無線局域網(wǎng)性能分析

本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)WLAN性能測(cè)試的重要性和益處，并試圖特別指出對(duì)WLAN設(shè)備開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署中一些關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)試的價(jià)值和好處。

標(biāo)準(zhǔn)化的真實(shí)RF傳播模式
WLAN芯片和設(shè)備制造商面臨的最大挑戰(zhàn)是開發(fā)耐用、高性能的使用2.4 GHz 和 5 GHz無線頻率信號(hào)的物理層。盡管802.11b 和 802.11a的潛在速率分別為11 Mbps和54 Mbps，但實(shí)際速率根據(jù)物理層處理RF信道的特性會(huì)有很大變化，比如多通道衰減，路徑丟失，分布延遲和屏蔽。開發(fā)者和服務(wù)提供商需要在實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)真實(shí)世界無線頻率的衰減以便決定產(chǎn)品的性能。這是非常大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛绊憻o線頻率傳輸?shù)沫h(huán)境因素遠(yuǎn)比再現(xiàn)簡單的單個(gè)雙絞銅線連接困難(見圖1)。比如多通道干擾問題。無線電波碰到實(shí)物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，表現(xiàn)在WLAN AP 或W-NIC接收器端會(huì)產(chǎn)生輕微的延遲，而會(huì)與原始信號(hào)產(chǎn)生相互干擾信號(hào)和降低信號(hào)質(zhì)量。在辦公室環(huán)境中，通常的反射信號(hào)延遲50 納秒，在工業(yè)制造環(huán)境中為300納秒?？梢岳眉哟笾虚g間隔的方法來解決多通道干擾的影響，但成本高。另外，當(dāng)無線信號(hào)試圖自動(dòng)跟蹤反射的信號(hào)與原始信號(hào)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生高頻抖動(dòng)。

多通道衰減模擬器可以再現(xiàn)這些RF特性。只有再現(xiàn)真實(shí)的衰減，測(cè)試系統(tǒng)(SUT: System Under Test)的性能才可以在實(shí)驗(yàn)室中評(píng)估(見圖2)。連接RF通道模擬器和干擾模擬器需要一個(gè)RF隔離腔或者通過同軸電纜直接連接到RF衰減模擬器上。為了斷開發(fā)送和接收連接到模擬器上的信號(hào)，還需要RF循環(huán)電路。SUT的性能必須首先通過無衰減環(huán)境下測(cè)試來校準(zhǔn)。一旦基準(zhǔn)確定以后，利用諸如JTC或指數(shù)衰減的瑞利模型等各種通道模型逐漸進(jìn)行物理層衰減測(cè)試。JTC通道模式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(Joint Standards Committee)已經(jīng)同意將其作為可接受的室內(nèi)無線通信模型，因此適合于比較各種WLAN系統(tǒng)的性能。

圖1 AP-to-AP測(cè)試環(huán)境下信息的產(chǎn)生與衰減模擬

2.4 GHz RF范圍內(nèi)存在
干擾時(shí)的性能
RF干擾指不希望出現(xiàn)的、突發(fā)性的、影響正常系統(tǒng)工作的RF信號(hào)。在接收頻譜范圍之內(nèi)足夠幅度的干擾RF信號(hào)會(huì)表現(xiàn)為虛假的802.11站發(fā)射包。這會(huì)引起合法的802.11站需要等待不確定的時(shí)間，直到干擾信號(hào)消失為止。
在擁擠的2.4 GHz頻率范圍內(nèi)，尤其需要關(guān)注這個(gè)問題。微波爐、無線電話、藍(lán)牙設(shè)備以及其它非802.11設(shè)備都與802.11b設(shè)備共享這個(gè)頻段。噪音和干擾模擬器可以在實(shí)驗(yàn)室模擬這些類型的衰減，應(yīng)該作為每個(gè)WLAN測(cè)試實(shí)驗(yàn)室完整裝備的一個(gè)組成部分。

圖2 平均傳輸延遲、包速率和帶寬百分比測(cè)試結(jié)果為交替90度的相移衰減

測(cè)試漫游過渡延遲和RF速率適應(yīng)性能
當(dāng)WLAN用戶來回移動(dòng)時(shí)，AP試圖維持連接，而當(dāng)用戶移出使用范圍時(shí)，首先降低連接的速率。如果信號(hào)繼續(xù)降低，終端設(shè)備可能會(huì)選擇另一個(gè)信號(hào)較強(qiáng)的AP。直觀地，人們也許認(rèn)為漫游過渡延遲問題對(duì)于WLAN用戶并不是非常重要的問題，因?yàn)樗麄兡弥P記本電腦走動(dòng)時(shí)通常不會(huì)在線。但是有許多種情況需要考慮，因?yàn)檩^差的速率適應(yīng)功能和漫游到另一個(gè)AP的性能會(huì)影響無線應(yīng)用的效果。

在某些應(yīng)用中，漫游會(huì)產(chǎn)生AP可測(cè)量性問題。
在IEEE 802.11的技術(shù)指標(biāo)中，有三類終端移動(dòng)：
?非轉(zhuǎn)移：移動(dòng)可能發(fā)生或不發(fā)生，終端的AP不變。
?BSS轉(zhuǎn)移：無線終端在同一無線基站多個(gè)AP之間移動(dòng)。
?ESS轉(zhuǎn)移：無線終端在不同無線基站多個(gè)AP之間移動(dòng)。
當(dāng)無線終端改變其AP時(shí)，無線終端用戶的數(shù)據(jù)信息必須改變其物理路徑。這種改變不可能瞬間完成，而且很可能觸發(fā)各種錯(cuò)誤，包括信息丟失、誤插入、重復(fù)、破壞數(shù)據(jù)包的順序以及增加等待時(shí)間。

無線終端正在移出一個(gè)AP范圍時(shí)，它能夠不斷地在正在傳送數(shù)據(jù)的低速率和未傳送數(shù)據(jù)的高速率之間進(jìn)行速率調(diào)整。另外，如果無線終端處于兩個(gè)AP的范圍內(nèi)，它也許會(huì)不斷地在兩個(gè)AP之間切換。這種切換對(duì)性能會(huì)產(chǎn)生很大影響。

802.11指標(biāo)指出有可能在ESS轉(zhuǎn)移時(shí)服務(wù)中斷，而BSS轉(zhuǎn)移時(shí)有可能不中斷服務(wù)。然而資料中并沒有提供實(shí)現(xiàn)無線終端重新連接或AP 斷開功能的任何具體步驟。既然沒有實(shí)現(xiàn)這些功能的標(biāo)準(zhǔn)方法，每個(gè)銷售商可能提供其獨(dú)特的測(cè)試方法。

衡量各種安全方案WEP、802.1x、IPSec、SSL、防火墻
每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有其不足之處，X.25速度太慢，IP沒有足夠的地址；802.11存在安全問題；有線等效協(xié)議(WEP)不能明確RC4流密碼的初始化向量(IV)是如何實(shí)現(xiàn)的。WEP適用于簡單的對(duì)密碼分析和信息流解密的攻擊。
IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織正在同802.11i工作組一起致力于糾正WEP的這些不足。然而，設(shè)備供應(yīng)商和服務(wù)提供商已經(jīng)轉(zhuǎn)向其它安全解決方案，如：802.1x、IPSec、SSL、集成防火墻和其它專有的解決方案。這就使得不同方案的WLAN的性能根據(jù)其所選用的安全機(jī)制和實(shí)現(xiàn)效率而有很大差別。為了理解與WLAN安全解決方案相關(guān)的性能問題，關(guān)鍵是要對(duì)IP虛擬專有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP-VPN)的控制程度以及HTTP和UDP通信的數(shù)據(jù)水平進(jìn)行仿真測(cè)試。

測(cè)試使用IPSec協(xié)議的IP-VPN通道生成容量，以及每個(gè)通道生成UDP或HTTP信息，測(cè)量像丟包、延遲和反應(yīng)時(shí)間等數(shù)據(jù)性能非常重要。結(jié)果應(yīng)該以有效的布局顯示以便快速地進(jìn)行性能比較。應(yīng)該起到解決彼此協(xié)作的作用。

防火墻測(cè)試應(yīng)該測(cè)試最大應(yīng)用處理容量和測(cè)量TCP作為傳輸協(xié)議的應(yīng)用信息流量。它應(yīng)該測(cè)量執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)地址翻譯(NAT: Network Address Translation)的防火墻的性能和建立多包過濾機(jī)制的影響。防火墻測(cè)試設(shè)備還應(yīng)該評(píng)估防火墻處理拒絕服務(wù)(DoS: Denial of Service)攻擊的能力，即允許產(chǎn)生不同比率的與其他應(yīng)用信息并行的攻擊信息。這樣可以標(biāo)識(shí)在攻擊信息耗費(fèi)測(cè)試設(shè)備資源的情況下合法信息的性能。

結(jié)語
WLAN技術(shù)發(fā)展迅速。預(yù)計(jì)到2005年，802.11a、802.11a/b雙模式和 802.11g設(shè)備有三位數(shù)的增長。隨著迅速被接受和推廣，以前沒有意識(shí)到的性能問題和服務(wù)質(zhì)量問題也會(huì)隨之而來。認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)，芯片和設(shè)備制造商以及服務(wù)提供商充實(shí)實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試設(shè)備，來模擬真正的RF網(wǎng)絡(luò)，情況以便測(cè)試產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)方案的健康性和可度量性。WLAN技術(shù)對(duì)于有能力為主流客戶提供滿足服務(wù)的提供商有巨大的市場(chǎng)潛力。