roamingEn redes inalámbricas existe el concepto de roaming, que indica el desplazamiento de una estación dentro de una red inalámbrica, en entornos Wi-Fi.

Esto es posible cuando la misma red Wi-Fi cuenta con múltiples access points (AP) o “puntos de acceso” dando un servicio de red inalámbrico. Las estaciones móviles cambian de AP cuando cuentan con un valor de señal pobre. En este momento es decisión de la estación cambiar a un AP de la misma red con un mejor valor de señal con ayuda del AP al que está actualmente conectado.

 

 

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Figura 1: Desplazamiento de la estación y la conexión a otro punto de acceso con el mismo SSID.

 

Uso del roaming en estaciones y puntos de acceso

El roaming en Wi-Fi se realiza a través de dos protocolos: el 802.11k se encarga de informar de medidas de señal del enlace entre la estación y el AP y asiste a la estación en su objetivo de realizar un cambio de AP dentro de la red Wi-Fi, evitando la pérdida de paquetes en el desplazamiento. El protocolo 802.11v fuerza a la estación a realizar un cambio de punto de acceso decidido por el AP que está dando servicio, esto puede deberse a múltiples razones:

  • El punto de acceso va a reiniciarse: cuando un AP se dispone a realizar una tarea de administración que puede desencadenar en una desconexión de las estaciones.
  • Utilización de canal (CU): Existe una sobrecarga de estaciones, o la monitorización del canal del AP detecta que existe un bajo rendimiento en la red.
  • Valor de señal débil: Hay información sobre otros AP vecinos de la misma red con mejor intensidad de señal recibida (RSSI) y puede tomar la decisión de que la estación debe cambiar de AP.

Cuando es la estación la que decide realizar el cambio de AP, se debe normalmente a tres razones:

  • Un valor de señal débil: El valor de RSSI del AP actual es débil (por debajo de -75 dBm ), el dispositivo busca un AP con una señal más fuerte, a través de un barrido de la banda de trabajo.
  • Pérdida de beacons: Cuando los beacons de un AP conectado no se reciben después de 2 segundos con una estación activa, el dispositivo móvil empieza a realizar un escaneo de banda de trabajo para encontrar otros AP dentro de su alcance.
  • Utilización del canal (CU): Varios clientes están conectados al mismo AP, la conectividad puede verse obstaculizada a pesar de tener una señal de radio fuerte a una sobrecarga de la red. En ese caso, el AP notificará a los clientes de su tráfico actual a través del factor CU en los beacons. El dispositivo móvil activará un barrido de la banda de trabajo si el valor de CU recibido es superior al 70% y el valor actual de RSSI está entre [-65, -75] dBm.

Para eludir el barrido de banda de la estación y de esta manera evitar la pérdida de paquetes en el flujo de red, la estación puede recibir asistencia para realizar el cambio de punto de acceso a través del protocolo 802.11k.

1.  Neighbour reports 802.11k

La estación toma la decisión de roaming y manda al AP un paquete neighbour request en la que pide información de los vecinos con el mismo SSID al AP al que está conectado.

El AP envía un paquete neighbour report a la estación con la lista de AP de su tabla de escaneo, con información del canal en el que están dando servicio, evitando a la estación un barrido completo de la banda.

Para que este protocolo sea efectivo, el punto de acceso debe haber realizado una tarea de barrido de banda previo y tener información actualizada de los vecinos. Haciendo uso del CBS (Continuos background scanning) el AP contiene una tabla de vecinos actualizada en un intervalo de tiempo fiable.

2. Beacon reports 802.11k

El punto de acceso toma la iniciativa del roaming y pide a la estación su punto de vista de la red. La estación informará al punto de acceso de su lista de vecinos de su tabla de escaneo, enviando el valor de RCPI o intensidad de señal y canal de los puntos de acceso que tiene dentro de su alcance.

Con esta información, el punto de acceso al que está actualmente conectada la estación  puede ayudar a esta en su decisión de desplazamiento de la red con el uso del protocolo 802.11v.

3. BSS Transition Management 802.11v

BSS Transition Management permite que un AP solicite a una estación que haga la transición a un AP específico, o sugiera un conjunto de AP preferidos, debido al equilibrio de carga de la red o la finalización de la conexión con el AP actual. Esto ayuda a la estación a identificar el mejor AP entre la lista de candidatos enviados.

En una red donde los AP sean capaces de comunicarse entre sí, puede darse un conjunto de AP muy fiables. Los AP pueden monitorizar de forma continua, a través de las sondas probe request que manda la estación, su valor actual de señal (RSSI).

<h2>Escenario de red con una estación en movimiento</h2>

Por último, veremos un caso de uso del protocolo 802.11k/v/r para realizar el roaming de una estación que cambia su localización y pierde señal con el AP al que está actualmente conectado.

 

 

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Figura 2: Escenario de red con diferentes puntos de acceso y decisión de roaming asistida por el punto de acceso conectado haciendo uso de los protocolos 802.11k/v

En la figura 2, la estación cambia su localización, en el momento que decida la estación el roaming pedirá la información de vecinos a través del protocolo 802.11k neighbour report. De esta manera tendrá la información de los AP próximos y los canales en los que están dando servicio. El cliente puede pedir una lista de candidatos a través del protocolo 802.11v BTM.

En caso de que la decisión de roaming sea tomada por el AP se enviará a través del protocolo 802.11k un beacon request para pedir a la estación que puntos de acceso son viables para el desplazamiento a lo que el AP decidirá el guiado del roaming con una lista de candidatos, una vez enviados los candidatos la estación realizará la reasociación con alguno de los puntos de acceso de la lista.

Si en esta reasociación el protocolo 802.11r está habilitado, la conexión con el siguiente punto de acceso será aún más rápida, ya que se evitará la renegociación de la seguridad con el AP reduciendo el tiempo de reconexión de los 200 ms a menos de 50 ms y evitando el retraso o pérdida de paquetes en el romaing.

En Teldat se hace uso de estas tecnologías y algoritmos en los productos W2022ac configurables a través de la interfaz gráfica de usuario o por administración de una controladora, donde el entorno de red cuenta con un servicio Wi-Fi con múltiples puntos de acceso para dar cobertura de red.


Fuentes

 https://support.samsungknox.com/hc/en-us/articles/115013403768-Enhanced-Roaming-Algorithm

https://www.arubanetworks.com/techdocs/ArubaOS_6_5_3_X_Web_Help/Content/ArubaFrameStyles/VirtualAPs/BSS_Transition_Management_(8211v).htm


Sobre el autor

Francisco Javier Gutierrez
Francisco Javier Gutierrez
Ingeniero en Telemática en el Departamento de I+D de Teldat. Dentro de dicho departamento forma parte del grupo de puntos de acceso de nueva generación

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