IP網(wǎng)絡測試技術(shù)提高高帶寬無線網(wǎng)絡設備開發(fā)水平

鏈路自適應(也稱為調(diào)度)，首先是作為3GPP協(xié)議下HSDPA技術(shù)的一個特點推出的，它是手機無線網(wǎng)絡分配射頻資源的一種方法。采用這樣方法，基站采用的射頻協(xié)議在每個傳輸時間間隔(TTI)為下行鏈路傳輸提供數(shù)據(jù)及為上行鏈路傳輸分配資源(見圖1)。

圖1：每個TTI必須執(zhí)行的處理功能。

由于TTI可短至1ms， 該調(diào)度技術(shù)提供了極大靈活性，以將流量路由和吞吐率與可用資源匹配起來。它是高通量、穩(wěn)定和有效利用帶寬的關(guān)鍵。然而，鏈路自適應實施中的一個根本問題一直困擾著手機設備的發(fā)展：常規(guī)的測試設置無法充分查明并定位鏈路自適應方法在工作中出現(xiàn)的錯誤和失敗。本文提出了一種測試設置，它能以精準到具體TTI的水平檢測并定位調(diào)度錯誤。

測試鏈路自適應的常規(guī)策略

傳統(tǒng)上，功能和性能測試是協(xié)議和系統(tǒng)驗證過程中兩個截然不同的部分。調(diào)度通常包括在功能測試部分，而該功能同時也對性能(數(shù)據(jù)吞吐量)有根本性的影響。

傳統(tǒng)的功能測試方法產(chǎn)生巨量的日志記錄(log)，因為每個TTI(也即每1ms)調(diào)度軟件都接收輸入并做出決策。這意味著，日志分析既繁瑣又耗時，因此并不進行該工作。相反，鏈路自適應通常是采用簡單但有限配置(與滿足覆蓋現(xiàn)實使用各可能情況的要求有相當差距)實施的功能測試。

鏈路自適應的性能測試是通過測量數(shù)據(jù)吞吐量實現(xiàn)的。因鏈路自適應功能測試的范圍有限，所以必須等到性能測試開始，才可進行完整的功能驗證。顯而易見，這通常處在項目開發(fā)的后期。在很多時候，鏈路自適應存在的性能問題，與功能上的錯誤息息相關(guān)。如果這些功能問題是在性能測試過程中發(fā)現(xiàn)的，則必須對這些問題予以糾錯，這可能意味著必須對設備的某些部分進行重新設計并重新進行部分驗證。因此，精準的性能測試數(shù)據(jù)就成為一種寶貴資源，它使開發(fā)工程師能集中精力在確實較勁的地方調(diào)試差錯并反復驗證。

不幸的是，今天的常規(guī)性能測試設置提供的輸出非常不精確。它們包括運行于PC或UNIX工作站上的服務器應用和撥號PC上運行的客戶端應用。服務器和客戶端應用實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議(如FTP傳輸)、進行測量并提供結(jié)果。

問題是，Windows或Unix操作系統(tǒng)(OS)一般提供的計時精度約為500ms。真實情況是，Windows應用中數(shù)據(jù)包的實際傳輸通常使用NDIS技術(shù)，它具有優(yōu)于Windows本身的計時精度，但對這些傳輸?shù)臏y量受操作系統(tǒng)的影響。

更糟的是，即使這種數(shù)百毫秒水平粗放的計時精度，操作系統(tǒng)或計算機制造商也不能保證。因為LTE(以及HSPA和HSPA+的一些配置)的TTI為1ms，顯然，基于Windows的應用可能提供的數(shù)據(jù)流通量不會超過OSI堆棧應用層面的總吞吐量水平。所以，精準到具體TTI的功能問題的詳細定位信息就不可能提供。為找出有助于調(diào)試吞吐量問題的這類信息，研究一個簡化的例子就很有幫助(見圖2)。

圖2：包重傳造成的后果是降低了數(shù)據(jù)吞吐率。

例如通過基站傳輸?shù)囊粋€IP數(shù)據(jù)流。采用鏈路自適應，調(diào)度器采用最大和最小的可用塊大小;每一塊大小都傳輸相同的塊數(shù)。如果我們分別采用256bit和7,480bit作為最小和最大傳輸塊(TBS)，這就將實現(xiàn)約1,948,000bps(也即約2Mbps)的總數(shù)據(jù)吞吐量。(為簡單起見，計算中，這個例子沒包括協(xié)議報頭;并且選定的IP報頭和數(shù)據(jù)大小都假定為128bit。)

想象一下，下一次實施相同測量的情況，射頻協(xié)議的性能已經(jīng)惡化(可能是由于協(xié)議軟件性能的下降)，導致每個第三大的數(shù)據(jù)包都傳丟了。射頻協(xié)議棧必須重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，這將使數(shù)據(jù)吞吐量降低至約1,504,000bps(約1.5Mbps)。這就比第一次測量降低了25%。

使用常規(guī)性能測試設置，工程師不會了解吞吐量降低的原因或故障所在，他們看到的只是吞吐率。但若測量系統(tǒng)能提供精準計時，則只需測量數(shù)據(jù)包延遲便很容易找出問題。

測試鏈路自適應的一種新方法

數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域測量吞吐量的一種替代方法提供了這種能力。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域(如手機行業(yè))，吞吐量測量被用于測試性能。為此任務設計的精密儀器能提供與被測系統(tǒng)性能相關(guān)的精確數(shù)據(jù)，如吞吐量(幀計數(shù)和數(shù)據(jù)包大小精度)、延遲和抖動。

使用這樣的IP測試設置(見圖3)測試射頻協(xié)議棧的性能會曝光常規(guī)的基于服務器的測試系統(tǒng)無法查證的隱藏在TTI水平的錯誤。

圖3：安立提出的測試設置樣本。

安立提出的測試系統(tǒng)會執(zhí)行如下操作：

1. 移動設備(手機或其它用戶設備)使用射頻協(xié)議棧為基站模擬器(如安立用于LTE的MD8430A)建立一個撥號。這就在基站和撥號PC之間創(chuàng)建了一個數(shù)據(jù)鏈接。

2. 一臺IP測試儀器(如Anritsu的MD1230B數(shù)據(jù)流量發(fā)生器和分析儀)生成一個確定的IP數(shù)據(jù)流。該流經(jīng)過基站模擬器到射頻協(xié)議棧(負責調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸)和射頻發(fā)射級。一旦用戶設備收到IP數(shù)據(jù)，用戶設備就將數(shù)據(jù)發(fā)送到撥號PC。

3. 撥號PC內(nèi)的IP軟橋?qū)碜訡OM端口(來自撥號)的IP數(shù)據(jù)回送至IP儀器(通過以太網(wǎng)端口)。

4. IP儀器接收返回的數(shù)據(jù)流?，F(xiàn)在它可以通過比對每個接收到的數(shù)據(jù)包與傳輸?shù)臅r間和內(nèi)容來計算往返時間、抖動、吞吐量和錯誤率。

對上行測量，過程相同但方向相反。

新設置的優(yōu)勢

對定時測量(往返時間和抖動)和數(shù)據(jù)包的數(shù)量和規(guī)模(吞吐量和包/位錯誤率)的測量來說，IP工具的精度遠超任何PC/Unix應用。通常，此類儀器可提供精確到μs(某些測量，甚至是ns)的計時精度。此外，該計時精度是由儀器制造商保證的。

IP儀器的另一個優(yōu)勢是IP數(shù)據(jù)流的可重復性。 基于PC/Unix的方案實現(xiàn)一種真正的數(shù)據(jù)協(xié)議棧(如在FTP應用的TCP)時，會對可用傳輸帶寬的變化做出動態(tài)反應。這使得它不可能在不查看TCP日志的情況下，得到有關(guān)射頻協(xié)議性能的相關(guān)信息。這就使業(yè)已繁瑣的過程益發(fā)麻煩：在這種情況下，用戶在分析射頻協(xié)議日志前，必須要分析TCP日志。而IP儀器，可以永遠發(fā)送相同的數(shù)據(jù)模式，從而使用戶能夠?qū)Ｗ⒂谏漕l協(xié)議分析。