WLAN無(wú)線局域網(wǎng)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

陳杰 歐冬秀

摘要：介紹了基于實(shí)際運(yùn)營(yíng)的校園無(wú)線局域網(wǎng)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程及主要內(nèi)容，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)地勘察、測(cè)試與分析，發(fā)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)際運(yùn)用中的問(wèn)題并提出優(yōu)化方案，可鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線局域網(wǎng)；無(wú)線AP；無(wú)線漫游；同鄰頻干擾；寬帶業(yè)務(wù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）01-0254-04

一、引言

無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線局域網(wǎng)具有靈活性強(qiáng)、擴(kuò)展能力好、部署成本較低、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。隨著移動(dòng)終端產(chǎn)品的不斷豐富，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日漸成熟和不斷普及，越來(lái)越多的高校開(kāi)始在校園中構(gòu)建和鋪設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

借助校園無(wú)線局域網(wǎng)，開(kāi)展無(wú)線局域網(wǎng)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)，能夠綜合考察和鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生對(duì)所學(xué)課程有直觀的認(rèn)識(shí)及深入的了解，提高專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，鍛煉動(dòng)手能力，有利于把學(xué)生培養(yǎng)成符合社會(huì)需求的綜合型、應(yīng)用型技術(shù)人才。

二、實(shí)驗(yàn)工具

本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)試工具是上海圖智通訊科技有限公司的東方龍專(zhuān)業(yè)智能測(cè)試系統(tǒng)。該工具提供了針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的場(chǎng)強(qiáng)及信噪比檢測(cè)、信號(hào)覆蓋室內(nèi)外路測(cè)、接入認(rèn)證測(cè)試、無(wú)線局域網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)測(cè)試、頻譜干擾分析、協(xié)議分析及故障診斷等功能。

三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境

無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境決定了實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)效果。為了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和獨(dú)立思考、分析的能力，考查學(xué)生對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)與組網(wǎng)的方法的掌握程度，實(shí)驗(yàn)環(huán)境定為實(shí)際運(yùn)營(yíng)的校園無(wú)線局域網(wǎng)。圖1為典型校園無(wú)線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，無(wú)線AP連接至現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)的接入交換機(jī)，無(wú)線終端通過(guò)無(wú)線AP接入校園有線網(wǎng)絡(luò)，在核心網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)登記、認(rèn)證、授權(quán)等流程后實(shí)現(xiàn)接入上網(wǎng)。

實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在校園內(nèi)有WLAN信號(hào)覆蓋的食堂、學(xué)院、教室、圖書(shū)館、宿舍等建筑物內(nèi)及商業(yè)街、道路等室外場(chǎng)所開(kāi)展實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作。對(duì)于選擇建筑物內(nèi)測(cè)試的，測(cè)試點(diǎn)位選擇盡可能覆蓋所選區(qū)域的所有房間和墻壁角落。

四、實(shí)驗(yàn)流程要求

針對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的校園無(wú)線局域網(wǎng)，實(shí)驗(yàn)的流程設(shè)計(jì)如下：（1）要求學(xué)生了解校園無(wú)線局域結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)模式。（2）了解所選區(qū)域測(cè)試點(diǎn)的覆蓋情況，天線的分布情況以及建筑的地形，這是測(cè)試前必須做的準(zhǔn)備工作。（3）學(xué)會(huì)測(cè)試工具的使用，參見(jiàn)測(cè)試軟件的使用文檔。（4）了解當(dāng)前的覆蓋及網(wǎng)絡(luò)情況，計(jì)劃覆蓋范圍與實(shí)際覆蓋效果進(jìn)行對(duì)比，看是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。當(dāng)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)異常情況或與預(yù)期目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)時(shí)，保存測(cè)試數(shù)據(jù)和了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因。（5）測(cè)試完成后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況及數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)測(cè)試、分析報(bào)告，要求描述該點(diǎn)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況、出現(xiàn)的問(wèn)題點(diǎn)、原因及解決方案。（6）測(cè)試、分析報(bào)告及優(yōu)化方案要求邏輯結(jié)構(gòu)規(guī)范、合理。完成后檢查報(bào)告，有不妥當(dāng)之處及時(shí)改正。

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及指標(biāo)

無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣泛，涉及通信、網(wǎng)絡(luò)、信息安全等專(zhuān)業(yè)知識(shí)和應(yīng)用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)工具，WLAN無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析的選項(xiàng)包括：覆蓋信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)、信噪比、PING丟包率、PING時(shí)延、AP關(guān)聯(lián)成功率、AP間切換成功率、同AP下用戶隔離度、Portal頁(yè)面彈出時(shí)延、網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)首頁(yè)刷新時(shí)延、WEB認(rèn)證接入成功率、WEB認(rèn)證接入時(shí)延、單AP用戶容量、同頻干擾、鄰頻干擾。

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重點(diǎn)關(guān)注無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)、信噪比、同鄰頻干擾及網(wǎng)絡(luò)用戶漫游及寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中的勘察、規(guī)劃、設(shè)計(jì)及優(yōu)化等工作有效結(jié)合起來(lái)，充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的工程實(shí)踐特性。

1.無(wú)線覆蓋信號(hào)強(qiáng)度。信號(hào)強(qiáng)度、噪聲強(qiáng)度、信噪比是無(wú)線局域網(wǎng)測(cè)試中最重要的指標(biāo)。信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)試是驗(yàn)證信號(hào)衰減的狀態(tài)，該參數(shù)是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的基本參數(shù)，信號(hào)強(qiáng)度據(jù)決定了無(wú)線局域網(wǎng)站點(diǎn)能否上網(wǎng)連通以及接收能力和傳輸速率的大小。

由于無(wú)線局域網(wǎng)使用的是公共頻道，在這些頻道中還有其他通信或工業(yè)設(shè)備，例如微波爐、手提電話、2.4G/5.8G微波傳輸設(shè)施都會(huì)給無(wú)線局域網(wǎng)造成噪聲，對(duì)傳輸造成干擾；另外，無(wú)線信號(hào)的傳播還受無(wú)線AP發(fā)射功率、障礙物阻擋屏蔽等因素的影響。因此，在測(cè)試過(guò)程中除了記錄數(shù)據(jù)，還要觀察無(wú)線AP周邊傳輸環(huán)境，并結(jié)合頻譜圖辨識(shí)干擾源，比較無(wú)干擾和有干擾的環(huán)境下用戶關(guān)聯(lián)上網(wǎng)的不同體驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)測(cè)試點(diǎn)的選取應(yīng)均勻分布，能夠反映該區(qū)域的覆蓋情況。要求學(xué)生記錄所選區(qū)域的AP輸出的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度、信噪比等參數(shù)以及無(wú)線信號(hào)頻譜圖。圖2、圖3為測(cè)試工具提供的場(chǎng)強(qiáng)掃描測(cè)試和場(chǎng)強(qiáng)信噪比檢測(cè)應(yīng)用界面。

為了獲得復(fù)雜環(huán)境下的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋整體效果圖，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生進(jìn)行測(cè)試區(qū)域的信號(hào)覆蓋打點(diǎn)測(cè)試。通過(guò)工具所提供的建模繪圖功能，繪制出所測(cè)區(qū)域的平面圖形，按照測(cè)試行進(jìn)路線進(jìn)行信號(hào)覆蓋打點(diǎn)測(cè)試。信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)打點(diǎn)測(cè)試如圖4所示。

2.漫游測(cè)試。無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在多個(gè)無(wú)線AP，無(wú)線用戶可以在整個(gè)無(wú)線網(wǎng)覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)，移動(dòng)終端的無(wú)線網(wǎng)卡能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)附近信號(hào)強(qiáng)度最大的無(wú)線AP，并通過(guò)這個(gè)AP收發(fā)數(shù)據(jù)，保持不間斷的網(wǎng)絡(luò)連接，這就稱為無(wú)線漫游。無(wú)縫切換漫游是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)，如果漫游中斷則會(huì)造成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的中斷，影響網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用。在進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試時(shí)，測(cè)試終端通過(guò)認(rèn)證接入網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試終端由目前接入AP的覆蓋范圍移動(dòng)至相鄰AP的覆蓋范圍以后，一直進(jìn)行的PING本地網(wǎng)關(guān)應(yīng)仍然成功，測(cè)試應(yīng)包含所選區(qū)域所有相鄰AP。記錄測(cè)試結(jié)果，分析實(shí)現(xiàn)漫游所需要的重疊區(qū)域信號(hào)強(qiáng)度及AP分布是否合理。通過(guò)漫游測(cè)試，了解無(wú)線局域網(wǎng)的漫游機(jī)制及漫游對(duì)無(wú)線AP覆蓋的要求。

3.同鄰頻干擾測(cè)試。同頻干擾是指兩個(gè)工作在相同頻率上的WLAN設(shè)備之間的相互干擾，鄰頻干擾是指相鄰或相近的頻道的信號(hào)之間的相互干擾。測(cè)試過(guò)程中，需要明確某個(gè)AP覆蓋區(qū)域，并在AP覆蓋區(qū)邊緣選取測(cè)試點(diǎn)。對(duì)于多個(gè)無(wú)線AP同時(shí)使用的信道，進(jìn)行單信道測(cè)試，查看是否有同頻干擾。觀察是否有無(wú)線AP工作在相鄰信道上，查看是否有鄰頻干擾。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中除了記錄同鄰頻干擾測(cè)試數(shù)據(jù)外，還應(yīng)關(guān)注在干擾的情況下，用戶能否正常關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及關(guān)聯(lián)后的下載速率，最后分析得出同頻干擾對(duì)用戶速率影響的規(guī)律參考值。

4.寬帶業(yè)務(wù)測(cè)試。寬帶業(yè)務(wù)測(cè)試數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。寬帶業(yè)務(wù)測(cè)試主要包括無(wú)線流媒體測(cè)試、網(wǎng)站訪問(wèn)測(cè)試、Email收發(fā)測(cè)試、語(yǔ)音對(duì)話及FTP上下行速率測(cè)試等。在進(jìn)行寬帶業(yè)務(wù)測(cè)試前，要求學(xué)生了解、分析校園內(nèi)教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)、宿舍區(qū)、圖書(shū)館等不同區(qū)域、在不同時(shí)間段用戶的數(shù)量分布及業(yè)務(wù)應(yīng)用的特征，因?yàn)檫@些因素將決定網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線AP數(shù)量和帶寬。比如某教學(xué)區(qū)域需要滿足幾十名學(xué)生同時(shí)點(diǎn)播多媒體課件，無(wú)線AP的實(shí)際負(fù)載可能會(huì)加重，影響網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，這時(shí)就需要考慮增加AP的數(shù)量來(lái)減輕AP的負(fù)載，改善寬帶業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。而了解不同區(qū)域用戶在無(wú)線局域網(wǎng)上運(yùn)行的主要業(yè)務(wù)應(yīng)用，主要是為了分析網(wǎng)絡(luò)的帶寬是否滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用：如宿舍區(qū)域?qū)W生通常喜歡上網(wǎng)聊天、視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲和語(yǔ)音對(duì)話等，則對(duì)帶寬要求較高；辦公區(qū)域則是連接到校園辦公系統(tǒng)、收發(fā)電子郵件和處理各類(lèi)業(yè)務(wù)，對(duì)帶寬要求較低。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求在不同時(shí)間段的同一測(cè)試點(diǎn)位上，用測(cè)試系統(tǒng)調(diào)用不同的寬帶業(yè)務(wù)系統(tǒng)，記錄其下載速率，并分析用戶數(shù)、不同功能區(qū)域、不同業(yè)務(wù)應(yīng)用與下載速率之間的關(guān)系。

5.實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵指標(biāo)參考。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各測(cè)試項(xiàng)的關(guān)鍵指標(biāo)如表1所示，作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析的依據(jù)。

六、結(jié)語(yǔ)

借助實(shí)際運(yùn)營(yíng)的校園無(wú)線局域網(wǎng)，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)地勘察、測(cè)試與分析，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)用中的問(wèn)題，并提出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案，可使學(xué)生深入了解無(wú)線局域網(wǎng)原理和技術(shù)，也能增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

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