无线局域网性能分析

发布时间：2020-07-01 01:11:12 阅读：次来源：素肉厂家

无线网络的发展正在受到低费用网络基础设施的需求以及可以提供高效、准确和降低商业成本的移动网络应用的推动。全球无线局域网(WLAN)硬件在2002年二季度收入超过3.9亿美元，这表明WLAN进入企业和家庭具有很大潜力。由于公众接入Internet日益普及，有关WLAN与3G竞争或者兼容的争论一直在不断升温。这就是说，WLAN技术的出现对处于前沿的半导体芯片生产商、网络设备制造商(NEM)、服务商和网络管理人员提出了新的挑战。由于未经测试或验证的器件或设备而造成的网络不通的几率很高，这就要求我们在推出新的WLAN产品或部署现行WLAN网络之前考虑某些问题。例如，如何有效地处理2.4 GHz RF范围内的干扰？当移动用户从一个接入点移动到另一个接入点时存在何种漫游过渡延迟？各种MAC和高层安全机理的实现方法产品对网络的性能有何影响？WLAN基站以及接入点处理电源管理的效率如何？所有这些问题，加上传统的端到端的性能、延迟、丢包都可以通过综合测试来说明。

本文重点强调WLAN性能测试的重要性和益处，并试图特别指出对WLAN设备开发和网络部署中一些关键领域进行测试的价值和好处。

标准化的真实RF传播模式WLAN芯片和设备制造商面临的最大挑战是开发耐用、高性能的使用2.4 GHz 和 5 GHz无线频率信号的物理层。尽管802.11b 和 802.11a的潜在速率分别为11 Mbps和54 Mbps，但实际速率根据物理层处理RF信道的特性会有很大变化，比如多通道衰减，路径丢失，分布延迟和屏蔽。开发者和服务提供商需要在实验室再现真实世界无线频率的衰减以便决定产品的性能。这是非常大的挑战，因为影响无线频率传输的环境因素远比再现简单的单个双绞铜线连接困难(见图1)。比如多通道干扰问题。无线电波碰到实物体时会产生反射，表现在WLAN AP 或W-NIC接收器端会产生轻微的延迟，而会与原始信号产生相互干扰信号和降低信号质量。在办公室环境中，通常的反射信号延迟50 纳秒，在工业制造环境中为300纳秒。可以利用加大中间间隔的方法来解决多通道干扰的影响，但成本高。另外，当无线信号试图自动跟踪反射的信号与原始信号时便会产生高频抖动。

多通道衰减模拟器可以再现这些RF特性。只有再现真实的衰减，测试系统(SUT: System Under Test)的性能才可以在实验室中评估(见图2)。连接RF通道模拟器和干扰模拟器需要一个RF隔离腔或者通过同轴电缆直接连接到RF衰减模拟器上。为了断开发送和接收连接到模拟器上的信号，还需要RF循环电路。SUT的性能必须首先通过无衰减环境下测试来校准。一旦基准确定以后，利用诸如JTC或指数衰减的瑞利模型等各种通道模型逐渐进行物理层衰减测试。JTC通道模式的一个优点是联合标准委员会(Joint Standards Committee)已经同意将其作为可接受的室内无线通信模型，因此适合于比较各种WLAN系统的性能。

图1 AP-to-AP测试环境下信息的产生与衰减模拟

2.4 GHz RF范围内存在干扰时的性能RF干扰指不希望出现的、突发性的、影响正常系统工作的RF信号。在接收频谱范围之内足够幅度的干扰RF信号会表现为虚假的802.11站发射包。这会引起合法的802.11站需要等待不确定的时间，直到干扰信号消失为止。在拥挤的2.4 GHz频率范围内，尤其需要关注这个问题。微波炉、无线电话、蓝牙设备以及其它非802.11设备都与802.11b设备共享这个频段。噪音和干扰模拟器可以在实验室模拟这些类型的衰减，应该作为每个WLAN测试实验室完整装备的一个组成部分。

图2 平均传输延迟、包速率和带宽百分比测试结果为交替90度的相移衰减

测试漫游过渡延迟和RF速率适应性能当WLAN用户来回移动时，AP试图维持连接，而当用户移出使用范围时，首先降低连接的速率。如果信号继续降低，终端设备可能会选择另一个信号较强的AP。直观地，人们也许认为漫游过渡延迟问题对于WLAN用户并不是非常重要的问题，因为他们拿着笔记本电脑走动时通常不会在线。但是有许多种情况需要考虑，因为较差的速率适应功能和漫游到另一个AP的性能会影响无线应用的效果。

在某些应用中，漫游会产生AP可测量性问题。在IEEE 802.11的技术指标中，有三类终端移动：?非转移：移动可能发生或不发生，终端的AP不变。?BSS转移：无线终端在同一无线基站多个AP之间移动。?ESS转移：无线终端在不同无线基站多个AP之间移动。当无线终端改变其AP时，无线终端用户的数据信息必须改变其物理路径。这种改变不可能瞬间完成，而且很可能触发各种错误，包括信息丢失、误插入、重复、破坏数据包的顺序以及增加等待时间。

无线终端正在移出一个AP范围时，它能够不断地在正在传送数据的低速率和未传送数据的高速率之间进行速率调整。另外，如果无线终端处于两个AP的范围内，它也许会不断地在两个AP之间切换。这种切换对性能会产生很大影响。

802.11指标指出有可能在ESS转移时服务中断，而BSS转移时有可能不中断服务。然而资料中并没有提供实现无线终端重新连接或AP 断开功能的任何具体步骤。既然没有实现这些功能的标准方法，每个销售商可能提供其独特的测试方法。

衡量各种安全方案WEP、802.1x、IPSec、SSL、防火墙每个标准都有其不足之处，X.25速度太慢，IP没有足够的地址；802.11存在安全问题；有线等效协议(WEP)不能明确RC4流密码的初始化向量(IV)是如何实现的。WEP适用于简单的对密码分析和信息流解密的攻击。IEEE标准组织正在同802.11i工作组一起致力于纠正WEP的这些不足。然而，设备供应商和服务提供商已经转向其它安全解决方案，如：802.1x、IPSec、SSL、集成防火墙和其它专有的解决方案。这就使得不同方案的WLAN的性能根据其所选用的安全机制和实现效率而有很大差别。为了理解与WLAN安全解决方案相关的性能问题，关键是要对IP虚拟专有网络协议(IP-VPN)的控制程度以及HTTP和UDP通信的数据水平进行仿真测试。

测试使用IPSec协议的IP-VPN通道生成容量，以及每个通道生成UDP或HTTP信息，测量像丢包、延迟和反应时间等数据性能非常重要。结果应该以有效的布局显示以便快速地进行性能比较。应该起到解决彼此协作的作用。

防火墙测试应该测试最大应用处理容量和测量TCP作为传输协议的应用信息流量。它应该测量执行网络地址翻译(NAT: Network Address Translation)的防火墙的性能和建立多包过滤机制的影响。防火墙测试设备还应该评估防火墙处理拒绝服务(DoS: Denial of Service)攻击的能力，即允许产生不同比率的与其他应用信息并行的攻击信息。这样可以标识在攻击信息耗费测试设备资源的情况下合法信息的性能。

结语WLAN技术发展迅速。预计到2005年，802.11a、802.11a/b双模式和 802.11g设备有三位数的增长。随着迅速被接受和推广，以前没有意识到的性能问题和服务质量问题也会随之而来。认识到这点，芯片和设备制造商以及服务提供商充实实验室中的测试设备，来模拟真正的RF网络，情况以便测试产品和网络方案的健康性和可度量性。WLAN技术对于有能力为主流客户提供满足服务的提供商有巨大的市场潜力。