WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置、方法及系统与流程

本发明涉及无线通信系统测量
技术领域：
，具体涉及一种待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置、方法及系统。
背景技术：
：WirelessLocalAreaNetwork(WLAN)无线局域网是一种将各种计算机设备互联起来的无线通信技术，可以实现资源共享的无线通信网络系统。随着移动互联网的快速发展以及移动智能终端使用的日益增长，WLAN技术也快速发展，应用场景也越来越多。WLAN包括了IEEE802.11a/b/g/n/ac等多个标准，主要使用2.4GHz与5GHz频段，而且网络规模在不断扩大。因此对无线通信终端产品及网络空中接口(OvertheAir,OTA)的性能指标，尤其是数据吞吐量(Throughput)，进行快速测试显得越来越重要。在WLAN无线通信产品研发和生产过程中，空中接口吞吐量的测试系统通常将WLAN终端放在屏蔽电波暗室中，与外界的环境完全屏蔽隔开，屏蔽暗室内安装有测试天线，通过射频电缆与外部的无线综合测试仪连接。传统的无线局域网空中接口的测试环境只安放一个WLAN终端，将实际传输的数据总量除以测量时间得到该接口的吞吐量，即网络吞吐量等同于WLAN终端的空中接口吞吐量。这种传统的测试方法一次只能对一个WLAN终端进行测量，而且上行链路与下行链路不能同时测量，效率低，测试过程耗时长。技术实现要素：本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种能对单个、两个或两个以上WLAN终端进行同时测试的待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置、方法及系统。实现上述目的，本发明提供了一种WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置，包括无线综合测试仪、软件控制平台，以及微波屏蔽暗室，将至少一个待测的WLAN终端设备放置在微波屏蔽暗室内，所述无线综合测试仪与待测的WLAN终端设备采用射频信号进行通讯连接，待测的WLAN终端设备通过分布式的竞争信道接入机制向无线综合测试仪发送上行的数据帧，同时无线综合测试仪通过竞争信道接入协议参与信道竞争，向各个待测的WLAN终端设备发送下行数据帧，所述无线综合测试仪与软件控制平台采用通讯电缆相连，软件控制平台用于对无线综合测试仪发送仪表控制信号，并接收无线综合测试仪反馈的测试数据，以计算出无线空中接口数据吞吐量。作为本发明的优选技术方案，所述无线综合测试仪包括矢量信号分析仪和矢量信号发生器，矢量信号分析仪用来进行发射机验证，矢量信号发生器用来进行扩展接收机测试。作为本发明的优选技术方案，所述无线综合测试仪基于IEEE802.11通信协议。本发明还提供了一种待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试方法，包括如下步骤：待测的WLAN终端设备通过扫描、认证与关联通讯协议与无线综合测仪建立通信连接；软件控制平台控制无线综合测仪向各个待测的WLAN终端设备发送一定数量的数据帧，测量出下行数据吞吐量；各个待测的WLAN终端向无线综合测仪发送一定数量的数据帧，测量出上行数据吞吐量；根据下行数据吞吐量和上行数据吞吐量，获取测试时间开销内的网络数据总流量，并计算出无线空中接口数据吞吐量。作为本发明的优选技术方案，将待测的WLAN终端设备放入微波屏蔽暗室。作为本发明的优选技术方案，通过以下方式测量出下行数据吞吐量：待测的WLAN终端对每一个被正确接收的数据帧，WLAN终端则会在短时帧间距时间内向无线综合测仪返回一个ACK帧作为数据帧被正确接收的确认；对于没有被正确接收的数据帧，无线综合测仪则不会在短时帧间距时间内收到ACK帧，没有被正确接收的数据帧将被重传直到被正确接收。作为本发明的优选技术方案，当待测的WLAN终端的数量为两个或两个以上时，通过以下方式测量出下行数据吞吐量：待测的WLAN终端向无线综合测仪发送的数据帧，通过分布式的竞争信道接入机制，利用冲突避免的载波侦听多路访问机制避免冲突及相互干扰，同时，对每一个被无线综合测仪正确接收的数据帧，与该数据帧对应的待测的WLAN终端设备在短时帧间距时间内则会收到一个ACK帧作为确认。本发明还提供了一种待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试系统，包括：通信连接模块，用于将待测的WLAN终端设备通过扫描、认证与关联通讯协议与无线综合测仪建立通信连接；下行数据吞吐量测试模块，用于由软件控制平台控制无线综合测仪向各个待测的WLAN终端设备发送一定数量的数据帧，测量出下行数据吞吐量；上行数据吞吐量测试模块，用于将各个待测的WLAN终端向无线综合测仪发送一定数量的数据帧，测量出上行数据吞吐量；以及处理模块，用于根据下行数据吞吐量和上行数据吞吐量，获取测试时间内的网络数据总流量，并计算出无线空中接口数据吞吐量。本发明的待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置，通过包括无线综合测试仪、软件控制平台，以及微波屏蔽暗室，将至少一个待测的WLAN终端设备放置在微波屏蔽暗室内，所述无线综合测试仪与待测的WLAN终端设备采用射频信号进行通讯连接，待测的WLAN终端设备通过分布式的竞争信道接入机制向无线综合测试仪发送上行的数据帧，同时无线综合测试仪通过竞争信道接入协议参与信道竞争，向各个待测的WLAN终端设备发送下行数据帧，所述无线综合测试仪与软件控制平台采用通讯电缆相连，软件控制平台用于对无线综合测试仪发送仪表控制信号，并接收无线综合测试仪反馈的测试数据，以计算出无线空中接口数据吞吐量，使得本发明可对单个、两个或两个以上被测设备空中接口吞吐量进行同时测试，相比测量方法，效率高，测试过程耗时短。本发明的待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试方法，通过包括步骤：待测的WLAN终端设备通过扫描、认证与关联通讯协议与无线综合测仪建立通信连接；软件控制平台控制无线综合测仪向各个待测的WLAN终端设备发送一定数量的数据帧，测量出下行数据吞吐量；各个待测的WLAN终端向无线综合测仪发送一定数量的数据帧，测量出上行数据吞吐量；根据下行数据吞吐量和上行数据吞吐量，获取测试时间内的网络数据总流量，并计算出无线空中接口数据吞吐量，使得本发明可对单个、两个或两个以上被测设备空中接口吞吐量进行同时测试，相比测量方法，效率高，测试过程耗时短。本发明的待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试系统，通过包括：通信连接模块，用于将待测的WLAN终端设备通过扫描、认证与关联通讯协议与无线综合测仪建立通信连接；下行数据吞吐量测试模块，用于由软件控制平台控制无线综合测仪向各个待测的WLAN终端设备发送一定数量的数据帧，测量出下行数据吞吐量；上行数据吞吐量测试模块，用于将各个待测的WLAN终端向无线综合测仪发送一定数量的数据帧，测量出上行数据吞吐量；以及处理模块，用于根据下行数据吞吐量和上行数据吞吐量，获取测试时间内的网络数据总流量，并计算出无线空中接口数据吞吐量，使得本发明可对单个、两个或两个以上被测设备空中接口吞吐量进行同时测试，相比测量方法，效率高，测试过程耗时短。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置提供的一实例的结构示意图；图2为本发明WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试方法提供的一实例的方法流程图；图3为本发明WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试系统提供的一实例的系统结构框图；图4为无线网络不同子层的包头开销结构示意图；图5(a)为CSMA/CA模式下竞争机制示意图；图5(b)为RTS/CTS模式下竞争机制示意图。本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。图1为本发明待测的WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置、方法及系统提供的一实例的结构示意图，如图1所示，WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试装置，包括无线综合测试仪、软件控制平台，以及微波屏蔽暗室，将至少一个待测的WLAN终端设备放置在微波屏蔽暗室内，所述无线综合测试仪与待测的WLAN终端设备采用射频信号进行通讯连接，待测的WLAN终端设备通过分布式的竞争信道接入机制向无线综合测试仪发送上行的数据帧，同时无线综合测试仪通过竞争信道接入协议参与信道竞争，向各个待测的WLAN终端设备发送下行数据帧，所述无线综合测试仪与软件控制平台采用通讯电缆相连，软件控制平台用于对无线综合测试仪发送仪表控制信号，并接收无线综合测试仪反馈的测试数据，以计算出无线空中接口数据吞吐量。具体实施中，所述无线综合测试仪包括矢量信号分析仪和矢量信号发生器，矢量信号分析仪用来进行发射机验证，矢量信号发生器用来进行扩展接收机测试。具体实施中，所述无线综合测试仪基于IEEE802.11通信协议。图2为本发明WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试方法提供的一实例的方法流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：步骤21、待测的WLAN终端设备通过扫描、认证与关联通讯协议与无线综合测仪建立通信连接；步骤22、软件控制平台控制无线综合测仪向各个待测的WLAN终端设备发送一定数量的数据帧，测量出下行数据吞吐量；步骤23、各个待测的WLAN终端向无线综合测仪发送一定数量的数据帧，测量出上行数据吞吐量；步骤24、根据下行数据吞吐量和上行数据吞吐量，获取测试时间开销内的网络数据总流量，并计算出无线空中接口数据吞吐量。具体实施中，将待测的WLAN终端设备放入微波屏蔽暗室。具体实施中，步骤22中，通过以下方式测量出下行数据吞吐量：待测的WLAN终端对每一个被正确接收的数据帧，WLAN终端则会在短时帧间距时间内向无线综合测仪返回一个ACK帧作为数据帧被正确接收的确认；对于没有被正确接收的数据帧，无线综合测仪则不会在短时帧间距时间内收到ACK帧，没有被正确接收的数据帧将被重传直到被正确接收。具体实施中，当待测的WLAN终端的数量为两个或两个以上时，步骤23中，通过以下方式测量出下行数据吞吐量：待测的WLAN终端向无线综合测仪发送的数据帧，通过分布式的竞争信道接入机制，利用冲突避免的载波侦听多路访问机制避免冲突及相互干扰，同时，对每一个被无线综合测仪正确接收的数据帧，与该数据帧对应的待测的WLAN终端设备在短时帧间距时间内则会收到一个ACK帧作为确认。图3为本发明WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试系统提供的一实例的系统结构框图，如图3所示，WLAN终端设备无线空中接口吞吐量的测试系统包括：通信连接模块31，用于将待测的WLAN终端设备通过扫描、认证与关联通讯协议与无线综合测仪建立通信连接；下行数据吞吐量测试模块32，用于由软件控制平台控制无线综合测仪向各个待测的WLAN终端设备发送一定数量的数据帧，测量出下行数据吞吐量；上行数据吞吐量测试模块33，用于将各个待测的WLAN终端向无线综合测仪发送一定数量的数据帧，测量出上行数据吞吐量；以及处理模块34，用于根据下行数据吞吐量和上行数据吞吐量，获取测试时间内的网络数据总流量，并计算出无线空中接口数据吞吐量。为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面简述本实施例的工作原理。基于IEEE802.11通信协议标准的无线综合测试仪在空中接口与多个WLAN终端关联上之后，记录下每一个WLAN终端的MAC地址。这些WLAN终端通过分布式的竞争信道接入机制，即CSMA/CA向无线综合测试仪发送上行的数据帧，同时无线综合测试仪通过协议参与信道竞争，向各个WLAN终端发送下行数据帧。在竞争传输机会的过程中，无线综合测试仪与多个WLAN终端在一个DCF帧间距时间内侦听到信道空闲，各自选择一个随机退避时间来降低所发送数据帧碰撞的可能性，即分布式协调功能。为了详细说明吞吐量的计算过程，表1列出了在整个计算过程中所涉及的一些关键指标。表1计算吞吐量的关键指标：TSIFS短时帧间距TDIFSDCF帧间距CWmin最小退避(Backoff)窗口时间TPHYhdr物理层前导码与头信息的传输时间TACKACK的传输时间TPSDU一个PSDU单元的传输时间τ无线信号传播延迟时间TRTSRTS传输时间TCTSCTS传输时间TBO退避(Backoff)时间RPHY物理层传输速率LMSDUMAC-PDU的大小(字节为单位)IEEE802.11通信协议标准涵盖了媒体访问控制的MAC层和物理的PHY层。在计算WLAN终端的最大吞吐量时，首先需要对WLAN终端发送或接收的数据帧进行分析，从而进行计算。PHY层中一个协议数据单元被定义为该层中包含PHY包头开销的传输单元的长度，即PPDU，一个服务数据单元定义为该层中有效载荷单元的大小，即Payload，而这个有效载荷为上层的PPDU。如图4所示，图4为无线网络不同子层的包头开销结构示意图，其显示了待测件在转发数据帧过程中封包以及开销的结构。如图5(a)所示，图5(a)为CSMA/CA模式下竞争机制示意图，另外在CSMA/CA基础上，WLAN终端还可以选择RTS/CTS的传输方式来避免隐藏节点所导致的碰撞，图5(b)为RTS/CTS模式下竞争机制示意图，其描述了数据帧传递的过程。单一数据帧的吞吐量计算方法；为了计算最大吞吐量(比特/秒)，本发明中首先将每一个子层中所有的时间开销转变成一个共同的时间单位。在计算过程中，通过利用类似时分复用的方式对MAC层的服务数据单元(SDU)，即MSDU进行分割，然后针对有效载荷建立有效的最大吐吞量计算模型：其中τ是信号在无线媒介传输的时间，LMSDU是有效载荷(即有效数据量，单位是字节)，TPPDU是传输这个MSDU的PPDU所需要的所有时间开销，包括从侦听空闲信道DCF帧间距开始，在退避时间内竞争得到传输机会，一直到整个数据帧的发送传输，以及收到ACK确认。TMSDU的时间开销包括如下具体内容：TPPDU＝TDIFS+TBO+TPHYhdr+TPSDU+TSIFS+TACK(2)其中TPHYhdr是固定时间，而PSDU的传输时间TPSDU＝LPSDU/RPHY等于PSDU长度(bits)除以物理层传输速率RPHY。RPHY随着采用不同的调制解调技术而有所变化，参看表1。如果采用RTS/CTS的传输方式，则TPPDU的计算方法如下：TPPDU＝TDIFS+TBO+TRTS+TSIFS+TCTS+TSIFS+TPJYhdr+TPSDU+TSIFS+TACK(3)在实际应用中WLAN终端可能会以不同的速率、协议标准进行工作，因而会产生不同延迟和开销，TPPDU就是由这些延迟、开销以及有效的服务数据单元所构成。控制帧诸如RTS、CTS、ACK，在2.4GHz频段上采用最低速率1Mbps传输而在5GHz频段上采用6Mbps的速率传输，这是为了802.11标准的后向兼容行，以保证在检测过程中，不同终端之间具有较好的兼容性，这也符合实际工程的需求。当不同的WLAN终端在测试过程中没有出现冲突时，竞争窗口(ContentionWindow,CW)的大小不会呈现指数递增。因此，CW总是可以被等效等价为最小竞争窗口的大小(CWmin)只有一个WLAN终端的无线局域网中，因为没有竞争冲突，CW总处于最小值。在具有多个WLAN终端的无线局域网中，考虑到退避时间(TBO)服从均匀随机分布，在计算每一个WLAN终端空中接口的吞吐量时TBO的值可以选取CWmin/2。WLAN终端的吞吐量计算方法；本发明公开的技术方案中，无线综合测试仪可根据数据帧MAC层头信息中的源MAC地址与目标MAC地址，分别计算出每个WLAN终端的上行与下行的数据吞吐量。在实际测量过程中，无线综合测试仪向第k个WLAN终端发送了Mk个数据帧，则这个WLAN终端的下行吞吐量可用总共传输的有效载荷数据量除以总的时间开销算出同样，这个WLAN终端的上行空中接口吞吐量也可以用上面公式计算出来。因此，网络的数据吞吐量可以通过计算转化成为每一个WLAN终端的上行与下行的数据吞吐量。非理想信道环境下的吞吐量计算方法；在非理想无线传输信道，有一部分数据帧可能丢失或不能被接收机正确解码，会导致实际空中接口的数据吞吐量下降。假定在测量过程中，无线综合测试仪向第k个WLAN终端发送了Mk个数据帧，其中丢失或错误的数据帧数量是Nk，则这个WLAN终端的下行数据吞吐量可以表示为：上述计算在统计有效载荷数据量时忽略掉错误或丢失的数据帧，但实际时间开销需要把错误或丢失的数据帧传输时间也计算在内。该WLAN终端的上行链路的吞吐量也可以用公式(5)计算得出。虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。当前第1页1 2 3