WLAN器件開(kāi)發(fā)和網(wǎng)絡(luò )規劃中關(guān)鍵特性測試

WLAN技術(shù)帶來(lái)了新挑戰，如何才能有效地消除干擾？WLAN基站和接入點(diǎn)功率管理的效率如何？這些問(wèn)題必須通過(guò)綜合測試方案加以解決，本文專(zhuān)門(mén)論述了WLAN器件開(kāi)發(fā)和網(wǎng)絡(luò )規劃中關(guān)鍵特性測試的意義和優(yōu)勢。

WLAN技術(shù)為半導體芯片制造商、網(wǎng)絡(luò )設備制造商(NEM)、業(yè)務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò )管理員帶來(lái)了新挑戰，因為那些性能未經(jīng)測試或未經(jīng)證明的器件或設備很容易引發(fā)網(wǎng)絡(luò )故障。因此在交付新的WLAN產(chǎn)品或現場(chǎng)部署WLAN網(wǎng)絡(luò )之前，需要解決一些特定問(wèn)題。例如，在2.4GHz射頻(RF)范圍內，如何才能有效地消除干擾？當移動(dòng)用戶(hù)從一個(gè)接入點(diǎn)(AP)移動(dòng)到另一個(gè)接入點(diǎn)時(shí)，將會(huì )出現哪種類(lèi)型的漫游切換延遲呢？MAC層和上層安全機制的不同實(shí)現將對產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò )的性能將產(chǎn)生怎樣的影響？ WLAN基站和接入點(diǎn)功率管理的效率如何？上述所有問(wèn)題及傳統的端對端性能、延遲和丟包問(wèn)題都能通過(guò)綜合測試加以解決。

本文重點(diǎn)介紹WLAN性能測試的重要性及優(yōu)勢，并專(zhuān)門(mén)論述了WLAN器件開(kāi)發(fā)和網(wǎng)絡(luò )規劃中關(guān)鍵特性測試的意義和優(yōu)勢。

實(shí)際應用中射頻傳播的標準化建模

WLAN芯片和設備制造商面臨的最大挑戰是如何利用2.4GHz和5GHz射頻信令實(shí)現高穩定性和高性能的物理層。盡管 802.11b和 802.11a理論上可以分別達到11Mbps和54Mbps的數據率，但實(shí)際應用中，數據率很大程度上取決于物理層接口與射頻信道接口特性(如多徑衰落、路徑損耗、延遲擴展和對數正態(tài)屏蔽)匹配的程度。開(kāi)發(fā)人員和業(yè)務(wù)提供商必須通過(guò)在實(shí)驗室再現實(shí)際的射頻損耗才能獲得真正意義上的產(chǎn)品性能。由于很難像雙絞線(xiàn)和銅線(xiàn)連接那樣再現影響射頻傳輸的環(huán)境變量，因此需要解決的問(wèn)題很多也很復雜。以多徑干擾為例，無(wú)線(xiàn)電波可被固態(tài)物體反射并在原始信號稍作延遲后出現在無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)(WLAN AP)或W-NIC接收器中，這將引發(fā)碼間干擾并導致信號質(zhì)量下降。在辦公室環(huán)境下，一般反射信號延遲為50ns，而生產(chǎn)車(chē)間的延遲則達到300ns?？梢圆捎么a間間距調節技術(shù)抵消多徑干擾的影響，但需要以數據率為代價(jià)。此外，當無(wú)線(xiàn)電波試圖跟蹤反射信號及原始信號時(shí)，還會(huì )出現抖動(dòng)干擾。

多徑衰落仿真器可以復現這類(lèi)射頻特性，即通過(guò)在實(shí)驗室再現實(shí)際的射頻損耗對待測系統(SUT)進(jìn)行驗證。到射頻信道仿真器和干擾仿真器的連接既可以采用射頻隔離室，也可以利用雙絞線(xiàn)直接連接到射頻損耗仿真器裝置。仿真器連接也需要利用射頻環(huán)行器(circulator)隔離信號的發(fā)送和接收。SUT的性能首先應當在沒(méi)有損耗的環(huán)境下精確測量，一旦建立了基準，就可以通過(guò)引入各種信道模型(如JTC或指數衰落Rayleigh 模型)對物理層進(jìn)行漸進(jìn)式損耗測試。JTC信道模型的優(yōu)勢在于獲得了聯(lián)合標準委員會(huì )的認可，成為無(wú)線(xiàn)室內通信標準模型，因此適用于各種WLAN系統的性能比較。

2.4GHz 射頻范圍內干擾下的系統性能

射頻干擾是指那些影響正常系統操作的不期望干擾射頻信號。幅度足夠大且在接收器頻譜范圍內的干擾射頻信號完全可以視為在不斷發(fā)送數據包的偽802.11基站。這使得合法的802.11基站必須等到干擾信號消失后才能正常發(fā)送數據。在擁擠的2.4GHz 范圍內尤其需要考慮這個(gè)問(wèn)題，因為微波爐、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、藍牙器件及其他的非802.11器件都在這里與802.11b器件共享頻譜。噪聲和干擾仿真器可以在實(shí)驗室環(huán)境下仿真這些損耗，因此是任何裝備齊全的WLAN測試實(shí)驗室不可或缺的裝置?，F在，各公司正在為WLAN市場(chǎng)開(kāi)發(fā)標準的WLAN干擾模型，但至今均未發(fā)布產(chǎn)品。

漫游切換延遲和射頻速率適配性能的測量

在WLAN用戶(hù)移動(dòng)中，接入點(diǎn)首先將通過(guò)降低連接速率保證用戶(hù)在離開(kāi)服務(wù)區后仍能保持連接。之后，如果信號繼續在衰落，客戶(hù)端可以選擇另一個(gè)具有更強信號的接入點(diǎn)?？赡苡腥藭?huì )想當然地以為漫游切換延遲無(wú)關(guān)緊要，因為他們攜帶筆記本電腦出行時(shí)，往往并不要求在線(xiàn)。但我們也必須考慮其他一些情形，那時(shí)較差的速率適配性能及漫游切換性能將影響無(wú)線(xiàn)應用系統的效率。在某些特定應用中，漫游還可能引發(fā)接入點(diǎn)的可擴展性問(wèn)題。不妨設想一下經(jīng)常發(fā)生在大學(xué)校園或大型公司環(huán)境下的漫游情形吧。在這兩種情況下，發(fā)生漫游時(shí)接入點(diǎn)需要處理大量的尖峰信號。

在 IEEE 802.11規范中，客戶(hù)端移動(dòng)性可以分為以下三類(lèi)：

1．無(wú)切換：無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端可能移動(dòng)也可能不移動(dòng)，但不會(huì )改變連接的接入點(diǎn)。

2．BSS切換：無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端在屬于相同無(wú)線(xiàn)底層架構的多個(gè)接入點(diǎn)之間移動(dòng)。

3．ESS切換：無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端在屬于不同無(wú)線(xiàn)底層架構的多個(gè)接入點(diǎn)之間移動(dòng)。

無(wú)線(xiàn)客戶(hù)改變接入點(diǎn)連接時(shí)，任何發(fā)送到該無(wú)線(xiàn)客戶(hù)的傳輸流都將改變物理路徑。這鐘切換不會(huì )瞬間完成并有可能觸發(fā)各種各樣的錯誤，包括數據的丟失、錯誤插入、重復發(fā)送和失序以及持續增加的延遲。

移動(dòng)到接入點(diǎn)范圍之外的無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端可以不斷地在傳送數據的低速率和不傳送數據的高速率之間進(jìn)行速率適配。此外，如果無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端位于兩個(gè)接入點(diǎn)的范圍內，那么將在這兩個(gè)接入點(diǎn)之間反復切換。根據重連接對性能的影響以及連接改變的頻率，這種往復式切換影響性能的程度也不一樣。

802.11規范還規定，ESS切換中可以出現業(yè)務(wù)中斷，但BSS切換中完全可以沒(méi)有業(yè)務(wù)中斷。然而，該規范沒(méi)有規定實(shí)現客戶(hù)端重連接或接入點(diǎn)切換功能的方法。

由于規范并沒(méi)有給出標準的實(shí)現方法，因此每家供應商采用的測試手段也各不相同。

各種安全解決方案的可擴展性：WEP、802.11i、802.1x、IPSec、SSL和Firewall

上述每種實(shí)現方法都或多或少存在一些缺陷：X.25速率太低，IP則沒(méi)有足夠多的地址，而802.11則受限于安全定義方式 DD有線(xiàn)安全等級協(xié)議 (WEP)，因為WEP沒(méi)有明確RC4流加密中的初始化向量(IV)的實(shí)現方法。某些實(shí)現方法在每次重啟時(shí)將IV設定為0，而每使用一次則自動(dòng)增加1。這樣，有可能導致需要復用密鑰流。此外，考慮到加密密鑰和IV均不采用MD5或SHA-1這些散列方法進(jìn)行編碼，因此WEP很容易遭受那些針對消息流加解密的簡(jiǎn)單密碼解析攻擊。IEEE標準制訂組正同802.11i緊密合作以期克服WEP的這個(gè)缺陷，但設備提供商和業(yè)務(wù)提供商已經(jīng)轉向其他的安全解決方案，如 802.1x、IPSec、SSL、集成防火墻及其他專(zhuān)用解決方案。這樣，WLAN就能根據選擇的安全機制及實(shí)現方法的效率為各種解決方案選擇性能，從而能充分地發(fā)揮優(yōu)勢。為了更好地理解與WLAN安全解決方案相關(guān)的性能問(wèn)題，非常有必要在實(shí)際中進(jìn)行IP虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(IP-VPN)協(xié)議的控制層測試及面向連接(HTTP)和無(wú)連接(UDP)傳輸流的數據層測試。

利用IPSec協(xié)議確定IP-VPN隧道創(chuàng )建容量、在每條隧道上生成UDP或HTTP傳輸流并測量數據的性能特性(如丟包率、延遲和響應時(shí)間)至關(guān)重要。上述結果不僅需要有效地顯示以進(jìn)行快速性能基準比較，還必須成為解決互操作性問(wèn)題的有效手段。

防火墻測試應確定最大的應用事務(wù)處理容量并以TCP為傳輸代理測量應用系統的數據率。防火墻測試應當測量防火墻執行網(wǎng)絡(luò )地址解析(NAT)的性能以及測試采用的多分組數據濾波準則的影響。防火墻測試設備也應當允許傳輸與其他應用傳輸流并行生成的不同速率攻擊流以檢驗防火墻抵御拒絕服務(wù)攻擊(DoS)的能力。這樣就能制訂出合法的傳輸流性能基準，而攻擊流也能在待測設備的引導下不斷消耗占用的資源。

檢驗防火墻的性能需要能足以對峰值互聯(lián)網(wǎng)條件進(jìn)行建模并仿真互聯(lián)網(wǎng)混合傳輸流的高流量互聯(lián)網(wǎng)事務(wù)，因為基于狀態(tài)檢查的防火墻(Stateful Firewall)需要產(chǎn)生真正的應用傳輸流以正確地轉發(fā)傳輸流?？蓴U展性是選擇正確的防火墻測試設備時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素，因為為了測試防火墻的性能，每秒鐘往往需要有效地測試數千個(gè)HTTP事務(wù)及數百萬(wàn)條并發(fā)的TCP連接。

測試將推動(dòng)WLAN技術(shù)的應用

由于WLAN技術(shù)能夠帶來(lái)真正的成本效益、移動(dòng)性并增加辦公區域、大學(xué)校園、家庭和熱點(diǎn)地區的連接效率，因此獲得了廣泛認可并迅速得到推廣。對于802.11a和802.11a/b雙模及802.11g設備，2005年的增長(cháng)率則有望達到3位數。雖然得到了廣泛認同并迅速推廣，但人們仍對WLAN至今尚未實(shí)現的性能以及不甚令人滿(mǎn)意的業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)心存疑慮。早期的客戶(hù)尚能容忍WLAN技術(shù)的一些缺陷因為他們希望應用最新的技術(shù)，但隨著(zhù)該技術(shù)成為主流解決方案，客戶(hù)對WLAN性能和QoS上的缺陷將變得越來(lái)越無(wú)法忍受。用戶(hù)并不滿(mǎn)足于只能漫游，例如他們希望不僅能自由移動(dòng)，而且發(fā)生接入點(diǎn)連接中斷或重連接入點(diǎn)時(shí)也不會(huì )中斷業(yè)務(wù)。一旦意識到這一點(diǎn)，芯片和設備生產(chǎn)商及業(yè)務(wù)提供商就會(huì )加強測試實(shí)驗室的建設，利用新的測試設備仿真實(shí)際射頻網(wǎng)絡(luò )條件并測試產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò )解決方案的高穩定性和可擴展性。對于那些解決方案能滿(mǎn)足主流客戶(hù)性能需求的廠(chǎng)商而言，WLAN技術(shù)可以為他們帶來(lái)豐厚的利潤。