Definition Was ist Seamless Roaming?

Mithilfe von Seamless Roaming wechseln Endgeräte in einem WLAN nahtlos zwischen verschiedenen Access Points, ohne dass ihre Verbindungen für den Nutzer oder die Anwendung wahrnehmbar unterbrochen werden. Die Endgeräte können automatisch den Access Point mit der jeweils optimalen WLAN-Versorgung nutzen und Anwendungen wie Videostreaming oder VoIP-Sessions arbeiten kontinuierlich weiter.

Der englische Begriff Seamless Roaming lässt sich mit "nahtloses Umherschweifen" ins Deutsche übersetzen. Im technischen Sprachgebrauch und insbesondere im Netzwerkbereich versteht man darunter das automatische und schnelle Wechseln eines mobilen Geräts wie eines Smartphones oder Laptops zwischen den Funksignalbereichen verschiedener Access Points in einem WLAN.

Anwendungen, die auf den Endgeräten ausgeführt werden, wie Videostreaming, VoIP-Telefonie oder Online-Gaming, funktionieren ohne für den Nutzer wahrnehmbare Unterbrechung weiter. Seamless Roaming war lange Zeit nur in professionellen WLAN-Infrastrukturen mithilfe proprietärer Verfahren und Technologien möglich. Mittlerweile unterstützen viele der gängigen WLAN-Netzwerkprodukte und Wi-Fi-Endgeräte verschiedene für das Seamless Roaming entwickelte IEEE-Standards.

Kurze Abgrenzung der Begriffe Seamless Roaming und Seamless Handover

Der Begriff Seamless Roaming ist grundsätzlich unabhängig von der verwendeten Netzwerktechnik. Es hat sich im netzwerktechnischen Sprachgebrauch jedoch durchgesetzt, dass Seamless Roaming hauptsächlich im WLAN-Umfeld in der Bedeutung von Seamless Wi-Fi Roaming verwendet wird. Das nahtlose Wechseln der zugrundeliegenden Netzwerkinfrastruktur ist aber auch in anderen drahtlosen oder kabelgebundenen Netzwerktechnologien möglich.

Im Mobilfunkbereich bezeichnet der Begriff Roaming den Wechsel in ein Netz eines anderen Mobilfunkanbieters. Den Wechsel von einer Funkzelle zu einer anderen Funkzelle des gleichen Mobilfunknetzes beschreibt hier der Begriff Handover. Es wird zwischen dem so genannten Soft-Handover und dem Hard-Handover unterschieden. Bei einem Soft-Handover ist ein Endgerät gleichzeitig mit mehreren Basisstationen verbunden und führt einen Zellwechsel quasi unterbrechungsfrei durch. Bei einem Hard-Handover kommt es beim Zellwechsel zu einer kurzen Übertragungsunterbrechung. Ein Seamless Handover gestattet den Zellwechsel, ohne dass ein gerade geführtes Gespräch abbricht.

Mittlerweile existieren auch Verfahren, die einen Seamless Handover zwischen Mobilfunknetz und einem Wireless LAN erlauben. Für den unterbrechungsfreien Wechsel zwischen verschiedenen Netzwerktechnologien wird auch der Begriff Seamless Mobility verwendet.

Prinzipieller Ablauf des Wechsels zwischen WLAN-Access-Points ohne und mit Seamless Roaming

Ein Wireless LAN, das einen größeren Bereich abdeckt, besteht aus mehreren Access Points, deren Funkbereiche sich gegenseitig überlappen. Sie versorgen die Endgeräte flächendeckend mit einem Wi-Fi-Funksignal. Ohne Seamless Roaming läuft ein Wechsel von einem Access Point zu einem anderen in der Regel folgendermaßen ab:

Bewegt sich das Endgerät vom Funkbereich eines Access Points zum nächsten, wird die Signalqualität des Access Points, mit dem es verbunden ist, schlechter. Der Client kann nach geeigneten Nachbar-Access-Points suchen und eine neue Verbindung aufbauen. Viele Clients leiten diesen Vorgang jedoch erst bei vergleichsweise schlechter Signalqualität ein. Dadurch kann das so genannte Sticky-Client-Problem entstehen, bei dem ein Client unnötig lange mit einem Access Point verbunden bleibt.

Der eigentliche Wechsel besteht, abhängig von der zugrundeliegenden WLAN-Infrastruktur, aus mehreren Schritten. Es kommt in der Regel zu einer Reauthentifizierung und zur Aushandlung neuer Session-Keys. Beim Roaming innerhalb desselben Layer-2-Netzes bleibt die IP-Adresse normalerweise erhalten. Wechselt das Endgerät aber in ein anderes Subnetz oder findet auch ein Layer-3-Roaming statt, kann sogar eine neue IP-Adresse notwendig werden. Der komplette Roaming-Vorgang dauert unter Umständen bis zu mehreren Sekunden. Während dieser Zeit kommt es zu spürbaren Verbindungs- und Anwendungsunterbrechungen.

Seamless Roaming verkürzt die für den Wechsel benötigte Zeit deutlich auf bis zu wenige Millisekunden bis einige Dutzend Millisekunden und sorgt dadurch für einen kontinuierlichen Weiterbetrieb der Verbindungen, ohne dass der Anwender spürbare Unterbrechungen wahrnimmt. Es kommen hierfür speziell für das Seamless Roaming entwickelte Standards zum Einsatz. Die Entscheidungen zum WLAN-Roaming werden dabei primär vom Client getroffen. Das Netzwerk unterstützt den Client beispielsweise durch die Bereitstellung von Informationen zu Nachbar-Access-Points oder durch eine beschleunigte Authentifizierung. Die Client-Endgeräte tauschen sich mit der Netzwerkinfrastruktur über die vorhandenen Verbindungsmöglichkeiten aus und können zum optimalen Zeitpunkt bei möglichst kurzen Unterbrechungszeiten zu einem anderen Access Point wechseln. Das Roaming wird ausgelöst, bevor das Funksignal zu einem Endgerät zu schwach ist oder abbricht. So genanntes Preemptive Roaming sorgt dafür, dass der Wechsel zu einem benachbarten Access Point bereits vorbereitet ist und noch schneller stattfinden kann.

Maßgebliche IEEE-Standards für das Seamless Roaming

Seamless Roaming ist nicht in einem einzelnen IEEE-Standard definiert. Es handelt sich vielmehr um eine Sammlung von IEEE-Standards, die beispielsweise eine bessere automatische Access-Point-Auswahl, eine schnellere Authentifizierung oder mehrere gleichzeitig nutzbare Funkverbindungen ermöglichen. In modernen WLAN-Infrastrukturen lassen sich für das Seamless Roaming unterschiedliche Informationen wie Signalqualität und Störpegel, Kanalbelegung, Auslastung, Client-Fähigkeiten, QoS-Anforderungen oder Bewegungsmuster und andere berücksichtigen.

Die klassischen Verfahren für das Seamless Roaming sind in IEEE 802.11k , 802.11r und 802.11v spezifiziert. Sie bilden die technische Grundlage für das Seamless Roaming. Die letztendliche Qualität eines möglichst nahtlosen Wechsels ist aber vom Zusammenspiel der in den Clients, Access Points und Authentifizierungskomponenten implementierten standardisierten oder proprietären Verfahren abhängig.

Im Folgenden ein kurzer Überblick über einige für das Seamless Roaming maßgebliche IEEE-Standards:

• IEEE 802.11k (Radio Resource Management): schnellere Suche nach Access Points in der Nähe durch Bereitstellung von Informationen zu benachbarten Access Points und deren Funkparametern

• IEEE 802.11v (BSS Transition Management): Unterstützung des Clients bei der Auswahl eines geeigneteren Ziel-Access-Points durch Empfehlungen vom Netzwerk, beispielsweise auf Grundlage der Signalqualität oder Auslastung

• IEEE 802.11r (Fast BSS Transition): beschleunigte Authentifizierung und Schlüsselableitung beim Wechsel zwischen Access Points durch Vorbereitung des Authentifizierungsprozesses

Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be) bietet mit Multi-Link Operation (MLO) ein weiteres für das Seamless Roaming interessantes Feature. Mit MLO kann ein Client gleichzeitig mehrere Funkverbindungen in verschiedenen Frequenzbändern (zum Beispiel 5 und 6 GHz) als eine logische Verbindung behandeln. Dadurch lässt sich ein Wechsel oder eine Anpassung der Funkverbindung noch robuster gestalten. MLO ist jedoch nicht mit einem klassischen Wechsel zwischen mehreren Access Points gleichzusetzen. Es ersetzt die WLAN-Roaming-Verfahren IEEE 802.11k, 802.11r und 802.11v nicht.

Mit dem noch in Standardisierung befindlichen Wi-Fi 8 (IEEE 802.11bn) können weitere Features wie Multi-AP-Koordination (MAPC) und eine verbesserten Koordination zwischen benachbarten Access Points die Effizienz und Zuverlässigkeit beim Roaming weiter verbessern.

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