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作者：安立公司現場(chǎng)應用工程師Eduardo Gonzales Reyes 鏈路自適應(也稱(chēng)為調度)，首先是作為3GPP協(xié)議下HSDPA技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)推出的，它是手機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )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(xié)議在每個(gè)傳輸時(shí)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(jiàn)圖1)。 
圖1：每個(gè)TTI必須執行的處理功能。 由于TTI可短至1ms， 該調度技術(shù)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(lái)。它是高通量、穩定和有效利用帶寬的關(guān)鍵。然而，鏈路自適應實(shí)施中的一個(gè)根本問(wèn)題一直困擾著(zhù)手機設備的發(fā)展：常規的測試設置無(wú)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策略 傳統上，功能和性能測試是協(xié)議和系統驗證過(guò)程中兩個(gè)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(shí)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(chǎn)生巨量的日志記錄(log)，因為每個(gè)TTI(也即每1ms)調度軟件都接收輸入并做出決策。這意味著(zhù)，日志分析既繁瑣又耗時(shí)，因此并不進(jìn)行該工作。相反，鏈路自適應通常是采用簡(jiǎn)單但有限配置(與滿(mǎn)足覆蓋現實(shí)使用各可能情況的要求有相當差距)實(shí)施的功能測試。 鏈路自適應的性能測試是通過(guò)測量數據吞吐量實(shí)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(kāi)始，才可進(jìn)行完整的功能驗證。顯而易見(jiàn)，這通常處在項目開(kāi)發(fā)的后期。在很多時(shí)候，鏈路自適應存在的性能問(wèn)題，與功能上的錯誤息息相關(guān)。如果這些功能問(wèn)題是在性能測試過(guò)程中發(fā)現的，則必須對這些問(wèn)題予以糾錯，這可能意味著(zhù)必須對設備的某些部分進(jìn)行重新設計并重新進(jìn)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(kāi)發(fā)工程師能集中精力在確實(shí)較勁的地方調試差錯并反復驗證。 不幸的是，今天的常規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(wù)器應用和撥號PC上運行的客戶(hù)端應用。服務(wù)器和客戶(hù)端應用實(shí)現數據通信協(xié)議(如FTP傳輸)、進(jìn)行測量并提供結果。 問(wèn)題是，Windows或Unix操作系統(OS)一般提供的計時(shí)精度約為500ms。真實(shí)情況是，Windows應用中數據包的實(shí)際傳輸通常使用NDIS技術(shù)，它具有優(yōu)于Windows本身的計時(shí)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(shí)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(huì )超過(guò)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(wèn)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(wèn)題的這類(lèi)信息，研究一個(gè)簡(jiǎn)化的例子就很有幫助(見(jiàn)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(guò)基站傳輸的一個(gè)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��；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(shí)現約1,948,000bps(也即約2Mbps)的總數據吞吐量。(為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，計算中，這個(gè)例子沒(méi)包括協(xié)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(shí)施相同測量的情況，射頻協(xié)議的性能已經(jīng)惡化(可能是由于協(xié)議軟件性能的下降)，導致每個(gè)第三大的數據包都傳丟了。射頻協(xié)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％。 使用常規性能測試設置，工程師不會(huì )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(shí)，則只需測量數據包延遲便很容易找出問(wèn)題。 測試鏈路自適應的一種新方法 數據通信領(lǐng)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(lǐng)域(如手機行業(yè))，吞吐量測量被用于測試性能。為此任務(wù)設計的精密儀器能提供與被測系統性能相關(guān)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(dòng)。 使用這樣的IP測試設置(見(jiàn)圖3)測試射頻協(xié)議棧的性能會(huì )曝光常規的基于服務(wù)器的測試系統無(wú)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(huì )執行如下操作： 1. 移動(dòng)設備(手機或其它用戶(hù)設備)使用射頻協(xié)議棧為基站模擬器(如安立用于LTE的MD8430A)建立一個(gè)撥號。這就在基站和撥號PC之間創(chuàng )建了一個(gè)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(gè)確定的IP數據流。該流經(jīng)過(guò)基站模擬器到射頻協(xié)議棧(負責調度數據傳輸)和射頻發(fā)射級。一旦用戶(hù)設備收到IP數據，用戶(hù)設備就將數據發(fā)送到撥號PC。 3. 撥號PC內的IP軟橋將來(lái)自COM端口(來(lái)自撥號)的IP數據回送至IP儀器(通過(guò)以太網(wǎng)端口)。 4. IP儀器接收返回的數據流�，F在它可以通過(guò)比對每個(gè)接收到的數據包與傳輸的時(shí)間和內容來(lái)計算往返時(shí)間、抖動(dòng)、吞吐量和錯誤率。 對上行測量，過(guò)程相同但方向相反。 新設置的優(yōu)勢 對定時(shí)測量(往返時(shí)間和抖動(dòng))和數據包的數量和規模(吞吐量和包/位錯誤率)的測量來(lái)說(shuō)，IP工具的精度遠超任何PC/Unix應用。通常，此類(lèi)儀器可提供精確到μs(某些測量，甚至是ns)的計時(shí)精度。此外，該計時(shí)精度是由儀器制造商保證的。 IP儀器的另一個(gè)優(yōu)勢是IP數據流的可重復性。 基于PC/Unix的方案實(shí)現一種真正的數據協(xié)議棧(如在FTP應用的TCP)時(shí)，會(huì )對可用傳輸帶寬的變化做出動(dòng)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(guān)射頻協(xié)議性能的相關(guān)信息。這就使業(yè)已繁瑣的過(guò)程益發(fā)麻煩：在這種情況下，用戶(hù)在分析射頻協(xié)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(hù)能夠專(zhuān)注于射頻協(xié)議分析。 重復性的另一方面來(lái)自這樣一個(gè)事實(shí)：當協(xié)議棧處理信息時(shí)，射頻協(xié)議會(huì )對被傳輸的信息重復幾次地進(jìn)行背書(shū)和格式重組。該過(guò)程如何進(jìn)行取決于提供給射頻協(xié)議的初始IP包的大小。因此，實(shí)現重復性的關(guān)鍵是：不僅要發(fā)送具有相同抖動(dòng)特性的相同數量的數據包，還要在每次測量時(shí)重復IP數據包的大小。借助IP分析儀可以做到這點(diǎn)，但基于PC/Unix的應用則無(wú)法實(shí)現。 如果正確定義了IP數據流，并了解射頻協(xié)議配置，則這種測量方法可以很快地給出用戶(hù)設備所用的射頻協(xié)議棧性能的詳細信息。 在射頻傳輸領(lǐng)域采用IP測試方法 就此，一個(gè)明顯的問(wèn)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(shù)尚未被手機行業(yè)采用？原因在于射頻協(xié)議。 比對數據傳輸領(lǐng)域的協(xié)議，射頻協(xié)議極其復雜；采用快速鏈路自適應技術(shù)以來(lái)，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(xié)議的性能關(guān)聯(lián)時(shí)，就必須倍加小心。 所以，為應用這種來(lái)自數據通信領(lǐng)域的技術(shù)，手機開(kāi)發(fā)業(yè)者要有一個(gè)學(xué)習過(guò)程。但若移動(dòng)行業(yè)能夠成功地采用IP分析技術(shù)，則好處就是通過(guò)精確定位和協(xié)議層錯誤表征來(lái)提升手持設備性能。通過(guò)提高設備的功能完整性，開(kāi)發(fā)商還可以更快地完成運營(yíng)商的驗收測試，并在其設備基準測試中獲得更高分數。 |
