新一代Wi-Fi系统: Wi-Fi Mesh AP专题系列(一)

专栏作家 Ryan Huang

Wi-Fi无线网络在现今家庭中扮演着不可或缺的角色。无论是家庭成员经常使用的智能手机、平板、各式3C产品，甚至是智能电视、家电等物联网的应用，都需先透过家中的Wi-Fi无线局域网络，再连上因特网以享有更多的在线功能跟云端服务。为了确保家中物联网设备都能够连上Wi-Fi，零死角Wi-Fi无线局域网络的需求便孕育而生。

图1：在智能家庭中，Wi-Fi无线网络联机是物联网应用的重要关键

以往常见扩大Wi-Fi无线信号涵盖率的方法，不外乎是提高功率、加大天线、加装网桥，或是另架设一台无线AP。而加大天线、提高的功率即便再大，也不可能大到超出法定规范，所以单一无线AP所能扩大的涵盖率有其限制。而用来延伸信号的网桥，则是会用掉一半的带宽来负担信号处理，导致传输速率无法有效提升。最后，另外架设一台无线路AP来增加无线存取点，则容易发生无线信号质量不佳状况。我们举个简单的例子，当使用者从AP1移动至AP2附近时，由于AP1提供的无线信号因未符合能触发装置端漫游的临界值(一般约-70dB~-75dB），造成装置端一直维持与原有AP1的联机，而无法切换到另一台信号较强的AP2，使用者就必须要手动切换无限访问接入点，在使用上较不方便。

图2：只架设一台无线AP是无法满足整个家庭的使用需求

相较于上述传统扩大Wi-Fi无线局域网信号涵盖率的解决方案，新一代Wi-Fi系统－Mesh Wi-Fi可说是目前网通市场上最新、最火红的产品，一组package通常包括三到四个AP，每台AP都是独立的路由器，而当其中一台AP扮演主基地台功能时，其他的AP则作为卫星AP，整套系统可提供零死角、大面积的Wi-Fi网络联机。

那么何谓Mesh Wi-Fi？Mesh Wi-Fi的中文名称为无线网络系统。其特性不像是传统星状或树状的网络结构只能与上、下层的无线接入点做沟通，而是每个路由器都能相互联机、沟通，并且同时可以自动寻找传输封包时的最佳路径。

图3：传统Wi-Fi布建与Mesh Wi-Fi的拓朴图

Mesh Wi-Fi系统在技术上也有许多亮点，以往只有在高端或是企业级的无线路由器上才有的功能，如：IEEE 802.11k – Neighbor Report、IEEE 802.11v – Wireless network management、IEEE 802.11r – Fast Transition Roaming、IEEE 802.11x – Network Access Control，这些功能也都出现在消费级的Mesh Wi-Fi产品上。此外，由于Mesh Wi-Fi的网状网络特性，也让Mesh Wi-Fi多出了Self-Healing等功能，以下将一一介绍这些在Mesh Wi-Fi上常见的功能。

・无缝漫游 – Seamless Roaming

所谓的无缝漫游是指将从一台无线AP切换到另外一台无线AP所需的时间控制在毫秒级。它的运作概念是无线装置在切换AP前透过IEEE 802.11k – Neighbor Report的标准，事先收集当下场域中邻近AP的信息将其列表，当信号减弱时便从其列表中自动找出切换的目标AP。同时也透过IEEE 802.11v – Wireless network management的标准，简化网络部署与管理的高效能机制，让装置在决定可能的切换目标AP时列入考虑，确保切换至另一台AP时，其无线网络环境是良好的。另外，无线装置也会透过IEEE 802.11r – Fast Transition Roaming的标准，预先进行联机认证以缩短切换AP的时间。最后，无线装置在遇到信号衰减至漫游触发临界值之际，可以透过以上三个机制、自动漫游切换到别台AP，并且将控制时间在毫秒级。

那么，无缝漫游的好处是什么呢？举例来说，当你在使用微信、Skype、QQ等即时通讯软件进行语音/视频通话时，无缝漫游可以让使用者在不同路由器之间移动时，不易遇到断线的情况发生，同时也能享有良好的通话质量。

・频段引导 – Band Steering

频段引导的功能在一些中高端的消费级无线AP也曾出现过。这项功能是无线AP在收到装置发出联机需求的封包时，无线AP会进行一连串的验证，之后将装置引导到较好的无线环境。普遍上的运用，是当装置要求连接上无线AP时，无线AP会判断装置是否支持5GHz的频段、信号强度等。如果一切都符合要求，无线AP便会在5GHz的频段响应装置的联机，使装置连接上网络速率较快、无线干扰较少的5GHz的频段。

图4：频段引导 – Band Steering的运作

・自我修复 – Self-Healing

在传统的星状或是树状网络架构中，会因为其中的某个节点故障断线而导致其下层后方的联机装置也跟着断线，必须手动再连上其他可用的节点。Mesh Wi-Fi的自我修复，则可预防网络环境瘫痪的情境发生。听起来像是一个很神奇的黑科技，其实就是运用Mesh Wi-Fi网状网络中每个接入点都能相互联机、沟通的特性。当网络中的某个节点故障时，Mesh Wi-Fi网络会绕过故障节点，让功能正常的节点相互连结、运作，并且同时自动寻找封包传输时的最佳路径，保持网络内的联机沟通都能正常运作。

图5：由于Mesh Wi-Fi每个接入点都能相互联机、沟通的特性，所以可以达成自我修复

・装置引导 – Client Steering

装置引导同样是利用IEEE 802.11v – Wireless network management的标准技术，让无线装置能获得该无线AP负载状况或是当下频段的信息，进而判断是否需切换到其他联机质量更好的AP。如此一来可以有效分散无线装置到适合的无线AP，不会有所有装置集中在某个无线AP拖慢传输速度而其他的无线AP却闲置的窘境。

图6：透过装置引导 – Client Steering可以将装置引导至合适的无线AP

本篇文章介绍了Mesh Wi-Fi四大特性，包括无缝漫游(Seamless Roaming)、频段引导(Band Steering)、自我修复(Self-Healing)以及装置引导(Client Steering)，而市面上厂商所推出的Mesh Wi-Fi系统，是真得能够符合Mesh的四大特性、有效实现上述的无线技术吗? 下回我们会针对不同家的Mesh AP，做规格实际应用、覆盖范围以及性能之间的比较, 敬请期待!