新一代Wi-Fi系統(tǒng): Wi-Fi Mesh AP專題系列(一)

專欄作家 Ryan Huang

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、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)機是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要關(guān)鍵

以往常見擴大Wi-Fi無線信號涵蓋率的方法，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所能擴大的涵蓋率有其限制。而用來延伸信號的網(wǎng)橋，則是會用掉一半的帶寬來負擔信號處理，導(dǎo)致傳輸速率無法有效提升。最后，另外架設(shè)一臺無線路AP來增加無線存取點，則容易發(fā)生無線信號質(zhì)量不佳狀況。我們舉個簡單的例子，當使用者從AP1移動至AP2附近時，由于AP1提供的無線信號因未符合能觸發(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，而無法切換到另一臺信號較強的AP2，使用者就必須要手動切換無限訪問接入點，在使用上較不方便。

圖2：只架設(shè)一臺無線AP是無法滿足整個家庭的使用需求

相較于上述傳統(tǒng)擴大Wi-Fi無線局域網(wǎng)信號涵蓋率的解決方案，新一代Wi-Fi系統(tǒng)-Mesh Wi-Fi可說是目前網(wǎng)通市場上最新、最火紅的產(chǎn)品，一組package通常包括三到四個AP，每臺AP都是獨立的路由器，而當其中一臺AP扮演主基地臺功能時，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。

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、下層的無線接入點做溝通，而是每個路由器都能相互聯(lián)機、溝通，并且同時可以自動尋找傳輸封包時的最佳路徑。

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，以往只有在高端或是企業(yè)級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)在消費級的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無線AP切換到另外一臺無線AP所需的時間控制在毫秒級。它的運作概念是無線裝置在切換AP前透過IEEE 802.11k – Neighbor Report的標準，事先收集當下場域中鄰近AP的信息將其列表，當信號減弱時便從其列表中自動找出切換的目標AP。同時也透過IEEE 802.11v – Wireless network management的標準，簡化網(wǎng)絡(luò)部署與管理的高效能機制，讓裝置在決定可能的切換目標AP時列入考慮，確保切換至另一臺AP時，其無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是良好的。另外，無線裝置也會透過IEEE 802.11r – Fast Transition Roaming的標準，預(yù)先進行聯(lián)機認證以縮短切換AP的時間。最后，無線裝置在遇到信號衰減至漫游觸發(fā)臨界值之際，可以透過以上三個機制、自動漫游切換到別臺AP，并且將控制時間在毫秒級。

那么，無縫漫游的好處是什么呢?舉例來說，當你在使用微信、Skype、QQ等即時通訊軟件進行語音/視頻通話時，無縫漫游可以讓使用者在不同路由器之間移動時，不易遇到斷線的情況發(fā)生，同時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級無線AP也曾出現(xiàn)過。這項功能是無線AP在收到裝置發(fā)出聯(lián)機需求的封包時，無線AP會進行一連串的驗證，之后將裝置引導(dǎo)到較好的無線環(huán)境。普遍上的運用，是當裝置要求連接上無線AP時，無線AP會判斷裝置是否支持5GHz的頻段、信號強度等。如果一切都符合要求，無線AP便會在5GHz的頻段響應(yīng)裝置的聯(lián)機，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，會因為其中的某個節(jié)點故障斷線而導(dǎo)致其下層后方的聯(lián)機裝置也跟著斷線，必須手動再連上其他可用的節(jié)點。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。聽起來像是一個很神奇的黑科技，其實就是運用Mesh Wi-Fi網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中每個接入點都能相互聯(lián)機、溝通的特性。當網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點故障時，Mesh Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)會繞過故障節(jié)點，讓功能正常的節(jié)點相互連結(jié)、運作，并且同時自動尋找封包傳輸時的最佳路徑，保持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的聯(lián)機溝通都能正常運作。

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

裝置引導(dǎo) – Client Steering

裝置引導(dǎo)同樣是利用IEEE 802.11v – Wireless network management的標準技術(shù)，讓無線裝置能獲得該無線AP負載狀況或是當下頻段的信息，進而判斷是否需切換到其他聯(lián)機質(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，不會有所有裝置集中在某個無線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