宽带无线领域的测试问题初步探讨

  
  宽带无线接入技术(WLAN、Wimax)是固网的无线延伸,与移动蜂窝通信技术(GSM、GPRS、3G)相比,其组网结构简单、成本低、所支持的数据吞吐量高,是固网运营商提供移动数据业务的利器。
  
  通常,从运营商的角度考虑,无线接入网络的测试主要涵盖了六个方面:1.设备基本功能测试;2.设备无线性能测试;3.网络性能测试(包括组网能力);4.业务支持能力测试;5.射频干扰分析和测试;6.互通性测试。其中,第1项是设备制造厂家在设备研发与生产阶段关心的内容;而第2项包括频率准确度和稳定度、发射功率、杂散与带外抑制等项内容,设备应符合ETSI300-328和国家无线电管理局关于2.4GHzISM频段或5.8GHzISM频段扩频设备的相关标准,必须通过国家无线电管理局的检测,并获得相应的入网许可证。所以,对于前两项内容,只要设备制造厂家能够给出有效的设备资质证明,运营商一般不做重点测试,只是在必要的情况下进行一定的抽检和有针对性的测试。其余的第3-6项,是运营商关注的重点,但由于篇幅的限制,在此不逐项赘述,只是结合无线接入技术的特点,对其中干扰、网络容量等一些核心测试问题进行探讨。
  
  在图1中,架构出了无线接入技术的组网方式和测试环境,在图中,AP基站部分主要关注无线性能指标和无线特性的测试,属于无线通信部分。AC部分属于核心网部分,关注计费、认证、安全等方面的测试。下面对此进行详细论述。
  

 

  
图1宽带无线接入网的组网与测试环境

  1.射频干扰分析和测试中关于WLAN的频率使用问题
  
  WLAN使用的频段是2.4GHz和5.8GHz,其中:2.4GHz是802.11b和802.11g的工作频段,其可用带宽为83.5MHz,划分为13个信道,每个信道带宽为22MHz,具体信道配置方案见表1。5.8GHz是802.11a的工作频段,其可用带宽为125MHz,划分为5个信道,每个信道带宽为20MHz,具体信道配置方案见表2。在实际建网进行频率规划时,相邻小区应尽量使用互不交迭的信道以减小干扰
  
 

  首先,同一波段的干扰可能来自网内用户:对于网内用户的干扰,相邻的设备之间必须使用无干扰的不同信道。802.11b、802.11g使用相差五个频段的信道即可消除干扰,典型的无干扰信道的设置方式为1、6、11;802.11a标准规定相应设备使用的信道之间本身就没有干扰,因此,不存在相邻设备之间的干扰问题。
  
  其次,同一波段的干扰同时也可能来自外界同频干扰。外界同频干扰问题在2.4GHz频段显的比较明显。外界同频段(2.4GHz)发射机有:警报系统、2.4GHz无绳电话、工作在2.4GHz的小功率无线影音传输设备、家用微波炉,蓝牙设备,医用或其它工业用2.4GHz发射设备。对于非WLAN的2.4GHz信号,网卡或AP不能识别,如果在信道中出现了干扰信号,轻者导致系统性能下降,重者会造成无法通信、网络瘫痪。对于这种干扰,只能选取避开的办法,使用时远离干扰源。微波炉使用的就是2.4GHz频率范围,不过大多数具有足够强的屏蔽功能。同时2.4GHz的WLAN通常不会工作在距离厨房太近的距离(通常工作在书房),因为大多数现代建筑结构采用混凝土墙,2.4GHz的WLAN的有效距离就大大缩小。如果AP要将信号发送到相隔两堵厚厚混凝土墙的站点,那么观察一下WLAN的距离指示器,会发现有效距离缩短至将近一半。因此,厨房里的微波炉对书房里的WLAN不可能产生太大干扰,因为两者常常至少相隔两堵混凝土墙,更何况我们还可以通过设置不同的信道来减小干扰。实验表明,离开微波炉4米以上,可以维持正常通信。另一个可能与电话有关的干扰因素是蓝牙。虽然蓝牙并未得到广泛应用,但有几家蜂窝电话厂商已经在使用该技术,通过无线方式把相关装置连接起来。如今,大多数蜂窝电话采用有线的免提装置,这样用户无须将话筒贴近耳朵就能够通话。爱立信出品的一款具有蓝牙功能的无线耳机可以在30英尺内与蜂窝电话进行通讯。如果用户在同一地方使用2.4GHz的WLAN,这种耳机就有可能带来干扰问题。由于蓝牙工作频段和802.11b完全相同,而且还是跳频信号,所以,我们不能通过修改信道设置来消除这种干扰。但是经过研究表明,蓝牙离人体的距离非常近,功率一般都不会超过2dBm,因此蓝牙对WLAN有影响,但绝对不是致命的,甚至可以说影响甚微。
  
  WLAN在实际应用中会遇到很多其他同频段设备的干扰,但这些干扰要么影响不大,要么可以采取相应的措施予以避免。但是,在同一波段,如果两个无线射频之间的距离太近,在3cm之内,即使在不相互干扰的信道内,也会存在干扰。所以,在使用多频多模设备时,同一设备内的无线射频不能选择相同的波段,也就是说,不能同时配置成11b+g、11b+b、11g+g、11a+a的模式。具体干扰如图2所示:
  

  
图2多模AP中的射频能量

  
  2.网络性能测试中关于WLAN的容量与网络性能的关系
  WLAN的传输容量有限:基于802.11b的网络信息速率是11Mbps,基于802.11a/g的网络信息速率最高为54Mbps。由于MAC层的开销,实际有效吞吐量最多大约是额定信息速率的一半,而且这一容量要在与一个访问点相关的所有用户之间共享。不难想象局域网应用可能会很快耗干如此有限的容量。攻击者可以在有限的资源上发起拒绝服务攻击,可以通过多种方式耗尽无线电容量。如果有线网络发出的业务流量高于无线信道可处理的速率,无线系统很快会全军覆没;如果攻击者从快速以太网段上发起ping泛滥攻击,可以很容易耗尽访问点的容量;通过使用广播地址,可以耗尽直接相连的多个访问点;攻击者还可以把业务流量注入无线网络中,而不需连接到无线访问点上。802.11的MAC层旨在允许多个网络共享相同的空间和无线信道,希望干掉无线网络的攻击者可以在同一个无线信道上发送自己的业务流量,由于目标网络的MAC层使用标准中的CSMA/CA机制,尽最大努力接纳新的业务流量,即使不是恶意生成的大业务负荷,传送大型文件或复杂的客户端/服务器系统也可能会通过网络传送大量的数据,如果足够多的用户通过同一个访问点利用庞大的数据管道,网络访问也会变得象是使用拨号线访问一样缓慢。
  
  因此通常的解决方法是:具有实时监测功能的硬件单元与网络侧的专家分析系统相结合,主动的监测和发现性能问题。许多访问点通过SNMP报告统计数据,但详细程度不足以处理最终用户的性能投诉。利用无线网络分析仪和放置在关键点的传感测试单元可以报告当前位置上的信号质量和网络健康状况,并可以根据传输速度或帧类型对收到的业务分类。比如,大量的低速传输可能表明外部干扰、严重的多路径衰减或基站距访问点的距离太远。这些工具还可以显示每条信道上瞬时速度的能力,以可视方式有力地描述了信道上的剩余容量,直观的告诉管理者信道是否拥挤。同时,通过把访问点的覆盖范围分割成较小的覆盖区域,或通过在无线网络与企业网主干汇合点上使用流量整形,可以处理访问点上业务流量过高的问题。另外,网络侧通过对收集到的数据进行分析比对还可以比较有效地识别试图对访问点发起拒绝服务攻击的恶意客户端。
  
  宽带无线接入网随着技术的发展正越来越受到业界的关注,宽带无线接入技术由于它灵活的接入手段、高带宽的接入能力、低成本快速适应新业务市场的特点使运营商将无线接入技术作为未来发展接入的重要方式。在宽带无线测试项中,作为运营服务级的网络环境,还需要对核心网相关的内容如:安全、加密、计费和认证等内容进行重点测试,鉴于篇幅的限制,在这里就不一一阐述。