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WLAN性能测试指导

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WLAN性能测试指导

WLAN性能测试指导

简介

本文档介绍了进行性能测试的方法,解释了为何实际建链速率为何与理论建链速率差异那么大。同时,介绍了在性能测试过程中遇到问题时的处理方法。

前提条件

本文档以AP5030DN V200R006C10版本为例。

作为参考,表1-1提供了实验室中AP5030DN单终端性能测试数据。

表1-1 AP5030DN单终端性能数据

Band

Bandwidth

Packet type

STA radio type

3 MIMO Down-link throughput(Mbps)

3 MIMO Up-link throughput(Mbps)

1 MIMO Down-link throughput(Mbps)

1 MIMO Up-link throughput(Mbps)

5G

HT80

TCP

11ac

741

655

321

326

5G

HT80

UDP

11ac

818

695

323

367

5G

HT20

TCP

11n

147

149

51

52

5G

HT20

UDP

11n

161

153

50

56

2.4G

HT20

TCP

11n

137

137

47

49

2.4G

HT20

UDP

11n

154

140

55

57

了解测速

空口理论建链速率是怎样的?

当前主流的空口协议由802.11n往802.11ac发展,下面给出了两种空口协议的物理层速率。

表1-2 802.11n协议物理层速率(单位:kbps)

模式

MCS

HT20

Normal-GI

HT20

Short-GI

HT40

Normal-GI

HT40

Short-GI

HT

mcs0

6500

7200

13500

15000

HT

mcs1

13000

14400

27000

30000

HT

mcs2

19500

21700

40500

45000

HT

mcs3

26000

28900

54000

60000

HT

mcs4

39000

43300

81000

90000

HT

mcs5

52000

57800

108000

120000

HT

mcs6

58500

65000

121500

135000

HT

mcs7

65000

72200

135000

150000

HT

mcs8

78000

86700

162000

180000

HT

mcs9

86500

96000

180000

200000

HT

mcs10

13000

14400

27000

30000

HT

mcs11

26000

28900

54000

60000

HT

mcs12

39000

43300

81000

90000

HT

mcs13

52000

57800

108000

120000

HT

mcs14

78000

86700

162000

180000

HT

mcs15

104000

115600

216000

240000

HT

mcs16

117000

130000

243000

270000

HT

mcs17

130000

144400

270000

300000

HT

mcs18

156000

173300

324000

360000

HT

mcs19

173000

192000

360000

400000

HT

mcs20

19500

21700

40500

45000

HT

mcs21

39000

43300

81000

90000

HT

mcs22

58500

65000

121500

135000

HT

mcs23

78000

86700

162000

180000

HT

mcs24

117000

130000

243000

270000

HT

mcs25

156000

173300

324000

360000

HT

mcs26

175500

195000

364500

405000

HT

mcs27

195000

216700

405000

450000

HT

mcs28

234000

260000

486000

540000

HT

mcs29

260000

288900

540000

600000

HT

mcs30

26000

28800

54000

60000

HT

mcs31

52000

57600

108000

120000

HT

mcs32

78000

86800

162000

180000

HT

mcs33

104000

115600

216000

240000

HT

mcs34

156000

173200

324000

360000

HT

mcs35

208000

231200

432000

480000

HT

mcs36

234000

260000

486000

540000

HT

mcs37

260000

288800

540000

600000

HT

mcs38

312000

346800

648000

720000

HT

mcs39

346000

384000

720000

800000

表1-3 802.11ac协议物理层速率(单位:kbps)

模式

NSS

MCS

HT20

Normal-GI

HT20

Short-GI

HT40

Normal-GI

HT40

Short-GI

HT80

Normal-GI

HT80

Short-GI

VHT

1

mcs0

6500

7200

13500

15000

29300

32500

VHT

mcs1

13000

14400

27000

30000

58500

65000

VHT

mcs2

19500

21700

40500

45000

87800

97500

VHT

mcs3

26000

28900

54000

60000

117000

130000

VHT

mcs4

39000

43300

81000

90000

175500

195000

VHT

mcs5

52000

57800

108000

120000

234000

260000

VHT

mcs6

58500

65000

121500

135000

263300

292500

VHT

mcs7

65000

72200

135000

150000

292500

325000

VHT

mcs8

78000

86700

162000

180000

351000

390000

VHT

mcs9

86500

96000

180000

200000

390000

433300

VHT

2

mcs0

13000

14400

27000

30000

58500

65000

VHT

mcs1

26000

28900

54000

60000

117000

130000

VHT

mcs2

39000

43300

81000

90000

175500

195000

VHT

mcs3

52000

57800

108000

120000

234000

260000

VHT

mcs4

78000

86700

162000

180000

351000

390000

VHT

mcs5

104000

115600

216000

240000

468000

520000

VHT

mcs6

117000

130000

243000

270000

526500

585000

VHT

mcs7

130000

144400

270000

300000

585000

650000

VHT

mcs8

156000

173300

324000

360000

702000

780000

VHT

mcs9

173000

192000

360000

400000

780000

866700

VHT

3

mcs0

19500

21700

40500

45000

87800

97500

VHT

mcs1

39000

43300

81000

90000

175500

195000

VHT

mcs2

58500

65000

121500

135000

263300

292500

VHT

mcs3

78000

86700

162000

180000

351000

390000

VHT

mcs4

117000

130000

243000

270000

526500

585000

VHT

mcs5

156000

173300

324000

360000

702000

780000

VHT

mcs6

175500

195000

364500

405000

789800

877500

VHT

mcs7

195000

216700

405000

450000

877500

975000

VHT

mcs8

234000

260000

486000

540000

1053000

1170000

VHT

mcs9

260000

288900

540000

600000

1170000

1300000

VHT

4

mcs0

26000

28800

54000

60000

117200

130000

VHT

mcs1

52000

57600

108000

120000

234000

260000

VHT

mcs2

78000

86800

162000

180000

351200

390000

VHT

mcs3

104000

115600

216000

240000

468000

520000

VHT

mcs4

156000

173200

324000

360000

702000

780000

VHT

mcs5

208000

231200

432000

480000

936000

1040000

VHT

mcs6

234000

260000

486000

540000

1053200

1170000

VHT

mcs7

260000

288800

540000

600000

1170000

1300000

VHT

mcs8

312000

346800

648000

720000

1404000

1560000

VHT

mcs9

346000

384000

720000

800000

1560000

1733200

802.11ac协议、HT80频宽、3x3 MIMO的情况下,宣称可以达到1.3Gbps的速率,为何实际测试时远远达不到?

以Chariot测试工具为例,协议上宣称的速率是空口上的速率,此速率是WLAN通信系统物理层的速率,而作为业界通用的测试工具的Chariot,其测试结果呈现的是业务层速率。

从物理层到业务层的带宽折算,主要损耗在于802.11协议MAC层通信机制所要求的流程上的时间消耗、不同层的数据帧的头尾开销。

具体地,通信系统提供的带宽可以通过单位时间内传输的bit数来进行计算,也就是传输一定bit数/花费的时间,所以就分为两个方面来看:

  • 传输的有效bit数:

    如上图所示,虚线部分展示的是ethernet发送过来的报文,其中MSDU部分才是上层过来的业务报文(Chariot工具测试结果描述的对象就是此报文),在整个802.11报文中的前部一次还有PLCP Preamble、PLCP Header、802.11Header等协议头。

  • 传输上述bit数所花费的时间:

    如下图所示,802.11空口上的每个数据报文的传输都需要经历如下的协议流程:

    发送方进行发送的时候,需要侦查到信号空闲后DIFS长度时间后,再等待一个碰撞的回避时间,然后进行数据发送,在SIFS的时间间隔后,收到接收方回复的ACK。整个过程正确地完成后,才能认为一次发送数据包过程已经完成。

综上所述,业务报文的速率 = 传输的业务报文的bit数 /传输这个报文所需的时间总和。

正是由于上述两方面的通信损耗,故实际业务数据的速率要小于物理层空口速率。

性能测试过程

性能测试组网及影响因素

图1-1所示,为单用户性能测试组网示意图。

图1-1 AP5030DN单用户性能测试组网

性能测试的核心部分为AP5030DN和Client1所组成的空口环境,从业务流流经的网元来讲,Client1通过空口和AP进行通信,业务流从Client1到AP,再到与AP上联口相连接的服务器。

结合测试组网图以及AP的性能数据来看,影响性能的因素包括:测试终端及配置、空口环境、AP形态、有线网络、服务器性能及配置。

测试过程中,如碰到性能不能达到预期的情况,可以参考性能问题排除说明进行问题排查。

测试流程

  1. 测试前准备。
    • 按照测试组网图进行各测试设备的电源线、数据线、天线的连接。
    • 确认好WLAN设备的软件版本,并进行加载运行。
    • 干扰排查。
  2. 配置测试工具(如Chariot等)。
  3. 配置WLAN参数。
  4. 进行测试,初次性能结果获取,并和性能规格进行比较。
    • 如果达到预期,则结束测试。
    • 如没有达到性能预期,则参考性能问题排除说明进行配置和参数等问题排查。

推荐配置

进行性能测试时,在系统默认配置的基础上增加如下配置,可以显著提高测试性能。

配置命令

说明

<AC6605> system-view
[AC6605] wlan 
[AC6605-wlan-view] ap-id 1
[AC6605-wlan-ap-1] radio 1
[AC6605-wlan-radio-1/1] channel 80mhz 36

如果以测试AP的极限速率为目标,设置AP的频宽为HT80Mhz。

<AC> system-view
[AC] wlan
[AC-wlan-view] radio-5g-profile name default
[AC-wlan-radio-5g-prof-default] vht a-msdu enable
[AC-wlan-radio-5g-prof-default] vht a-msdu max-frame-num 3

打开AMSDU聚合功能,指定合适的AMSDU聚合度,可以提高MAC层效率,提升空口性能。

<AC> system-view 
[AC] wlan  
[AC-wlan-view] undo calibrate enable 

关闭自动调优功能,此功能会根据周边的信道情况改变AP的信道和带宽,关闭之后,可以固定AP的带宽,保证预期的空口速率。

<AC> system-view
[AC] wlan
[AC-wlan-view] radio-2g-profile name default
[AC-wlan-radio-2g-prof-default] guard-interval-mode short
[AC-wlan-radio-2g-prof-default] quit
[AC-wlan-view] radio-5g-profile name default
[AC-wlan-radio-5g-prof-default] guard-interval-mode short

无线信号在空间传输会因多径等因素在接收侧形成时延,若数据帧之间间隔太短,容易和前后的数据帧形成干扰,而GI就是用来规避这个干扰的。正常GI时长为800ns,而在802.11n以后的中标准中可以设置成400ns的Short GI,这样能够提升物理连接速率。

性能问题排除说明

测试组网、配置确认

首先进行组网、配置、工具的参数配置的确认,确保和设定的值相符,特别是影响性能的基础配置,重点确认WLAN基础配置。

Radio类型

Radio类型表示的是AP工作的射频模式,11ac类型的射频模式提供更高阶的调制编码方式,使得单位时间内传输的业务数据显著提高。

AP默认都是配置成其支持的最新的射频类型,如表1-4所示。

表1-4 部分室内AP物理层特性

Item

AP5030DN

AP4030DN

AP2030DN

AP7030DE

AP6010DN

NSS Number of Space Stream

3

2

2

3

2

5G-radio type

11a/n/ac

11a/n/ac

11a/n/ac

11a/n/ac

11a/n

5G-radio max bandwidth

80MHz

80MHz

80MHz

80MHz

40MHz

也可以通过在AC上执行如下命令进行查询,其中Type表示的即是Radio类型。

<AC> display radio all
CH/BW:Channel/Bandwidth
CE:Current EIRP (dBm)
ME:Max EIRP (dBm)
CU:Channel utilization
------------------------------------------------------------------------------
AP ID Name            RfID  Band  Type    Status  CH/BW    CE/ME   STA     CU
------------------------------------------------------------------------------
1     60de-4474-9640  1     5G    an      on      56/80M   25/25   0       3%
------------------------------------------------------------------------------
Total:1

工作频宽

工作频宽表示AP工作的频带的宽度,数值越大,表示空口能力越强,越能跑出高速率。目前的取值有HT20、HT40、HT80等,默认配置为HT20。

具体的配置数值可以通过在AC上执行如下命令进行查询,其中BW(bandwidth)表示的即是工作频宽。

<AC> display radio all
CH/BW:Channel/Bandwidth
CE:Current EIRP (dBm)
ME:Max EIRP (dBm)
CU:Channel utilization
------------------------------------------------------------------------------
AP ID Name            RfID  Band  Type    Status  CH/BW    CE/ME   STA     CU
------------------------------------------------------------------------------
1     60de-4474-9640  1     5G    an      on      56/80M   25/25   0       3%
------------------------------------------------------------------------------
Total:1

空间流数

AP默认配置成该款型支持的最大的流数,最大的流数可以从AP的产品描述来查询,室内场景典型AP支持的流数请参见表1-5

表1-5 部分室内AP物理层特性

Item

AP5030DN

AP4030DN

AP2030DN

AP7030DE

AP6010DN

NSS Number of Space Stream

3

2

2

3

2

5G-radio type

11a/n/ac

11a/n/ac

11a/n/ac

11a/n/ac

11a/n

5G-radio max bandwidth

80MHz

80MHz

80MHz

80MHz

40MHz

测试工具介绍和推荐配置

Chariot

Chariot是用来测试网络吞吐量的一款软件,可提供端到端、多操作系统、多协议和多应用模拟测试,从用户角度测试网络或网络参数(吞吐量、反应时间、延时、抖动、丢包等)。测试原理是通过产生模拟真实的流量,采用End to End的方法测试网络设备或网络系统在真实环境中的性能。

Chariot的基本组成包括Chariot控制台和Endpoint,其中Chariot控制台可以运行于Microsoft的各种Windows平台。在Chariot控制台上可以定义各种可能的测试拓扑结构和测试业务类型。Endpoint可以运行在几乎目前流行的所有操作系统上。Chariot Endpoint能够充分利用运行主机的资源,执行Chariot控制台发布的Script命令,从而完成需要的测试。结合WLAN系统的测试组网如图1-1所示。

对于单用户极值测试,推荐使用如表1-6所示推荐参数配置。

表1-6 单用户性能测试Chariot参数推荐配置

Bandwidth

Packet type

Buffer size

Send buffer

Recv buffer

流数

HT80(3x3)

TCP

10000000

65535

65535

10

UDP

1000000

65400

65400

40(down)、30(up)、20+20(both)

FTP下载

FTP下载是比较常见的应用,可以使用的工具比较多,建议使用Filezilla来进行测试,支持多线程并发。在实际测试时采用默认配置即可。

终端能力确认

通信是收发双方共同作用的结果,如果需要性能提高,则不仅需要AP支持的能力较高,同样也需要STA支持的能力较高,所以要测试出最佳性能对终端的能力也是有要求的。

怎样获取收发双方的性能能力呢?

  • 对于AP的性能能力,AP默认是支持最高速率配置的。
  • 对于终端的性能能力,可以在终端上线后,在AC上查询终端的基本能力,主要包括:
    • 射频类型
    • 支持的频宽
    • 支持的空间流数
    • 支持的guard-interval

在AC上执行如下命令查询取终端能力:

<AC6605> display station sta-mac b878-2eb4-2689
------------------------------------------------------------------------------
...
Station's radio mode                      : 11n
...
Station's HT Mode                         : HT20
Station's MCS value                       : 9
Station's NSS value                       :2
Station's Short GI                        : nonsupport
...
------------------------------------------------------------------------------

其中:

  • Station's radio mode:表示终端支持的射频类型。
  • Station's HT Mode:表示终端支持的带宽。
  • Station's MCS value:空间流的MCS值。对于11n:0~7表示单空间流;8~15表示双空间流;16~23表示三空间流。
  • Station's NSS value:空间流数。
    说明:

    仅工作在802.11ac模式,或者工作在802.11n模式且支持256QAM的STA会显示NSS值。

  • Station's Short GI:表示终端是否支持Short GI。

有线质量和服务器能力确认

性能测试环境中除空口以外,还包括了有线部分。这部分包含中间的各连接线缆,交换机等业务流路径上的设备,以及PC和服务器等收发业务数据的设备。需要确保在测试环境中,有线部分不能成为性能测试的瓶颈。

  • 对于PC和服务器等收发业务数据的设备:
    • 作为发射方时,需要保证到达射频的入口数据带宽不小于空口的带宽。
    • 作为接收方时,需要保证带宽不小于从射频发过来的数据带宽。
  • 对于连接线缆和交换机等设备的带宽也有类似的要求。

有线部分的性能确认可以按照如下思路进行测试:如果将整个业务路径看成是一个完整的数据流通路径,那么可以先将空口部分排除,先对纯粹由有线部分组成的链路进行业务流测试(同一套测试PC和服务器)。当测试结果能够达到1Gbps时,可以认为有线链路不会成为11ac空口测试的瓶颈。

空口质量问题排查

空口环境的影响主要指的是信号强度、信噪比,以及在MIMO系统中不同的发射和接收天线组合间的信道独立性。

一般来说,信号强度“越大”,信噪比越高,则性能越好;在MIMO系统起作用时,信道的独立性越好,则性能越好。

空口质量好坏对WLAN通信系统的影响,可以通过空口建链速率、MCS统计、信号强度、信道利用率等表示出来。

干扰排查

在开始测试之前,建议进行测试环境干扰的排查。如果设备所在环境中,有和测试所使用信道相同或者相近的信号,则认为此信号是干扰。

请尽量选择没有任何信号的地方进行测试,如果实在无法满足,至少要求在测试的信道上没有其他信号,在相邻信道以外的信道上的信号强度低于-95dBm。

干扰排查的方法如下:

  • 对于Wi-Fi干扰信号:可以在支持2.4G和5G的笔记本上安装inSSIDer或者在支持双频的手机上装Wi-Fi分析仪对Wi-Fi干扰信号进行排查。
  • 对于非Wi-Fi干扰信号:可以使用WiFi-Spy 网卡或者手持频谱仪对非Wi-Fi干扰信号进行排查。

空口建链速率排查

STA上线后,在AC上执行命令display station all查看空口建链速率,RX/TX表示AP上行/下行的空口建链速率,注意此速率一定要在性能跑流状态下获取才是反应真实情况的数据。

<AC> display station all
Rf/WLAN: Radio ID/WLAN ID
Rx/Tx: link receive rate/link transmit rate(Mbps)
----------------------------------------------------------------------------------------------------
STA MAC          AP ID Ap name         Rf/WLAN  Band  Type  Rx/Tx      RSSI  VLAN  IP address  SSID
----------------------------------------------------------------------------------------------------
14cf-9208-9abf   0     1047-8007-6f80  0/2      2.4G  11n   215/208    -26   10    10.10.10.253 tap1
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Total: 1 2.4G: 1 5G: 0

要测试到单用户空口性能的极值,需要此对应的建链速率必须保持在空口理论速率表中的对应的值,请参见表1-2表1-3

如果到达不了此空口理论速率,可以采取的措施有:确认清楚环境干扰、调整AP和STA的天线相对位置。

MCS统计排查

MCS统计信息能够反映出AP每次收发包速率的情况,可以在AP的诊断视图下执行命令display wifi radio-statistics-sdk radio radio-id,查询收发方向每个包的mcs数值。

为保证数据准确,请在查看统计信息前先在诊断视图下执行命令reset wifi radio-statistics sdk radio radio-id,清除历史的统计信息。在跑流一段时间后执行命令display wifi radio-statistics-sdk radio radio-id查询MCS统计信息。

<Huawei> system-view
[Huawei] diagnose
[Huawei-diagnose] display wifi radio-statistics-sdk radio 1
...
 Rx MCS STATS:
 mcs 0- mcs 4 STATS:     0,     0,     0,     0,     0,
 mcs 5- mcs 9 STATS:     0,     0,    37,     0, 17595,
 Tx MCS STATS:
 mcs 0- mcs 4 STATS:     0,     0,     0,     0,     0,
 mcs 5- mcs 9 STATS:    16,    10,    16,   381, 48989,

如果发现95%以上都是最高阶的mcs,则当前已经是最好的情况,否则需要进行环境的调整,可以采取的措施有:确认清楚环境干扰、调整AP和STA的天线相对位置。

信号强度排查

一定的信号强度是最高建链速率的保障,建议信号强度在-45dbm~-30dbm之间。

  • 下行信号强度的含义为终端收到的AP的信号强度,可以通过跑流终端上的inSSIDer或者WiFi分析仪等获取。
  • 上行信号强度的含义为AP收到的终端的信号强度,可以通过在AC上执行如下的命令获取。
    <AC> display station all
    Rf/WLAN: Radio ID/WLAN ID
    Rx/Tx: link receive rate/link transmit rate(Mbps)
    ----------------------------------------------------------------------------------------------------
    STA MAC          AP ID Ap name         Rf/WLAN  Band  Type  Rx/Tx      RSSI  VLAN  IP address  SSID
    ----------------------------------------------------------------------------------------------------
    14cf-9208-9abf   0     1047-8007-6f80  0/2      2.4G  11n   215/208    -26   10    10.10.10.253 tap1
    ----------------------------------------------------------------------------------------------------
    Total: 1 2.4G: 1 5G: 0

如果信号强度达不到上述强度,可以采取的措施有:缩小AP和终端的距离(室内一般间隔3米以内都可以达到较高的信号强度)、提高AP发射功率(AP默认最大功率发射)。

信道利用率排查

当测试所使用的信道上有别的干扰的时候,也可以通过信道利用率来观察,在AC上执行如下命令查看信道利用率。

<AC> display ap traffic statistics wireless ap-id 1 radio 1
-----------------------------------------------------------------------
...
Wireless channel utilization(%)                       :0
...
-----------------------------------------------------------------------

建议当待测试设备不工作的时候,此信道占用率为0,否则表示当前信道上有干扰。

另外,也可以通过专业的Fluke的USB网卡来确认信道利用率情况。

相关信息

如何配置射频参数:配置射频

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更新时间:2019-05-06

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