WLAN壓力測試放大802.11性能問(wèn)題

在一次不常見(jiàn)到的使用三家廠(chǎng)商設備的大規模WLAN壓力測試中，測試人員發(fā)現，隨著(zhù)WLAN規模和流量的增加，許多WLAN都可能遇到性能極限，問(wèn)題不在于廠(chǎng)商的設備，而在于802.11協(xié)議的設計。

問(wèn)題源于協(xié)議效率

設計和操作這次測試的是一家名叫Novarum的咨詢(xún)公司。該測試證實(shí)了在高密度網(wǎng)絡(luò )下存在的兩個(gè)麻煩問(wèn)題：首先，接入點(diǎn)之間相同信道的無(wú)線(xiàn)干擾會(huì )大大降低WLAN的總吞吐量;其次，常規的控制器+瘦接入點(diǎn)架構不能隨著(zhù)某一區域中的接入點(diǎn)數量的增加很好地擴展。

根據Novarum的報告，這些問(wèn)題的出現與802.11媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)層的設計、處理確認和重傳的方法，以及在持續的高流量負載下的問(wèn)題處理有關(guān)。在目前很多WLAN產(chǎn)品以及利用這些產(chǎn)品建立的WLAN中，由于網(wǎng)絡(luò )中的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端數量比較少，并且它們的傳輸流主要由少量的和突發(fā)的數據傳輸流構成，因此這種協(xié)議上的低效率并不會(huì )存在問(wèn)題。

基于802.11n的高吞吐量WLAN(尤其當運行在5GHz信道時(shí))將會(huì )部分減輕這些問(wèn)題的影響，但也不能完全消除。11n只是可以提供更大的“數據管道”，從而在高密度WLAN中達到網(wǎng)絡(luò )超載需要更多的流量而已。但由于11n更高的吞吐量，企業(yè)將尋求利用它做更多的事情(如傳送語(yǔ)音和視頻等)，同樣容易造成網(wǎng)絡(luò )的超載。

Novarum公司共同創(chuàng )建人Phil Belanger說(shuō)：“如果不著(zhù)手解決共信道干擾和對接入點(diǎn)協(xié)作的需要，將給支持無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音和視頻的協(xié)議造成更大的壓力。”

測試環(huán)境力求真實(shí)

2007年秋季，Novarum公司這次不同尋常(出于實(shí)際部署的接入點(diǎn)和客戶(hù)端數量)的測試在美國Sunnyvale市一個(gè)空閑的二層樓辦公室(約為20000平方英尺)里進(jìn)行，而通常的WLAN測試只是在一個(gè)類(lèi)似實(shí)驗室的環(huán)境中部署一臺接入點(diǎn)和十來(lái)臺客戶(hù)端而已。

在這次測試中，Novarum動(dòng)用了72臺帶有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的筆記本電腦和54部無(wú)線(xiàn)VoIP手機，通過(guò)15臺接入點(diǎn)(隨后使用10臺接入點(diǎn))連接在典型的辦公WLAN上。網(wǎng)絡(luò )設備則分別使用來(lái)自Aruba Networks、思科和Meru Networks的無(wú)線(xiàn)控制器和接入點(diǎn)(Aruba 800控制器+AP 70;思科4402控制器+AP 1242;Meru MC3000控制器+AP 208)構建。

測試一共進(jìn)行了7次，在多數情況下都是先使用15臺接入點(diǎn)，然后使用10臺接入點(diǎn)。接入點(diǎn)配備802.11a/b/g設備，但Novarum只進(jìn)行2.4GHz頻段上的11g測試。一次測試是純數據的，使用了72臺筆記本電腦;其余測試則是語(yǔ)音傳輸，分別進(jìn)行24、48和72個(gè)模擬VoIP通話(huà)。還有兩次測試為語(yǔ)音和數據混合測試，一次為測試WLAN可以支持多少VoIP手機的同時(shí)呼叫。Belanger表示，壓力測試本意不是廠(chǎng)商設備的產(chǎn)品測評，雖然它們有著(zhù)類(lèi)似的出發(fā)點(diǎn)。

數據測試結果不夠理想

關(guān)于測試結果，Belanger介紹說(shuō)：“測試結果似乎出現門(mén)檻，超過(guò)這個(gè)門(mén)檻后，WLAN系統表現不佳。負載越大，出現的錯誤就越多，從而導致更多的重傳，這反過(guò)來(lái)又加大了負載……”

不同品牌的WLAN設備根據它們使用的網(wǎng)絡(luò )架構類(lèi)型，以不同方式處理這種螺旋效應。Aruba和思科采用Belanger稱(chēng)之為“微蜂窩”的架構——連接在中央控制器上的精簡(jiǎn)型接入點(diǎn)。鄰近的接入點(diǎn)運行在獨立的信道上，并且存在一些覆蓋重疊，以便為移動(dòng)客戶(hù)端提供無(wú)縫的覆蓋和漫游。這種模型為當今大多數WLAN廠(chǎng)商所采用。

相比之下，Meru可以將相鄰接入點(diǎn)設置為運行在一個(gè)信道上，并對其“空中”行為進(jìn)行更多的控制。據Belanger 說(shuō)，Meru控制器可以看到每臺接入點(diǎn)上的每個(gè)相關(guān)聯(lián)客戶(hù)端的傳送隊列，可以分配接入點(diǎn)用于每臺客戶(hù)端的時(shí)間。Meru設備沒(méi)有自己嘗試擠進(jìn)傳輸“大門(mén)”，而是耐心等著(zhù)輪到自己，因此吞吐量比較穩定。

另一家廠(chǎng)商Extricom采取相類(lèi)似的方式，將4個(gè)無(wú)線(xiàn)電裝置放在一臺設備中，但在其控制器中運行整個(gè)802.11的MAC層。這種接入點(diǎn)只有無(wú)線(xiàn)電裝置和天線(xiàn)，甚至缺少CPU。Extricom聲稱(chēng)，這是為了消除相同信道干擾，并在每個(gè)包的基礎上更好地管理客戶(hù)端的無(wú)線(xiàn)連接性。

在使用72臺筆記本電腦和15臺接入點(diǎn)的純數據測試中，思科和Aruba所提供的總吞吐量還不到50Mbps。換句話(huà)說(shuō)，在全網(wǎng)絡(luò )范圍內，每臺客戶(hù)端只得到平均不到1Mpbs的吞吐量，而人們的預期是每臺接入點(diǎn)20Mbps吞吐量或15臺接入點(diǎn)300Mbps總吞吐量這樣的結果。

但是，當接入點(diǎn)數量減少到10臺時(shí)，吞吐量卻大大增加。在A(yíng)ruba的案例中，吞吐量增加近40%，由47Mbps增加到64Mbps。報告說(shuō)：“更多的接入點(diǎn)允許更多的同時(shí)傳輸，這就造成更多的干擾，降低了這些系統的性能。”

在Meru的實(shí)驗中，辦公室為5臺接入點(diǎn)所覆蓋(這些接入點(diǎn)都運行在2.4GHz頻段其中一個(gè)信道上)，另兩組接入點(diǎn)(每組5臺接入點(diǎn))被添加到同樣的位置，每組接入點(diǎn)各使用余下的兩個(gè)信道中的一個(gè)，所有接入點(diǎn)都以最大功率設置運行。測試結果顯示，Meru可提供100Mbps的系統吞吐量，是思科和Aruba吞吐量的兩倍以上。有趣的是，當Novarum將接入點(diǎn)數量減少到10臺設備時(shí)，Meru的總吞吐量降到了60Mbps。

Novarum的報告總結說(shuō)：來(lái)自相鄰AP的相同信道干擾似乎對微蜂窩系統產(chǎn)生明顯的影響。802.11無(wú)線(xiàn)電的干擾范圍遠遠超過(guò)了有效的通信距離——在持續的高負載下，這種干擾變成了一個(gè)影響因素。而在這些高負載網(wǎng)絡(luò )中的某些點(diǎn)上，如果使用Aruba和思科的接入點(diǎn)，有30%到40%的數據包要進(jìn)行重新傳輸，而使用Meru接入點(diǎn)的重傳數量則少得多。

語(yǔ)音呼叫也遇到極限

而在語(yǔ)音測試當中，Novarum發(fā)現Meru架構能夠在總體上提供更好的語(yǔ)音支持——可處理更多的同時(shí)呼叫(Meru在語(yǔ)音測試中沒(méi)有遇到上限)并提供收費質(zhì)量的語(yǔ)音。在使用10臺思科接入點(diǎn)時(shí)，思科WLAN能夠處理大約24個(gè)VoIP呼叫。在處理48個(gè)或更多的模擬呼叫時(shí)，思科不能提供收費質(zhì)量。當測試真正的手機時(shí)，思科基礎設施似乎在26或28個(gè)同時(shí)呼叫時(shí)達到了極限。

在報告的附錄中，Belanger這樣寫(xiě)道：“我所看到的問(wèn)題與802.11 MAC層協(xié)議相關(guān)，在使用很多接入點(diǎn)和持續的高負載時(shí)，這些系統非常容易出現不穩定行為。Aruba和思科系統沒(méi)有出現任何故障。它們只是選擇了不解決這個(gè)問(wèn)題。”

目前，來(lái)自IEEE的兩個(gè)802.11工作小組11k和11t正致力于解決這個(gè)問(wèn)題(至少是部分解決)，方法是對接入點(diǎn)無(wú)線(xiàn)電設備(一定程度上對客戶(hù)端無(wú)線(xiàn)電設備)進(jìn)行更多控制。目前這項工作仍在進(jìn)行中。

測試目的及客觀(guān)性

最后，對Novarum壓力測試的信任程度取決于兩個(gè)問(wèn)題：你是否認同測試者的假設，以及Meru對測試和測試者獨立性的影響。

對此Belanger表示：“我們的測試中唯一不尋常的事情是數據測試中的恒定負載——這種負載相當于72個(gè)人在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上同時(shí)從iTunes商店下載電影。”Belanger承認這不是大多數企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的典型行為，但“我們期望這些系統能夠優(yōu)雅地處理這種負載。”

Belanger表示，本次測試的主要目的不在于對3種產(chǎn)品進(jìn)行評級，而在于802.11協(xié)議在高負載下的行為，以及不同架構如何對付這種行為。