陳　海　伍　航　王海龍

摘要：文章作者根據(jù)無線城域網(wǎng)建設(shè)所積累的經(jīng)驗(yàn)，圍繞網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量等指標(biāo)，提出了無線城域網(wǎng)測試和優(yōu)化的思路以及解決措施。

關(guān)鍵詞：無線城域網(wǎng)測試；網(wǎng)絡(luò)覆蓋；流量測試

中圖分類號：TN929文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0034-03

無線城域網(wǎng)利用WLAN技術(shù)，進(jìn)行室內(nèi)外的道路、景區(qū)、園區(qū)、商場、機(jī)場、車站、停車場以及其他熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋，為用戶提供更快捷更廣泛更高質(zhì)量的無線寬帶接入服務(wù)，提供一個(gè)能為市民、企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、國內(nèi)外旅游者以及所有政府機(jī)關(guān)，隨時(shí)隨地溝通交流的互動(dòng)平臺，用以改進(jìn)公共服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息化城市，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。

自2004年美國費(fèi)城提出無線城域網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃以來，美國、西歐等國家和地區(qū)已有一批城市在政府主導(dǎo)下開始進(jìn)行無線城域網(wǎng)的建設(shè)。到目前為止，全球運(yùn)營無線城域網(wǎng)的城市數(shù)量已達(dá)600多個(gè)，而新加坡更是將無線城域網(wǎng)的目標(biāo)擴(kuò)大至整個(gè)國家，計(jì)劃到2015年前打造一個(gè)覆蓋全國的無線城域網(wǎng)。無線城域網(wǎng)已經(jīng)逐漸成為城市的基礎(chǔ)設(shè)施，據(jù)悉我國北京、上海、天津、武漢、杭州、深圳等城市也已確立無線城域網(wǎng)的建設(shè)計(jì)劃，并先后付諸實(shí)施。從倫敦到上海，從美國到新加坡，城市無線城域網(wǎng)建設(shè)正在全球范圍內(nèi)加快腳步。

無線城域網(wǎng)不同于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，噪聲和干擾、建筑物結(jié)構(gòu)、無線設(shè)備的擺放及其參數(shù)的設(shè)置都對無線城域網(wǎng)的信號質(zhì)量和傳輸速率等性能有很大的影響，為了使無線城域網(wǎng)性能達(dá)到規(guī)劃設(shè)計(jì)預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量等指標(biāo)，滿足實(shí)際業(yè)務(wù)的需求，無線城域網(wǎng)在施工結(jié)束后需要進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)測試和優(yōu)化環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵。

一、無線城域網(wǎng)測試方案建議

進(jìn)行無線城域網(wǎng)測試，主要是為了了解各單站點(diǎn)的信號覆蓋能力、數(shù)據(jù)吞吐能力、實(shí)際主觀感受及切換性能，了解覆蓋區(qū)域的整體信號覆蓋水平，并為網(wǎng)絡(luò)調(diào)測及優(yōu)化評估提供依據(jù)。

為達(dá)到上述測試的目的，通常來說，需要對每個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行單系統(tǒng)定點(diǎn)吞吐量測試和覆蓋距離、主觀感受測試，并與設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行對比和評估；此外，還要對信號覆蓋邊緣區(qū)域的系統(tǒng)接入能力進(jìn)行測試；并且需要對整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)無線信號的信號強(qiáng)度、信噪比等性能指標(biāo)進(jìn)行測試。

（一）有線端口流量測試

只有有線端口的實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量大于無線空中接口的實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐能力，才能將無線設(shè)備的數(shù)據(jù)能力發(fā)揮出來，所以需要對交換機(jī)上聯(lián)口及各AP近端的有線實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量進(jìn)行測試。

交換機(jī)上聯(lián)口測試位置：室外光纖或五類線接入后連接第一個(gè)室內(nèi)交換機(jī)上聯(lián)口的五類線。

AP近端的測試位置：連接到AP網(wǎng)口的五類線。

進(jìn)行有線端口流量測試的工具可以考慮使用IPERF軟件。

例如：為了測試服務(wù)器地址：*.*.*.*，通過測試命令：iperf -c *.*.*.*，可得到該有線端口的實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量。（見圖1）

圖1 有線端口流量測試示意圖

AP近端的有線實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量應(yīng)大于25Mbits/sec。

（二）單站測試

單站測試的測試點(diǎn)在站點(diǎn)天線位置附近及該站點(diǎn)設(shè)計(jì)覆蓋范圍的邊緣區(qū)域，而相鄰站點(diǎn)的設(shè)計(jì)覆蓋范圍的邊緣區(qū)域應(yīng)該是相互重疊的，不應(yīng)存在站間的信號覆蓋盲區(qū)。

測試時(shí)在每個(gè)測試點(diǎn)記錄本站的信號強(qiáng)度、信噪比、信道利用率、協(xié)商速率、實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量、時(shí)延、打開網(wǎng)頁的感受、視頻直播的感受等，測試需要保留截屏文件或結(jié)果文件。

信號強(qiáng)度及信噪比、信道利用率測試可以考慮采用掃頻軟件AirMagnet完成，通過對測試點(diǎn)的連續(xù)掃描，取30秒平均數(shù)值并記錄在測試表格中；三項(xiàng)測試應(yīng)保存30秒連續(xù)測試產(chǎn)生曲線的截屏文件（如圖2），以備優(yōu)化使用參考。

圖 2信號強(qiáng)度測試示意圖

實(shí)際數(shù)據(jù)吞吐量測試可以考慮采用Chariot軟件的Throughput標(biāo)準(zhǔn)腳本，多進(jìn)程測試1分鐘，選取平均流量數(shù)值及平均時(shí)延數(shù)據(jù)記錄在日報(bào)測試表格中，測試位置為站點(diǎn)天線位置附近及該站點(diǎn)設(shè)計(jì)覆蓋范圍的邊緣區(qū)域（測試如圖3所示）。

圖3數(shù)據(jù)吞吐量測試示意圖

主觀感受測試應(yīng)包含網(wǎng)頁瀏覽及視頻直播測試及其他將來可能開展的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及服務(wù)。測試時(shí)，打開在線電視直播的某個(gè)電視臺（例如CCTV5），觀察其緩沖情況及連續(xù)30秒的視頻及音頻效果，在完成一個(gè)測試點(diǎn)的測試后，必須將所有IE頁面全部關(guān)閉，到下一測試點(diǎn)重新打開，確保測試結(jié)果不受緩存的影響。

（三）區(qū)域整體測試

區(qū)域整體測試的主要目的是了解整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)無線信號的總體覆蓋水平，測試方法為DT（Driving Test）。

使用可以連接并實(shí)時(shí)保存GPS數(shù)據(jù)的掃頻軟件（例如survey），通過DT的方式對整個(gè)覆蓋區(qū)域進(jìn)行被動(dòng)測試并記錄、保存其掃頻及經(jīng)緯度信息。

使用Mapinfo軟件或路測軟件的后臺分析功能對記錄結(jié)果進(jìn)行處理，輸出測試路徑，按照規(guī)劃要求的信號強(qiáng)度、信噪比，統(tǒng)計(jì)有效信號覆蓋率并輸出彩色專題圖（如圖4）顯示。

圖4區(qū)域整體測試示圖

二、無線城域網(wǎng)優(yōu)化方案建議

無線城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，主要是對測試環(huán)節(jié)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過合理調(diào)整物理資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源，比如頻率分配、功率分配，用戶分配、業(yè)務(wù)流量分配，通過資源的分配優(yōu)化，得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能和穩(wěn)定性的最優(yōu)化。

無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目前主要有三種技術(shù)方法：自動(dòng)頻率優(yōu)化、自動(dòng)功率優(yōu)化以及負(fù)載平衡優(yōu)化。在無線城域網(wǎng)的優(yōu)化中通常將頻率優(yōu)化、功率優(yōu)化、負(fù)載均衡等多種優(yōu)化技術(shù)共同使用，以確保優(yōu)化一個(gè)高效、穩(wěn)定的整體無線城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

（一）自動(dòng)頻率優(yōu)化

自動(dòng)頻率優(yōu)化也稱動(dòng)態(tài)頻率選擇DFC（Dynamic frequency selection），是指在通過測量得到網(wǎng)絡(luò)狀況信息的條件下，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地給AP分配頻段來減小AP間干擾的機(jī)制。

基本工作流程如下：

1．AP測量現(xiàn)有頻段分配下的干擾情況；

2．AP自己判斷最佳頻段；

3．分布式獨(dú)自調(diào)整或者在上層控制器指揮下調(diào)整。

基于AP測量信息的頻段分配方案，實(shí)際是AP將各自的測量信息提交給一個(gè)接入控制器AC（Access Controler），由AC控制AP進(jìn)行調(diào)整。由于有AC從中協(xié)調(diào)，因此收斂速度非?？?。（頻率優(yōu)化如圖5所示）

圖5頻率優(yōu)化示意

（二）自動(dòng)功率優(yōu)化

自動(dòng)功率優(yōu)化主要包括用戶端發(fā)射信號的功率控制TPC（Transmit Power Control）和AP端發(fā)射信號的功率控制。

1．用戶端功率控制是保證用戶當(dāng)前通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量減小用戶的發(fā)射功率。當(dāng)用戶離AP比較近的時(shí)候，由于信號的衰減比較小，因此用戶的發(fā)射功率也可以比較小。這樣做的好處在于：在不影響此用戶的通信質(zhì)量的前提下，減小了對于同頻段其他用戶和AP的干擾；同時(shí)減小終端的耗電量，延長待機(jī)時(shí)間。

2．AP端發(fā)射功率的控制和AP的覆蓋范圍有關(guān)，因此在一般情況下，AP為了盡可能覆蓋較大的局域，均以允許的最大功率發(fā)射，一般是20dBm（100mW）左右。但是當(dāng)AP的數(shù)目比較多時(shí)，覆蓋已經(jīng)不是問題，而AP間的相互干擾則成為了主要問題。比如AP1附近集中了大量的用戶終端，而在AP2附近用戶終端相對稀少。當(dāng)接入一個(gè)AP的用戶數(shù)大于一定數(shù)目時(shí)（一般為8個(gè)），由于用戶們爭搶信道十分激烈而導(dǎo)致總信道的容量降低。此時(shí)，較好的辦法是將一部分離AP2較近的用戶分給AP2，這樣AP1和AP2的用戶數(shù)目趨于平衡。一開始AP1和AP2的發(fā)射功率相等，因此在它們交界處的屬于AP2的4個(gè)終端接受到的AP1的信號等于甚至大于AP2的信號，這對于通信來說是很不利的。當(dāng)AP1進(jìn)行了功率優(yōu)化后，它的覆蓋范圍縮小，此時(shí)屬于AP2的4個(gè)用戶收到的干擾明顯減少，這就是配合負(fù)載平衡的AP端發(fā)射功率控制的作用。

AP的功率控制通過配置AC的技術(shù)功能，由AC控制器來完成對AP的功率控制。

（三）負(fù)載平衡

對于無線網(wǎng)絡(luò)而言，每個(gè)AP都只有一個(gè)有效的工作信道，AP所連接的STA采用CSMA/CA機(jī)制共享這個(gè)信道，由于STA的隨機(jī)分布，可能會(huì)造成某些AP所關(guān)聯(lián)的STA很多，而其他的AP關(guān)聯(lián)的STA很少，關(guān)聯(lián)STA較多的AP會(huì)發(fā)生過載，導(dǎo)致?lián)砣?，使網(wǎng)絡(luò)性能下降。同時(shí)，一個(gè)STA可以與兩個(gè)或者多個(gè)AP進(jìn)行通訊，因此，我們根據(jù)不同AP的負(fù)載狀態(tài)控制STA的接入，使AP達(dá)到一種負(fù)載平衡，通過對各AP的負(fù)載控制，避免AP發(fā)生過載的情況。

STA與AP建立連接，STA首先會(huì)發(fā)送一個(gè)或者多個(gè)探測請求，各AP在接收到STA發(fā)送的探測請求后，將向該STA發(fā)送響應(yīng)信息。通過信息的交換，STA知道哪些AP在它的覆蓋范圍以內(nèi)，而接收到來自AP的響應(yīng)信號的強(qiáng)度也可以作為一個(gè)角度，來表征哪個(gè)AP可以提供高質(zhì)量的服務(wù)。

由于AC具有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可見度，因此，在AC上可以監(jiān)控每個(gè)AP的負(fù)載狀態(tài)，當(dāng)AP接收到來自STA的連接請求，AP將請求轉(zhuǎn)發(fā)給AC，AC查詢該AP以及其鄰居AP的負(fù)載狀態(tài)，決定是否接受STA的連接請求，并將判斷結(jié)果發(fā)送給AP，AP根據(jù)AC的指令接受或拒絕STA的連接請求。對于一個(gè)負(fù)載很重的AP，拒絕STA的連接請求更加合適。若AP拒絕STA的連接請求，STA將嘗試向其他AP發(fā)送連接請求。這樣提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。

（四）其他優(yōu)化

除了頻率優(yōu)化、功率優(yōu)化和負(fù)載平衡外，還有業(yè)務(wù)流量平衡，自動(dòng)覆蓋檢測等等優(yōu)化技術(shù)。

三、結(jié)語

隨著城市里無線寬帶用戶飛速的增加，網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋的要求也不斷上升。由于無線城域網(wǎng)的建設(shè)是一個(gè)建設(shè)周期長，實(shí)施難度大，網(wǎng)絡(luò)測試、優(yōu)化工作量巨大，運(yùn)營維護(hù)的成本也是非常高的項(xiàng)目，并且無線城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量以及質(zhì)量取決于眾多因素，有關(guān)無線城域網(wǎng)的測試以及優(yōu)化的很多問題有待進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]金純，陳林星，楊吉云．IEEE 802.11無線局域網(wǎng)[M]．電子工業(yè)出版社．

[2]段水福，歷曉華，段煉．無線局域網(wǎng)（WLAN)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]．浙江大學(xué)出版社．

[3]（美）John Ross著，王海濤，湯平楊譯．Wi-Fi安裝、配置和使用802.11b無線網(wǎng)絡(luò)[M]．清華大學(xué)出版社．

作者簡介：陳海（1972- ），男，江西萍鄉(xiāng)人，杭州東冠通信建設(shè)有限公司常務(wù)副總經(jīng)理，工程師，研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化；伍航（1975- ），男，湖南新邵人，杭州東冠通信建設(shè)有限公司總工程師，高級工程師，研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)測和優(yōu)化；王海龍（1997- ），男，陜西咸陽人，杭州東冠通信建設(shè)有限公司工程師，研究方向：移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的調(diào)測和優(yōu)化。