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

想说明的几点
关于Meraki
是Cisco收购的一家云计算网络初创公司。2012年被Cisco以12亿美元收购。Meraki起初只是MIT的Roofnet研究项目。Meraki专门为大型网络公司、组织和学校提供无线网络设备、安全设施和统筹性云架构软件,帮助组建网络。Meraki的特别之处在于,网状网络软件和基于云的设备管理平台。
2018年4月,Meraki进入中国大陆。

关于各类无线网络漫游协议
论文中提到了一系列的无线网络协议,包括802.11v/k/r甚至802.11i(描述WPA(WLAN认证方面)的)。还有一处提到802.11h,也提及了a/b/g/ac。
先说802.11r,它也可以叫做“Fast BSS Transition”,致力于减少漫游时所需的认证时间,保证漫游重连时间小于50ms。它于2008年公布,定义了STA在同一移动域中的不同AP之间漫游时的交互细则,提供了实现BSS快速切换的标准。协议允许无线客户机在实现切换之前,就建立起与新接入点之间安全且具备QoS的状态。
802.11k为无线信道的选择、传输功率控制、漫游服务提供标准。它提供无线资源管理,让band(频段), channel(通道), carrier(载波)灵活调整。在一个遵守802.11k规范的网络中,如果最强信号点过载,而一个设备连接到了信号较弱的AP上,那么总体上它也能得到较大的吞吐量,因为这时网络资源得到了更有效的利用。用户通过初始的认证帧进行重新认证。
而802.11v呢?V工作组是802.11最新成立的小组,802.11v协议于2011年被提出。V是建立在k的基础上的,其主要工作是实现AP之间的负载均衡。负载均衡的任务是根据AP的负载情况在它们之间分配无线终端设备。目前这项工作的实现方式是限制AP的接入数量。这可能中断无线设备的会话。而v协议设想将设备引导到带宽和资源均衡的AP上,从而使负载均衡对用户而言透明。
论文中提到,802.11r有安全、稳定性等方面的问题。
Meraki系统架构
关于里面那个算法
两个字,简单。。。
其它
所有的图作的倒是挺简单明了的。就是实现,是个大问题。。
附:802.11标准历史
1997年,第一个无线局域网标准802.11诞生;数据传输速率2Mbps。
1999年,IEEE发布802.11b标准,传输速率11Mbit/s。运行在2.4GHz频段。同年,补充发布802.11a标准,工作频率为5Hz,最大传输速率54Mbit/s.
2003年,802.11g产生。在802.11b的基础上,结合OFDM技术,载波频率为2.4GHz。原始传输速率为54Mbit/s,净传输速率为24.7Mbit/s。
2009年,发布802.11n标准(对WiFi影响很重要的一个标准)。对Wifi的传输和接入做了重大改进。引入了MIMO、安全加密等新概念,传输速率达到600Mbit/s。同时工作在2.4和5GHz。
2013年,发布802.11ac标准。引入更高的射频带宽和更高阶的调制技术。传输速率达到1.73Gbps,仅支持5GHz频段的终端设备。
2014年,为了满足人们对无线网络超大带宽、超密接入、超低延时的需求,IEEE成立了名为HEW(High Efficiency WLAN)的研究小组。2015年正式成立工作组研发新一代的Wifi标准。这就是今天的802.11ax。之后Wifi联盟将其更名为Wifi6,将802.11ac更名为Wifi5。华为是WiFi6标准的主要贡献者。
2015年发布802.11ac wave2标准,将波束成形和MU-MIMO等功能推向主流。
之前在知乎上问了华为(没错,就是问的华为那家公司的知乎号),他告诉我说我们熟知的802.11n/ac/r/i等协议都属于IEEE802.11协议簇,而802.11a/b/g/n/ac/ax这一类协议是标准无线局域网协议,协议演进内容集中体现在PHY和MAC层的设计上,这类最被人熟知的是空口速率的持续提升,如802.11b速率最大支持11Mbps,而到了802.11ax,其理论速率就已经达到了9.6Gbps。此外,802.11k/v/r属于管理层协议,是为了优化网络应用层面的用户体验。11k/v/r协议主要实现无线漫游相关功能,11k感知最佳AP,11v优化漫游出发条件,11r简化认证流程,实现快速漫游。

Mark
本来以为文章中的传统方法只是对比介绍了802.11相关的协议。仔细一看,貌似还介绍了其它论文的一些方法。分3个问题介绍了相关的解决方法。
(1) single BSSID架构
为了减少用户漫游的切换开销,除了802.11提供的标准,工业界已经提出了一些更优的方法。
目前有两个原始的WiFi架构:多信道和单信道。单信道也叫单蜂窝或虚拟蜂窝。在现实生活中,99%的网络都使用多信道。虽然多信道不支持无线漫游,但是它提供了更高的带宽和容量,对大多数通信情况来说是足够的。不过单信道有其独特的好处。一个经过精心设计的单信道虚拟网络不仅可以支持大量用户的接入,而且允许这些用户的移动[3]。
不过这些方法都是基于控制器(就是那个所有AP的头头)的,在单信道上操作简化了用户切换和RF-planning,但是也导致了很强的信道干扰,限制了传输能力和服务质量。
(3)无线网络中的测量
Meraki的另外一篇论文[1]从不同的度量视角(信道的利用、冲突等)研究了大规模的企业无线网络,结论指出,接入点经常和周围的网络共享频谱。但这些网络并不预测信道的利用率。大多数接入点看到的2.4GHz信道利用率为20%以上。这些研究为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。然而清华大学联合微软亚洲研究院提出了一个客户端的应用WiFiSeer[5],用于检测大规模移动设备环境下的WiFi延迟,并进行了改善。 [6]提出了基于测量驱动的指导方针,应用于802.11网络中自适应的能量控制、频率分配和负载均衡。[7]使用实验床测量,提倡在一个密集网络中使用频带的切换。[8,9]使用定制的硬件和固件来测量802.11的一些特性,提出了估计TCP吞吐量和估计冲突的技术。
(2) AP选择
有很多关于如何选择AP的论文。这些选择方法都是为了达到更高的性能。度量标准有带宽、RTT(Round-Trip Time)、负载等。例如,Divert利用路径的多样性来为上行和下行链路选择最佳的AP。08年加州大学的研究人员使用博弈论的方法来选择AP。用户选择的接入点总是在负载和与接入点的距离之间进行一个最优的折衷,因为用户都是“自私”的,因此用户之间的选择很可能发生冲突,从而又促使他们改变接入点。基于这个认识,作者将接入点的选择模拟成一场博弈,引入纳什均衡。此论文最明显的一个缺陷就是需要用户根据系统的结论而自己移动到相应的WiFi热点区域,这对用户来说很不友好。总的来说,这些方法都是根据客户端的改变而改变的。相对基于用户的改变来说,基于AP的改变更加可行,因为用户在无线网络环境中的位置是动态、难以预测的。
参考文献(假装都看过~):
[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.
[4] A.Bhartia, B.Chen, F.Wang, D.Pallas, R Musaloiu-E,T.T.-T.Lai,and H.Ma,“Measurement-based,practical techniques to improve 802.11ac performance, ”in Proceedings of the 2017 Internet Measurement Conference,IMC’17,( New York, NY,USA),pp.205–219,ACM,2017.
[5] K.Sui, M.Zhou, D.Liu, M.Ma, D.Pei, Y.Zhao, Z.Li, and T.Moscibroda, “Characterizing and improving wifi latency in large-scale operational networks,”in Proceedings of the 14th Annual International Conference on Mobile Systems, Applications, and Services, MobiSys ’16,(New York, NY, USA),pp.347–360,ACM,2016.
[6] I.Broustis, K.Papagiannaki, S.V.Krishnamurthy, M.Faloutsos, and V.P.Mhatre,“Measurement-driven guidelines for 802.11 wlan design,” IEEE/ACMTrans.Netw.,vol.18,pp.722–735,June2010.
[7] Y. Yiakoumis, M. Bansal, A. Covington, J. van Reijendam, S. Katti, and N.McKeown,“Behop: A testbed for dense wifi networks,”in Proceedings of the 9th ACM International Workshop on Wireless Network Testbeds, Experimental Evaluationand Characterization,WiNTECH ’14,(New York,NY,USA),pp.1–8,ACM,2014.
[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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