無線局域網性能分析

本文重點強調WLAN性能測試的重要性和益處，并試圖特別指出對WLAN設備開發(fā)和網絡部署中一些關鍵領域進行測試的價值和好處。

標準化的真實RF傳播模式
WLAN芯片和設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，但實際速率根據物理層處理RF信道的特性會有很大變化，比如多通道衰減，路徑丟失，分布延遲和屏蔽。開發(fā)者和服務提供商需要在實驗室再現(xiàn)真實世界無線頻率的衰減以便決定產品的性能。這是非常大的挑戰(zhàn)，因為影響無線頻率傳輸?shù)沫h(huán)境因素遠比再現(xiàn)簡單的單個雙絞銅線連接困難(見圖1)。比如多通道干擾問題。無線電波碰到實物體時會產生反射，表現(xiàn)在WLAN AP 或W-NIC接收器端會產生輕微的延遲，而會與原始信號產生相互干擾信號和降低信號質量。在辦公室環(huán)境中，通常的反射信號延遲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，當無線信號試圖自動跟蹤反射的信號與原始信號時便會產生高頻抖動。

多通道衰減模擬器可以再現(xiàn)這些RF特性。只有再現(xiàn)真實的衰減，測試系統(tǒng)(SUT: System Under Test)的性能才可以在實驗室中評估(見圖2)。連接RF通道模擬器和干擾模擬器需要一個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，還需要RF循環(huán)電路。SUT的性能必須首先通過無衰減環(huán)境下測試來校準。一旦基準確定以后，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行物理層衰減測試。JTC通道模式的一個優(yōu)點是聯(lián)合標準委員會(Joint Standards Committee)已經同意將其作為可接受的室內無線通信模型，因此適合于比較各種WLAN系統(tǒng)的性能。

圖1 AP-to-AP測試環(huán)境下信息的產生與衰減模擬

2.4 GHz RF范圍內存在
干擾時的性能
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。在接收頻譜范圍之內足夠幅度的干擾RF信號會表現(xiàn)為虛假的802.11站發(fā)射包。這會引起合法的802.11站需要等待不確定的時間，直到干擾信號消失為止。
在擁擠的2.4 GHz頻率范圍內，尤其需要關注這個問題。微波爐、無線電話、藍牙設備以及其它非802.11設備都與802.11b設備共享這個頻段。噪音和干擾模擬器可以在實驗室模擬這些類型的衰減，應該作為每個WLAN測試實驗室完整裝備的一個組成部分。

圖2 平均傳輸延遲、包速率和帶寬百分比測試結果為交替90度的相移衰減

測試漫游過渡延遲和RF速率適應性能
當WLAN用戶來回移動時，AP試圖維持連接，而當用戶移出使用范圍時，首先降低連接的速率。如果信號繼續(xù)降低，終端設備可能會選擇另一個信號較強的AP。直觀地，人們也許認為漫游過渡延遲問題對于WLAN用戶并不是非常重要的問題，因為他們拿著筆記本電腦走動時通常不會在線。但是有許多種情況需要考慮，因為較差的速率適應功能和漫游到另一個AP的性能會影響無線應用的效果。

在某些應用中，漫游會產生AP可測量性問題。
在IEEE 802.11的技術指標中，有三類終端移動：
?非轉移：移動可能發(fā)生或不發(fā)生，終端的AP不變。
?BSS轉移：無線終端在同一無線基站多個AP之間移動。
?ESS轉移：無線終端在不同無線基站多個AP之間移動。
當無線終端改變其AP時，無線終端用戶的數(shù)據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)各種錯誤，包括信息丟失、誤插入、重復、破壞數(shù)據包的順序以及增加等待時間。

無線終端正在移出一個AP范圍時，它能夠不斷地在正在傳送數(shù)據的低速率和未傳送數(shù)據的高速率之間進行速率調整。另外，如果無線終端處于兩個AP的范圍內，它也許會不斷地在兩個AP之間切換。這種切換對性能會產生很大影響。

802.11指標指出有可能在ESS轉移時服務中斷，而BSS轉移時有可能不中斷服務。然而資料中并沒有提供實現(xiàn)無線終端重新連接或AP 斷開功能的任何具體步驟。既然沒有實現(xiàn)這些功能的標準方法，每個銷售商可能提供其獨特的測試方法。

衡量各種安全方案WEP、802.1x、IPSec、SSL、防火墻
每個標準都有其不足之處，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)是如何實現(xiàn)的。WEP適用于簡單的對密碼分析和信息流解密的攻擊。
IEEE標準組織正在同802.11i工作組一起致力于糾正WEP的這些不足。然而，設備供應商和服務提供商已經轉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的性能根據其所選用的安全機制和實現(xiàn)效率而有很大差別。為了理解與WLAN安全解決方案相關的性能問題，關鍵是要對IP虛擬專有網絡協(xié)議(IP-VPN)的控制程度以及HTTP和UDP通信的數(shù)據水平進行仿真測試。

測試使用IPSec協(xié)議的IP-VPN通道生成容量，以及每個通道生成UDP或HTTP信息，測量像丟包、延遲和反應時間等數(shù)據性能非常重要。結果應該以有效的布局顯示以便快速地進行性能比較。應該起到解決彼此協(xié)作的作用。

防火墻測試應該測試最大應用處理容量和測量TCP作為傳輸協(xié)議的應用信息流量。它應該測量執(zhí)行網絡地址翻譯(NAT: Network Address Translation)的防火墻的性能和建立多包過濾機制的影響。防火墻測試設備還應該評估防火墻處理拒絕服務(DoS: Denial of Service)攻擊的能力，即允許產生不同比率的與其他應用信息并行的攻擊信息。這樣可以標識在攻擊信息耗費測試設備資源的情況下合法信息的性能。

結語
WLAN技術發(fā)展迅速。預計到2005年，802.11a、802.11a/b雙模式和 802.11g設備有三位數(shù)的增長。隨著迅速被接受和推廣，以前沒有意識到的性能問題和服務質量問題也會隨之而來。認識到這點，芯片和設備制造商以及服務提供商充實實驗室中的測試設備，來模擬真正的RF網絡，情況以便測試產品和網絡方案的健康性和可度量性。WLAN技術對于有能力為主流客戶提供滿足服務的提供商有巨大的市場潛力。