WLAN协议分析及测试
【摘要】：通过对wlan的802.11协议层进行了分析及测试，指出了协议层的应用策略，并重点测试了802.11n，全面分析了n协议的各种应用场景。
【关键词】：802.11协议分析测试
中图分类号： tn915.04 文献标识码： a 文章编号：
一、802.11a\b\g协议分析
图1 802.11a\b\g 协议
由于2.4频段互通性比较好，所以优先选用2.4ghz频段，以支持802.11g标准的设备为主进行组网，向下兼容802.11b标准；在用户密度大、吞吐量需求大的地区可适当部署支持802.11n标准的设备，以提升网络容量；当频率资源紧张时，可以启用5.8ghz频段（建议采用支持802.11n的标准设备）。
物理层的传输速率包括实际可获得数据的吞吐量和协议封装或
者冲突避免开销总和。而随着干扰加大，冲突避免开销也随之增加，实际获得数据的吞吐量减少。因此我们总结出了干扰实际数据吞吐量的因素有：
(一)、无线通信的不稳定性
1.同频干扰
wlan采用的直接序列扩频技术的扩频码是标准的，不同的设备使用相同的扩频码，因此相邻小区不能使用相同频率，否则将造成同
频干扰。图分别是相距40m的两个802.11b的ap使用1、6信道和1、1信道时的网络吞吐量。
在使用非干扰频段时，两ap总吞吐量可以接近11mbit/s；在同频时总吞吐量不足6mbit/s，此时2个ap与非干扰情况下1个ap 的吞吐量接近。所以，在有限范围内单纯采用增加ap的办法是无法提高网络容量的。
2.邻频干扰
两信道中心频率小于25mhz时，信道之间存在重叠区域，会有部分干扰。图曲线是两ap信道间隔分别为0～5情况下的总吞吐量曲线。
使用邻频可以增加可用频点数，但会引入干扰，工程上一般仍采用1、6、11三个完全不干扰的频段。
（二）、不断变化的无线环境
wlan网络使用的2.4ghz频段在我国是公共频段，其它非wlan网络的设备如微波炉、无绳电话、蓝牙设备及其它无线lan设备均会对wlan网络产生频率干扰，其中对wlan干扰最为严重的设备是2.4ghz无绳电话，其次为3米内的微波炉，再次是蓝牙设备如笔记本和pda。
我们现在做个实验来证明一下2.4ghz无绳电话对用户体验上的影响：
测试系统还是802.11b 的无线ftp 传输。正常情况下传输速度为655kb/s。测试者手持无绳电话坐在无线终端（带有802.11b 无
线网卡的笔记本电脑）前，接听电话，无线传输速度下降为505kb/s，电话听筒内有轻微杂音；将无绳电话靠近无线网卡到0.5 米处，速度下降为380kb/s，无线网络信号时断时续，听筒内杂音变大，通话对方对方抱怨听不太清说什么；无绳电话与无线网卡0 距离时，无线网络频繁断网，平均速度下降为280kb/s，对方完全听不清我们说什么。
由此看来无线环境对协议速率的影响很大，所以当用户投诉业务感知下降时，我们也需要将用户所在体验区域的无线环境了解清楚，彻底排查有泄漏同频非wlan设备发出干扰源。在一些大型活动，如奥运会，世博会等，都会出现这种情况，我们需要配备宽频网卡及天线，使用扫频仪器，来跟踪干扰信号源。
（1）.物理建筑损耗
wlan接受电平估算公式：pr=pt+gt-pi+gr；
pr为接受电平；pt为最大发射功率；gt为发射天线增益；pi为路径损耗；接受天线增益（全部单位为db）
由于信号穿透不同材质墙体，路径损耗值是不一样的。但是对于均衡墙体要认真考虑ap信号的入射角度。
图7 信号穿透示意图
（2）.ap位置以及共享介质的用户数及数据量
有的时候在大型场所，例如大的会议厅、新闻发布厅等，ap布放的位置及其重要。因为在空旷的场景下，由于用户对业务的要求比较高，所以需要多个ap共同覆盖，这样就会出现同频干扰，以及
用户终端间和ap与终端间的干扰等等，这样需要在ap的安放上格外的注意。首先要估算出，最大的用户数和可能会发生的数据流量，通过估算计算出需要的ap数，根据频率覆盖原则，均匀安装ap。安装后，我们要对整个场景，做各种测试：
单ap单sta测试：说明ap与上联交换系统的连通。
单ap多sta测试：说明ap的用户承载能力。
多ap多sta测试：说明整个场景系统的业务承载能力。
这些测试可以在不同的协议下进行测试，也可以测试不同协议间的干扰问题，例如：一个ap下既发射802.11b的信号，又发射802.11g的信号，同时分别连接两个sta，可以发现连接802.11g
的终端速率大致减少一半。
二、理论描述
ieee 802.11n标称速率最高可达270mbps，主要通过增加ofdm
子载波、提高频谱带宽、mimo三种手段，来保证物理层速率：
a) 通过增加ofdm子载波，是的物理层理论速率由54mbps增长到65mbps
b) 通过选择信道带宽40mhz，使得40mhz相比20mhz提升速率一倍左右
c) mimo技术的应用，可以提高实际数据的吞吐率，它的典型值2*2双发双收，可以提升速率一倍左右
对于mimo双天线，可以增强信号的平稳度，并且抗衰落的方法已经应用在a/g模式的ap上。通过在相同信噪比下，提供更高速
率来“增强覆盖”。
三、理论验证
通过上述理论叙述，我们做个测试，对协议层进行评测：
组网结构如下：
因空口物理层速率超100mbps，终端1配置千兆以太网卡；
终端2配置usb接口、2*2（双发双收）无线网卡；
802.11n标准ap：
外观同普通802.11g ap，武邮/京信ap产品为双天线；
思科产品为3天线（两发三收）；
测试一：40mhz带宽、2*2mimo
由测试结果可知，最高速率均超过70mbps，为ieee 802.11g典型速率20mbps的4倍左右。
测试二：20mhz带宽、2*2mimo
由测试结果可知：最高速率可达40mbps左右；相比ieee 802.11g 测试典型速率20mbps：速率提升至2倍，即为ofdm子载波增加、mimo带来的速率提升；略低于最高速率86mbps的一半，是因为频带宽度降为一半、子载波减少一半以上。
测试三：40mhz带宽、ap单天线收发（多频点馈入覆盖）
有测试结果可知：最高速率可达40mbps以上；相比ieee 802.11g 测试典型速率20mbps，速率提升幅度高于1倍，因为40mhz情况下子载波数量增加一倍以上；实际测试速率略高于最高速率86mbps