CN101111045B - WiMAX基站的负载测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WiMAX基站的负载测试方法及系统。其中，该负载测试方法包括以下步骤：S402，根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数；以及S404，利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试。本发明使用正态分布模型可以直观地体现出话务性能指标的随机性和独立性，使得模拟的话务模型可以最大程度地与真实环境下的话务模型相匹配，从而可以提高负载测试结果的可靠性和可分析性。

Description

WiMAX基站的负载测试方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种WiMAX基站的负载测试方法及系统。

背景技术

WiMAX是Worldwide Interoperability for Microwave Access的缩写，即微波存取全球互通，被称为“第四代移动通信”。它由一系列IEEE802.16标准构成，用于在城域网多厂商环境下提供高速的宽带无线接入，是一种宽带、低成本的接入方式。和目前的其他技术相比，WiMAX具有以下技术特点：首先，此技术使用了同一技术标准，不同厂商设备可在同一系统中工作，增加了运营商选择设备时的自主权，降低了成本；其次，无线链路的物理层和媒体接入控制层(MediaAccess Control，简称MAC)的设计考虑了突发型的分组数据业务的要求，数据传输速率更高，传输距离远；而且采用正交频分多径接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，简称OFDMA)技术，能够自适应无线信道环境，具备非视距传输能力，可方便大容量用户接入基站，从而大大减少了基础建设投资。

作为一种应用于高速无线宽带接入系统的设备，WiMAX基站需要进行各种性能测试，尤其是负载测试，以获得系统的饱和话务量。饱和话务量可用指标忙时呼叫量(BHCA)或每秒建立呼叫数量(CAPS)。BHCA表示在一小时之内，移动终端(Mobile ServiceSubscriber，简称MSS)成功建立业务连接次数的绝对数量值。其测试结果是一个系统在负载测试下极端能力的反映，它反映了设备的软硬件的综合性能。BHCA值最后体现为CAPS，CAPS乘以3600就是BHCA了。

负载测试通常是通过话务量仿真系统实现的，话务量仿真系统主要是模拟被测对象在标准协议中的对应实体，实现被测对象和仿真测试系统在协议栈各层面上的消息交互。如图1所示，对WiMAX基站来说，测试其的话务量仿真系统就是通过模拟大量MSS并发或间隔发起网络接入或连接释放过程，产生大量WiMAX协议中的空口消息来冲击被测基站，以达到对被测基站进行负载测试的目的。影响话务量仿真系统产生的话务量的呼叫参数主要包括MSS数目、MSS连接保活时长、和MSS重接入间隔。

目前使用的WiMAX基站负载测试业务模型采用呼叫参数取固定值的方法，按照如图2所示的流程进行测试：

在步骤S202中，话务量仿真系统初始化呼叫参数MSS数目、MSS连接保活时长、MSS重接入间隔、和测试总时长，这些参数均为定值，一旦测试发起就不会再改变；初始化业务连接总次数Count为0。

在步骤S204中，话务量仿真系统启动测试总时长定时器T_C，其中，T_C定时器时长为测试总时长。

在步骤S206中，话务量仿真系统反复判断测试定时器T_C是否超时，如果T_C超时则停止整个测试流程，并根据业务连接总次数Count和测试定时器时长计算BHCA和CAPS值；否则，执行下步步骤S208。

在步骤S208中，MSS_i(1≤i≤n，n为MSS的数目)向被测基站并发发起网络接入。

在步骤S210中，MSS_i完成与被测基站的业务连接后，Count进行累计加1操作，启动各自的连接保活定时器T_ki，其中，T_ki定时器时长为MSS连接保活时长的数值。

在步骤S212中，MSS_i判断自己的连接保活定时器T_ki是否超时，如果T_ki超时则发起连接释放，否则就继续等待。

在步骤S214中，MSS_i完成连接释放后启动各自的重接入定时器T_ri，其中，T_ri定时器时长为MSS重接入间隔的数值。

在步骤S216中，MSS_i判断自己的重接入定时器T_ri是否超时，如果T_ri超时则跳到步骤S208，否则就继续等待，直到T_ri超时。

上述方法有以下不足：由于每次负载测试的测试用例所使用各话务量呼叫参数都是定值，产生的话务量也就保持稳定，即BHCA变化范围很小。虽然可以反映某一特定条件下的话务性能指标，但与真实环境下动态变化的、非均匀的话务模型反差较大，也就不能对负载测试下基站的耐话务冲击性能做充分评估。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种新的WiMAX基站的负载测试方法及系统。

根据本发明的WiMAX基站的负载测试方法，包括以下步骤：S402，根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数；以及S404，利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试。

其中，通过以下等式生成话务量呼叫参数：

0＜i＜n，其中，Rand为介于0与1之间的随机数，σ为各样本取值的标准方差，μ为各样本取值的平均值，INT表示取整操作。

其中，话务量呼叫参数包括以下参数中的至少一个：移动终端数目、移动终端连接保活时长、以及移动终端重接入间隔。

其中，步骤S402包括：根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的移动终端数目样本集；根据正态分布业务模型，生成用于每个移动终端的符合正态分布规律的移动终端连接保活时长和移动终端重接入间隔。

其中，步骤S404包括：从所述移动终端数目样本集中任选一个样本值n，模拟n个移动终端并发向被测基站发起网络连接；从移动终端连接保活时长样本集中任选一个样本值t1，判断n个移动终端与被测基站的连接时间是否超过了t1，并在超过t1的情况下，使n个移动终端释放与被测基站的连接；以及从移动终端重接入间隔样本集中任选一个样本值t2，判断n个移动终端释放与被测基站的连接的时间是否超过了t2，并在超过t2的情况下，使n个移动终端重新并发向被测基站发起网络连接；以及对n个移动终端在特定时间内与被测基站的连接次数进行计数。

根据本发明的WiMAX基站的负载测试系统包括：参数生成单元，用于根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数；以及负载测试单元，用于利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试。

其中，参数生成单元通过以下等式生成话务量呼叫参数：

0＜i＜n，其中，Rand为介于0与1之间的随机数，σ为各样本取值的标准方差，μ为各样本取值的平均值，INT表示取整操作。

其中，话务量呼叫参数包括以下参数中的至少一个：移动终端数目、移动终端连接保活时长、以及移动终端重接入间隔。

其中，参数生成单元包括：第一生成单元，用于根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的移动终端数目样本集；第二生成单元，用于根据正态分布业务模型，生成用于每个移动终端的符合正态分布规律的移动终端连接保活时长和移动终端重接入间隔样本集。

其中，负载测试单元包括：第一测试单元，用于从移动终端数目样本集中任选一个样本值n，模拟n个移动终端并发向被测基站发起网络连接；第二测试单元，用于从移动终端连接保活时长样本集中任选一个样本值t1，判断n个移动终端与被测基站的连接时间是否超过了t1，并在超过t1的情况下，使n个移动终端释放与被测基站的连接；以及第三测试单元，用于从移动终端重接入间隔样本集中任选一个样本值t2，判断n个移动终端释放与被测基站的连接的时间是否超过了t2，并在超过t2的情况下，使n个移动终端重新并发向被测基站发起网络连接；以及连接计数单元，用于对n个移动终端在特定时间内与被测基站的连接次数进行计数。

从以上描述可以看出，本发明充分考虑了正态分布规律中事件发生的独立性。对于基站负载测试而言，在呼叫参数样本数目有限的情况下，使用正态分布模型可以直观地体现出话务性能指标的随机性和独立性，最大程度地与真实环境下的话务模型相匹配，提高了负载测试结果的可靠性和可分析性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是通过话务量仿真系统实现负载测试的示意图；

图2是现有技术中的WiMAX基站负载测试流程图；

图3是正态分布模型的示意图；

图4是根据本发明实施例的WiMAX基站的负载测试方法的简要流程图；

图5是根据本发明实施例的基于多MSS正态分布模型的WiMAX基站的负载测试方法的详细流程图；

图6是根据本发明实施例的基于单MSS正态分布模型的WiMAX基站的负载测试方法的详细流程图；以及

图7是根据本发明实施例的WiMAX基站的负载测试系统的简要框图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

参考图4，简要说明根据本发明实施例的WiMAX基站的负载测试方法。如图4所示，该负载测试方法包括以下步骤：S402，根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数；以及S404，利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试。

其中，如图3所示，正态分布业务模型是一种用于计量型数据的、连续的、对称的事件类型的钟型概率分布模型，横轴代表事件可能的取值，纵轴代表事件在不同取值下出现的概率。在这种分布模型中，越靠近均值分布，事件出现的概率就越大，反之事件出现的概率就越小，左右两侧基本对称。根据正态分布模型画出的曲线是一条中央高、两侧逐渐下降并无限延伸、与横轴相靠而不相交、左右完全对称的钟形曲线(称为正态曲线)。在事件的样本数目足够多的情况下，9963％的数据将落在均值处正负三个标准差σ的区间内。

由图3的正态分布特性可知，满足正态分布规律的事件出现的概率具有随机性和独立性。因此，在WiMAX基站的负载测试中，选取呈正态分布规律的呼叫参数使MSS发起网络接入事件的方法，同样可以实现基站的话务量指标呈正态分布规律的效果。因此，在本发明中，根据事件发生的独立性原则，确定样本属性为MSS数目、MSS连接保活时长和MSS重接入间隔的各正态分布参数集，话务仿真系统从各正态分布参数集中随机抽取呼叫参数发起MSS的网络接入，使MSS数目、MSS连接保活时长和MSS重接入间隔的一系列取值在测试过程中呈正态分布趋势。

其中，在本发明中，预先将话务量仿真系统的呼叫参数(包括MSS数目、MSS连接保活时长、和MSS重接入间隔参数)生成三组呈正态分布规律的参数集合，即生成MSS数目样本集合、MSS连接保活时长样本集合、和MSS重接入间隔样本集合。其中，这些集合内的各种取值可能性在集合内呈正态分布。其中，对于MSS数目而言，是指在一定的测试时长T内，将测试时长分为n份相等的ΔT，在每个时刻t0、t1......tn，以公式(1)和公式(2)生成的MSS数目向被测基站并发发起网络接入。

其中，生成呈正态分布规律的话务量呼叫参数的方法如下：

a)根据下面的公式生成话务量呼叫参数：

$\mathrm{Si}=\sqrt{2\×\mathrm{Rand}-1};---\left(1\right)$

$\mathrm{Xi}=\mathrm{INT}(\sqrt{(2\&times;\mathrm{Ln}(1/\mathrm{Si})/\mathrm{Si})}\&times;\mathrm{Si}\&times;\mathrm{\&delta;}+\mathrm{\&mu;}),0<i<n;---\left(2\right)$

其中，Rand为介于0与1之间的随机数，σ为各样本取值的标准方差，μ为各样本取值的平均值，INT表示取整操作。

b)利用统计学的数据正态分布校验法对各样本X_i进行正态校验，使用如下的概率密度公式：

$f\left(\mathrm{Xi}\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\&pi;\&delta;}}}{e}^{\frac{{(\mathrm{Xi}-\mathrm{\&mu;})}^2}{2{\mathrm{\&delta;}}^2}}---\left(3\right)$

如果一组f(Xi)来符合正态分布规律，所得到概率分布图的图形的散点应该如图3所示，是一条左右完全对称的钟形曲线，否则用a)中的公式重新生成各样本X_i。

具体地，步骤S402可以包括以下步骤：根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的移动终端数目样本集；根据正态分布业务模型，生成用于每个移动终端的符合正态分布规律的移动终端连接保活时长和移动终端重接入间隔。

步骤S404可以包括以下步骤：从所述移动终端数目样本集中任选一个样本值n，模拟n个移动终端并发向被测基站发起网络连接；从移动终端连接保活时长样本集中任选一个样本值t1，判断n个移动终端与被测基站的连接时间是否超过了t1，并在超过t1的情况下，使n个移动终端释放与被测基站的连接；以及从移动终端重接入间隔样本集中任选一个样本值t2，判断n个移动终端释放与被测基站的连接的时间是否超过了t2，并在超过t2的情况下，使n个移动终端重新并发向被测基站发起网络连接；以及对n个移动终端在特定时间内与被测基站的连接次数进行计数。

参考图5，详细说明根据本发明实施例的基于多MSS正态分布模型的WiMAX基站的负载测试方法。如图5所示，该负载测试方法包括以下步骤：

在步骤S502中，话务量仿真系统按生成呈正态分布规律的呼叫参数的方法，生成一组符合正态分布规律的MSS数目样本集，初始化业务连接总次数Count为0、测试总时长T、和测试总时长等分间隔ΔT。

在步骤S504中，话务量仿真系统从正态分布的MSS数目样本集中随机选取一个数值，假设为n，MSS_i(1≤i≤n)向被测基站并发发起网络接入，请求与被测基站建立起业务连接。每个MSS_i完成与被测基站的业务连接，Count执行累进加1操作。

在步骤S506中，话务量仿真系统启动测试总时长定时器T_C和测试循环定时器T_p。其中，T_C定时器时长为测试总时长T，T_p定时器时长为测试总时长等分间隔ΔT。

在步骤S508中，话务量仿真系统循环判断测试总时长定时器T_C是否超时，如果T_C超时则停止整个测试流程，并根据业务连接总次数Count和测试定时器时长计算BHCA和CAPS值。

在步骤S510中，话务量仿真系统判断测试循环定时器T_p是否超时，如果T_p超时则释放所有MSS与被测基站建立的业务连接，并回到步骤S506，重新启动定时器T_p；否则，继续等待，直到T_p超时。

以上所述的MSS连接保活时长和MSS重接入间隔呈正态分布趋势是就单个MSS而言的。当测试开始时，MSS向被测基站发起网络接入。当MSS完成与被测基站的业务连接建立后，启动一个连接保活定时器，用公式(1)和公式(2)生成的MSS连接保活时长来设定定时器的时长。当连接保活定时器超时后，MSS发起连接释放。当MSS完成与被测基站的业务连接释放后，启动一个重接入间隔定时器，用公式(1)和公式(2)生成的重接入间隔值来设定定时器的时长。当重接入间隔定时器超时后，在一定的测试时长T内，MSS重新向被测基站发起网络接入。

参考图6，说明根据本发明实施例的基于单MSS正态分布模型的WiMAX基站的负载测试方法。如图6所示，该负载测试方法包括以下步骤：

在步骤S602中，话务量仿真系统按生成正态分布规律的呼叫参数的方法，各生成一组符合正态分布规律的MSS连接保活时长和MSS重接入间隔的样本集，初始化业务连接总次数Count为0和测试总时长为T。

在步骤S604中，话务量仿真系统启动测试总时长定时器T_C。其中，T_C定时器时长为测试总时长T。

在步骤S606中，话务量仿真系统循环判断测试定时器T_C是否超时，如果T_C超时则停止整个测试流程，并根据业务连接总次数Count和测试定时器时长计算BHCA和CAPS值。

在步骤S608中，MSS向被测基站发起网络接入，在完成建立与被测基站的业务连接后，Count进行累计加1操作，启动连接保活定时器T_k。其中，T_k定时器时长为从正态分布的MSS连接保活时长样本集中随机选取的一个数值。

在步骤S610中，MSS判断连接保活定时器T_k是否超时，如果Tk超时则发起连接释放，否则继续保持与被测基站的业务连接，直到T_k超时。

在步骤S612中，MSS完成连接释放后启动重接入定时器T_r。其中，T_r定时器时长为从正态分布的MSS重接入间隔样本集中随机选取的一个数值。

在步骤S614中，MSS判断重接入定时器T_r是否超时，如果T_r超时则跳到步骤S606，否则就继续等待，直到T_r超时。

参考图7，说明根据本发明实施例的WiMAX基站的负载测试系统。如图7所示，该负载测试系统包括：参数生成单元702，用于根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数；以及负载测试单元704，用于利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试。

其中，参数生成单元通过以下等式生成话务量呼叫参数：

0＜i＜n，其中，Rand为介于0与1之间的随机数，σ为各样本取值的标准方差，μ为各样本取值的平均值，INT表示取整操作。

其中，话务量呼叫参数包括以下参数中的至少一个：移动终端数目、移动终端连接保活时长、以及移动终端重接入间隔。

其中，参数生成单元702包括：第一生成单元7022，用于根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的移动终端数目样本集；第二生成单元7024，用于根据正态分布业务模型，生成用于每个移动终端的符合正态分布规律的移动终端连接保活时长和移动终端重接入间隔样本集。

其中，负载测试单元704包括：第一测试单元7042，用于从移动终端数目样本集中任选一个样本值n，模拟n个移动终端并发向被测基站发起网络连接；第二测试单元7044，用于从移动终端连接保活时长样本集中任选一个样本值t1，判断n个移动终端与被测基站的连接时间是否超过了t1，并在超过t1的情况下，使n个移动终端释放与被测基站的连接；以及第三测试单元7046，用于从移动终端重接入间隔样本集中任选一个样本值t2，判断n个移动终端释放与被测基站的连接的时间是否超过了t2，并在超过t2的情况下，使n个移动终端重新并发向被测基站发起网络连接；以及连接计数单元7048，用于对n个移动终端在特定时间内与被测基站的连接次数进行计数。

综上所述，本发明充分考虑了正态分布规律中事件发生的独立性。对于基站负载测试而言，在呼叫参数样本数目有限的情况下，使用正态分布模型可以直观地体现出话务性能指标的随机性和独立性，最大程度地与真实环境下的话务模型相匹配，提高了负载测试结果的可靠性和可分析性。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种WiMAX基站的负载测试系统，其特征在于，包括：

参数生成单元，用于根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数，其中，所述话务量呼叫参数包括以下参数：移动终端数目、移动终端连接保活时长、以及移动终端重接入间隔；以及

负载测试单元，用于利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试；其中，所述负载测试单元包括：

第一测试单元，用于从移动终端数目样本集中任选一个样本值n，模拟n个移动终端并发向被测基站发起网络连接；

第二测试单元，用于从移动终端连接保活时长样本集中任选一个样本值t1，判断所述n个移动终端与所述被测基站的连接时间是否超过了t1，并在超过t1的情况下，使所述n个移动终端释放与所述被测基站的连接；以及

第三测试单元，用于从移动终端重接入间隔样本集中任选一个样本值t2，判断所述n个移动终端释放与所述被测基站的连接的时间是否超过了t2，并在超过t2的情况下，使所述n个移动终端重新并发向所述被测基站发起网络连接；以及

连接计数单元，用于对所述n个移动终端在特定时间内与所述被测基站的连接次数进行计数。

2.根据权利要求1所述的负载测试系统，其特征在于，所述参数生成单元通过以下等式生成所述话务量呼叫参数：

0＜i＜n，其中，Rand为介于0与1之间的随机数，σ为各样本取值的标准方差，μ为各样本取值的平均值，INT表示取整操作。

3.根据权利要求2所述的负载测试系统，其特征在于，所述参数生成单元包括：

第一生成单元，用于根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的移动终端数目样本集；

第二生成单元，用于根据正态分布业务模型，生成用于每个移动终端的符合正态分布规律的移动终端连接保活时长样本集和移动终端重接入间隔样本集。

4.一种WiMAX基站的负载测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S402，根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的话务量呼叫参数，其中，所述话务量呼叫参数包括以下参数：移动终端数目、移动终端连接保活时长、以及移动终端重接入间隔；以及

S404，利用所生成的话务量呼叫参数对WiMAX基站进行负载测试，其中，所述步骤S404包括以下步骤：

从移动终端数目样本集中任选一个样本值n，模拟n个移动终端并发向被测基站发起网络连接；

从移动终端连接保活时长样本集中任选一个样本值t1，判断所述n个移动终端与所述被测基站的连接时间是否超过了t1，并在超过t1的情况下，使所述n个移动终端释放与所述被测基站的连接；以及

从移动终端重接入间隔样本集中任选一个样本值t2，判断所述n个移动终端释放与所述被测基站的连接的时间是否超过了t2，并在超过t2的情况下，使所述n个移动终端重新并发向所述被测基站发起网络连接；以及

对所述n个移动终端在特定时间内与所述被测基站的连接次数进行计数。

5.根据权利要求4所述的负载测试方法，其特征在于，通过以下等式生成所述话务量呼叫参数：

0＜i＜n，其中，Rand为介于0与1之间的随机数，σ为各样本取值的标准方差，μ为各样本取值的平均值，INT表示取整操作。

6.根据权利要求5所述的负载测试方法，其特征在于，所述步骤S402包括以下步骤：

根据正态分布业务模型，生成符合正态分布规律的移动终端数目样本集；

根据正态分布业务模型，生成用于每个移动终端的符合正态分布规律的移动终端连接保活时长和移动终端重接入间隔样本集。

Images