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cdma2000標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上公認(rèn)的3G標(biāo)準(zhǔn)之一，是由IS-95標(biāo)準(zhǔn)演變而來(lái)的。cdma2000可以同時(shí)支持高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與話音業(yè)務(wù)。與IS-95相比，cdma2000 1X的話音容量增加了將近一倍，前向和反向鏈路理論上最高的突發(fā)數(shù)據(jù)速率可達(dá)到624kbit/s（版本0可支持的最高數(shù)據(jù)速率為316.8kbit/s，版本A可支持的最高數(shù)據(jù)速率為624.0kbit/s）。另外，由于cdma2000與IS-95具有良好的兼容性，從現(xiàn)有的IS－95網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到cdma2000非常方便。
當(dāng)然，cdma2000高性能的實(shí)現(xiàn)依賴于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和建設(shè)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的性能測(cè)試是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必不可少的過(guò)程，它可以幫助工程師和運(yùn)營(yíng)商在問(wèn)題出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)并解決它們，這對(duì)于新建的網(wǎng)絡(luò)尤其重要。因?yàn)槿藗儗?duì)新生事物總是抱著懷疑的態(tài)度，任何一點(diǎn)小問(wèn)題都有可能打擊消費(fèi)者的信心而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)的失敗。在無(wú)線環(huán)境中，由于路徑損耗和多徑衰落，處于不同位置的用戶所擁有的信道質(zhì)量存在著很大的差別，因而網(wǎng)絡(luò)的QoS對(duì)地理位置相當(dāng)敏感。通常來(lái)說(shuō)，我們可以用路測(cè)的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)試。
在即將商用的3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占據(jù)更大的比例，并逐漸成為主要業(yè)務(wù)。用戶希望能夠通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地接入Internet。因此，諸如吞吐量、時(shí)延、時(shí)延擴(kuò)展以及數(shù)據(jù)丟失率等表現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能的參數(shù)更值得我們關(guān)注。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在傳輸過(guò)程中經(jīng)常需要經(jīng)過(guò)多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，而這些途經(jīng)網(wǎng)常常難以測(cè)試，因而使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS測(cè)試變得十分困難。
本文討論在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，如何利用路測(cè)的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，尤其重點(diǎn)介紹了對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)端到端性能的測(cè)試。這類測(cè)試要在一輛經(jīng)特殊裝備的汽車上完成。對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測(cè)量，需要在Internet端建立一個(gè)提供數(shù)據(jù)服務(wù)的服務(wù)器，在移動(dòng)設(shè)備端配置一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的客戶端。測(cè)試車行駛的測(cè)試路線應(yīng)覆蓋盡可能大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)。下面詳細(xì)介紹cdma2000的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)及其測(cè)試方案。
一、QoS 指標(biāo)
3G網(wǎng)絡(luò)有一套自定義的業(yè)務(wù)類型集。其它異種網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)接入3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)都映射為3G建議的4種業(yè)務(wù)類型：會(huì)話業(yè)務(wù)、流業(yè)務(wù)、交互業(yè)務(wù)和背景業(yè)務(wù)。會(huì)話業(yè)務(wù)，如電話和視頻會(huì)議，用于承載實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)流。其特點(diǎn)是低時(shí)延、低數(shù)據(jù)丟失率，對(duì)時(shí)延抖動(dòng)敏感。流業(yè)務(wù)類型的特征與會(huì)話業(yè)務(wù)基本相似。主要區(qū)別在于，流業(yè)務(wù)類型對(duì)時(shí)延的要求更低，對(duì)帶寬的要求更高。交互和背景業(yè)務(wù)類型用于傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用，如WWW、Email、Telnet、FTP和News等，主要的區(qū)別在于交互型業(yè)務(wù)是雙向的，而背景類型業(yè)務(wù)主要用于Email或文件的背景下載。
當(dāng)用戶使用這些無(wú)線業(yè)務(wù)時(shí)，他們感受到的業(yè)務(wù)質(zhì)量帶有個(gè)人主觀性。要客觀地評(píng)價(jià)用戶所能獲得的QoS，必須定義一些量化且可測(cè)量的性能指標(biāo)。對(duì)于傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)，重點(diǎn)需要考察下面一些指標(biāo)。
�。�1）手機(jī)發(fā)射功率：衡量網(wǎng)絡(luò)的反向覆蓋質(zhì)量。當(dāng)手機(jī)遠(yuǎn)離基站時(shí)，路徑損耗增大，手機(jī)需要更大的發(fā)射功率來(lái)克服路徑損耗的影響。在網(wǎng)絡(luò)的覆蓋邊緣，手機(jī)的發(fā)射功率接近它的最大發(fā)射功率。我們常用的Band Class 0頻率段的III類手機(jī)的最大發(fā)射功率為23dBm（200mW）。
（2）手機(jī)接收功率：與導(dǎo)頻的Ec/Io共同衡量網(wǎng)絡(luò)的前向覆蓋質(zhì)量。接近覆蓋邊緣的手機(jī)的基站路徑損耗比處于覆蓋中心的損耗大，因此接收到的基站功率變小。
�。�3）接收導(dǎo)頻的Ec/Io：接收到的導(dǎo)頻信號(hào)的每碼片能量與干擾功率譜密度之比。導(dǎo)頻用于對(duì)基站發(fā)來(lái)的業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，當(dāng)導(dǎo)頻的Ec/Io過(guò)小時(shí)，手機(jī)就不能對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行正確的解調(diào)。
（4）呼叫建立時(shí)延：從移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫到開(kāi)始通話這段等待時(shí)間。
�。�5）誤幀率：接收到的錯(cuò)誤的幀數(shù)與總幀數(shù)之比，反映話音質(zhì)量高低。少量的錯(cuò)幀不影響人們對(duì)語(yǔ)音的識(shí)別，但是，如果誤幀率過(guò)高將影響接收到的語(yǔ)音質(zhì)量。
（6）掉話率：被中斷的通話次數(shù)與總通話次數(shù)之比。
�。�7）呼叫失敗率：呼叫建立失敗的次數(shù)與總呼叫次數(shù)之比。
對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用戶感知的業(yè)務(wù)質(zhì)量映射為下列可量化的QoS指標(biāo)。
（1）吞吐量：在沒(méi)有丟失的情況下，手機(jī)每秒發(fā)出或接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。吞吐量指標(biāo)反映了cdma2000網(wǎng)絡(luò)可以用多快的速度傳送數(shù)據(jù)�，F(xiàn)在，人們已經(jīng)習(xí)慣了有線Internet的高速率，如果cdma2000網(wǎng)絡(luò)不能提供足夠高的吞吐量，將很難吸引客戶。
�。�2）回路時(shí)延：手機(jī)從發(fā)出請(qǐng)求到收到確認(rèn)這段等待時(shí)間。分組數(shù)據(jù)呼叫通常采用TCP協(xié)議，TCP有流量控制，它根據(jù)收、發(fā)雙方之間的往返時(shí)延來(lái)優(yōu)化帶寬的分配。
�。�3）時(shí)延：分組從發(fā)出起，到目的主機(jī)收到該分組的這段等待時(shí)間。用戶希望網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)速度快，時(shí)延小。cdma2000的總時(shí)延包括無(wú)線業(yè)務(wù)信道建立時(shí)延、鏈路層協(xié)議初始化時(shí)延、傳輸時(shí)延、服務(wù)器響應(yīng)時(shí)延等。
�。�4）接入時(shí)長(zhǎng)：從業(yè)務(wù)請(qǐng)求開(kāi)始到PPP建立成功的時(shí)間，包括無(wú)線信道建立的時(shí)間和PDSN建立PPP連接的時(shí)間。
�。�5）休眠模式重新激活的時(shí)長(zhǎng)：手機(jī)從休眠狀態(tài)切換到激活狀態(tài)過(guò)程的時(shí)長(zhǎng)。由于無(wú)線信道的有限性和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性，cdma2000網(wǎng)絡(luò)并不打算將無(wú)線信道讓手機(jī)一直占用。如果手機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)突發(fā)，網(wǎng)絡(luò)將釋放分配給手機(jī)的無(wú)線信道，手機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)手機(jī)側(cè)或網(wǎng)絡(luò)側(cè)再次發(fā)起請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)重新為手機(jī)分配無(wú)線信道，手機(jī)切換到激活狀態(tài)。
由于IP被公認(rèn)為是用戶接入Internet惟一而有效的協(xié)議，上述數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)可以在應(yīng)用層或IP層進(jìn)行測(cè)量。
二、測(cè)試設(shè)備
一輛經(jīng)特殊裝備的車對(duì)于路測(cè)是必不可少的。車內(nèi)裝備的測(cè)試系統(tǒng)主要由一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一個(gè)GPS接收機(jī)和一個(gè)測(cè)試手機(jī)組成。計(jì)算機(jī)用于控制手機(jī)發(fā)起呼叫、發(fā)送和接收Internet業(yè)務(wù)。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)還用于對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。GPS接收機(jī)用于接收衛(wèi)星發(fā)送的地理位置信息。測(cè)試手機(jī)則用于產(chǎn)生呼叫、接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及收集網(wǎng)絡(luò)信息等。測(cè)試手機(jī)的數(shù)目可以不止一個(gè)，這樣可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)測(cè)試任務(wù)。如果有兩個(gè)測(cè)試手機(jī)，其中一個(gè)可以用于測(cè)試話音業(yè)務(wù)的掉話率，另一個(gè)則可以測(cè)試數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的吞吐量。測(cè)試時(shí)，手機(jī)可以放在車的后座上，由計(jì)算機(jī)控制，GPS接收機(jī)則要放在車頂，以保證衛(wèi)星信號(hào)的接收質(zhì)量。
除了以上描述的硬件設(shè)備外，測(cè)試當(dāng)中還需要安裝一些必要的軟件，如電子地圖、后處理分析器和統(tǒng)計(jì)工具等。然后，還需要一臺(tái)繪圖儀將測(cè)試結(jié)果繪制出來(lái)。
三、測(cè)試方法
雖然各種網(wǎng)絡(luò)組件的性能測(cè)試已經(jīng)由設(shè)備廠商在實(shí)驗(yàn)室完成，但這還不夠，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商和用戶更關(guān)心實(shí)際環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)性能。我們可以用路測(cè)的方法測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際性能，這是一種加擾測(cè)試。由于增加了業(yè)務(wù)量，加擾測(cè)試可能會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)QoS的路測(cè)通常在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期或低業(yè)務(wù)時(shí)間段進(jìn)行。
�。�1）采樣點(diǎn)準(zhǔn)則
網(wǎng)絡(luò)的QoS對(duì)無(wú)線鏈路質(zhì)量有很強(qiáng)的依賴性，而無(wú)線鏈路質(zhì)量與地理位置又有著極大的相關(guān)性，并且變化劇烈。在蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，地理區(qū)域被劃分為一個(gè)個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)由一個(gè)裝備了收發(fā)設(shè)備的基站提供服務(wù)。移動(dòng)臺(tái)與鏈路質(zhì)量最好的基站進(jìn)行通信。通常，移動(dòng)臺(tái)離基站越近，無(wú)線信號(hào)衰落越小，接收到的信號(hào)強(qiáng)度就越高，從而獲得較好的QoS。而當(dāng)移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離基站時(shí)，情況正好相反。另外，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)靠近阻擋物或進(jìn)入信號(hào)深衰落地區(qū)時(shí)，信號(hào)發(fā)生劇烈下降，移動(dòng)臺(tái)獲得的QoS也將變差。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的客觀評(píng)估要建立在一個(gè)正確的采樣原則上。
QoS測(cè)試應(yīng)在一輛行進(jìn)的車上進(jìn)行。選取的測(cè)試路線應(yīng)覆蓋盡可能大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)。然而，由于繁重的測(cè)試工作量和某些地區(qū)不方便車輛行駛等原因，要測(cè)試完網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)的所有地點(diǎn)幾乎是不可能的。依據(jù)話務(wù)密度的大小，我們可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為多個(gè)子區(qū)域，如商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、公園等。對(duì)于每一個(gè)子區(qū)域，我們選取一部分道路和街道進(jìn)行測(cè)量，重點(diǎn)區(qū)域或者高話務(wù)密度區(qū)可以增加測(cè)試比例。
（2）話音業(yè)務(wù)的測(cè)量
話音業(yè)務(wù)性能的測(cè)量通過(guò)撥打測(cè)試來(lái)進(jìn)行。對(duì)于手機(jī)的發(fā)射功率、接收功率、接收導(dǎo)頻的Ec/Io以及FER的測(cè)試，要將測(cè)試手機(jī)設(shè)置成全速率的Markov長(zhǎng)時(shí)呼叫，手機(jī)測(cè)出的發(fā)射功率、接收功率、導(dǎo)頻的Ec/Io和FER通過(guò)串口由計(jì)算機(jī)記錄。由于無(wú)線信號(hào)的多徑衰落，需要對(duì)一小段距離的功率測(cè)量值進(jìn)行平均，以獲得信號(hào)的本地均值。對(duì)此測(cè)量值進(jìn)行平均的路徑長(zhǎng)度，既要保證平滑掉無(wú)線信號(hào)的快衰落，又不能由于波長(zhǎng)太長(zhǎng)而使信號(hào)的慢衰落也被濾除。一般來(lái)說(shuō)，該長(zhǎng)度應(yīng)在40個(gè)波長(zhǎng)以上。呼叫建立時(shí)延通過(guò)多次呼叫統(tǒng)計(jì)，每次呼叫的時(shí)延可以通過(guò)公式△t=t2-t1計(jì)算，其中t1表示移動(dòng)臺(tái)發(fā)起呼叫的時(shí)刻，t2表示移動(dòng)臺(tái)接收到指示呼叫建立成功的消息時(shí)刻（對(duì)于cdma2000，該時(shí)刻為手機(jī)接收到基站發(fā)來(lái)的業(yè)務(wù)連接完成層三信令的時(shí)刻）。掉話率和呼叫失敗率通過(guò)500次以上的撥打測(cè)試來(lái)統(tǒng)計(jì)。對(duì)于掉話率的測(cè)試，呼叫測(cè)試時(shí)長(zhǎng)應(yīng)持續(xù)90到120秒，對(duì)于呼叫失敗率，呼叫測(cè)試時(shí)長(zhǎng)持續(xù)幾秒即可。
�。�3）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS測(cè)量
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)QoS測(cè)試是進(jìn)行一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的測(cè)試，如WWW、Email、FTP以及News。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。在數(shù)據(jù)連接的移動(dòng)臺(tái)端，配置一臺(tái)計(jì)算機(jī)用于請(qǐng)求Internet應(yīng)用。在數(shù)據(jù)連接的網(wǎng)絡(luò)端，建立一臺(tái)獨(dú)立的Linux服務(wù)器用于接收無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求。為了盡可能消除數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中受到的途經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響，我們應(yīng)保證在Linux服務(wù)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間分配足夠的帶寬或在Internet空閑的時(shí)間段進(jìn)行QoS測(cè)試。每種QoS指標(biāo)的測(cè)試方法如下所述。
A．吞吐量測(cè)試：在Linux平臺(tái)安裝一個(gè)FTP服務(wù)器，測(cè)試文件的下載和上傳。從接收到文件的大小以及計(jì)算機(jī)記錄的傳輸時(shí)間，可以統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)的平均吞吐量。下載或上傳文件的大小以1MB～10MB為宜。為了反映移動(dòng)速度對(duì)吞吐量的影響，吞吐量的測(cè)試可以在靜止或3km/h、30km/h、60km/h左右的速度下分別測(cè)試。
B．回路時(shí)延測(cè)試：通過(guò)UNIX標(biāo)準(zhǔn)的“ping”指令可以進(jìn)行回路時(shí)延的測(cè)量�！皃ing" 指令發(fā)送一個(gè)Internet Control Message Protocol (ICMP)消息請(qǐng)求到目的主機(jī)，目的主機(jī)收到后將立刻送回一個(gè)響應(yīng)。在路測(cè)過(guò)程中，回路時(shí)延的統(tǒng)計(jì)可以在一定時(shí)間間隔內(nèi)不斷發(fā)起“ping"命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。
C．時(shí)延測(cè)試：時(shí)延的測(cè)量可以采用一類特殊的測(cè)試軟件來(lái)完成。這種測(cè)試軟件產(chǎn)生一些特殊的IP包，在這些特殊的IP包中，發(fā)送時(shí)間戳被插入到包的“凈荷”里。當(dāng)收到這些IP包時(shí)，解出發(fā)送時(shí)間即可計(jì)算出端到端的時(shí)延。
D．接入時(shí)長(zhǎng)測(cè)試：在手機(jī)側(cè)產(chǎn)生數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求，在PPP連接成功后，斷開(kāi)PPP連接，再產(chǎn)生下一次請(qǐng)求。通過(guò)多次的呼叫，可以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入時(shí)長(zhǎng)。每次呼叫的接入時(shí)長(zhǎng)為無(wú)線信道建立時(shí)長(zhǎng)和PPP連接建立時(shí)長(zhǎng)之和。無(wú)線信道建立時(shí)長(zhǎng)可以由計(jì)算機(jī)記錄的手機(jī)的層三信令計(jì)算，它的值為業(yè)務(wù)建立連接完成信令和始發(fā)信令的時(shí)間差，PPP建立時(shí)長(zhǎng)可以從操作系統(tǒng)的日志中計(jì)算出來(lái)。
E．休眠模式重新激活的時(shí)長(zhǎng)測(cè)試：手機(jī)側(cè)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求，在PPP連接成功后，靜止一段時(shí)間，等待手機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)，然后從手機(jī)側(cè)（或網(wǎng)絡(luò)側(cè)）發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求，這時(shí)手機(jī)發(fā)送始呼消息（網(wǎng)絡(luò)側(cè)的呼叫為尋呼消息），記錄下業(yè)務(wù)連接完成消息和始呼消息的時(shí)間差即為休眠模式重新激活的時(shí)長(zhǎng)。
四、網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計(jì)
測(cè)試結(jié)束后，要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過(guò)對(duì)一些QoS指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，我們可以定量地描述網(wǎng)絡(luò)性能。通常，由各種QoS指標(biāo)的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差可以反映出網(wǎng)絡(luò)的性能。數(shù)據(jù)用圖形的方式表達(dá)則使得對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的描述更加直觀。
在電子地圖的幫助下，工程師可以找出網(wǎng)絡(luò)的哪些地方出現(xiàn)了問(wèn)題，如覆蓋差，吞吐量低或無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)連接等。電子地圖的最小處理單位叫做“bin”，通常為20m×20m或50m×50m。每個(gè)bin里采集的數(shù)據(jù)要進(jìn)行平均。不同的顏色用于表示不同的覆蓋質(zhì)量。吞吐量、時(shí)延指標(biāo)等也可以借助地圖的方式表示，另外PDF和CDF圖也常用于表達(dá)網(wǎng)絡(luò)性能的統(tǒng)計(jì)特性。
網(wǎng)絡(luò)由IS-95過(guò)渡到cdma2000后，用戶將享受到速率更高、種類更豐富的業(yè)務(wù)服務(wù)。然而，由于cdma2000是一種新的技術(shù)，為了滿足客戶需求，必須使客戶獲得可接受的服務(wù)質(zhì)量。因此，必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)致地試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、安裝和優(yōu)化。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中的每一個(gè)階段，都要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，以確保能提供的服務(wù)質(zhì)量。
----《通信世界》
