WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)測試的研究與實現(xiàn)

廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司珠海分公司 曹炳健

1.引言

隨著WiFi網(wǎng)絡(luò)的普及，從家庭、辦公室到公眾熱點甚至整個城市，WiFi網(wǎng)絡(luò)都有著非常普遍的使用。目前WiFi網(wǎng)絡(luò)所采用的頻率主要是開放的2.4G頻段，家庭、商業(yè)都無需經(jīng)過授權(quán)直接使用，加上可用頻率的有限性，導(dǎo)致同一個熱點存在多個相同頻率的信號相互干擾等情況。如何監(jiān)測WiFi網(wǎng)絡(luò)性能的好壞，是建設(shè)、維護(hù)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的重要手段。一個網(wǎng)絡(luò)性能的好壞，是通過其各項網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)值進(jìn)行表征的。對網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的研究監(jiān)測對一個WiFi網(wǎng)絡(luò)，特別是一個運營級別的WiFi網(wǎng)絡(luò)來講，有著非常重要的意義。通過網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的監(jiān)測從而判斷網(wǎng)絡(luò)性能的好壞，為平時網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提供重要的依據(jù)，進(jìn)而可以通過調(diào)整各種指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。

如何通過智能化手段，實現(xiàn)對WiFi網(wǎng)絡(luò)各項網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的監(jiān)測，是建設(shè)以及維護(hù)一個運營級別WiFi網(wǎng)絡(luò)需要面對的問題。一個好的監(jiān)測工具可以起到事半功倍的作用，為此，作者通過對WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的測試研究，利用Delphi平臺開發(fā)一個WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)路測軟件，實現(xiàn)WiFi各項網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的自動采集功能，為WiFi網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工程前期掃頻、工程驗收以及后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供一個自動化路測解決方案及科學(xué)工具。

2.WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的介紹

一個WiFi網(wǎng)絡(luò)性能的好壞，除了其無線側(cè)的指標(biāo)外，還與其上聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)性能密不可分的，本文主要針對其無線側(cè)的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)進(jìn)行研究。一般來講，監(jiān)測一個WiFi網(wǎng)絡(luò)無線側(cè)的性能主要主要監(jiān)測以下幾項指標(biāo)：

(1)SSID-服務(wù)集標(biāo)識符(網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符)；

(2)信道Chanel(頻點)；

(3)接收功率強調(diào)RSSI(單位：dBm)；

(4)信噪比SNR(因Windows系統(tǒng)開放的網(wǎng)卡API無法監(jiān)測到SNR指標(biāo)。故本軟件通過監(jiān)測連接質(zhì)量LinkQuality代替SNR)。

以上四項網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)決定了WiFi網(wǎng)絡(luò)無線側(cè)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識及性能好壞。也是本軟件在路測中主要監(jiān)測的四項無線側(cè)指標(biāo)。

3.系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)主要設(shè)計思想

WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的路測軟件的主要設(shè)計思想是：在移動測試的過程中，根據(jù)測試路徑不停檢測當(dāng)前位置的各項網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)值，然后在當(dāng)前位置將指標(biāo)值標(biāo)識出來。標(biāo)識時根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指標(biāo)代表顏色在路徑上進(jìn)行畫點，從而實現(xiàn)路測打點的整個記錄過程。

3.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用單機(jī)模式進(jìn)行設(shè)計，用戶界面采用Delphi進(jìn)行開發(fā)，測試數(shù)據(jù)文件的保存及處理采用Access作為后臺數(shù)據(jù)庫。每個測試工程的測試數(shù)據(jù)生成一個獨立的Access數(shù)據(jù)庫文件，方便每個測試工程的獨立管理以及后期報告的分析處理。

系統(tǒng)主要包括測試、報告處理兩部分功能，兩者結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程及主要功能模塊圖

如圖2所示，工程開始前先新建工程(用戶填寫一些工程的基本信息后，系統(tǒng)會根據(jù)相關(guān)的信息生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫文件)，然后導(dǎo)入路測的地圖文件。

測試開始時，需要先定位當(dāng)前位置(這里可以是手動定位也可以根據(jù)外置的GPS裝置，根據(jù)實施獲取的位置信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實時定位，就是通過相應(yīng)的算法將當(dāng)前位置在地圖上定位)，然后通過無線網(wǎng)卡讀取當(dāng)前檢測到的無線網(wǎng)絡(luò)各項指標(biāo)值，并保存到設(shè)定的數(shù)據(jù)庫表格中，然后在地圖上標(biāo)識當(dāng)前測試點的測試值(可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的色值改變測試點的顏色，也可以直接在測試點上添加關(guān)鍵指標(biāo)值)。

每次處理完一個測試點的數(shù)據(jù)后，檢查用戶是否結(jié)束測試工作，如果沒結(jié)束，則更新定位信息(手動定位以及GPS實時定位對應(yīng)的算法不同)，重新定位當(dāng)前位置后，重新讀取數(shù)據(jù)重復(fù)以上工作。如果用戶要結(jié)束測試工作，則保存工程文件的數(shù)據(jù)。

后期的路測分析報告就從上述所保存的數(shù)據(jù)總提起相應(yīng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)特定的要求進(jìn)行統(tǒng)計、生成圖表等，按照指定的形式生成路測分析報告。

4.主要實現(xiàn)技術(shù)

4.1 地圖定位

系統(tǒng)支持兩種方式進(jìn)行地圖的定位：手動定位和GPS實時定位。由于WiFi的測試大部分在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行，而室內(nèi)環(huán)境無法接受到GPS信息，所以手動定位的方式比較常用，在室外場景的測試中，才用到GPS實時定位。這里主要介紹一下常用手動定位的設(shè)計思路。

路測是指測試設(shè)備的移動過程中，不停循環(huán)檢測網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)值，并按指定的路徑記錄下來的一個過程。在手動定位的過程中，只需用戶設(shè)定測試起點、轉(zhuǎn)折點以及終點位置（通過點擊地圖位置獲取），系統(tǒng)就會把相鄰兩點之間的路徑默認(rèn)為直線路徑進(jìn)行定位，根據(jù)用戶設(shè)定的采樣頻率進(jìn)行定時采樣打點。具體算法如下：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖

圖3 RSSI指標(biāo)色值范圍圖

圖4 xx熱點ChinaUnicom的RSSI覆蓋指標(biāo)統(tǒng)計圖

(1)定位始點位置，并將終點位置設(shè)為始點位置(兩點相同)。

(2)按設(shè)定的頻率檢測無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)值。

(3)將每次檢測到的數(shù)據(jù)作為臨時測試點數(shù)據(jù)臨時保存。

(4)判斷終點是否和始點位置一致，如果一致，則轉(zhuǎn)到(2)；如果不一致，繼續(xù)往下。

1)將以保存的臨時數(shù)據(jù)點，按直線路徑，等距分布在始點與終點之間，并將臨時數(shù)據(jù)點加上所分布的位置信息，保存為正式測試點數(shù)據(jù)。

2)將始點坐標(biāo)設(shè)為終點坐標(biāo)位置，為下一路段測試準(zhǔn)備。

3)判斷用戶是否有結(jié)束測試工作的請求，如果沒有，則轉(zhuǎn)到(2)；如果要結(jié)束，則往下。

4)保存所有正式測試點數(shù)據(jù)。

4.2 通過無線網(wǎng)卡讀取WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)值

本軟件對無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)值的獲取，主要是通過筆記本電腦自帶的無線網(wǎng)卡進(jìn)行獲取。由于不同筆記本終端的網(wǎng)卡不盡相同，故通過網(wǎng)卡的驅(qū)動程序進(jìn)行監(jiān)測無線信號的可操作性不大。本軟件通過調(diào)用Windows系統(tǒng)的Native Wifi Reference API函數(shù)，實現(xiàn)對Windows系統(tǒng)中無線網(wǎng)卡的簡易操作，包括對無線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的獲取。主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)獲取的代碼如下：

4.3 通過預(yù)設(shè)的色值標(biāo)識測試點

為使用戶能簡單、直觀地判斷測試指標(biāo)值的好壞，軟件對測試指標(biāo)值進(jìn)行色差標(biāo)識。例如對RSSI指標(biāo)的色值標(biāo)識時，設(shè)定為如圖3所示，將某一區(qū)間的指標(biāo)值，設(shè)定為一個顏色顯示。根據(jù)每個測試點的指標(biāo)值顯示為對應(yīng)的顏色，在整個測試結(jié)果顯示中，指標(biāo)值好壞情況就可以一目了然。下面是一段根據(jù)RSSI值獲取預(yù)設(shè)顏色值的函數(shù)代碼：

4.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及報告的生成

自動生成測試報告是軟件的另一功能模塊，主要是根據(jù)測試過程中保存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，通過利用數(shù)據(jù)庫的查詢統(tǒng)計功能，對測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，按設(shè)定的報表方式生成測試報告。例如對RSSI的指標(biāo)測試，WiFi工程驗收規(guī)范有一項為“指標(biāo)要求：目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上的位置，接收信號電平≥-75dBm”。軟件通過對數(shù)據(jù)庫的查詢統(tǒng)計，實現(xiàn)了如下的報表功能，簡單明了的實現(xiàn)了驗收指標(biāo)的核對。圖4為在某一熱點測試的ChinaUnicom的網(wǎng)絡(luò)覆蓋RSSI指標(biāo)的報表。

5.結(jié)語

本文主要介紹如何通過采用Delphi平臺開發(fā)一個WiFi網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)路測軟件，實現(xiàn)WiFi各項網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的自動采集。為WiFi網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工程前期掃頻、工程驗收以及后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供一個自動化路測解決方案及科學(xué)工具。使WiFi網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護(hù)、優(yōu)化人員可以從大量的手動測試工作中節(jié)省時間，把精力集中在所關(guān)心的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)分析上，對網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)、優(yōu)化工作起到事半功倍的效果。