測試鏈路自適應策略的IP分析技術 - 全文

　　鏈路自適應（也稱為調度），首先是作為3GPP協議下HSDPA技術的一個特點推出的，它是手機無線網絡分配射頻資源的一種方法。采用這樣方法，基站采用的射頻協議在每個傳輸時間間隔（TTI）為下行鏈路傳輸提供數據及為上行鏈路傳輸分配資源（見圖1）。

　　圖1：每個TTI必須執(zhí)行的處理功能。

　　由于TTI可短至1ms， 該調度技術提供了極大靈活性，以將流量路由和吞吐率與可用資源匹配起來。它是高通量、穩(wěn)定和有效利用帶寬的關鍵。然而，鏈路自適應實施中的一個根本問題一直困擾著手機設備的發(fā)展：常規(guī)的測試設置無法充分查明并定位鏈路自適應方法在工作中出現的錯誤和失敗。本文提出了一種測試設置，它能以精準到具體TTI的水平檢測并定位調度錯誤。

　　測試鏈路自適應的常規(guī)策略

　　傳統上，功能和性能測試是協議和系統驗證過程中兩個截然不同的部分。調度通常包括在功能測試部分，而該功能同時也對性能（數據吞吐量）有根本性的影響。

　　傳統的功能測試方法產生巨量的日志記錄（log），因為每個TTI（也即每1ms）調度軟件都接收輸入并做出決策。這意味著，日志分析既繁瑣又耗時，因此并不進行該工作。相反，鏈路自適應通常是采用簡單但有限配置（與滿足覆蓋現實使用各可能情況的要求有相當差距）實施的功能測試。

　　鏈路自適應的性能測試是通過測量數據吞吐量實現的。因鏈路自適應功能測試的范圍有限，所以必須等到性能測試開始，才可進行完整的功能驗證。顯而易見，這通常處在項目開發(fā)的后期。在很多時候，鏈路自適應存在的性能問題，與功能上的錯誤息息相關。如果這些功能問題是在性能測試過程中發(fā)現的，則必須對這些問題予以糾錯，這可能意味著必須對設備的某些部分進行重新設計并重新進行部分驗證。因此，精準的性能測試數據就成為一種寶貴資源，它使開發(fā)工程師能集中精力在確實較勁的地方調試差錯并反復驗證。

　　不幸的是，今天的常規(guī)性能測試設置提供的輸出非常不精確。它們包括運行于PC或UNIX工作站上的服務器應用和撥號PC上運行的客戶端應用。服務器和客戶端應用實現數據通信協議（如FTP傳輸）、進行測量并提供結果。

　　問題是，Windows或Unix操作系統（OS）一般提供的計時精度約為500ms。真實情況是，Windows應用中數據包的實際傳輸通常使用NDIS技術，它具有優(yōu)于Windows本身的計時精度，但對這些傳輸的測量受操作系統的影響。

　　更糟的是，即使這種數百毫秒水平粗放的計時精度，操作系統或計算機制造商也不能保證。因為LTE（以及HSPA和HSPA+的一些配置）的TTI為1ms，顯然，基于Windows的應用可能提供的數據流通量不會超過OSI堆棧應用層面的總吞吐量水平。所以，精準到具體TTI的功能問題的詳細定位信息就不可能提供。為找出有助于調試吞吐量問題的這類信息，研究一個簡化的例子就很有幫助（見圖2）。

　　圖2：包重傳造成的后果是降低了數據吞吐率。

　　例如通過基站傳輸的一個IP數據流。采用鏈路自適應，調度器采用最大和最小的可用塊大小；每一塊大小都傳輸相同的塊數。如果我們分別采用256bit和7，480bit作為最小和最大傳輸塊（TBS），這就將實現約1，948，000bps（也即約2Mbps）的總數據吞吐量。（為簡單起見，計算中，這個例子沒包括協議報頭；并且選定的IP報頭和數據大小都假定為128bit。）

　　想象一下，下一次實施相同測量的情況，射頻協議的性能已經惡化（可能是由于協議軟件性能的下降），導致每個第三大的數據包都傳丟了。射頻協議棧必須重發(fā)丟失的數據包，這將使數據吞吐量降低至約1，504，000bps（約1.5Mbps）。這就比第一次測量降低了25％。

　　使用常規(guī)性能測試設置，工程師不會了解吞吐量降低的原因或故障所在，他們看到的只是吞吐率。但若測量系統能提供精準計時，則只需測量數據包延遲便很容易找出問題。

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　　測試鏈路自適應的一種新方法

　　數據通信領域測量吞吐量的一種替代方法提供了這種能力。在數據通信領域（如手機行業(yè)），吞吐量測量被用于測試性能。為此任務設計的精密儀器能提供與被測系統性能相關的精確數據，如吞吐量（幀計數和數據包大小精度）、延遲和抖動。

　　使用這樣的IP測試設置（見圖3）測試射頻協議棧的性能會曝光常規(guī)的基于服務器的測試系統無法查證的隱藏在TTI水平的錯誤。

　　圖3：安立提出的測試設置樣本。

　　安立提出的測試系統會執(zhí)行如下操作：

　　1. 移動設備（手機或其它用戶設備）使用射頻協議棧為基站模擬器（如安立用于LTE的MD8430A）建立一個撥號。這就在基站和撥號PC之間創(chuàng)建了一個數據鏈接。

　　2. 一臺IP測試儀器（如Anritsu的MD1230B數據流量發(fā)生器和分析儀）生成一個確定的IP數據流。該流經過基站模擬器到射頻協議棧（負責調度數據傳輸）和射頻發(fā)射級。一旦用戶設備收到IP數據，用戶設備就將數據發(fā)送到撥號PC。

　　3. 撥號PC內的IP軟橋將來自COM端口（來自撥號）的IP數據回送至IP儀器（通過以太網端口）。

　　4. IP儀器接收返回的數據流?，F在它可以通過比對每個接收到的數據包與傳輸的時間和內容來計算往返時間、抖動、吞吐量和錯誤率。

　　對上行測量，過程相同但方向相反。

　　新設置的優(yōu)勢

　　對定時測量（往返時間和抖動）和數據包的數量和規(guī)模（吞吐量和包/位錯誤率）的測量來說，IP工具的精度遠超任何PC/Unix應用。通常，此類儀器可提供精確到μs（某些測量，甚至是ns）的計時精度。此外，該計時精度是由儀器制造商保證的。

　　IP儀器的另一個優(yōu)勢是IP數據流的可重復性。 基于PC/Unix的方案實現一種真正的數據協議棧（如在FTP應用的TCP）時，會對可用傳輸帶寬的變化做出動態(tài)反應。這使得它不可能在不查看TCP日志的情況下，得到有關射頻協議性能的相關信息。這就使業(yè)已繁瑣的過程益發(fā)麻煩：在這種情況下，用戶在分析射頻協議日志前，必須要分析TCP日志。而IP儀器，可以永遠發(fā)送相同的數據模式，從而使用戶能夠專注于射頻協議分析。

　　重復性的另一方面來自這樣一個事實：當協議棧處理信息時，射頻協議會對被傳輸的信息重復幾次地進行背書和格式重組。該過程如何進行取決于提供給射頻協議的初始IP包的大小。因此，實現重復性的關鍵是：不僅要發(fā)送具有相同抖動特性的相同數量的數據包，還要在每次測量時重復IP數據包的大小。借助IP分析儀可以做到這點，但基于PC/Unix的應用則無法實現。

　　如果正確定義了IP數據流，并了解射頻協議配置，則這種測量方法可以很快地給出用戶設備所用的射頻協議棧性能的詳細信息。

　　在射頻傳輸領域采用IP測試方法

　　就此，一個明顯的問題是：如果使用現有商用IP分析儀的好處如此明顯，為什么這種技術尚未被手機行業(yè)采用？原因在于射頻協議。

　　比對數據傳輸領域的協議，射頻協議極其復雜；采用快速鏈路自適應技術以來，它們變得越發(fā)難以把捉。由于這種更高的復雜性，所以，為了從先前描述的重復性和精確錯誤定位的好處中獲益，在設計IP數據流及在將IP測量結果與射頻協議的性能關聯時，就必須倍加小心。

　　所以，為應用這種來自數據通信領域的技術，手機開發(fā)業(yè)者要有一個學習過程。但若移動行業(yè)能夠成功地采用IP分析技術，則好處就是通過精確定位和協議層錯誤表征來提升手持設備性能。通過提高設備的功能完整性，開發(fā)商還可以更快地完成運營商的驗收測試，并在其設備基準測試中獲得更高分數。