寬帶無線領域測試問題初步探討

網(wǎng)通研究院 李建宇 張凌云 王湘寧



　　寬帶無線接入技術（WLAN、Wimax）是固網(wǎng)的無線延伸，與移動蜂窩通信技術（GSM、GPRS、3G）相比，其組網(wǎng)結構簡單、成本低、所支持的數(shù)據(jù)吞吐量高，是固網(wǎng)運營商提供移動數(shù)據(jù)業(yè)務的利器。



　　通常，從運營商的角度考慮，無線接入網(wǎng)絡的測試主要涵蓋了六個方面：1.設備基本功能測試；2.設備無線性能測試；3.網(wǎng)絡性能測試（包括組網(wǎng)能力）；4.業(yè)務支持能力測試；5.射頻干擾分析和測試；6.互通性測試。其中，第1項是設備制造廠家在設備研發(fā)與生產(chǎn)階段關心的內(nèi)容；而第2項包括頻率準確度和穩(wěn)定度、發(fā)射功率、雜散與帶外抑制等項內(nèi)容，設備應符合ETSI300-328和國家無線電管理局關于2.4GHzISM頻段或5.8GHzISM頻段擴頻設備的相關標準，必須通過國家無線電管理局的檢測，并獲得相應的入網(wǎng)許可證。所以，對于前兩項內(nèi)容，只要設備制造廠家能夠給出有效的設備資質(zhì)證明，運營商一般不做重點測試，只是在必要的情況下進行一定的抽檢和有針對性的測試。其余的第3－6項，是運營商關注的重點，但由于篇幅的限制，在此不逐項贅述，只是結合無線接入技術的特點，對其中干擾、網(wǎng)絡容量等一些核心測試問題進行探討。



　　在圖1中，架構出了無線接入技術的組網(wǎng)方式和測試環(huán)境，在圖中，AP基站部分主要關注無線性能指標和無線特性的測試，屬于無線通信部分。AC部分屬于核心網(wǎng)部分，關注計費、認證、安全等方面的測試。下面對此進行詳細論述。






　　1.射頻干擾分析和測試中關于WLAN的頻率使用問題



　　WLAN使用的頻段是2.4GHz和5.8GHz，其中：2.4GHz是802.11b和802.11g的工作頻段，其可用帶寬為83.5MHz，劃分為13個信道，每個信道帶寬為22MHz，具體信道配置方案見表1。5.8GHz是802.11a的工作頻段，其可用帶寬為125MHz，劃分為5個信道，每個信道帶寬為20MHz，具體信道配置方案見表2。在實際建網(wǎng)進行頻率規(guī)劃時，相鄰小區(qū)應盡量使用互不交迭的信道以減小干擾。







　　首先，同一波段的干擾可能來自網(wǎng)內(nèi)用戶：對于網(wǎng)內(nèi)用戶的干擾，相鄰的設備之間必須使用無干擾的不同信道。802.11b、802.11g使用相差五個頻段的信道即可消除干擾，典型的無干擾信道的設置方式為1、6、11；802.11a標準規(guī)定相應設備使用的信道之間本身就沒有干擾，因此，不存在相鄰設備之間的干擾問題。



　　其次，同一波段的干擾同時也可能來自外界同頻干擾。外界同頻干擾問題在2.4GHz頻段顯的比較明顯。外界同頻段(2.4GHz)發(fā)射機有：警報系統(tǒng)、2.4GHz無繩電話、工作在2.4GHz的小功率無線影音傳輸設備、家用微波爐，藍牙設備，醫(yī)用或其它工業(yè)用2.4GHz發(fā)射設備。對于非WLAN的2.4GHz信號，網(wǎng)卡或AP不能識別，如果在信道中出現(xiàn)了干擾信號，輕者導致系統(tǒng)性能下降，重者會造成無法通信、網(wǎng)絡癱瘓。對于這種干擾，只能選取避開的辦法，使用時遠離干擾源。微波爐使用的就是2.4GHz頻率范圍，不過大多數(shù)具有足夠強的屏蔽功能。同時2.4GHz的WLAN通常不會工作在距離廚房太近的距離（通常工作在書房），因為大多數(shù)現(xiàn)代建筑結構采用混凝土墻，2.4GHz的WLAN的有效距離就大大縮小。如果AP要將信號發(fā)送到相隔兩堵厚厚混凝土墻的站點，那么觀察一下WLAN的距離指示器，會發(fā)現(xiàn)有效距離縮短至將近一半。因此，廚房里的微波爐對書房里的WLAN不可能產(chǎn)生太大干擾，因為兩者常常至少相隔兩堵混凝土墻，更何況我們還可以通過設置不同的信道來減小干擾。實驗表明，離開微波爐4米以上，可以維持正常通信。另一個可能與電話有關的干擾因素是藍牙。雖然藍牙并未得到廣泛應用，但有幾家蜂窩電話廠商已經(jīng)在使用該技術，通過無線方式把相關裝置連接起來。如今，大多數(shù)蜂窩電話采用有線的免提裝置，這樣用戶無須將話筒貼近耳朵就能夠通話。愛立信出品的一款具有藍牙功能的無線耳機可以在30英尺內(nèi)與蜂窩電話進行通訊。如果用戶在同一地方使用2.4GHz的WLAN，這種耳機就有可能帶來干擾問題。由于藍牙工作頻段和802.11b完全相同，而且還是跳頻信號，所以，我們不能通過修改信道設置來消除這種干擾。但是經(jīng)過研究表明，藍牙離人體的距離非常近，功率一般都不會超過2dBm，因此藍牙對WLAN有影響，但絕對不是致命的，甚至可以說影響甚微。



　　WLAN在實際應用中會遇到很多其他同頻段設備的干擾，但這些干擾要么影響不大，要么可以采取相應的措施予以避免。但是，在同一波段，如果兩個無線射頻之間的距離太近，在3cm之內(nèi)，即使在不相互干擾的信道內(nèi)，也會存在干擾。所以，在使用多頻多模設備時，同一設備內(nèi)的無線射頻不能選擇相同的波段，也就是說，不能同時配置成11b+g、11b+b、11g+g、11a+a的模式。具體干擾如圖2所示：







　　2.網(wǎng)絡性能測試中關于WLAN的容量與網(wǎng)絡性能的關系



　　WLAN的傳輸容量有限：基于802.11b的網(wǎng)絡信息速率是11Mbps，基于802.11a/g的網(wǎng)絡信息速率最高為54Mbps。由于MAC層的開銷，實際有效吞吐量最多大約是額定信息速率的一半，而且這一容量要在與一個訪問點相關的所有用戶之間共享。不難想象局域網(wǎng)應用可能會很快耗干如此有限的容量。攻擊者可以在有限的資源上發(fā)起拒絕服務攻擊，可以通過多種方式耗盡無線電容量。如果有線網(wǎng)絡發(fā)出的業(yè)務流量高于無線信道可處理的速率，無線系統(tǒng)很快會全軍覆沒；如果攻擊者從快速以太網(wǎng)段上發(fā)起ping泛濫攻擊，可以很容易耗盡訪問點的容量；通過使用廣播地址，可以耗盡直接相連的多個訪問點；攻擊者還可以把業(yè)務流量注入無線網(wǎng)絡中，而不需連接到無線訪問點上。802.11的MAC層旨在允許多個網(wǎng)絡共享相同的空間和無線信道，希望干掉無線網(wǎng)絡的攻擊者可以在同一個無線信道上發(fā)送自己的業(yè)務流量，由于目標網(wǎng)絡的MAC層使用標準中的CSMA/CA機制，盡最大努力接納新的業(yè)務流量，即使不是惡意生成的大業(yè)務負荷，傳送大型文件或復雜的客戶端/服務器系統(tǒng)也可能會通過網(wǎng)絡傳送大量的數(shù)據(jù)，如果足夠多的用戶通過同一個訪問點利用龐大的數(shù)據(jù)管道，網(wǎng)絡訪問也會變得象是使用撥號線訪問一樣緩慢。



　　因此通常的解決方法是：具有實時監(jiān)測功能的硬件單元與網(wǎng)絡側(cè)的專家分析系統(tǒng)相結合，主動的監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)性能問題。許多訪問點通過SNMP報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但詳細程度不足以處理最終用戶的性能投訴。利用無線網(wǎng)絡分析儀和放置在關鍵點的傳感測試單元可以報告當前位置上的信號質(zhì)量和網(wǎng)絡健康狀況，并可以根據(jù)傳輸速度或幀類型對收到的業(yè)務分類。比如，大量的低速傳輸可能表明外部干擾、嚴重的多路徑衰減或基站距訪問點的距離太遠。這些工具還可以顯示每條信道上瞬時速度的能力，以可視方式有力地描述了信道上的剩余容量，直觀的告訴管理者信道是否擁擠。同時，通過把訪問點的覆蓋范圍分割成較小的覆蓋區(qū)域，或通過在無線網(wǎng)絡與企業(yè)網(wǎng)主干匯合點上使用流量整形，可以處理訪問點上業(yè)務流量過高的問題。另外，網(wǎng)絡側(cè)通過對收集到的數(shù)據(jù)進行分析比對還可以比較有效地識別試圖對訪問點發(fā)起拒絕服務攻擊的惡意客戶端。



　　寬帶無線接入網(wǎng)隨著技術的發(fā)展正越來越受到業(yè)界的關注，寬帶無線接入技術由于它靈活的接入手段、高帶寬的接入能力、低成本快速適應新業(yè)務市場的特點使運營商將無線接入技術作為未來發(fā)展接入的重要方式。在寬帶無線測試項中，作為運營服務級的網(wǎng)絡環(huán)境，還需要對核心網(wǎng)相關的內(nèi)容如：安全、加密、計費和認證等內(nèi)容進行重點測試，鑒于篇幅的限制，在這里就不一一闡述。




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