無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)性能分析

本文重點(diǎn)強調WLAN性能測試的重要性和益處，并試圖特別指出對WLAN設備開(kāi)發(fā)和網(wǎng)絡(luò )部署中一些關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行測試的價(jià)值和好處。

標準化的真實(shí)RF傳播模式
WLAN芯片和設備制造商面臨的最大挑戰是開(kāi)發(fā)耐用、高性能的使用2.4 GHz 和 5 GHz無(wú)線(xiàn)頻率信號的物理層。盡管802.11b 和 802.11a的潛在速率分別為11 Mbps和54 Mbps，但實(shí)際速率根據物理層處理RF信道的特性會(huì )有很大變化，比如多通道衰減，路徑丟失，分布延遲和屏蔽。開(kāi)發(fā)者和服務(wù)提供商需要在實(shí)驗室再現真實(shí)世界無(wú)線(xiàn)頻率的衰減以便決定產(chǎn)品的性能。這是非常大的挑戰，因為影響無(wú)線(xiàn)頻率傳輸的環(huán)境因素遠比再現簡(jiǎn)單的單個(gè)雙絞銅線(xiàn)連接困難(見(jiàn)圖1)。比如多通道干擾問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)電波碰到實(shí)物體時(shí)會(huì )產(chǎn)生反射，表現在WLAN AP 或W-NIC接收器端會(huì )產(chǎn)生輕微的延遲，而會(huì )與原始信號產(chǎn)生相互干擾信號和降低信號質(zhì)量。在辦公室環(huán)境中，通常的反射信號延遲50 納秒，在工業(yè)制造環(huán)境中為300納秒?？梢岳眉哟笾虚g間隔的方法來(lái)解決多通道干擾的影響，但成本高。另外，當無(wú)線(xiàn)信號試圖自動(dòng)跟蹤反射的信號與原始信號時(shí)便會(huì )產(chǎn)生高頻抖動(dòng)。

多通道衰減模擬器可以再現這些RF特性。只有再現真實(shí)的衰減，測試系統(SUT: System Under Test)的性能才可以在實(shí)驗室中評估(見(jiàn)圖2)。連接RF通道模擬器和干擾模擬器需要一個(gè)RF隔離腔或者通過(guò)同軸電纜直接連接到RF衰減模擬器上。為了斷開(kāi)發(fā)送和接收連接到模擬器上的信號，還需要RF循環(huán)電路。SUT的性能必須首先通過(guò)無(wú)衰減環(huán)境下測試來(lái)校準。一旦基準確定以后，利用諸如JTC或指數衰減的瑞利模型等各種通道模型逐漸進(jìn)行物理層衰減測試。JTC通道模式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是聯(lián)合標準委員會(huì )(Joint Standards Committee)已經(jīng)同意將其作為可接受的室內無(wú)線(xiàn)通信模型，因此適合于比較各種WLAN系統的性能。

圖1 AP-to-AP測試環(huán)境下信息的產(chǎn)生與衰減模擬

2.4 GHz RF范圍內存在
干擾時(shí)的性能
RF干擾指不希望出現的、突發(fā)性的、影響正常系統工作的RF信號。在接收頻譜范圍之內足夠幅度的干擾RF信號會(huì )表現為虛假的802.11站發(fā)射包。這會(huì )引起合法的802.11站需要等待不確定的時(shí)間，直到干擾信號消失為止。
在擁擠的2.4 GHz頻率范圍內，尤其需要關(guān)注這個(gè)問(wèn)題。微波爐、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、藍牙設備以及其它非802.11設備都與802.11b設備共享這個(gè)頻段。噪音和干擾模擬器可以在實(shí)驗室模擬這些類(lèi)型的衰減，應該作為每個(gè)WLAN測試實(shí)驗室完整裝備的一個(gè)組成部分。

圖2 平均傳輸延遲、包速率和帶寬百分比測試結果為交替90度的相移衰減

測試漫游過(guò)渡延遲和RF速率適應性能
當WLAN用戶(hù)來(lái)回移動(dòng)時(shí)，AP試圖維持連接，而當用戶(hù)移出使用范圍時(shí)，首先降低連接的速率。如果信號繼續降低，終端設備可能會(huì )選擇另一個(gè)信號較強的AP。直觀(guān)地，人們也許認為漫游過(guò)渡延遲問(wèn)題對于WLAN用戶(hù)并不是非常重要的問(wèn)題，因為他們拿著(zhù)筆記本電腦走動(dòng)時(shí)通常不會(huì )在線(xiàn)。但是有許多種情況需要考慮，因為較差的速率適應功能和漫游到另一個(gè)AP的性能會(huì )影響無(wú)線(xiàn)應用的效果。

在某些應用中，漫游會(huì )產(chǎn)生AP可測量性問(wèn)題。
在IEEE 802.11的技術(shù)指標中，有三類(lèi)終端移動(dòng)：
?非轉移：移動(dòng)可能發(fā)生或不發(fā)生，終端的AP不變。
?BSS轉移：無(wú)線(xiàn)終端在同一無(wú)線(xiàn)基站多個(gè)AP之間移動(dòng)。
?ESS轉移：無(wú)線(xiàn)終端在不同無(wú)線(xiàn)基站多個(gè)AP之間移動(dòng)。
當無(wú)線(xiàn)終端改變其AP時(shí)，無(wú)線(xiàn)終端用戶(hù)的數據信息必須改變其物理路徑。這種改變不可能瞬間完成，而且很可能觸發(fā)各種錯誤，包括信息丟失、誤插入、重復、破壞數據包的順序以及增加等待時(shí)間。

無(wú)線(xiàn)終端正在移出一個(gè)AP范圍時(shí)，它能夠不斷地在正在傳送數據的低速率和未傳送數據的高速率之間進(jìn)行速率調整。另外，如果無(wú)線(xiàn)終端處于兩個(gè)AP的范圍內，它也許會(huì )不斷地在兩個(gè)AP之間切換。這種切換對性能會(huì )產(chǎn)生很大影響。

802.11指標指出有可能在ESS轉移時(shí)服務(wù)中斷，而B(niǎo)SS轉移時(shí)有可能不中斷服務(wù)。然而資料中并沒(méi)有提供實(shí)現無(wú)線(xiàn)終端重新連接或AP 斷開(kāi)功能的任何具體步驟。既然沒(méi)有實(shí)現這些功能的標準方法，每個(gè)銷(xiāo)售商可能提供其獨特的測試方法。

衡量各種安全方案WEP、802.1x、IPSec、SSL、防火墻
每個(gè)標準都有其不足之處，X.25速度太慢，IP沒(méi)有足夠的地址；802.11存在安全問(wèn)題；有線(xiàn)等效協(xié)議(WEP)不能明確RC4流密碼的初始化向量(IV)是如何實(shí)現的。WEP適用于簡(jiǎn)單的對密碼分析和信息流解密的攻擊。
IEEE標準組織正在同802.11i工作組一起致力于糾正WEP的這些不足。然而，設備供應商和服務(wù)提供商已經(jīng)轉向其它安全解決方案，如：802.1x、IPSec、SSL、集成防火墻和其它專(zhuān)有的解決方案。這就使得不同方案的WLAN的性能根據其所選用的安全機制和實(shí)現效率而有很大差別。為了理解與WLAN安全解決方案相關(guān)的性能問(wèn)題，關(guān)鍵是要對IP虛擬專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )協(xié)議(IP-VPN)的控制程度以及HTTP和UDP通信的數據水平進(jìn)行仿真測試。

測試使用IPSec協(xié)議的IP-VPN通道生成容量，以及每個(gè)通道生成UDP或HTTP信息，測量像丟包、延遲和反應時(shí)間等數據性能非常重要。結果應該以有效的布局顯示以便快速地進(jìn)行性能比較。應該起到解決彼此協(xié)作的作用。

防火墻測試應該測試最大應用處理容量和測量TCP作為傳輸協(xié)議的應用信息流量。它應該測量執行網(wǎng)絡(luò )地址翻譯(NAT: Network Address Translation)的防火墻的性能和建立多包過(guò)濾機制的影響。防火墻測試設備還應該評估防火墻處理拒絕服務(wù)(DoS: Denial of Service)攻擊的能力，即允許產(chǎn)生不同比率的與其他應用信息并行的攻擊信息。這樣可以標識在攻擊信息耗費測試設備資源的情況下合法信息的性能。

結語(yǔ)
WLAN技術(shù)發(fā)展迅速。預計到2005年，802.11a、802.11a/b雙模式和 802.11g設備有三位數的增長(cháng)。隨著(zhù)迅速被接受和推廣，以前沒(méi)有意識到的性能問(wèn)題和服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題也會(huì )隨之而來(lái)。認識到這點(diǎn)，芯片和設備制造商以及服務(wù)提供商充實(shí)實(shí)驗室中的測試設備，來(lái)模擬真正的RF網(wǎng)絡(luò )，情況以便測試產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò )方案的健康性和可度量性。WLAN技術(shù)對于有能力為主流客戶(hù)提供滿(mǎn)足服務(wù)的提供商有巨大的市場(chǎng)潛力。