漫谈WLAN快速切换

赵苹

摘要　介绍了IEEE 802.11r技术的产生背景、规范范围及目的、实现快速切换的协议和通信流程。

关键词　WLAN　802.11r　STA　AP

1、概述

　　近年来，用户对接入业务的需求呈现宽带化、移动化和便捷化等特点。以IEEE 802.11b标准为基础的宽带无线局域网(WLAN)技术和产品迎合了人们对游牧状态下的宽带数据接入的需求，并在全球得到了大规模推广应用。WLAN技术近两年发展较为迅速，由于IEEE 802.11系列标准解决了空中接口兼容性问题，有力地促进了无线局域网终端和接入点(AP)的互通，因此设备成本下降很快。在提供Internet接入业务的同时还提供语音通信和移动通信功能的宽带无线局域网已经成为当前的热点技术。

　　IEEE提出了应用于无线局域网的IEEE 802.11系列标准，IEEE 802.11委员会下的各个工作组正在试图定义各种802.11接口，以便802.11与其他有线网络、蜂窝移动通信网络之间的互通。IEEE 802.11系列标准包括802.11b、802.11a和802.11g等物理层规范，802.11、802.11e、802.11i、802.11h和802.11r等增强型媒质接入控制(MAC)层规范，802.11f、802.11n、802.11p、802.11s和802.11t等高层协议的规范。目前已经颁布的标准有802.11b、802.11a、802.11g、802.11i　和802.11f，其他标准正在制定之中。

2、IEEE 802.11r技术的提出

　　为了支持STA的移动性，IEEE首先提出了IEEE 802.11f标准，即IAPP(Inter-Access Point Protocol)协议，该标准规定了为了实现STA在同一网段上多AP之间的漫游功能，AP之间进行通信和交换切换相关信息的协议。所谓“切换”是指STA在移动到两个BSS覆盖范围的临界处时，STA与新AP重新关联并与原AP断开关联的过程。802.11f标准规定了由STA、多个AP、DS(Distribution Service)、AC以及RADIUS服务器组成的系统来实现STA在同一个ESS下不同AP之间的切换功能。当由于无线链路的原因STA需要发生切换时，在与新AP进行正常通信前，必须与新AP进行重新认证和重新关联。IAPP协议是一个应用在IP层之上的高层协议，为了保证AP之间安全通信，支持IAPP协议的AP应当向RADIUS服务器进行注册，建立AP之间的安全通信连接。AP与RADIUS之间的交互信息包括AP的BSS ID到IP地址之间的映射，RADIUS向AP发送密钥以保证AP之间的安全通信。当STA需要切换时，需向新AP发出关联或者重新关联消息，AP应与RADIUS服务器进行消息交互，实现新AP BSS ID与IP地址的映射，并且RADIUS服务器向AP发送相应的密钥。由于每次STA切换时AP都需要与RADIUS服务器进行消息交换，因此发生切换的时延比较长。为此802.11委员会成立了TGr工作组进行FBT(Fast BSS Transition，快速切换)的研究，目的是为了研究实现支持时延敏感业务的快速切换技术。

3、IEEE 802.11r技术规范的范围和目的

　　802.11的TGr工作组在2004年底到2005年内初提出了802.11r的D0.00版本，并于今年3月提出了D0.01版本，以下对于802.11r的介绍都是基于D0.01版本。802.11r预计在2006年完成。

　　802.11r规定了发生切换时STA与同一ESS下的AP之间的通信流程(包括验证密钥)，实现基于无线数据和无线语音的快速漫游协议。对于STA发生切换的条件和STA与不同ESS下的AP之间的切换不在802.11r的规定范围之内。802.11r技术适用于IEEE 802.11i RSN(鲁棒性安全网络)和IEEE 802.11e网络，也适用于不支持802802.11i RSN和IEEE 802.11e网络。

　　当STA发生切换时，应与当前AP断开连接，与新AP建立新的连接，这个过程引起了短暂的连接丢失，可能导致丢包和上层协议的重传，最终导致切换时延变长。802.11r的目的是为了减少切换的时延，用于支持对时延敏感的VoIP等实时业务。切换时延包括实现802.11i中规定的认证时延、密钥交换时延以及重关联时延。802.11r通过研究新的认证协议、新的密钥管理协议、更快的PTK算法以及在重关联或者关联之前的资源的预留，努力使验证和切换的时间压缩到最小程度。