王亮

（青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 山東 青島 266071）

無線局域網(wǎng)是計算機(jī)與通信技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物，遵循IEEE802.11[1]系列國際標(biāo)準(zhǔn)。但是IEEE802.11協(xié)議在設(shè)計之初沒有考慮用戶移動性，用戶進(jìn)行AP切換的時候會出現(xiàn)很大的延時，嚴(yán)重影響一些實時性較強(qiáng)的會話。

在IEEE802.11的漫游決策中，工作站會根據(jù)AP信號的強(qiáng)度來進(jìn)行漫游[2]。無線終端一開始與AP1連接，信號強(qiáng)度隨著終端遠(yuǎn)離AP1而逐漸衰弱，于是工作站必須執(zhí)行漫游程序，才能達(dá)到AP之間的轉(zhuǎn)換。STA接入BSS需要經(jīng)過掃描、安全認(rèn)證、關(guān)聯(lián)3個階段，而整個漫游過程則分為3個階段，分別為通道掃描階段、身份認(rèn)證階段與重新連接階段。因此，只有通過方法縮短上面幾個階段的時間，才能從根本上解決漫游延時問題。該文在IEEE802.11r基礎(chǔ)上提出將認(rèn)證轉(zhuǎn)移到用戶和路由節(jié)點(diǎn)之間，并且將用戶向服務(wù)器注冊與用戶對路由節(jié)點(diǎn)認(rèn)證過程并發(fā)執(zhí)行，減少認(rèn)證時延的無線局域網(wǎng)的解決方案，以達(dá)到無縫漫游的目的。

1 IEEE802.11x

自IEEE802.11i提出的預(yù)認(rèn)證技術(shù)，使通過將漫游時的認(rèn)證過程提前到安全的鏈路上進(jìn)行，從而解決漫游過程中切換時延過長的問題。IEEE802.llr[3]提出的快速BSS切換協(xié)議，對密鑰結(jié)構(gòu)和認(rèn)證過程做了較大改動，在安全和切換速度上表現(xiàn)都很出色。這些協(xié)議解決的都是鏈路層的漫游問題。

為了減少漫游所需要的時間，IEE802.lli提出了預(yù)認(rèn)證技術(shù)。預(yù)認(rèn)證的核心思想就是利用當(dāng)前AP作為通信隧道，STA與目標(biāo)AP進(jìn)行認(rèn)證，然后緩存協(xié)商好的主密鑰PMK，等到客戶移動到那個AP的時候只進(jìn)行密鑰協(xié)商便可以節(jié)省認(rèn)證的時間。

802.11 r標(biāo)準(zhǔn)，著眼于減少漫游時認(rèn)證所需的時間，這將有助于支持語音等實時應(yīng)用。IEEE 802.llr協(xié)議可以讓W(xué)i-Fi設(shè)備在接入點(diǎn)之間快速漫游，從而提高企業(yè)局域網(wǎng)中VoIP的性能。新的802.llr標(biāo)準(zhǔn)被稱為快速基本服務(wù)設(shè)置轉(zhuǎn)換（Fast Basic Service Set Transition）。 IEEE 802.llr使得 STA 與目標(biāo)AP能在較短的時間內(nèi)建立安全連接并完成Qos資源分配，因此能保證Wi-Fi設(shè)備在兩個接入點(diǎn)之間的遷移時間少于50 ms，從而滿足語音漫游的標(biāo)準(zhǔn)。

2 三層漫游技術(shù)

無線漫游[4]即無線客戶端連接到同一個SSID，從一個AP切換到另外一個AP的過程。無縫漫游是無線網(wǎng)絡(luò)移動性的最佳體現(xiàn)，但是傳統(tǒng)的無線接入點(diǎn)僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)基于二層的漫游。三層漫游就是相鄰的兩個AP廣播相同的SSID但對應(yīng)到不同的VLAN，一旦無線用戶跨越網(wǎng)段，就會由于重新獲取IP地址、重認(rèn)證、重新驗證加密等過程，使得時延過長，從而導(dǎo)致漫游的失敗甚至通信的中斷。典型的無線終端在AP點(diǎn)之間的漫游過程如圖1所示。

圖1 典型漫游過程Fig.1 Typical roaming process

智能無線交換架構(gòu)設(shè)計是將所有用戶信息全部保存在無線局域網(wǎng)控制器上，因此無論是單臺無線交換機(jī)還是多臺無線交換機(jī)的集群體，包括連接狀態(tài)、認(rèn)證狀態(tài)、IP地址分配信息、加密驗證狀態(tài)等用戶信息總是實時共享的，即便是無線用戶跨網(wǎng)段移動，由于還是處于一臺或多臺無線交換機(jī)的控制下，所以還是會延續(xù)原有的IP地址、認(rèn)證與加密方式，因此也不會中斷連接。實現(xiàn)這一過程，并不需要有線網(wǎng)絡(luò)的參與，對有線網(wǎng)絡(luò)和無線用戶而言都是透明的。目前“瘦”AP技術(shù)在三層漫游時都是不中斷的，即無線客戶端漫游到新AP上時，IP地址不變，所以通信不中斷。

三層漫游技術(shù)實現(xiàn)了永不中斷的移動訪問，對實現(xiàn)無縫漫游有重大的意義。

3 多方面共同部署，實現(xiàn)無縫漫游

校園無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求承建的無線接入網(wǎng)絡(luò)要與原有的有線網(wǎng)絡(luò)物理獨(dú)立，無線設(shè)備通過自己的匯聚設(shè)備進(jìn)行接入，在匯聚層與原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。采用集中控制方式，在無線網(wǎng)中設(shè)置一個中心控制站，主要完成MAC控制及信道的分配等功能，網(wǎng)中的其他站在該中心的協(xié)調(diào)下與其他各站通信。目前最流行的無線局域網(wǎng)組建的方式，即“Splice MAC”架構(gòu)，使用“瘦”AP與WLAN控制器組網(wǎng)的方式，保證移動性強(qiáng)的實時數(shù)據(jù)流通信。

1）無線射頻規(guī)劃，在部署AP的時候采用自動射頻技術(shù)，對周邊無線信號進(jìn)行自動的監(jiān)測和掃描，以實現(xiàn)功率的自動分配，并通過無線控制器（WLAN Controller）實現(xiàn)對無線AP功率的自動調(diào)整，可以避免因功率的增強(qiáng)而造成的沖突和干擾，有效克制乒乓效應(yīng)，最終實現(xiàn)各AP區(qū)域動態(tài)無縫對接。

2）借助自動RF技術(shù)監(jiān)測AP的負(fù)載情況，以實現(xiàn)流量的負(fù)載均衡。還可以實現(xiàn)動態(tài)信道分配技術(shù)，避免相臨AP點(diǎn)之間的信道重疊而導(dǎo)致信號沖突。

3）采用無線漫游（WLAN Roaming）技術(shù)，實現(xiàn)二層Roaming和三層Roaming。提供增強(qiáng)的安全性和無縫漫游，通過這項基于身份的組網(wǎng)功能，經(jīng)過改進(jìn)的用戶組認(rèn)證接入控制、始終強(qiáng)制的漫游策略以及對帶寬使用的監(jiān)視實現(xiàn)了無線局域網(wǎng)增強(qiáng)的安全性[5]，實現(xiàn)了無縫的用戶移動性和自由性，從而可以進(jìn)行安全連接和漫游，一次認(rèn)證多次接入，免去在不同AP下切換時再次認(rèn)證。

三層漫游時需要配置如下命令：set service-profile XXX keep-initial-vlan enable根據(jù)上述規(guī)劃設(shè)計出與原有主干網(wǎng)絡(luò)相融合的采用三層漫游技術(shù)WLAN[6]拓?fù)鋱D，如圖2所示。

圖2 三層漫游WLAN拓?fù)鋱DFig.2 Three layer roaming WLAN topology

4 結(jié)束語

基于IEEE 802.11r協(xié)議的快速BSS切換，以及對密鑰結(jié)構(gòu)和認(rèn)證過程的較大改動，采用三層漫游技術(shù)實現(xiàn)無縫漫游的校園無線網(wǎng)絡(luò)解決方案，將用戶身份信息全部保存在無線局域網(wǎng)控制器，在STA漫游過程中避免了外地認(rèn)證服務(wù)器與家鄉(xiāng)認(rèn)證服務(wù)器的信息交換，縮短了整體的認(rèn)證時延。在這種架構(gòu)下搭建的無線校園網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過近1年的運(yùn)營，證明該文提出的方案切實有效。

[1]繆秀娥.無線局域網(wǎng)802.11系列標(biāo)準(zhǔn) [J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002（2）：23-25.

MIAO Xiu-e.Summarization on the standard of 802.11 series of wireless local-area network[J].Jourhal of Guangdong Industry Technical College，2002（2）：23-25.

[2]黃偉力.IEEE802.11無線局域網(wǎng)漫游性能改善研究[J].電腦知識與技術(shù)， 2010（30）:8456-8457，8466.

HUANG Wei-li，IEEE 802.11 wireless LAN roaming performance improvement research[J].Computer Knowledge and Technology ， 2010（30）:8456-8457，8466.

[3]徐敏.基于802.11r的無線局域網(wǎng)漫游技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2010.

[4]尹浩.無線局域網(wǎng)漫游切換研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2006.

[5]張芳.談無線局域網(wǎng)WLAN的安全協(xié)議的改進(jìn)[J].遼寧師專學(xué)報：自然科學(xué)版，2009（1）:25，36.

ZHANG Fang.Talk about wireless LAN WLAN security agreement improvement[J].Journal of Liaoning Teachers College：Natural Science Edition，2009（1）:25，36.

[6]阮鐵權(quán).無線網(wǎng)絡(luò)在校園網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科教文匯，2009（4）:277.

RUAN Tie-quan.Wireless network application in campus net[J].The Science Education Article Collects， 2009（4）:277.