lián)機(jī)認(rèn)證以縮短切換AP的時(shí)間。最后，無線裝置在遇到信號(hào)衰減至漫游觸發(fā)臨界值之際，可以透過以上三個(gè)機(jī)制、自動(dòng)漫游切換到別臺(tái)AP，并且將控制時(shí)間在毫秒級(jí)。

那么，無縫漫游的好處是什么呢?舉例來說，當(dāng)你在使用微信、Skype、QQ等即時(shí)通訊軟件進(jìn)行語音/視頻通話時(shí)，無縫漫游可以讓使用者在不同路由器之間移動(dòng)時(shí)，不易遇到斷線的情況發(fā)生，同時(shí)也能享有良好的通話質(zhì)量。

?頻段引導(dǎo) – Band Steering

頻段引導(dǎo)的功能在一些中高端的消費(fèi)級(jí)無線AP也曾出現(xiàn)過。這項(xiàng)功能是無線AP在收到裝置發(fā)出聯(lián)機(jī)需求的封包時(shí)，無線AP會(huì)進(jìn)行一連串的驗(yàn)證，之后將裝置引導(dǎo)到較好的無線環(huán)境。普遍上的運(yùn)用，是當(dāng)裝置要求連接上無線AP時(shí)，無線AP會(huì)判斷裝置是否支持5GHz的頻段、信號(hào)強(qiáng)度等。如果一切都符合要求，無線AP便會(huì)在5GHz的頻段響應(yīng)裝置的聯(lián)機(jī)，使裝置連接上網(wǎng)絡(luò)速率較快、無線干擾較少的5GHz的頻段。

圖4：頻段引導(dǎo) – Band Steering的運(yùn)作

自我修復(fù) – Self-Healing

在傳統(tǒng)的星狀或是樹狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，會(huì)因?yàn)槠渲械哪硞€(gè)節(jié)點(diǎn)故障斷線而導(dǎo)致其下層后方的聯(lián)機(jī)裝置也跟著斷線，必須手動(dòng)再連上其他可用的節(jié)點(diǎn)。Mesh Wi-Fi的自我修復(fù)，則可預(yù)防網(wǎng)絡(luò)環(huán)境癱瘓的情境發(fā)生。聽起來像是一個(gè)很神奇的黑科技，其實(shí)就是運(yùn)用Mesh Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)接入點(diǎn)都能相互聯(lián)機(jī)、溝通的特性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，Mesh Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)會(huì)繞過故障節(jié)點(diǎn)，讓功能正常的節(jié)點(diǎn)相互連結(jié)、運(yùn)作，并且同時(shí)自動(dòng)尋找封包傳輸時(shí)的最佳路徑，保持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的聯(lián)機(jī)溝通都能正常運(yùn)作。

圖5：由于Mesh Wi-Fi每個(gè)接入點(diǎn)都能相互聯(lián)機(jī)、溝通的特性，所以可以達(dá)成自我修復(fù)

裝置引導(dǎo) – Client Steering

裝置引導(dǎo)同樣是利用IEEE 802.11v – Wireless network management的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，讓無線裝置能獲得該無線AP負(fù)載狀況或是當(dāng)下頻段的信息，進(jìn)而判斷是否需切換到其他聯(lián)機(jī)質(zhì)量更好的AP。如此一來可以有效分散無線裝置到適合的無線AP，不會(huì)有所有裝置集中在某個(gè)無線AP拖慢傳輸速度而其他的無線AP卻閑置的窘境。

圖6：透過裝置引導(dǎo) – Client Steering可以將裝置引導(dǎo)至合適的無線AP