无线城域网的测试和优化

陈　海　伍　航　王海龙

摘要：文章作者根据无线城域网建设所积累的经验，围绕网络覆盖、容量、质量等指标，提出了无线城域网测试和优化的思路以及解决措施。

关键词：无线城域网测试；网络覆盖；流量测试

中图分类号：TN929文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0034-03

无线城域网利用WLAN技术，进行室内外的道路、景区、园区、商场、机场、车站、停车场以及其他热点地区的覆盖，为用户提供更快捷更广泛更高质量的无线宽带接入服务，提供一个能为市民、企业、学校、医院、国内外旅游者以及所有政府机关，随时随地沟通交流的互动平台，用以改进公共服务，实现信息化城市，促进经济和社会的发展。

自2004年美国费城提出无线城域网发展计划以来，美国、西欧等国家和地区已有一批城市在政府主导下开始进行无线城域网的建设。到目前为止，全球运营无线城域网的城市数量已达600多个，而新加坡更是将无线城域网的目标扩大至整个国家，计划到2015年前打造一个覆盖全国的无线城域网。无线城域网已经逐渐成为城市的基础设施，据悉我国北京、上海、天津、武汉、杭州、深圳等城市也已确立无线城域网的建设计划，并先后付诸实施。从伦敦到上海，从美国到新加坡，城市无线城域网建设正在全球范围内加快脚步。

无线城域网不同于传统的有线网络，噪声和干扰、建筑物结构、无线设备的摆放及其参数的设置都对无线城域网的信号质量和传输速率等性能有很大的影响，为了使无线城域网性能达到规划设计预期的网络覆盖、容量、质量等指标，满足实际业务的需求，无线城域网在施工结束后需要进行的网络测试和优化环节非常关键。

一、无线城域网测试方案建议

进行无线城域网测试，主要是为了了解各单站点的信号覆盖能力、数据吞吐能力、实际主观感受及切换性能，了解覆盖区域的整体信号覆盖水平，并为网络调测及优化评估提供依据。

为达到上述测试的目的，通常来说，需要对每个站点进行单系统定点吞吐量测试和覆盖距离、主观感受测试，并与设计目标进行对比和评估；此外，还要对信号覆盖边缘区域的系统接入能力进行测试；并且需要对整个覆盖区域内无线信号的信号强度、信噪比等性能指标进行测试。

（一）有线端口流量测试

只有有线端口的实际数据吞吐量大于无线空中接口的实际数据吞吐能力，才能将无线设备的数据能力发挥出来，所以需要对交换机上联口及各AP近端的有线实际数据吞吐量进行测试。

交换机上联口测试位置：室外光纤或五类线接入后连接第一个室内交换机上联口的五类线。

AP近端的测试位置：连接到AP网口的五类线。

进行有线端口流量测试的工具可以考虑使用IPERF软件。

例如：为了测试服务器地址：*.*.*.*，通过测试命令：iperf -c *.*.*.*，可得到该有线端口的实际数据吞吐量。（见图1）

图1 有线端口流量测试示意图

AP近端的有线实际数据吞吐量应大于25Mbits/sec。

（二）单站测试

单站测试的测试点在站点天线位置附近及该站点设计覆盖范围的边缘区域，而相邻站点的设计覆盖范围的边缘区域应该是相互重叠的，不应存在站间的信号覆盖盲区。

测试时在每个测试点记录本站的信号强度、信噪比、信道利用率、协商速率、实际数据吞吐量、时延、打开网页的感受、视频直播的感受等，测试需要保留截屏文件或结果文件。

信号强度及信噪比、信道利用率测试可以考虑采用扫频软件AirMagnet完成，通过对测试点的连续扫描，取30秒平均数值并记录在测试表格中；三项测试应保存30秒连续测试产生曲线的截屏文件（如图2），以备优化使用参考。

图 2信号强度测试示意图

实际数据吞吐量测试可以考虑采用Chariot软件的Throughput标准脚本，多进程测试1分钟，选取平均流量数值及平均时延数据记录在日报测试表格中，测试位置为站点天线位置附近及该站点设计覆盖范围的边缘区域（测试如图3所示）。

图3数据吞吐量测试示意图

主观感受测试应包含网页浏览及视频直播测试及其他将来可能开展的网络应用及服务。测试时，打开在线电视直播的某个电视台（例如CCTV5），观察其缓冲情况及连续30秒的视频及音频效果，在完成一个测试点的测试后，必须将所有IE页面全部关闭，到下一测试点重新打开，确保测试结果不受缓存的影响。

（三）区域整体测试

区域整体测试的主要目的是了解整个覆盖区域内无线信号的总体覆盖水平，测试方法为DT（Driving Test）。

使用可以连接并实时保存GPS数据的扫频软件（例如survey），通过DT的方式对整个覆盖区域进行被动测试并记录、保存其扫频及经纬度信息。

使用Mapinfo软件或路测软件的后台分析功能对记录结果进行处理，输出测试路径，按照规划要求的信号强度、信噪比，统计有效信号覆盖率并输出彩色专题图（如图4）显示。

图4区域整体测试示图

二、无线城域网优化方案建议

无线城域网的网络优化，主要是对测试环节的测试数据进行分析，通过合理调整物理资源和网络设备资源，比如频率分配、功率分配，用户分配、业务流量分配，通过资源的分配优化，得到整个网络的性能和稳定性的最优化。

无线网络优化目前主要有三种技术方法：自动频率优化、自动功率优化以及负载平衡优化。在无线城域网的优化中通常将频率优化、功率优化、负载均衡等多种优化技术共同使用，以确保优化一个高效、稳定的整体无线城域网网络。

（一）自动频率优化

自动频率优化也称动态频率选择DFC（Dynamic frequency selection），是指在通过测量得到网络状况信息的条件下，动态实时地给AP分配频段来减小AP间干扰的机制。

基本工作流程如下：

1．AP测量现有频段分配下的干扰情况；

2．AP自己判断最佳频段；

3．分布式独自调整或者在上层控制器指挥下调整。

基于AP测量信息的频段分配方案，实际是AP将各自的测量信息提交给一个接入控制器AC（Access Controler），由AC控制AP进行调整。由于有AC从中协调，因此收敛速度非常快。（频率优化如图5所示）

图5频率优化示意

（二）自动功率优化

自动功率优化主要包括用户端发射信号的功率控制TPC（Transmit Power Control）和AP端发射信号的功率控制。

1．用户端功率控制是保证用户当前通信质量的基础上，尽量减小用户的发射功率。当用户离AP比较近的时候，由于信号的衰减比较小，因此用户的发射功率也可以比较小。这样做的好处在于：在不影响此用户的通信质量的前提下，减小了对于同频段其他用户和AP的干扰；同时减小终端的耗电量，延长待机时间。

2．AP端发射功率的控制和AP的覆盖范围有关，因此在一般情况下，AP为了尽可能覆盖较大的局域，均以允许的最大功率发射，一般是20dBm（100mW）左右。但是当AP的数目比较多时，覆盖已经不是问题，而AP间的相互干扰则成为了主要问题。比如AP1附近集中了大量的用户终端，而在AP2附近用户终端相对稀少。当接入一个AP的用户数大于一定数目时（一般为8个），由于用户们争抢信道十分激烈而导致总信道的容量降低。此时，较好的办法是将一部分离AP2较近的用户分给AP2，这样AP1和AP2的用户数目趋于平衡。一开始AP1和AP2的发射功率相等，因此在它们交界处的属于AP2的4个终端接受到的AP1的信号等于甚至大于AP2的信号，这对于通信来说是很不利的。当AP1进行了功率优化后，它的覆盖范围缩小，此时属于AP2的4个用户收到的干扰明显减少，这就是配合负载平衡的AP端发射功率控制的作用。

AP的功率控制通过配置AC的技术功能，由AC控制器来完成对AP的功率控制。

（三）负载平衡

对于无线网络而言，每个AP都只有一个有效的工作信道，AP所连接的STA采用CSMA/CA机制共享这个信道，由于STA的随机分布，可能会造成某些AP所关联的STA很多，而其他的AP关联的STA很少，关联STA较多的AP会发生过载，导致拥塞，使网络性能下降。同时，一个STA可以与两个或者多个AP进行通讯，因此，我们根据不同AP的负载状态控制STA的接入，使AP达到一种负载平衡，通过对各AP的负载控制，避免AP发生过载的情况。

STA与AP建立连接，STA首先会发送一个或者多个探测请求，各AP在接收到STA发送的探测请求后，将向该STA发送响应信息。通过信息的交换，STA知道哪些AP在它的覆盖范围以内，而接收到来自AP的响应信号的强度也可以作为一个角度，来表征哪个AP可以提供高质量的服务。

由于AC具有整个网络的可见度，因此，在AC上可以监控每个AP的负载状态，当AP接收到来自STA的连接请求，AP将请求转发给AC，AC查询该AP以及其邻居AP的负载状态，决定是否接受STA的连接请求，并将判断结果发送给AP，AP根据AC的指令接受或拒绝STA的连接请求。对于一个负载很重的AP，拒绝STA的连接请求更加合适。若AP拒绝STA的连接请求，STA将尝试向其他AP发送连接请求。这样提高了整个网络的性能。

（四）其他优化

除了频率优化、功率优化和负载平衡外，还有业务流量平衡，自动覆盖检测等等优化技术。

三、结语

随着城市里无线宽带用户飞速的增加，网络容量和覆盖的要求也不断上升。由于无线城域网的建设是一个建设周期长，实施难度大，网络测试、优化工作量巨大，运营维护的成本也是非常高的项目，并且无线城域网的网络覆盖、容量以及质量取决于众多因素，有关无线城域网的测试以及优化的很多问题有待进一步深入研究。

参考文献

[1]金纯，陈林星，杨吉云．IEEE 802.11无线局域网[M]．电子工业出版社．

[2]段水福，历晓华，段炼．无线局域网（WLAN)设计与实践[M]．浙江大学出版社．

[3]（美）John Ross著，王海涛，汤平杨译．Wi-Fi安装、配置和使用802.11b无线网络[M]．清华大学出版社．

作者简介：陈海（1972- ），男，江西萍乡人，杭州东冠通信建设有限公司常务副总经理，工程师，研究方向：通信网络的规划、设计和优化；伍航（1975- ），男，湖南新邵人，杭州东冠通信建设有限公司总工程师，高级工程师，研究方向：通信网络的咨询、规划、设计、调测和优化；王海龙（1997- ），男，陕西咸阳人，杭州东冠通信建设有限公司工程师，研究方向：移动通信网络的调测和优化。