IEEE802.11v协议介绍

IEEE802.11v协议简介

协议全称：无线网络管理(Wireless Network Management)

批准日期：2011年2月

协议状态：并入802.11-2012

协议别名：BSS过渡管理

主要功能

• 支持AP和STA间交换：关于RF环境和拓扑状态的信息，以协助STA进行漫游决策
• 支持STA之间交换：关于RF环境状态的信息，这使STA能够更加了解周围环境，从而有望提高网络的整体性能。
• 支持网络辅助省电功能：提供了让AP帮助STA实现更长时间保持睡眠状态和增加电池寿命的方法。

无线网络管理（WNM）使STAs能够交换信息，以提高无线网络的整体性能。STA使用WNM协议来交换操作数据，使每个STA都知道网络环境，从而使STA更了解网络的拓扑结构和状态。WNM协议为sta提供了一种方法，以感知网络中存在的干扰，并使sta能够根据网络条件管理射频参数。

除了提供有关网络条件的信息外，WNM还提供了一种交换位置信息的方法，在同一无线基础设施上提供对多个BSSID功能的支持，支持高效交付组寻址帧，并STA可以启用WNM-Sleep模式，在没有接收到AP的帧时长时间睡眠。

AP不仅会响应无线设备的邻居AP报告请求，而且还会评估无线终端的连接质量，并引导无线终端漫游到能提供更好的上网体验的最佳AP，从而进一步平衡AP之间的负载。简而言之，802.11V的作用是让终端可以请求漫游目标，而AP给无线终端一个建议漫游的目标AP。

当设备通过上面的802.11K和802.11V的协作后，就可以确定无线终端要漫游的目标AP。在802.11K/V的合作下，解决了无线终端在漫游过程中什么时候漫游和漫游到哪个AP的问题。

802.11v是一个庞大的修正案，包含了众多服务特性，共计21种；只有部分被实现。

— BSS Max idle period management

— BSS transition management

— Channel usage

— Collocated interference reporting

— Diagnostic reporting

— Directed multicast service (DMS)

— Event reporting

— Flexible multicast service (FMS)

— Location services

— Multicast diagnostic reporting

— Multiple BSSID capability

— Proxy ARP

— QoS traffic capability

— SSID list

— Triggered STA statistics

— TIM broadcast

— Timing measurement

— Traffic filtering service

— U-APSD Coexistence

— WNM-Notification

— WNM-Sleep mode

接下来，我们仅简单介绍当前较多被使用的特性。

BSS Max idle period management

BSS最大空闲期管理：使能AP指示一个时间段，AP在该时间段内不会因为没有从STA接收到帧而取消与STA的关联，该特性有助于改进STA的省电和AP的资源管理。

关键字段Max Idle Period：16Bit位整数，用于表示最大空闲间隔，时间单位为1000TUs(1TU=1024微秒)；

其中：【0】保留 暂未使用；其他非零整数：表示时间，也即间隔；

对于此字段的实际解读，依赖具体STA类型，S1G STA和标准STA有差异：

• 标准STA：字面数值x1000TUs；
• S1G STA(ah协议STA)：高2位对应的ScalingFactor x 低14位字面数值；ScalingFactor映射表见下图。

WNM-Sleep mode 

该模式是一种STA(非AP型)扩展的省电模式，该特性使能STA可以通知AP，它将休眠特定的时长，在此期间AP将维持其连接，这有助于其减少功耗。

一看：WNM-Sleep mode和BSS Max idle period management有点类似，那两者有什么区别呢？

• WNM-Sleep mode是一种用于延长移动设备电池寿命的功能
  • 当移动设备进入休眠状态时，WNM-Sleep mode可以让设备与Wi-Fi网络保持连接，以便在设备唤醒时立即恢复网络连接，从而减少设备在重新连接网络时消耗的电池能量和时间；
  • 此特性旨在优化移动设备的电池寿命
• BSS Max idle period management则是一种用于管理Wi-Fi网络中的空闲时间的功能
  • 当Wi-Fi客户端设备在一段时间内没有使用网络时，BSS Max idle period management可以让AP断开与设备的连接，以便释放网络资源和减少网络干扰；
  • 此特性旨在优化Wi-Fi网络资源的利用和减少网络干扰。

Directed Multicast Service (DMS)

DMS使能STA(非AP型)请求AP将组播帧转为单播帧向其传输，以提升传输效率和可靠性：此特性可以用于各种应用程序，例如视频会议、实时流媒体和在线游戏等，这些应用程序需要快速、可靠地传输大量数据；使用DMS，数据以单播方式更快地到达目标接收者，同时减少网络拥塞和数据包丢失的风险。

BSS transition management

全称：Basic Service Set (BSS) transition management 基本服务集过渡管理；该特性使能AP在网络中发生BSS Terminaotion或者网络需要执行负载均衡时，可以要求 STA(非AP类型)转移至特定的AP 或者 提供候选漫游AP集合给STA(非AP类型)供漫游决策使用。

基础服务集（BSS）是无线局域网中一个基本概念，它由一个或多个AP（接入点）和它们的关联客户端组成。BSS transition management是一种技术，它允许客户端在移动时无缝地从一个BSS转移到另一个BSS，而无需重新建立连接或中断服务。
此特性可以帮助提高移动设备的性能和用户体验，因为它可以确保设备在移动时始终保持最佳连接状态：它通过在不同BSS之间进行无缝过渡，优化网络资源利用和数据传输，从而提高网络的可靠性和效率。

接下来，我们一起看看AP发送给STA的BSS Transistion Request。

基础服务集过度请求帧格式

基础服务集过度请求之请求模式

Dialog Token

• 如果BSS过渡管理的响应帧，则使用请求帧中的值
• 如果是过渡管理的请求帧，则是AP/STA选择的非零值；

Preferred Candidate List Included (bit 0)

值为0，表示接收STA可以忽略BSS过渡候选列表条中的内容；

值为1，表示发送方希望接收STA处理此帧；

Abridged (bit 1)

指示帧的接收方如何处理BSS过渡候选列表中未列出的其他BSSID的处理方法。

值为1：表示针对没有出现在BSS过渡候选列表中的所有BSSID列表，STA均可忽略；

值为0：表示针对BSS过渡候选列表中没有出现的BSSID，AP不提供处理意见，忽略还是处理由STA自行决定。

Disassociation Imminent (bit 2)

指示帧的接收方，AP是否即将断开与接收方STA的连接。

值为1：表示STA将与当前AP解除关联；

值为0：表示不与AP解除关联。

BSS Transition Candidate List Entries

BSS过渡候选列表，包含一个火多个邻居报告元素。

特别说明：什么时候需要设置Disassociation Imminent为1？

• 在无线局域网中，当客户端和接入点之间的信号质量变差或连接质量下降时，可能会发生断开连接的情况。为了避免这种情况的发生，接入点可能会向客户端发送Disassociation Imminent消息，告知客户端连接即将断开，并要求客户端采取措施以维持连接或重新连接；
   
• Disassociation Imminent消息搭配BSS Transition Candidate List Entries，以帮助STA作出更好的连接决策；
• 客户端收到Disassociation Imminent消息后，可以尝试采取一些措施，例如连接到另一个无线质量更优的接入点，以保持高质量连接。

报文实现

Wireless Network Management，该标准和802.11k的区别在于，802.11v提供了更多网络信息而不仅仅是RF信息。此外，802.11k是Client主动向AP询问，以帮助自己做roaming的决策。802.11v则是为了整个网络的性能而设计，该标准允许AP在特定条件下把client踢掉，client被动Roaming。

在WNM action frame中，通过STA和AP之间互相交换信息，使得STA们可以清楚了解整个无线网络的拓扑和环境，提高无线网络的整体性能。WNM中的一个重要sub_field是BSS Transition Management。AP在高负载、低RSSI等原因的情况下，可以通过BTM让STA Roam到一个指定的AP，或者给STA一些可选的AP。STA也可以主动向AP询问Roaming的建议。

1）BSS Transition Management Query frame：STA向AP咨询Roam的Candidate（STA也可以在该帧中附上自己已知的一些AP相应的优先级）

2）BSS Transition Management Request frame：可以是AP回复BTMQ的，也可以是基于负载、RSSI、Power off等原因主动发给STA的。在BTMReq帧中，AP包含candidate AP的信息以及相应的优先级供STA选择。

3）BSS Transition Management Response frame：回复BTMReq帧，表示接受或不接受。

为网络负载均衡而生的BSS迁移管理

BSS transition management for network load balancing

BSS迁移能力

BSS Transition capability

BSS迁移能力通过将单个STA流量负载转移到ESS内更合适的关联点，从而提高了网络中STA聚合的吞吐量、有效数据速率和/或QoS。此外，BSS迁移功能向非AP型STA提供会计会话控制信息，可用于向非AP型STA的用户提供警报，即他们的会话几乎已经结束，STA将与ESS分离。

BSS过渡管理查询、BSS过渡管理请求、BSS过渡管理响应框架提供一种方法和协议来交换所需信息，使AP能够通知已经关联它的STA,BSS将中断他们的连接，进而通过BSS上的负载情况来影响STA的迁移决定。STA可能上报它即将要迁移到的BSS的信息给当前连接的AP。该信息可以影响AP向STA推送的优先的BSS列表信息。

BSS迁移管理对使能了WNM的STA来讲是一个可选项。执行BSS迁移管理需要将dot11MgmtOptionBSSTransitionImplemented置为true，同时dot11WirelessManagementImplemented也必须为true，dot11MgmtOptionBSSTransitionManagementActivated的值为true，表示一个STA支持BSS迁移管理。如果dot11MgmtOptionBSSTransitionManagementActivated的值为true,那么扩展能力中的BSS Transition字段必须设置为1。

本条款中关于BSS过渡管理和网络负载平衡的规定不适用于IBSS。

BSS与IBSS:BSS网络中包含AP，IBSS网络中没有AP，即AD-HOC网络

BSS transition management query

一个支持BSS迁移管理的非AP型的STA可能会发送一个BSS迁移候选列表查询帧给它连接的AP，如果它当前连接的AP有BSS迁移能力，即在扩展能力中支持BSS Transition能力。非AP型STA在发送查询请求时，需要携带自己优选的迁移候选列表供AP参考。如果STA提供了迁移候选列表给AP，那么BSS迁移查询帧的BSS Transition Query Reason字段的值需要设置为9，表示请求帧中已经包含了意向列表。

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