基于WIMAX网络的KPI测试工具的设计与实现

华中科技大学硕士学位论文基于WIMAX网络的KPI测试工具的设计与实现姓名：杨英俊申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：陈传波2010-05I华中科技大学硕士学位论文摘要当今世界，无线通讯早已经融入人们的生活，并与之密不可分。从发展过程来看，无线通讯技术就是试图提供更快的传输速率和更大的频宽，使消费者能进行语音视频及文字上的传输，并提供其它相关应用服务。因此，可以说性能，即是推动无线通讯技术向前发展的原动力。然而，目前专门用来测试无线通讯网络性能的工具却存在着很多局限性，如不能集中的测试各种关键性能指标，无法长时间的专门测试，不能集中控制终端。因此，如何方便可靠稳定的测试出无线网络系统的各项性能，显得尤为重要。通过对传统无线网络系统性能测试的研究，提出一个通过终端接入无线网络，进行UDPPING业务测试和UDPSTREAM业务测试，并通过集中控制所有终端，来得到无线通信网络系统的各项关键性能指标的解决方案。该方案可以方便可靠稳定的得到时延，抖动，丢包率，吞吐量，会话完成率，接入成功率等关键性能指标。在此基础上，实现了基于WIMAX无线网络通信系统的关键性能指标的测试工具软件，并给出了从需求分析、总体设计、详细设计到编码实现、系统测试的整个开发过程。该测试工具使用C/S结构，通过使用Windows网络编程技术、多线程技术和重叠I/O模型等技术，很好的完成了预期的结果。关键词：全球微波互联接入集中控制无线网络性能测试关键性能指标重叠I/OII华中科技大学硕士学位论文AbstractInthemodernworld,wirelesscommunicationisindispensableinourlives.FromthedevelopmentprocessofWirelesscommunicationtechnique,wecanlearnthatitisalwaystryingtoseekawaytoprovidehigherspeedoftransmissionandwiderbandwidth,soconsumerscanuseittotransmitaudiosorvideosthroughthewirelessnetwork,ortoenjoysomeotherapplications.So,theperformanceofthewirelessnetwork,aswecansay,isthedrivingforceofthedevelopmentoftheWirelesscommunicationtechnique.However,thesearesomanylimilationsinthetesttoolswhichweredesignedspeciallyfortestingwirelessnetworksystem'sperformance.Suchasunabletotestallthekeyperformanceidentities(KPI)atthesametime,thetestcannotlastforalongtime,andunabletocentralizedcontrolalltheterminals.Therefor,howtotestalltheKPIsconvenientlyandreliablyandstablybecomesanimportantquestiondemandingurgentsolution.Baseontheresearchoftraditionalperformancetestingofwirelessnetworkssystem,thisissueproposeasolutionaboutusingterminalsaccesstothewirelessnetwork,usingUDPPINGandUDPSTREAMoperationstogetthekeyperformanceidentities.ThissolutioncaneasilygettheKPIssuchasdelay,jitter,packetlossrate,throughput,sessioncompletionrates,terminalsaccesssucceedrates,andetc.Basedonthissolution,atest-toolsoftwareabouthowtogettheKPIsoftheWiMaxwirelessnetworksystem'sperformancehasbeendeveloped,andtheentireprocessofdevelopmenthasbeenrecorded.Includingneedsanalysis,roughdesign,detaileddesign,coding,systemtestandetc.ThissoftwarebasedonC/Sstructure,usingsomekindoftechniquessuchasWindowsnetworkprogramming,multithreading,overlappedI/Omodelandetc.Andthissoftwarehasreachedtheexpectedgoal.Keywords：WorldwideinteroperabilityformicrowaveaccessCentralizedcontrolWirelessnetworkperformancetestKPIOverlappedI/Omodel1华华华华中中中中科科科科技技技技大大大大学学学学硕硕硕硕士士士士学学学学位位位位论论论论文文文文1111绪论绪论绪论绪论随着Internet业务、多媒体业务的迅速发展，以及移动电话用户的迅猛增长，在未来通信中“宽带”和“无线”将扮演着更为重要的角色，通信市场正在呈现出话音业务分组化、数据业务移动化和宽带化的发展趋势[1]。在越来越追求通信速度和通信质量的今天，性能无疑已经成为了无线通信设备制造商的生命线。如何方便可靠的测试出无线通信网络系统的各项性能，是通信设备制造商需要迫切解决的问题。1.11.11.11.1研究背景与意义研究背景与意义研究背景与意义研究背景与意义无线通信技术发展至今，为了追求更快的传输速率和更大的频宽，第四代通信协议的WIMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess），从设计开始在这些方面就具有无可比拟的优越性[2]。到目前为止，WiMAX技术已经越来越成熟，在世界范围内所占的市场份额也越来越大。而在实际商用中，无线通信网络的性能还和通信设备和系统的性能有关[3]。通信运营商在选择通信设备时该如何作出选择，系统的性能是很最重要的考察因素之一。具有较高系统性能的通信设备明显会赢得运营商的青睐。如何来判定一个系统的性能？通常，关键性能指标（KPI，keyperformanceidentity）是主要的判定标准[4]。因此如何测定系统的关键性能指标就显得尤为重要。在无线通信领域，一个网络系统的关键性能指标（KPI），最主要的包括以下几个指标[5]：（1）服务建立时间（ServiceSetupTime），即由用户初始化服务到服务已经建立的时间（2）会话完成率（SessionCompletionRate），即会话成功建立后，在指定一段时间内成功维持连接的概率。（3）吞吐量（Throughput），即单位时间内的传输数据量。（4）时延（Delay），即上行方向为从无线侧应用程序发送数据包到核心网侧接收到该数据包为止的时间间隔，下行方向为核心网侧发送数据包到无线侧收到给数据包的时间间隔。2华华华华中中中中科科科科技技技技大大大大学学学学硕硕硕硕士士士士学学学学位位位位论论论论文文文文（5）抖动（Jitter），即平均时延的偏差。鉴于此，就需要开发一套KPI自动化测试工具，能够帮助我们方便稳定地得到ping包时延，抖动，丢包率，UDP方式下的吞吐量，会话完成率等KPI指标。而且，还要求工具可以在长时间内运行，通过科学的取值方法来综合评价上述各项指标的。从而改变传统测试中，仅仅依靠日常普通测试过程中，附带的记录下的，在短时间内得到的上述指标，这些指标一般都具有较大的随意性，依赖于特定的情况。1.21.21.21.2国内外研究概况国内外研究概况国内外研究概况国内外研究概况从无线通讯技术出现开始以来，性能就是一种无线通讯技术诞生和淘汰的决定性因素。从GSM到目前最热门的3G如当今世界的三大3G通信技术标准[6]：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，以至于越来越成熟的4G通信技术如WIMAX等，从发展过程来看，无线通讯技术就是试图提供更快的传输速率和更大的频宽，是消费者能进行语音视频及文字上的传输，并提供其它相关应用服务[7]。因此，可以说性能，即是推动无线通讯技术向前发展的原动力。WIMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess),即全球微波互联接入。WIMAX的另一个名字是802.16[8]。WIMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km[9]。WIMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点[10]。作为当前最先进的无线通讯技术之一，WIMAX具有以下优点：（1）实现更远的传输距离。WIMAX所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展[11]。（2）提供更高速的宽带接入。WIMAX所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍[12]。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。（3）提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将Wi－Fi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最3华华华华中中中中科科科科技技技技大大大大学学学学硕硕硕硕士士士士学学学学位位位位论论论论文文文文后一公里的宽带接入[13]。WIMAX可为50公里线性区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。（4）提供多媒体通信服务。由于WiMax较之Wi－Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务[14]。目前，在通信领域中，由于无线网络性能的突出的重要程度，对性能测试要的要求很高，因此推动了性能测试工具的极大发展，导致了各种各样的性能测试工具如雨后春笋般的出现，分别针对各个方面的关键性能指标进行测试的工具种类繁多。然而，这类工具有几个共同的局限性：（1）对各项KPI指标基本上是分散在各种日常测试中间。没有单独、集中地放在一起进行测试。在需要综合查看各项性能指标的时候不方便。（2）由于各项KPI指标是分散在日常测试过程中间，很多情况下只是测试几次或者几十次，没有也无法进行长时间稳定的测试，所得出来的数据有很大的偶然性。（3）由于测试过程中需要控制大量的终端（无线数据卡），测试人员只能一台机器一台机器依次的分别进行控制，对于测试高度自动化要求的今天，显得有些原始，也给测试工作带来了很多不便，给测试人员增加了很多负担。对于通讯领域无线网络性能测试的发展方向，有以下三个特点[15]：（1）集中测试。就是把一直以来分散在各种日常测试中的KPI指标，集中在一起进行测试，并得出测试结果。（2）集中控制。是可以从一台机器上控制上百张数据卡进行测试，而不需要测试人员从每台机器分别配置每张数据卡进行测试。（3）自动化。是指在测试过程中，测试人员只需要把数据卡插入电脑后，然后就通过一台电脑控制所有的数据卡进行测试，测试业务可以事先设定好后自动执行，出现异常会自动处理，测试人员不必要为每张数据卡配置参数、接入断开、进行不同业务都需要重新配置且不能连续执行等操作，所有的操作只需要在一台电脑上完成。1.31.3