Obsługa roamingu Wi-Fi na urządzeniach Apple

Obsługa optymalizacji roamingu przez urządzenia Apple

Urządzenia Apple obsługują następujące technologie wspomagania roamingu:

Decyzja urządzenia o przeprowadzeniu roamingu

Urządzenia wykrywają konieczność przeprowadzenia roamingu, analizując wskaźnik siły sygnału (RSSI) bieżącego połączenia i porównując go do wskaźnika RSSI nowego punktu dostępowego. Gdy siła sygnału spadnie do określonej wartości (czyli progu wyzwalania roamingu), urządzenie sprawdza kandydatów roamingowych. Czynniki brane pod uwagę obejmują próg wyzwalania roamingu, pasmo częstotliwości oraz technologię warstwy fizycznej (PHY) używaną przez punkt dostępowy kandydata roamingowego.

Próg wyzwalania i nakładanie się komórek

Komputery Mac monitorują i utrzymują połączenie z bieżącym BSSID do momentu przekroczenia przez RSSI progu –75 dBm. iPhone’y i iPady monitorują i utrzymują połączenie z bieżącym BSSID do momentu przekroczenia przez wskaźnik RSSI progu –70 dBm. Gdy Mac, iPhone lub iPad przekroczy próg wyzwalania roamingu, urządzenie rozpoczyna skanowanie w poszukiwaniu identyfikatorów BSSID kandydatów roamingowych dla bieżącej sieci ESSID.

Różne modele urządzeń mają różne anteny, więc mogą one widzieć inne granice komórek, niż oczekiwane. Należy o tym pamiętać podczas projektowania komórek bezprzewodowych i oczekiwanego dla nich nakładania się sygnału. Nakładanie komórek zawsze najlepiej mierzyć przy użyciu urządzenia docelowego.

Kryteria wyboru pasma, sieci i kandydatów roamingowych

Oprócz osiągnięcia progu wyzwalania roamingu, BSS (lub punkt dostępowy) stanowiący kandydata roamingowego musi mieć lepszy sygnał od bieżącego. W przypadku systemu macOS, BSS stanowiący kandydata roamingowego musi mieć wyższy wskaźnik RSSI o 12 dB w porównaniu do bieżącego BSS (zarówno podczas braku aktywności Maca, jak i podczas przesyłania danych). W przypadku systemu iOS, iPadOS i visionOS, BSS stanowiący kandydata roamingowego musi mieć wyższy wskaźnik RSSI o 8 dB, jeśli iPhone, iPad lub Apple Vision Pro przesyła dane, lub wyższy o 12 dB podczas braku aktywności.

Rozważmy sytuację, w której iPhone połączony jest z siecią SSID, w której wskaźnik RSSI bieżącego połączenia może spaść do –75 dBm podczas połączenia głosowego WLAN (VoWLAN). Gdy tak się stanie, urządzenie będzie szukać identyfikatorów BSSID kandydatów roamingowych zapewniających wskaźnik RSSI równy co najmniej –67 dBm. Jeśli Mac jest połączony z tą samą siecią, a wskaźnik RSSI bieżącego połączenia spadnie do –75 dBm, urządzenie rozpocznie wyszukiwanie identyfikatorów BSSID kandydatów roamingowych ze wskaźnikiem RSSI wynoszącym co najmniej –63 dBm.

Rozważmy na przykład wdrożenie, w którym iPhone lub iPad korzysta z sieci złożonej z komórek używających częstotliwości 6 GHz lub 5 GHz z nałożeniem –67 dBm. W tej sytuacji urządzenie będzie utrzymywało połączenie z bieżącą siecią BSSID dłużej, niż zakładano. Dzieje się tak, ponieważ próg wyzwalania roamingu dla iPhone’a lub iPada to –70 dBm.

Systemy iOS, iPadOS, macOS i visionOS oceniają sieci kandydatów, używając udostępnianych przez sieci informacji dotyczących użycia kanałów oraz liczby powiązanych klientów w połączeniu z pomiarami siły sygnału. Sieci o wyższej ocenie zapewniają lepsze działanie Wi‑Fi. Wspomniane systemy operacyjne wybierają sieć na podstawie następujących kryteriów:

• Standard Wi-Fi 7 (802.11be) jest preferowany w stosunku do standardu Wi-Fi 6 (802.11ax)

• Standard Wi-Fi 6 (802.11ax) jest preferowany w stosunku do standardu Wi-Fi 5 (802.11ac)

• Standard Wi-Fi 5 (802.11ac) jest preferowany w stosunku do standardów Wi-Fi 4 (802.11n) i 802.11a

• Standard Wi-Fi 4 (802.11n) jest preferowany w stosunku do standardu 802.11a

• Szerokość kanału 160 MHz jest preferowana w stosunku do szerokości 80 MHz, 40 MHz i 20 MHz

• Szerokość kanału 80 MHz jest preferowana w stosunku do szerokości 40 MHz i 20 MHz

• Szerokość kanału 40 MHz jest preferowana w stosunku do szerokości 20 MHz

Zrozumienie działania roamingu klientów oraz znajomość wymaganej siły sygnału BSS kandydatów roamingowych może pomóc zaprojektować sieć bezprzewodową obsługującą w czasie rzeczywistym usługi takie jak transmisje głosowe i wideo.

Obsługa optymalizacji roamingu

Znalezienie właściwej sieci i punktu dostępu stanowi jedynie część procesu. Klient musi ukończyć proces roamingu szybko i bez przerw, aby użytkownik nie zauważył przerwy w działaniu sieci. Roaming obejmuje uwierzytelnienie klienta w nowym BSSID i unieważnienie uwierzytelnienia w bieżącym BSSID. Szybkość, z jaką operacja ta może zostać przeprowadzona, zależy od zabezpieczeń oraz metody uwierzytelniania.

Uwierzytelnienie oparte o protokół 802.1X wymaga, aby urządzenie klienckie ukończyło najpierw pełną wymianę kluczy EAP. Następnie może unieważnić swoje uwierzytelnienie w bieżącym BSSID. Zależnie od infrastruktury uwierzytelniania w danym środowisku operacja ta może potrwać kilka sekund. Użytkownik może zauważyć wówczas przerwę w działaniu usługi, ponieważ do momentu ukończenia uwierzytelnienia dane nie mogą być przesyłane przez sieć.

iPhone, iPad, Mac z układem scalonym Apple oraz Apple Vision Pro mogą obsługiwać następujące rozszerzenia standardu 802.11: 802.11k, 802.11r oraz 802.11v. Nawet jeśli dane urządzenie nie obsługuje standardu 802.11r, wszystkie urządzenia obsługują buforowanie PMKID. W tym trybie buforowania urządzenie sprawdza identyfikator klucza głównego (PMKID) wysłany przez klienta. Buforowanie PMKID może być używane z niektórymi urządzeniami bezprzewodowymi w celu usprawnienia roamingu między punktami dostępowymi. Innym trybem buforowania jest metoda SKC (sticky key caching), optymalizująca roaming powrotny do poprzednio używanych punktów dostępowych. Metoda SKC nie jest odpowiednikiem metody OKC (opportunistic key caching) ani nie jest z nią zgodna. Jeśli chcesz zapewnić obsługę urządzeń, które obsługują funkcję FT oraz buforowanie PMKID, konieczne może okazać się użycie dodatkowych identyfikatorów SSID.

Pomiar sygnału radiowego (802.11k)

Protokół 802.11k umożliwia urządzeniom szybkie identyfikowanie znajdujących się w pobliżu punktów dostępowych dostępnych do roamingu. Gdy siła sygnału bieżącego punktu dostępowego słabnie, a urządzenie musi przełączyć się na inny punkt dostępowy, będzie wiedzieć, który punkt dostępowy zapewnia najlepsze połączenie.

Skanowanie roamingowe to proces używany przez urządzenie do wyszukiwania punktów dostępowych obsługujących bieżący ESSID. Urządzenie sprawdza wszystkie dostępne kanały w paśmie 2,4 GHz i 5 GHz oraz podstawowe kanały skanowania w paśmie 6 GHz. Dodatkowo sieci w paśmie 6 GHz są wykrywane poza pasmem dzięki użyciu elementu RNR (Reduced Neighbor Report) nadawanego w paśmie 2,4 GHz oraz 5 GHz.

Skanowanie roamingowe przebiega szybciej, gdy w sieci włączona jest obsługa standardu 802.11k. Dzieje się tak, ponieważ obsługiwane urządzenia i systemy operacyjne Apple używają pierwszych sześciu pozycji elementu RNR w celu ustalania priorytetowych kanałów do skanowania. Jeśli zapewniany przez standard 802.11k element RNR nie jest włączony, urządzenia te muszą przeprowadzać dłuższe skanowanie.

Rozważmy na przykład sytuację, w której użytkownik w trakcie prowadzenia rozmowy telefonicznej przechodzi na drugą stronę budynku. Gdy iPhone przekracza próg -70 dBm, zaczyna szukać celów roamingowych. Dzięki zapewnianemu przez standard 802.11k elementowi RNR znajduje punkty dostępowe obsługujące bieżącą sieć ESSID na trzech kanałach. Natychmiast skanuje te kanały, wykrywa, że sygnał punktu dostępowego na kanale ma odpowiednią siłę, i wykonuje roaming. Jeśli obsługa standardu 802.11k nie jest włączona, urządzenie klienckie musi skanować wszystkie kanały w każdym paśmie, aby znaleźć cel roamingowy. Wydłuża to cały proces o kilka sekund.

Szybkie przełączanie BSS (802.11r)

Standard 802.11r wykorzystuje funkcję FT (Fast BSS Transition), aby uprościć proces uwierzytelniania, gdy urządzenie wykonuje roaming między punktami dostępowymi w tej samej sieci. Funkcja FT umożliwia urządzeniom szybsze łączenie się z punktami dostępowymi. Zależnie od producenta sprzętu Wi-Fi, funkcja FT może działać zarówno z metodą uwierzytelniania przy użyciu wstępnie współdzielonego klucza (PSK), jak i z metodą uwierzytelniania 802.1X. Komputery Mac z procesorem Intel nie obsługują funkcji Fast BSS Transition, ale mogą współpracować z sieciami Fast BSS Transition, dzięki czemu nie jest konieczne wdrażanie osobnych SSID.

W sieciach Cisco obsługiwany jest protokół Adaptive 802.11r, dzięki czemu urządzenia Apple obsługujące funkcję FT mogą wspólnie z urządzeniami nieobsługującymi funkcji FT korzystać z tego samego SSID skonfigurowanego do jednoczesnej obsługi klientów obsługujących i nieobsługujących FT. Obsługiwane urządzenia Apple oraz punkty dostępowe Cisco informują się wzajemnie, że sieć obsługuje protokół Adaptive 802.11r i możliwe jest używanie funkcji FT. Starsze klienty bezprzewodowe, które nie obsługują protokołu 802.11r, mogą łączyć się z taką siecią, ale nie mogą korzystać z szybkiego roamingu przy użyciu funkcji FT. Obsługa protokołu Adaptive 802.11r wymaga oprogramowania Cisco 8.3 lub nowszego oraz obsługiwanych urządzeń Apple z systemem iOS 10, iPadOS 13.1, macOS 10.13 lub nowszym.

Buforowanie PMKID

Buforowanie identyfikatora klucza głównego (PMKID) przyspiesza proces ponownego nawiązywania połączenia. Urządzenie klienckie, które wcześniej uzyskuje klucz główny (dokonując początkowego uwierzytelnienia przy użyciu protokołu EAP oraz wymiany kluczy) może wrócić do tego samego punktu dostępowego, na którym zbuforowany został identyfikator klucza głównego (PMKID). Przyspieszenie ponownego przełączania między jednym punktem dostępowym lub BSS a innym, z którym wcześniej nawiązane zostało połączenie, powoduje szybszy roaming. Systemy iOS, iPadOS i macOS obsługują buforowanie statycznych identyfikatorów PMKID, aby optymalizować roaming między różnymi BSSID w ramach tego samego ESSID.

Współpraca z sieciami zewnętrznymi (802.11u)

Organizacje korzystają ze standardu 802.11u (określanego także jako Wi‑Fi Certified Passpoint lub HotSpot 2.0), aby umożliwiać użytkownikom automatyczne przechodzenie z jednej sieci Wi‑Fi do innej, podobnie jak w przypadku roamingu w sieciach komórkowych — bez konieczności zmieniania danych logowania do sieci. Gdy urządzenie wykrywa autoryzowany punkt dostępowy 802.11u, automatycznie łączy się z daną siecią.

Zarządzanie sieciami bezprzewodowymi (802.11v)

Standard 802.11v udostępnia dodatkowe informacje o znajdujących się w pobliżu punktach dostępowych, będących optymalnymi kandydatami do połączenia. Gdy urządzenie musi dokonać roamingu na inny punkt dostępowy, sprawdzane są dane przejścia (BSS transition, dostarczane przez sieć), aby urządzenie mogło szybko wybrać najlepsze nowe punkty dostępowe.