WLAN器件開發和網絡規劃中關鍵特性測試

WLAN技術帶來了新挑戰，如何才能有效地消除干擾？WLAN基站和接入點功率管理的效率如何？這些問題必須通過綜合測試方案加以解決，本文專門論述了WLAN器件開發和網絡規劃中關鍵特性測試的意義和優勢。

WLAN技術為半導體芯片制造商、網絡設備制造商(NEM)、業務提供商和網絡管理員帶來了新挑戰，因為那些性能未經測試或未經證明的器件或設備很容易引發網絡故障。因此在交付新的WLAN產品或現場部署WLAN網絡之前，需要解決一些特定問題。例如，在2.4GHz射頻(RF)范圍內，如何才能有效地消除干擾？當移動用戶從一個接入點(AP)移動到另一個接入點時，將會出現哪種類型的漫游切換延遲呢？MAC層和上層安全機制的不同實現將對產品和網絡的性能將產生怎樣的影響？ WLAN基站和接入點功率管理的效率如何？上述所有問題及傳統的端對端性能、延遲和丟包問題都能通過綜合測試加以解決。

本文重點介紹WLAN性能測試的重要性及優勢，并專門論述了WLAN器件開發和網絡規劃中關鍵特性測試的意義和優勢。

實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屏蔽)匹配的程度。開發人員和業務提供商必須通過在實驗室再現實際的射頻損耗才能獲得真正意義上的產品性能。由于很難像雙絞線和銅線連接那樣再現影響射頻傳輸的環境變量，因此需要解決的問題很多也很復雜。以多徑干擾為例，無線電波可被固態物體反射并在原始信號稍作延遲后出現在無線接入點(WLAN AP)或W-NIC接收器中，這將引發碼間干擾并導致信號質量下降。在辦公室環境下，一般反射信號延遲為50ns，而生產車間的延遲則達到300ns。可以采用碼間間距調節技術抵消多徑干擾的影響，但需要以數據率為代價。此外，當無線電波試圖跟蹤反射信號及原始信號時，還會出現抖動干擾。

多徑衰落仿真器可以復現這類射頻特性，即通過在實驗室再現實際的射頻損耗對待測系統(SUT)進行驗證。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行器(circulator)隔離信號的發送和接收。SUT的性能首先應當在沒有損耗的環境下精確測量，一旦建立了基準，就可以通過引入各種信道模型(如JTC或指數衰落Rayleigh 模型)對物理層進行漸進式損耗測試。JTC信道模型的優勢在于獲得了聯合標準委員會的認可，成為無線室內通信標準模型，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送數據。在擁擠的2.4GHz 范圍內尤其需要考慮這個問題，因為微波爐、無線電話、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驗室環境下仿真這些損耗，因此是任何裝備齊全的WLAN測試實驗室不可或缺的裝置。現在，各公司正在為WLAN市場開發標準的WLAN干擾模型，但至今均未發布產品。

漫游切換延遲和射頻速率適配性能的測量

在WLAN用戶移動中，接入點首先將通過降低連接速率保證用戶在離開服務區后仍能保持連接。之后，如果信號繼續在衰落，客戶端可以選擇另一個具有更強信號的接入點。可能有人會想當然地以為漫游切換延遲無關緊要，因為他們攜帶筆記本電腦出行時，往往并不要求在線。但我們也必須考慮其他一些情形，那時較差的速率適配性能及漫游切換性能將影響無線應用系統的效率。在某些特定應用中，漫游還可能引發接入點的可擴展性問題。不妨設想一下經常發生在大學校園或大型公司環境下的漫游情形吧。在這兩種情況下，發生漫游時接入點需要處理大量的尖峰信號。

在 IEEE 802.11規范中，客戶端移動性可以分為以下三類：

1．無切換：無線客戶端可能移動也可能不移動，但不會改變連接的接入點。

2．BSS切換：無線客戶端在屬于相同無線底層架構的多個接入點之間移動。

3．ESS切換：無線客戶端在屬于不同無線底層架構的多個接入點之間移動。

無線客戶改變接入點連接時，任何發送到該無線客戶的傳輸流都將改變物理路徑。這鐘切換不會瞬間完成并有可能觸發各種各樣的錯誤，包括數據的丟失、錯誤插入、重復發送和失序以及持續增加的延遲。

移動到接入點范圍之外的無線客戶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行速率適配。此外，如果無線客戶端位于兩個接入點的范圍內，那么將在這兩個接入點之間反復切換。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切換中可以出現業務中斷，但BSS切換中完全可以沒有業務中斷。然而，該規范沒有規定實現客戶端重連接或接入點切換功能的方法。

由于規范并沒有給出標準的實現方法，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

上述每種實現方法都或多或少存在一些缺陷：X.25速率太低，IP則沒有足夠多的地址，而802.11則受限于安全定義方式 DD有線安全等級協議 (WEP)，因為WEP沒有明確RC4流加密中的初始化向量(IV)的實現方法。某些實現方法在每次重啟時將IV設定為0，而每使用一次則自動增加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這些散列方法進行編碼，因此WEP很容易遭受那些針對消息流加解密的簡單密碼解析攻擊。IEEE標準制訂組正同802.11i緊密合作以期克服WEP的這個缺陷，但設備提供商和業務提供商已經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用解決方案。這樣，WLAN就能根據選擇的安全機制及實現方法的效率為各種解決方案選擇性能，從而能充分地發揮優勢。為了更好地理解與WLAN安全解決方案相關的性能問題，非常有必要在實際中進行IP虛擬專用網(IP-VPN)協議的控制層測試及面向連接(HTTP)和無連接(UDP)傳輸流的數據層測試。

利用IPSec協議確定IP-VPN隧道創建容量、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、延遲和響應時間)至關重要。上述結果不僅需要有效地顯示以進行快速性能基準比較，還必須成為解決互操作性問題的有效手段。

防火墻測試應確定最大的應用事務處理容量并以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絡地址解析(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網條件進行建模并仿真互聯網混合傳輸流的高流量互聯網事務，因為基于狀態檢查的防火墻(Stateful Firewall)需要產生真正的應用傳輸流以正確地轉發傳輸流。可擴展性是選擇正確的防火墻測試設備時需要考慮的關鍵因素，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HTTP事務及數百萬條并發的TCP連接。

測試將推動WLAN技術的應用

由于WLAN技術能夠帶來真正的成本效益、移動性并增加辦公區域、大學校園、家庭和熱點地區的連接效率，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至今尚未實現的性能以及不甚令人滿意的業務質量(QoS)心存疑慮。早期的客戶尚能容忍WLAN技術的一些缺陷因為他們希望應用最新的技術，但隨著該技術成為主流解決方案，客戶對WLAN性能和QoS上的缺陷將變得越來越無法忍受。用戶并不滿足于只能漫游，例如他們希望不僅能自由移動，而且發生接入點連接中斷或重連接入點時也不會中斷業務。一旦意識到這一點，芯片和設備生產商及業務提供商就會加強測試實驗室的建設，利用新的測試設備仿真實際射頻網絡條件并測試產品和網絡解決方案的高穩定性和可擴展性。對于那些解決方案能滿足主流客戶性能需求的廠商而言，WLAN技術可以為他們帶來豐厚的利潤。