WLAN切换技术及其应用 - 通信人家园

这里讲的切换是指用户在不同AP或不同热点之间位置的移动引起的用户接入点变化。而切换有二层切换和三层切换两种情况，二层漫游指的是1个无线客户端在2个AP（或多个AP）之间来回切换连接无线，前提是这些AP都绑定的是同1个SSID并且业务VLAN都在同1个VLAN内（在同一个IP地址段），漫游切换的过程中，无线客户端的接入属性（比如无线客户端所属的业务VLAN、获取的IP地址等属性）不会有任何变化，直接平滑过渡，在切换的过程中不会有丢包和断线重连的现象。

而三层切换稍微复杂一点，1个无线客户端在2个AP（或多个AP）之间来回切换连接无线，前提是这些AP都绑定的是同1个SSID并且业务VLAN都不在同1个VLAN内（在不同的IP地址网段），在漫游切换的过程中，无线客户端的接入属性（比如无线客户端所属的业务VLAN、获取的IP地址等属性）会有所变化。

VLAN 100

192.168.100.2VLAN 100

AP1（源AP）和AP2（目的AP）在同一个AC上，广播的SSID相同并且在同一个VLAN。当客户端从AP1漫游至AP2时，客户端的IP、加密等都在AC中维护着，切换过程中不会发生IP变化、重新认证等情况。当客户端从一个AP1移动到另外一个AP2时，无线控制器AC会将客户端的数据转发到AP2上。客户端与AP2建立连接后，AP2会发出一个以太网帧到AC，将客户端的MAC地址作为源地址。然后AC就能够把客户的MAC地址关联到AP2的端口。因此同一控制器下的二层切换仅仅是无线频道发生了改变。

这种情景下的漫游切换是最普遍的，比如，学生拿着手机终端在校园内散步上网就属于这一类。我们看一个在实际生活中的例子，更能说明切换的必要性，比如在医院里，诊断系统服务器放置在内部网络区，各种检查设备、操作终端已有线或无线接入内部网络系统。一个病人在身上接上了各种检查设备，而医生就在办公室里随时掌握他负责的各个病人的情况，看到各个病人的检查结果，而任何一个病人的检测指标发生变化，系统都会及时报警。病人身上的检查设备与后台服务器是实时进行数据通信的，特别是刚入院的危重病人，还需要做各种检查，病人在医院里位置的移动不可避免，存在这种二层切换，就可以保证病人身上的检查设备实时进行向医生传递信息。

AP1（源AP）和AP2（目的AP）在同一个AC上，广播的SSID相同但分属于不同的业务VLAN。当客户端从AP1漫游至AP2时，控制器把客户端视为还是从原始VLAN连过来的，允许客户端保持其原有IP并支持已建立的IP通讯。

上图中，当用户从原来的VLAN 100下的SSID，漫游到VLAN 200下的相同SSID，客户端的IP并不会因为VLAN的改变而改变，而还是以原来在VLAN 100中的IP来进行通讯，但业务VLAN发生了变化。

我们在与山东公司某地市公司讨论“采用WLAN网络进行公交车视频监控方案”时，就考虑在公交车运行的路线覆盖范围内，采用一个厂家设备的一组AC专门处理这项业务，整个线路用有十几公里，部署在一个热点内，显然是不现实的，这样在覆盖时划分成不同的热点区域，达到整个路线的全覆盖，这样汽车在运行过程中虽然经历了不同的热点，但业务是不会有中断的。

但是这种组网方式也有其局限性，就是一组AC管理的AP毕竟有限，在小城市，线路比较少的情况下还能保证覆盖。另外，如果WLAN系统已经实现了区域覆盖，再按照公交车视频监控的要求进行网络优化，也不是一件很容易的事情。有没有更好的办法来解决切换问题，适应这种大范围移动的业务需求呢，答案是有的，那就是不同子网间的漫游，或者说不同AC控制器下的WLAN切换。

在现网中不同AC控制器下的切换问题没有实际应用，主要的问题有两个，一个问题是AP与AC间的CAPWAP报文属于私有协议，各厂家不相同，不同设备厂家间的业务切换无法实现，另一个问题是即便是同一个厂家的设备，业务终端在跨AC漫游切换时对AC资源的占用比较大，下面对同一厂家跨AC切换进行介绍，可以说明跨AC切换资源消耗较大的情况。

当客户端从一个子网的AP1（源AP）漫游到另外一个子网的AP2（目的AP）上时，两个AC之间会建立一个私有的通信隧道。原AC1（源AC）会将客户端的相关信息（IP地址、认证信息等）通过隧道传递给AC2（目的AC），AC2会维持客户端的IP地址不变。实际上，对于上层网络而言，此时维持客户端地址的仍然是AC1，所有发给该IP地址的数据都会先到AC1上。

数据流向：当网络侧有数据包发给客户端时，AC1会通过隧道将数据转发给AC2，AC2将数据发给客户端。当客户端向网络侧发数据时，AC2会将数据转给AC1，通过AC1将数据发到上层网络。

上例中，用户原来在AC1的VLAN 100下的SSID，漫游到AC2的VLAN 200下的相同SSID，客户端的IP并不会因为VLAN的改变而改变，而还是以原来在VLAN 100中的IP来进行通讯。

可以看出，每出现一个漫游切换的情况，就会出现一条私有隧道，所有的数据流量都需要经过源AC及目的AC并进行特殊处理。在现网实际测试中，采用这种切换方式，2~3台AC间建立切换机制还是可以接受的，因此说应用的范围比较狭窄，在实际配置中尚未见有应用。

那解决的办法是什么呢？我们通过分析，抛开现有切换技术的限制，避免现有切换技术的弊端。把上述的方案做下变更，就得到不同AC间的业务切换新的方案，新的方案就不用考虑是否同种厂家设备和资源消耗问题。

这个改进方案的主要思路是将控制权移交，即当漫游切换请求发生时，源AC判断到目的AC是否路由可达，如果可达，就将会话信息、配置信息转移到目的AC，网络路由也由源AC变更为目的AC。

当客户端从一个子网的AP1（源AP）漫游到另外一个子网的AP2（目的AP）上时，两个AC会建立一个通信隧道。原AC1（源AC）会将客户端的相关信息（IP地址、认证信息等）通过隧道传递给AC2（目的AC），AC2会维持客户端的IP地址不变。但认证点会发生变化，同时通知宽带计费系统，认证点进行变更或登记。那么对于上层网络而言，到客户端地址是源AC的路由要变更到目的AC上去，所有发给该IP地址的数据变更到目的AC上。

与前面方案相比，在切换完成后，终端的业务数据与源AC就没有关系了，在现网中要采用这种方案解决切换问题，不但要对业务功能、业务流程进行定义，还需要对业务接口进行定义，特别是AC之间数据的传递，必须采用标准接口，才能屏蔽各厂家设备私有协议带来的限制。

所有切换问题都解决了，基于WLAN的应用就会得到更广泛的应用，除了刚才介绍的公交车视频监控外，现有的校车系统也可以做下改进，比如：

⑴ 给孩子的书包或文具盒安装带有终端功能的简单模块，加上WLAN定位系统的配合，家长可以随时知道孩子的位置。孩子就不用上车刷卡，下车刷卡通过短信通知家长了。即便不在校车上，也能知道孩子的位置，如果终端装置足够小，能做到小孩衣服上，孩子想逃课都难了，也不用怕孩子丢了。