公眾無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP設(shè)備性能檢測(cè)

郭良亞，錢肇鈞

（1.萊茵技術(shù)監(jiān)督服務(wù)（廣東）有限公司，廣州 510000；2.國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

公眾無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP設(shè)備性能檢測(cè)

郭良亞1，錢肇鈞2

（1.萊茵技術(shù)監(jiān)督服務(wù)（廣東）有限公司，廣州 510000；2.國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

本文首先簡(jiǎn)述了公眾無(wú)線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及接入點(diǎn)AP設(shè)備處于網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)中的位置及功能。其次，分析了現(xiàn)行公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)中AP設(shè)備性能檢測(cè)存在的問(wèn)題，指出公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)適用的AP設(shè)備性能檢測(cè)工作是滿足公眾WLAN系統(tǒng)中通信業(yè)務(wù)質(zhì)量和節(jié)約建網(wǎng)成本的必要因素。最后，作者給出了公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)中AP設(shè)備性能指標(biāo)以及AP設(shè)備性能測(cè)試方法。

公眾無(wú)線局域網(wǎng)；AP設(shè)備；性能指標(biāo)

1 公眾無(wú)線局域網(wǎng)簡(jiǎn)述

公眾無(wú)線局域網(wǎng)（PWLAN）是指由運(yùn)營(yíng)商鋪設(shè)的WLAN無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，以可運(yùn)營(yíng)、高性能、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、可管理性等特點(diǎn)為用戶提供公用電信網(wǎng)無(wú)線接入。目前，公眾無(wú)線局域網(wǎng)主要使用2.4GHz或者5.8GHz ISM頻段：2.4GHz范圍為2.400-2.4835GHz，可用帶寬為83.5MHz，劃分為14個(gè)帶寬為22MHz的信道，僅三個(gè)不重疊信道[1]；5.8GHz頻段工作范圍為5.725-5.850GHz，可用帶寬為125MHz，共五個(gè)不重疊信道[2]。一般公眾無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的總體如圖1所示。

圖1中，WLAN核心網(wǎng)為有線連接骨干網(wǎng)絡(luò)，完成WLAN業(yè)務(wù)管控功能，滿足網(wǎng)絡(luò)可管理、可維護(hù)、可運(yùn)營(yíng)需求。WLAN核心網(wǎng)與接入網(wǎng)之間一般由固網(wǎng)寬帶接入，BAS，AC，AP為邏輯實(shí)體，BAS和AC在物理上可以是合一的物理設(shè)備，AC與AP也可以是合一的物理設(shè)備。

AP接入點(diǎn)是具有獨(dú)立可尋址等終端（STA）功能的一個(gè)實(shí)體，連接到它的其他STA通過(guò)認(rèn)證授權(quán)后可以接入到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。AP主要有兩類：集中控制型AP和獨(dú)立型AP。集中控制型AP必須與AC配合使用，AP與AC之間始終保持可靠的IP連接或者二層鏈接，AP的控制和管理通過(guò)AC實(shí)現(xiàn)；獨(dú)立型AP，支持用戶數(shù)據(jù)的路由和橋接方式轉(zhuǎn)發(fā)，可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)控制、認(rèn)證、管理，有路由能力。

圖1 一般公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)圖

2 公眾WLAN中AP設(shè)備性能檢測(cè)的必要性

一般WLAN產(chǎn)品的認(rèn)證測(cè)試包括WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備研發(fā)測(cè)試、WLAN網(wǎng)絡(luò)AP產(chǎn)品認(rèn)證測(cè)試、WLAN網(wǎng)絡(luò)AP產(chǎn)品CE，F(xiàn)CC認(rèn)證測(cè)試等。Wi-Fi聯(lián)盟建議WLAN產(chǎn)品的認(rèn)證測(cè)試實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)i-Fi設(shè)備的互操作性、協(xié)議、性能等方面進(jìn)行測(cè)試。目前，我國(guó)關(guān)于WLAN網(wǎng)絡(luò)AP產(chǎn)品的認(rèn)證僅包括型號(hào)核準(zhǔn)，互操作性等認(rèn)證，一直缺失AP設(shè)備協(xié)議和性能測(cè)試的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是公眾無(wú)線局域網(wǎng)是運(yùn)營(yíng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商批量集采的AP設(shè)備一般由多個(gè)廠家提供，不同廠家生產(chǎn)的AP設(shè)備性能不一，給大量AP設(shè)備的管控帶來(lái)一定困難，也不利于公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與評(píng)估。

WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備需要滿足覆蓋、抵抗同、鄰頻干擾、接入時(shí)延控制、最大吞吐量等多個(gè)性能要求。其中，AP設(shè)備的覆蓋特性、最大吞吐量決定了一個(gè)區(qū)域內(nèi)所部署AP的數(shù)量，覆蓋特性和最大吞吐量特性的滿足有利于公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的節(jié)約。AP設(shè)備接入時(shí)延控制直接決定了網(wǎng)絡(luò)能否滿足用戶的時(shí)延指標(biāo)要求。同、鄰頻干擾指標(biāo)對(duì)于公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)下AP設(shè)備的管理和使用尤為重要，作者曾對(duì)多種芯片廠商供應(yīng)的AP性能做過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)同種制式下不同芯片類型的AP設(shè)備抗同、鄰頻干擾能力不一。在暗室里，使用不同芯片類型的2臺(tái)AP設(shè)備AP1和AP2；筆記本三臺(tái)，其中1個(gè)模擬Server，另2個(gè)模擬客戶端PC1和PC2，PC1和PC2兩臺(tái)筆記本無(wú)線網(wǎng)卡性能嚴(yán)格一致；集線器1個(gè)，100Base-T網(wǎng)線3根搭建如圖2所示網(wǎng)絡(luò)。使用美國(guó)IXIA公司的WLAN應(yīng)用層性能測(cè)試軟件IxChariot作為測(cè)試工具，構(gòu)建鏈路1為客戶端PC1通過(guò)AP1與Server通信，鏈路2為客戶端PC2通過(guò)AP2與Server通信。配置好客戶端與服務(wù)器之后，并配置2臺(tái)AP1和AP2的信道同為1號(hào)信道，模擬2個(gè)客戶端分別從服務(wù)器上進(jìn)行相同F(xiàn)TP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下載。

圖2 不同芯片AP設(shè)備性能實(shí)測(cè)鏈路

圖3 不同芯片類型的AP設(shè)備抗同頻干擾特性對(duì)比

如上文所述的AP1和AP2設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置完全相同，兩張網(wǎng)絡(luò)又部署相同業(yè)務(wù)的條件下，我們得到如圖3和表1的一組吞吐量測(cè)量數(shù)據(jù)。由此數(shù)據(jù)可以看出，說(shuō)明不同芯片廠商提供的AP設(shè)備抗同頻干擾性能不同。若在同一區(qū)域批量布置這兩種設(shè)備，實(shí)際上會(huì)造成只有一種設(shè)備能正常工作的狀態(tài)。雖然在發(fā)射指標(biāo)型號(hào)核準(zhǔn)和實(shí)際WLAN網(wǎng)絡(luò)布網(wǎng)檢測(cè)時(shí)都能滿足設(shè)備發(fā)射指標(biāo)或布網(wǎng)要求，但是并不能保證每一個(gè)AP都正常工作了，這不僅會(huì)浪費(fèi)帶寬資源，也會(huì)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)造成損害。由此，開(kāi)展公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)適用的AP設(shè)備性能檢測(cè)工作非常必要。

表1 測(cè)試結(jié)論

3 AP設(shè)備性能檢測(cè)指標(biāo)

公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)需要滿足可管控、運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，AP設(shè)備的性能要求比一般消費(fèi)者購(gòu)買的無(wú)線路由器設(shè)備指標(biāo)要嚴(yán)格。根據(jù)IEEE802.11協(xié)議[3]，以下我們就從AP的性能評(píng)估入手，闡述公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備性能檢測(cè)必須滿足的指標(biāo)。

（1）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備覆蓋指標(biāo)：WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備的覆蓋性能需要滿足在設(shè)計(jì)目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上位置，接收信號(hào)強(qiáng)度大于等于-80dBm，重要熱點(diǎn)接受信號(hào)強(qiáng)度大于等于-75dBm。

（2）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備同、鄰頻干擾指標(biāo)：在覆蓋區(qū)域內(nèi)，對(duì)同頻接收信號(hào)強(qiáng)度小于等于-90dBm，以及鄰頻接收信號(hào)強(qiáng)度小于等于-70dBm的干擾信號(hào)可以抵抗。

（3）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備接入時(shí)延：Ping包成功率大于等于97%，Ping包時(shí)延小于等于50ms。

（4）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備最大吞吐量：AP設(shè)備可以執(zhí)行優(yōu)化配置，使公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)的最大總吞吐量能達(dá)到AP最大傳輸速率的一半。

其中，滿足AP設(shè)備覆蓋指標(biāo)時(shí)，AP設(shè)備的發(fā)射指標(biāo)還需要滿足[4]文件的射頻指標(biāo)要求。要滿足不同芯片類型的AP設(shè)備同鄰頻干擾指標(biāo)，必須保證不同廠家的芯片質(zhì)量相當(dāng)。要求不同芯片類型的AP設(shè)備達(dá)到同、鄰頻干擾指標(biāo)似乎比較困難，這里只有建議AP設(shè)備生產(chǎn)廠家為了長(zhǎng)遠(yuǎn)的市場(chǎng)利益而盡量保證自己的生產(chǎn)工藝規(guī)范，不要因追求商業(yè)利益而過(guò)多壓縮成本。

4 AP設(shè)備性能檢測(cè)方法

4.1 公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備同、鄰頻干擾指標(biāo)

若進(jìn)行公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備同鄰頻干擾指標(biāo)測(cè)試，需要在暗室內(nèi)按照?qǐng)D2先進(jìn)行設(shè)備組網(wǎng)連接，測(cè)試步驟可以采用本文第二部分介紹的方法進(jìn)行。以IEEE802.11g協(xié)議為例，AP設(shè)備同鄰頻干擾指標(biāo)測(cè)試的預(yù)期結(jié)果為：STA與兩個(gè)AP均以最大速率54Mb/s模式工作，測(cè)得的兩個(gè)AP最終穩(wěn)定吞吐量基本均為10.5Mb/s左右。

4.2 公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備其他性能指標(biāo)測(cè)試

以下以IEEE802.11g協(xié)議為例，給出AP設(shè)備其他的性能指標(biāo)測(cè)試方法。首先如圖4所示進(jìn)行設(shè)備組網(wǎng)連接。

圖4 AP設(shè)備性能測(cè)試組網(wǎng)圖

測(cè)試條件為：30臺(tái)具有Wi-Fi功能的筆記本終端（支持IEEE802.11g協(xié)議），安裝Endpoint軟件；PC安裝IxChariot軟件。

（1）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備覆蓋指標(biāo)

測(cè)試過(guò)程

⊙ 配置WLAN系統(tǒng)，打開(kāi)AP，使其工作在802.11g射頻模式。

⊙ 使用NetworkStumbler軟件，配置專業(yè)網(wǎng)卡，在室內(nèi)打點(diǎn)放樁方式測(cè)試AP信號(hào)強(qiáng)度。

預(yù)期結(jié)果：

⊙ 測(cè)出放樁點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度變化趨勢(shì)為：離AP距離的越遠(yuǎn)，信號(hào)強(qiáng)度越弱。

⊙ 不考慮其他衰減因素情況下，熱點(diǎn)地區(qū)AP設(shè)備的覆蓋半徑能保證在140m。

（2）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備接入時(shí)延

測(cè)試過(guò)程：

⊙ 配置WLAN系統(tǒng)，打開(kāi)AP，使其工作在802.11g射頻模式。

⊙ 使單個(gè)STA終端接入AP，使用TCP協(xié)議發(fā)送1500Bytes的Ping包。

預(yù)期結(jié)果：

⊙ 單個(gè)STA終端接入AP時(shí)，測(cè)得AP設(shè)備的接入時(shí)延約為1～2ms。

（3）公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)AP設(shè)備的最大吞吐量

測(cè)試過(guò)程：

⊙ 配置WLAN系統(tǒng)，打開(kāi)AP，使其工作在802.11g射頻模式。

⊙ 使單個(gè)STA終端接入AP，使用FTP協(xié)議發(fā)送1MBytes的數(shù)據(jù)包。

預(yù)期結(jié)果：

⊙ 單個(gè)STA終端接入AP時(shí)，若STA與AP均以最大速率54Mb/s模式工作，測(cè)得AP設(shè)備的最大穩(wěn)態(tài)吞吐量約為21Mb/s以上。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要闡述了目前公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)中AP設(shè)備檢測(cè)存在的問(wèn)題，論述AP設(shè)備性能檢測(cè)工作的必要性。指出在部署公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)AP設(shè)備性能進(jìn)行事前檢測(cè)是節(jié)約建網(wǎng)成本的關(guān)鍵因素。最后，作者還給出了公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)中AP設(shè)備需要滿足的性能指標(biāo)以及測(cè)試方法。以上研究結(jié)論可以為運(yùn)營(yíng)商搭建公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)的技術(shù)支持。

[1] 工信部（局）文件．關(guān)于調(diào)整2.4GHz頻段發(fā)射功率限值及有關(guān)問(wèn)題的通知（信部無(wú)[2002]353號(hào)）．http://www.srrc.org.cn/NewsShow1363.aspx，2009年09月05日14:40.

[2] 工信部（局）文件．關(guān)于使用5.8GHz頻段頻率事宜的通知（信部無(wú)[2002]277號(hào)）．http://www.srrc.org.cn/NewsShow1362.aspx，2009年09月05日14:36.

[3] IEEE Computer Society, (2003) “Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications,”IEEE Std.802.11-2003.

[4] GB 15629.1102-2003．信息技術(shù)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程通信和信息交換局域網(wǎng)和城域網(wǎng)特定要求第11部分無(wú)線局域網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制和物理層規(guī)范:2.4GHz頻段較高速物理層擴(kuò)展規(guī)范.

Equipment Per formance Testing of Public WLAN Access Point

Guo Liangya1, Qian Zhaojun2
(1. TUV Rhein land (Guangdong) Co., Ltd., Guangzhou, 510000; 2.State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037)

This article fi rstly introduced the public wireless LAN network architecture and the wireless AP’s position in the overall architecture and its function. Second ly, the authors analyzed the existing problems in current public WLAN network equipment testing, and obtained that performance test for AP equipment is to satisfy the public WLAN system communication service quality and to save the cost of network creation and necessary factors.Finally, the authors gave out the AP’s performance indicators in public WLAN network, and performance test method for AP device.

PWLAN; Access Point; Performance indicators

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.09.013

TN 92

A

1672-7274（2014）09-0046-04

郭良亞，男，部門主管，長(zhǎng)期從事輕工產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)和認(rèn)證工作。

錢肇鈞，男，工程師，主要研究無(wú)線電新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的發(fā)展，大規(guī)模MIMO的相關(guān)技術(shù)等。

本論文由國(guó)家重大科技專項(xiàng)2013ZX03006001資助。