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cdma2000標(biāo)準(zhǔn)是國際上公認(rèn)的3G標(biāo)準(zhǔn)之一，是由IS-95標(biāo)準(zhǔn)演變而來的。cdma2000可以同時支持高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與話音業(yè)務(wù)。與IS-95相比，cdma2000 1X的話音容量增加了將近一倍，前向和反向鏈路理論上最高的突發(fā)數(shù)據(jù)速率可達(dá)到624kbit/s（版本0可支持的最高數(shù)據(jù)速率為316.8kbit/s，版本A可支持的最高數(shù)據(jù)速率為624.0kbit/s）。另外，由于cdma2000與IS-95具有良好的兼容性，從現(xiàn)有的IS－95網(wǎng)絡(luò)升級到cdma2000非常方便。
當(dāng)然，cdma2000高性能的實現(xiàn)依賴于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和建設(shè)。對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的性能測試是移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必不可少的過程，它可以幫助工程師和運營商在問題出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)并解決它們，這對于新建的網(wǎng)絡(luò)尤其重要。因為人們對新生事物總是抱著懷疑的態(tài)度，任何一點小問題都有可能打擊消費者的信心而導(dǎo)致運營的失敗。在無線環(huán)境中，由于路徑損耗和多徑衰落，處于不同位置的用戶所擁有的信道質(zhì)量存在著很大的差別，因而網(wǎng)絡(luò)的QoS對地理位置相當(dāng)敏感。通常來說，我們可以用路測的方法對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測試。
在即將商用的3G移動網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占據(jù)更大的比例，并逐漸成為主要業(yè)務(wù)。用戶希望能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)隨時隨地接入Internet。因此，諸如吞吐量、時延、時延擴展以及數(shù)據(jù)丟失率等表現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能的參數(shù)更值得我們關(guān)注。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在傳輸過程中經(jīng)常需要經(jīng)過多個不同的網(wǎng)絡(luò)，而這些途經(jīng)網(wǎng)常常難以測試，因而使得無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS測試變得十分困難。
本文討論在移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，如何利用路測的方法對網(wǎng)絡(luò)的各項性能指標(biāo)進(jìn)行測試，尤其重點介紹了對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)端到端性能的測試。這類測試要在一輛經(jīng)特殊裝備的汽車上完成。對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測量，需要在Internet端建立一個提供數(shù)據(jù)服務(wù)的服務(wù)器，在移動設(shè)備端配置一臺計算機作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的客戶端。測試車行駛的測試路線應(yīng)覆蓋盡可能大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)。下面詳細(xì)介紹cdma2000的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)及其測試方案。
一、QoS 指標(biāo)
3G網(wǎng)絡(luò)有一套自定義的業(yè)務(wù)類型集。其它異種網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)接入3G網(wǎng)絡(luò)時都映射為3G建議的4種業(yè)務(wù)類型：會話業(yè)務(wù)、流業(yè)務(wù)、交互業(yè)務(wù)和背景業(yè)務(wù)。會話業(yè)務(wù)，如電話和視頻會議，用于承載實時的業(yè)務(wù)流。其特點是低時延、低數(shù)據(jù)丟失率，對時延抖動敏感。流業(yè)務(wù)類型的特征與會話業(yè)務(wù)基本相似。主要區(qū)別在于，流業(yè)務(wù)類型對時延的要求更低，對帶寬的要求更高。交互和背景業(yè)務(wù)類型用于傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用，如WWW、Email、Telnet、FTP和News等，主要的區(qū)別在于交互型業(yè)務(wù)是雙向的，而背景類型業(yè)務(wù)主要用于Email或文件的背景下載。
當(dāng)用戶使用這些無線業(yè)務(wù)時，他們感受到的業(yè)務(wù)質(zhì)量帶有個人主觀性。要客觀地評價用戶所能獲得的QoS，必須定義一些量化且可測量的性能指標(biāo)。對于傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)，重點需要考察下面一些指標(biāo)。
�。�1）手機發(fā)射功率：衡量網(wǎng)絡(luò)的反向覆蓋質(zhì)量。當(dāng)手機遠(yuǎn)離基站時，路徑損耗增大，手機需要更大的發(fā)射功率來克服路徑損耗的影響。在網(wǎng)絡(luò)的覆蓋邊緣，手機的發(fā)射功率接近它的最大發(fā)射功率。我們常用的Band Class 0頻率段的III類手機的最大發(fā)射功率為23dBm（200mW）。
�。�2）手機接收功率：與導(dǎo)頻的Ec/Io共同衡量網(wǎng)絡(luò)的前向覆蓋質(zhì)量。接近覆蓋邊緣的手機的基站路徑損耗比處于覆蓋中心的損耗大，因此接收到的基站功率變小。
�。�3）接收導(dǎo)頻的Ec/Io：接收到的導(dǎo)頻信號的每碼片能量與干擾功率譜密度之比。導(dǎo)頻用于對基站發(fā)來的業(yè)務(wù)信號進(jìn)行相干解調(diào)，當(dāng)導(dǎo)頻的Ec/Io過小時，手機就不能對業(yè)務(wù)信號進(jìn)行正確的解調(diào)。
�。�4）呼叫建立時延：從移動臺發(fā)起呼叫到開始通話這段等待時間。
�。�5）誤幀率：接收到的錯誤的幀數(shù)與總幀數(shù)之比，反映話音質(zhì)量高低。少量的錯幀不影響人們對語音的識別，但是，如果誤幀率過高將影響接收到的語音質(zhì)量。
�。�6）掉話率：被中斷的通話次數(shù)與總通話次數(shù)之比。
�。�7）呼叫失敗率：呼叫建立失敗的次數(shù)與總呼叫次數(shù)之比。
對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用戶感知的業(yè)務(wù)質(zhì)量映射為下列可量化的QoS指標(biāo)。
�。�1）吞吐量：在沒有丟失的情況下，手機每秒發(fā)出或接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。吞吐量指標(biāo)反映了cdma2000網(wǎng)絡(luò)可以用多快的速度傳送數(shù)據(jù)�，F(xiàn)在，人們已經(jīng)習(xí)慣了有線Internet的高速率，如果cdma2000網(wǎng)絡(luò)不能提供足夠高的吞吐量，將很難吸引客戶。
�。�2）回路時延：手機從發(fā)出請求到收到確認(rèn)這段等待時間。分組數(shù)據(jù)呼叫通常采用TCP協(xié)議，TCP有流量控制，它根據(jù)收、發(fā)雙方之間的往返時延來優(yōu)化帶寬的分配。
�。�3）時延：分組從發(fā)出起，到目的主機收到該分組的這段等待時間。用戶希望網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)速度快，時延小。cdma2000的總時延包括無線業(yè)務(wù)信道建立時延、鏈路層協(xié)議初始化時延、傳輸時延、服務(wù)器響應(yīng)時延等。
�。�4）接入時長：從業(yè)務(wù)請求開始到PPP建立成功的時間，包括無線信道建立的時間和PDSN建立PPP連接的時間。
（5）休眠模式重新激活的時長：手機從休眠狀態(tài)切換到激活狀態(tài)過程的時長。由于無線信道的有限性和分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性，cdma2000網(wǎng)絡(luò)并不打算將無線信道讓手機一直占用。如果手機在一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)突發(fā)，網(wǎng)絡(luò)將釋放分配給手機的無線信道，手機進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)手機側(cè)或網(wǎng)絡(luò)側(cè)再次發(fā)起請求，網(wǎng)絡(luò)重新為手機分配無線信道，手機切換到激活狀態(tài)。
由于IP被公認(rèn)為是用戶接入Internet惟一而有效的協(xié)議，上述數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)可以在應(yīng)用層或IP層進(jìn)行測量。
二、測試設(shè)備
一輛經(jīng)特殊裝備的車對于路測是必不可少的。車內(nèi)裝備的測試系統(tǒng)主要由一臺計算機、一個GPS接收機和一個測試手機組成。計算機用于控制手機發(fā)起呼叫、發(fā)送和接收Internet業(yè)務(wù)。當(dāng)然，計算機還用于對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。GPS接收機用于接收衛(wèi)星發(fā)送的地理位置信息。測試手機則用于產(chǎn)生呼叫、接入無線網(wǎng)絡(luò)以及收集網(wǎng)絡(luò)信息等。測試手機的數(shù)目可以不止一個，這樣可以同時進(jìn)行多個測試任務(wù)。如果有兩個測試手機，其中一個可以用于測試話音業(yè)務(wù)的掉話率，另一個則可以測試數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的吞吐量。測試時，手機可以放在車的后座上，由計算機控制，GPS接收機則要放在車頂，以保證衛(wèi)星信號的接收質(zhì)量。
除了以上描述的硬件設(shè)備外，測試當(dāng)中還需要安裝一些必要的軟件，如電子地圖、后處理分析器和統(tǒng)計工具等。然后，還需要一臺繪圖儀將測試結(jié)果繪制出來。
三、測試方法
雖然各種網(wǎng)絡(luò)組件的性能測試已經(jīng)由設(shè)備廠商在實驗室完成，但這還不夠，因為運營商和用戶更關(guān)心實際環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)性能。我們可以用路測的方法測量網(wǎng)絡(luò)的實際性能，這是一種加擾測試。由于增加了業(yè)務(wù)量，加擾測試可能會影響網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，對網(wǎng)絡(luò)QoS的路測通常在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期或低業(yè)務(wù)時間段進(jìn)行。
（1）采樣點準(zhǔn)則
網(wǎng)絡(luò)的QoS對無線鏈路質(zhì)量有很強的依賴性，而無線鏈路質(zhì)量與地理位置又有著極大的相關(guān)性，并且變化劇烈。在蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)中，地理區(qū)域被劃分為一個個小區(qū)，每個小區(qū)由一個裝備了收發(fā)設(shè)備的基站提供服務(wù)。移動臺與鏈路質(zhì)量最好的基站進(jìn)行通信。通常，移動臺離基站越近，無線信號衰落越小，接收到的信號強度就越高，從而獲得較好的QoS。而當(dāng)移動臺遠(yuǎn)離基站時，情況正好相反。另外，當(dāng)移動臺靠近阻擋物或進(jìn)入信號深衰落地區(qū)時，信號發(fā)生劇烈下降，移動臺獲得的QoS也將變差。因此，對網(wǎng)絡(luò)性能的客觀評估要建立在一個正確的采樣原則上。
QoS測試應(yīng)在一輛行進(jìn)的車上進(jìn)行。選取的測試路線應(yīng)覆蓋盡可能大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)。然而，由于繁重的測試工作量和某些地區(qū)不方便車輛行駛等原因，要測試完網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)的所有地點幾乎是不可能的。依據(jù)話務(wù)密度的大小，我們可以將整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為多個子區(qū)域，如商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、公園等。對于每一個子區(qū)域，我們選取一部分道路和街道進(jìn)行測量，重點區(qū)域或者高話務(wù)密度區(qū)可以增加測試比例。
�。�2）話音業(yè)務(wù)的測量
話音業(yè)務(wù)性能的測量通過撥打測試來進(jìn)行。對于手機的發(fā)射功率、接收功率、接收導(dǎo)頻的Ec/Io以及FER的測試，要將測試手機設(shè)置成全速率的Markov長時呼叫，手機測出的發(fā)射功率、接收功率、導(dǎo)頻的Ec/Io和FER通過串口由計算機記錄。由于無線信號的多徑衰落，需要對一小段距離的功率測量值進(jìn)行平均，以獲得信號的本地均值。對此測量值進(jìn)行平均的路徑長度，既要保證平滑掉無線信號的快衰落，又不能由于波長太長而使信號的慢衰落也被濾除。一般來說，該長度應(yīng)在40個波長以上。呼叫建立時延通過多次呼叫統(tǒng)計，每次呼叫的時延可以通過公式△t=t2-t1計算，其中t1表示移動臺發(fā)起呼叫的時刻，t2表示移動臺接收到指示呼叫建立成功的消息時刻（對于cdma2000，該時刻為手機接收到基站發(fā)來的業(yè)務(wù)連接完成層三信令的時刻）。掉話率和呼叫失敗率通過500次以上的撥打測試來統(tǒng)計。對于掉話率的測試，呼叫測試時長應(yīng)持續(xù)90到120秒，對于呼叫失敗率，呼叫測試時長持續(xù)幾秒即可。
�。�3）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS測量
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)QoS測試是進(jìn)行一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的測試，如WWW、Email、FTP以及News。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測試系統(tǒng)如圖1所示。在數(shù)據(jù)連接的移動臺端，配置一臺計算機用于請求Internet應(yīng)用。在數(shù)據(jù)連接的網(wǎng)絡(luò)端，建立一臺獨立的Linux服務(wù)器用于接收無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請求。為了盡可能消除數(shù)據(jù)傳輸過程中受到的途經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的影響，我們應(yīng)保證在Linux服務(wù)器和無線網(wǎng)絡(luò)之間分配足夠的帶寬或在Internet空閑的時間段進(jìn)行QoS測試。每種QoS指標(biāo)的測試方法如下所述。
A．吞吐量測試：在Linux平臺安裝一個FTP服務(wù)器，測試文件的下載和上傳。從接收到文件的大小以及計算機記錄的傳輸時間，可以統(tǒng)計出數(shù)據(jù)的平均吞吐量。下載或上傳文件的大小以1MB～10MB為宜。為了反映移動速度對吞吐量的影響，吞吐量的測試可以在靜止或3km/h、30km/h、60km/h左右的速度下分別測試。
B．回路時延測試：通過UNIX標(biāo)準(zhǔn)的“ping”指令可以進(jìn)行回路時延的測量�！皃ing" 指令發(fā)送一個Internet Control Message Protocol (ICMP)消息請求到目的主機，目的主機收到后將立刻送回一個響應(yīng)。在路測過程中，回路時延的統(tǒng)計可以在一定時間間隔內(nèi)不斷發(fā)起“ping"命令來實現(xiàn)。
C．時延測試：時延的測量可以采用一類特殊的測試軟件來完成。這種測試軟件產(chǎn)生一些特殊的IP包，在這些特殊的IP包中，發(fā)送時間戳被插入到包的“凈荷”里。當(dāng)收到這些IP包時，解出發(fā)送時間即可計算出端到端的時延。
D．接入時長測試：在手機側(cè)產(chǎn)生數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請求，在PPP連接成功后，斷開PPP連接，再產(chǎn)生下一次請求。通過多次的呼叫，可以統(tǒng)計數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入時長。每次呼叫的接入時長為無線信道建立時長和PPP連接建立時長之和。無線信道建立時長可以由計算機記錄的手機的層三信令計算，它的值為業(yè)務(wù)建立連接完成信令和始發(fā)信令的時間差，PPP建立時長可以從操作系統(tǒng)的日志中計算出來。
E．休眠模式重新激活的時長測試：手機側(cè)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)請求，在PPP連接成功后，靜止一段時間，等待手機進(jìn)入休眠狀態(tài)，然后從手機側(cè)（或網(wǎng)絡(luò)側(cè)）發(fā)起一個請求，這時手機發(fā)送始呼消息（網(wǎng)絡(luò)側(cè)的呼叫為尋呼消息），記錄下業(yè)務(wù)連接完成消息和始呼消息的時間差即為休眠模式重新激活的時長。
四、網(wǎng)絡(luò)性能統(tǒng)計
測試結(jié)束后，要對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過對一些QoS指標(biāo)的統(tǒng)計，我們可以定量地描述網(wǎng)絡(luò)性能。通常，由各種QoS指標(biāo)的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差可以反映出網(wǎng)絡(luò)的性能。數(shù)據(jù)用圖形的方式表達(dá)則使得對網(wǎng)絡(luò)性能的描述更加直觀。
在電子地圖的幫助下，工程師可以找出網(wǎng)絡(luò)的哪些地方出現(xiàn)了問題，如覆蓋差，吞吐量低或無法進(jìn)行數(shù)據(jù)連接等。電子地圖的最小處理單位叫做“bin”，通常為20m×20m或50m×50m。每個bin里采集的數(shù)據(jù)要進(jìn)行平均。不同的顏色用于表示不同的覆蓋質(zhì)量。吞吐量、時延指標(biāo)等也可以借助地圖的方式表示，另外PDF和CDF圖也常用于表達(dá)網(wǎng)絡(luò)性能的統(tǒng)計特性。
網(wǎng)絡(luò)由IS-95過渡到cdma2000后，用戶將享受到速率更高、種類更豐富的業(yè)務(wù)服務(wù)。然而，由于cdma2000是一種新的技術(shù)，為了滿足客戶需求，必須使客戶獲得可接受的服務(wù)質(zhì)量。因此，必須對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行細(xì)致地試驗、設(shè)計、安裝和優(yōu)化。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的每一個階段，都要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，以確保能提供的服務(wù)質(zhì)量。
----《通信世界》
