WIFI无线网络之无线漫游

无线漫游

什么是无线漫游

一台无线终端备（STA）通过连接Wi-Fi获取上网体验，Wi-Fi名称（又称为SSID）是由无线接入网（AP）提供的，因为一台AP设备的覆盖范围有限，所以无线网络覆盖通常是由多台AP组成的，无线终端在无线网络区域中移动时，就会连接到不同的AP。无线漫游就是指无线终端在移动到两个AP覆盖范围的临界区域时，无线终端与新的AP进行关联与原有AP断开关联，且在此过程中保持不间断的网络连接。

Roaming

什么是传统漫游

传统的漫游技术定义了无线终端漫游的基本过程：当无线终端逐渐远离当前关联的AP时，终端感知到信号强度逐渐下降，就会广播探测报文感知周边AP的存在并与之进行交互。当无线终端的信号达到漫游的门限值之后，无线终端触发漫游，与新的AP进行关联、与原有AP断开连接，完成AP的切换。
此过程中，无线终端的漫游行为是由无线终端自己控制的，终端自己来决定漫游触发机制和漫游判断逻辑。由于不同厂家的无线终端实现存在差，信号门限值和评判标准不同，无线终端漫游效果也各有差别。传统的无线漫游技术推出以后，初步解决了无线终端在AP间移动时业务连续性问题，但在实际使用中仍然面临着一些难题。

传统漫游中的难题

  • 丢包严重
    在终端决定的漫游过程中，无线终端没有整个无线网络的视角。重新挑选出一个可用AP，再进行切换，此过程耗时长，导致丢包严重。
  • 漫游触发不及时
    有些无线终端对漫游很迟钝，这种迟钝表现在无线终端会优先保持已经关联的AP。只要当前关联的AP信号没有衰减到不能用的地步，即使周围有信号更好的AP可以接入，无线终端仍然会保持挂在原来接入的AP，不会进行主动切换。
  • 选择的漫游目标AP不是最合适的AP
    无线终端在决策漫游到哪个AP的时候，通常连接到提供最强信号的AP，这种情况可能会导致某一个AP连接多个终端，而其他AP利用率低的情况，从而导致整个网络的性能降低。信号强度并不是决定无线链路质量的唯一因素，还需要考虑AP的负载情况，周围信号干扰等情况。
  • 关联新AP的过程较长
    无线终端在使用WPA/WPA2加密或者802.1x认证的网络中漫游时，在接入新的AP前，网络需要对无线终端的合法性进行校验，导致终端漫游切换时间过长，漫游过程中用户业务体验变差。

802.11k/v/r

802.11k/v/r 就是 IEEE 为提升 无线漫游（Roaming）体验 而制定的三项关键协议，常被合称为“快速漫游三兄弟”或“无缝漫游三协议”。它们协同工作，分别解决无线终端（STA）在移动过程中 何时漫游、漫游到哪里、如何快速重连 这三个核心问题。

802.11k：解决 “何时漫游？” —— 邻居报告与测量机制

IEEE 802.11k-2008
无线局域网频谱资源测量协议(Radio Resource Measurement of Wireless LANs，简称为 RRM)

802.11K协议提供了AP与终端互相申请测量对方无线状态的接口。802.11K协议可以提前告知无线终端可以选哪些AP，在设备要进行漫游时能够快速选择漫游AP。当无线终端检测到当前连接的AP提供的无线网络不佳，向AP发起请求，请求AP提供一份可以漫游的AP的列表和AP的相关信息，让无线终端了解附近的AP的情况。当AP检测到关联的无线终端逐渐远离时，会要求无线终端收集周围的AP信息并反馈，AP再结合自己的邻居AP的信息，再反馈给无线终端推荐漫游的AP。所以，802.11K又被称为是“友邻（AP）报告”协议：AP扫描周围邻居AP信息，配合终端扫描潜在漫游目标信息。

核心功能

  • 允许 AP 向 STA 提供邻居 AP 列表（Neighbor Report）
  • STA 可主动请求周围 AP 的信息（如信号强度 RSSI、信道、负载等）
  • 避免 STA 盲目全信道扫描（Active/Passive Scan），大幅缩短发现新 AP 的时间

工作流程

  1. STA 检测当前连接 AP 信号变弱（如 RSSI < -75 dBm）
  2. 向当前 AP 发送 Neighbor Report Request
  3. AP 返回 Neighbor Report，包含：
    • 邻居 AP 的 BSSID、信道、支持频段
    • 信号质量预估（可选）
  4. STA 基于该列表快速评估最佳漫游目标，无需耗时扫描

优势

  • 减少漫游延迟（从数百毫秒降至几十毫秒）
  • 降低设备功耗（避免频繁全频段扫描）
  • 提升 VoIP、视频会议等实时业务的连续性

802.11v：解决 “漫游到哪里？” —— 网络引导与负载均衡

IEEE 802.11v-2011
无线网络管理协议(Wireless Network Management,WNM)

802.11V允许无线设备与AP交换有关网络拓扑的信息，包括有关信号环境的信息，促进无线网络的整体改进。
AP不仅会响应无线设备的邻居AP报告请求，而且还会评估无线终端的连接质量，并引导无线终端漫游到能提供更好的上网体验的最佳AP，从而进一步平衡AP之间的负载。简而言之，802.11V的作用是让终端可以请求漫游目标，而AP给无线终端一个建议漫游的目标AP。
当设备通过上面的802.11K和802.11V的协作后，就可以确定无线终端要漫游的目标AP。在802.11K/V的合作下，解决了无线终端在漫游过程中什么时候漫游和漫游到那个AP的问题。

核心功能

  • **BSS Transition Management (BTM)**：AP 可主动建议 STA 漫游到更优 AP
  • 支持 网络侧引导漫游（而非仅由终端自主决策）
  • 实现 负载均衡 和 干扰规避

工作流程

  1. AP 监控 STA 的连接质量（如低速率、高丢包）
  2. AP 判断当前 STA 更适合连接到邻居 AP（如负载更低、信号更强）
  3. AP 向 STA 发送 BSS Transition Request，附带推荐目标 AP 列表
  4. STA 可选择接受建议并切换，或拒绝（保留自主权）

✅ 注意：802.11v 是 可选响应，STA 不强制执行，但现代设备通常配合。

应用场景

  • 高密度部署（如商场、机场）中避免某 AP 过载
  • 引导 5GHz 设备优先接入（而非挤在 2.4GHz）
  • 主动将边缘用户“推”向中心 AP，提升整体吞吐

802.11r：解决 “如何快速重连？” —— 快速认证与切换

IEEE 802.11r-2008
Fast Basic Service Set (BSS) Transition

802.11R可使用一种名为“快速基本服务集转换(FT)”的功能更快地进行认证，从而提高设备登录到新AP的效率。终端在加密无线网络环境中漫游时，每次都需要重新关联验证无线密码，而通过802.11R协议简化了WPA2认证的步骤，漫游的速度就会变得更快。所以，802.11R让STA在AP间切换时，不用重新认证，加速关联过程。降低漫游过程中的延迟，解决了怎样快速漫游的问题。

核心功能

  • 简化 WPA/WPA2/WPA3 企业级或 PSK 网络中的认证流程
  • 通过 FT（Fast Transition） 机制，跳过完整 4 次握手和 802.1X 认证
  • 实现 < 50ms 甚至 < 10ms 的漫游切换

技术原理

  • 在初始关联时，STA 与 多个 AP 预共享密钥材料（PMK-R0 / PMK-R1）
  • 漫游时直接使用预协商的密钥进行 快速握手（FT over-the-air 或 over-the-DS）
  • 无需重新输入密码或等待 RADIUS 服务器认证（对企业网络尤其关键）

适用网络类型

网络类型 是否支持 802.11r
开放网络（无密码） ❌ 不需要
WPA2-Personal（PSK） ✅ 支持（需路由器和终端均开启）
WPA2/WPA3-Enterprise ✅ 强烈推荐（否则每次漫游需重新认证）

三者协同工作流程（典型场景）

假设你拿着手机从客厅走向卧室：

  1. 802.11k：
    手机发现客厅 AP 信号变弱 → 请求邻居报告 → 获得卧室 AP 信息。

  2. 802.11v：
    客厅 AP 检测到你靠近卧室，且卧室 AP 负载较低 → 主动发送 BTM 请求：“建议你切到卧室 AP”。

  3. 802.11r：
    手机决定切换 → 利用预共享密钥直接与卧室 AP 完成快速认证 → 无缝继续视频通话。

✅ 整个过程 无感知、无断连、无重认证。

总结

协议 解决问题 关键技术 用户价值
802.11k 何时漫游？ 邻居报告（Neighbor Report） 快速发现目标 AP
802.11v 漫游到哪？ BSS Transition Management 网络智能引导，负载均衡
802.11r 如何快连？ Fast BSS Transition (FT) 秒级切换，无感漫游

💡 一句话：
k 告诉你“有哪些选择”，v 告诉你“选哪个最好”，r 让你“秒连不用等”。

要实现真正的 全屋无缝漫游，务必确保 路由器 + 终端 同时支持 802.11k/v/r 三者。

参考