CN101222737B

CN101222737B - 一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置及方法

Info

Publication number: CN101222737B
Application number: CN2008100043942A
Authority: CN
Inventors: 刘飞
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: CN101222737A

Abstract

本发明涉及一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置及方法，其中装置包括输入模块(21)、处理模块(22)和输出模块(23)；方法包括：通过处理模块(22)将输入模块(21)配置参数同步更新到被测基站(10)，模拟真实的的无线环境，实时获取并自动记录被测连接的QoS属性，输出模块统计分析实时记录的各项QoS性能指标并输出测试评估结果。这种装置和方法能够实现多用户多业务流在不同应用场景设置下的组合测试，提高WiMAX系统QoS测试评估效率及水平。

Description

一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置及方法

技术领域

本发明涉及全球微波接入互操作性WiMAX系统测试领域，具体涉及一种自动测试评估WiMAX系统服务质量QoS的装置及方法。

背景技术

全球微波接入互操作性Worldwide Interoperability For Microwave Access，简称WiMAX系统是基于IEEE 802.16e协议的一种无线接入系统，包括基站，射频，以及各种支持IEEE 802.16e协议的终端。在WiMAX系统中，是通过调度模块、接纳控制模块以及拥塞控制模块来共同保证系统的服务质量Quality of Service，简称QoS的。QoS参数决定了WiMAX系统在空口的带宽申请方式、数据传输的最小保证速率、最大传输速率以及时延，抖动，服务优先级等。

在商用过程中，需要经常评估WiMAX系统的QoS属性，以检测系统对不同业务需求的运行效果，方便不同运营商灵活定制各种业务，够满足不同的应用场景。

从传输层传递过来的IP数据包，进入WiMAX系统，在汇聚层将数据对应不同的连接，每种连接都有它的QoS属性。IEEE 802.16e标准中定义了WiMAX空中接口媒体访问控制Media Access Control，简称MAC层的QoS机制，MAC层的承载服务叫做服务流Service Flow，每个服务流的特性用一组QoS参数来标识。针对业务类型的不同，IEEE 802.16e协议定义了五种MAC层的服务类型，优先级由高到低依次是：

1)非请求授权服务Unsolicited Grant Service，简称UGS。

2)扩展实时轮询服务Extended Real-time Polling Service，简称EXTPS。

3)实时轮询服务Real-time Polling Service，简称RTPS。

4)非实时轮询服务Non Real-time Polling Service，简称NRTPS。

5)尽力而为服务Best Effort，简称BE。

对于QoS评估而言，主要是从五个方面来考虑：一是单用户上传下载，二是多用户不同QoS等级的优先级，三是多用户相同QoS等级的公平性，四是空口容量变化时系统的QoS，五是上述五种QoS参数分别对应的上层业务的应用。

传统的QoS性能评估方法只能通过在终端手动统计最大、最小、平均速率，只能通过ping包的回路时延统计时延，无法统计数据包在WiMAX系统中的传输时延，只能根据设定ping包次数统计丢包率。这种QoS性能评估方法存在如下问题：

1)统计过于粗略，不利于对系统性能的分析和评价。

2)没有反映各个性能指标的内在联系。

3)无法进行多用户多业务流在不同背景设置下的组合测试。

4)QoS参数的采集和处理依赖手工记录和完成，耗时易错。

因此，需要有一种自动测试评估WiMAX系统QoS性能的方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置及方法，能够模拟真实的无线环境，自动采集、记录和处理QoS参数，从而提升WiMAX系统QoS测试评估的效率和水平。

本发明的上述第一个技术问题这样解决，提供一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置，通过射频电缆连接被测基站和测试终端，包括：

输入模块，用于配置空口容量参数、用户类型和数量以及应用层运行业务类型；

处理模块，用于将配置参数同步更新到被测基站、实时获取并记录被测连接的QoS属性以及计算处理；

输出模块，用于输出测试评估结果。

按照本发明提供的测试评估装置，所述测试终端是一个或多个。

本发明的上述另一个技术问题这样解决，提供一种自动测试评估WiMAX系统QoS的方法，采用由输入模块、处理模块和输出模块构成的自动测试装置，包括以下步骤：

1.1)通过输入模块配置空口容量参数、用户类型和数量以及应用层运

行业务类型，定制测试评估应用场景；

1.2)通过处理模块将输入模块配置参数同步更新到被测基站，模拟真

实的无线环境，实时获取并记录被测连接的QoS属性；

1.3)通过输出模块输出测试评估结果。

按照本发明提供的测试评估方法，所述步骤3.1)中所述用户类型是指IEEE 802.16e协议定义的WiMAX系统五种MAC层的服务类型：非请求授权服务、扩展实时轮询服务、实时轮询服务、非实时轮询服务、尽力而为服务。

按照本发明提供的测试评估方法，所述步骤3.2)中所述输入模块配置参数包括静态配置的参数和动态配置的参数。

按照本发明提供的测试评估方法，对于所述静态配置的参数在统计输入信息开始时同步到被测基站即可，对于所述动态配置的参数需要实时发送到被测基站，然后触发被测基站动态改变空口容量。

按照本发明提供的测试评估方法，所述空口容量的实时值由处理模块根据实时获取的当前采用的调制编码方式来计算，其计算公式为：上行吞吐量＝上行帧时隙数×每个时隙传输数据量×每秒帧数，下行吞吐量＝下行帧时隙数×每个时隙传输数据量×每秒帧数，其中，每个时隙传输数据量＝每个时隙的子载波个数×每个子载波的数据量，每个子载波的数据量＝调制方式的指数×步长。

按照本发明提供的测试评估方法，所述步骤3.2)中所述被测连接是指被测基站与测试终端之间的连接通路。

按照本发明提供的测试评估方法，所述步骤3.2)还包括：实时记录被测连接的QoS违例情况，包括违例次数、违例时间和违例原因。

按照本发明提供的测试评估方法，所述步骤3.3)还包括：输出模块对实时记录的被测连接QoS属性的各项性能指标之间的相互联系进行分析统计。

本发明提供的一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置及方法，通过处理模块将输入模块配置参数同步更新到被测基站模拟出真实的无线环境，实时获取并自动记录被测连接的QoS属性；进一步，能够实现多用户多业务流在不同应用场景设置下的组合测试，提高了QoS测试评估效率；进一步，能够统计分析QoS各项性能指标的内在联系，有利于对WiMAX系统性能进行更加细致深入的分析和评价，提高QoS测试评估水平。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1是本发明QoS自动测试评估装置系统连接示意图。

图2是本发明QoS自动测试评估装置功能模块结构示意图。

图3是本发明空口容量相关参数配置示意图。

图4是本发明用户类型和数量组合配置示意图。

图5-1、5-2和5-3是本发明统计的某个测试终端的某个连接的QoS属性示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明QoS自动测试评估装置20通过射频电缆与被测基站10和测试终端30相连，可以同时连接多个测试终端30，实现多用户多业务流在不同应用场景设置下的组合测试。

如图2所示，本发明QoS自动测试评估装置可以分为以下几个模块来实现：

1)输入模块21，用于配置空口容量相关参数，配置用户类型和数量组合，配置应用层业务类型，包括文件传输协议File Transfer Protocol，简称FTP，网络电话Voice over Internet Protocol，简称VoIP，流媒体，浏览网页等。针对QoS评估的不同方面，会有不同的参数组合。针对单用户上传下载，参数组合示例如图3所示。针对多用户不同QoS等级的优先级，参数组合示例如图4所示。

2)处理模块22，分为三个步骤：

步骤一是统计更新输入信息，对于静态配置的参数，只要在统计开始的时候同步到被测基站10就可以了。对于动态调整空口容量的数据，需要实时的发送到被测基站10，然后触发被测基站10改变空口容量。空口容量的计算是通过实时获取的当前采用的调制编码方式代入如下公式：

上行吞吐量＝上行帧slot数×每个slot传输数据量×每秒帧数，下行吞吐量＝下行帧slot数×每个slot传输数据量×每秒帧数。其中slot指帧的一个基本分配单位，称为时隙，每个slot传输的数据量＝每个slot的子载波个数×每个子载波的数据量，每个子载波的数据量＝调制方式的指数×步长，例如64阶正交幅度调制卷积编码64 Quadrature Amplitude Modulation Convolutional Codes，简称64QAM CC 1/2，每个子载波的数据量＝6×1/2。

步骤二是动态获取被测基站10和测试终端30信息，通过步骤一，已经设定了各种真实的无线环境，包括静态和动态两种情况，然后该测试评估装置要实时地记录各个连接的速率、时延、丢包率、抖动等性能指标，然后在统计时间段内绘制成二维的曲线图加以形象的反映，如图5所示。

步骤三是计算处理，主要是给出QoS违例的处理依据。在一段时间内，如果某个连接的上下行速率超出QoS设定的速率区间，则速率违例统计次数增加，并记录速率违例时间，违例原因；在一段时间内，如果某个连接的上下行传输时延超出QoS设定的最大时延，则时延违例统计次数增加，并记录时延违例时间，违例原因。上下行的调度周期统计采用如下公式：

传输周期＝最小值(允许抖动，最大延迟)-网络时延，即Transmitting period＝MIN(Tolerable Jitter，Maximum Latency)-Network Delay。

其中Network Delay包括软件时延和硬件时延，软件时延包括：流控制时延Flux control delay，MAC层调度时延MAC scheduling delay，构造/解构协议数据单元Protocol Data Unit，简称PDU时延De/construct PDU delay，物理层调度时延PHY scheduling delay；硬件时延包括：Abis接口时延Abis interface delay，链路传输时延Link transmission delay。对于下行，是从基站控制器Base Station Controller，简称BSC侧的数据流控制Data Flow Control，简称DFC开始给每个服务数据单元Service Data Unit，简称SDU盖上时间戳，当数据进入调度模块，调度模块得到当前时间来计算数据传输时延，该时延包括abisc interface delay，link transmission delay和flux control delay.其中Construct PDU delay和PHY scheduling delay需要进行预估。对于上行，基站BTS的DFC模块接收到数据，给每个SDU盖上时间戳，当数据进入调度模块，调度模块得到当前时间来计算数据传输时延。destruct PDU delay和PHY scheduling delay需要进行预估。

3)输出模块(23)，对吞吐量、调度时延、丢包率和抖动等QoS性能指标的相互联系做统计。例如，统计系统平均吞吐量和时延的乘积，作为衡量调度性能的参数。给出每个连接在统计时间段内QoS违例的情况，并给出在该统计时间段内的速率，时延，抖动的二维曲线图。

下面通过较佳实施例进一步说明本发明：

以WiMAX系统带宽为10M、中心频点为2546Mhz，双工模式采用时分双工Time Division Duplex，简称TDD，动态改变空口容量来评估QoS属性为例。

首先在输入模块21中配置空口容量相关参数，参考图3，载波分配方式选择部分使用子信道Partially Used Sub-channel ALL，简称PUSC全部子信道。设定下行发射功率的范围和改变发射功率的方向来动态改变下行发射功率，在本例中通过减小发射功率来模拟信号由好变差的情况。由于信号变差，自适应编码调制Adaptive Modulated-code，简称AMC机制会通过改变调制编码方式来减小空口的实际带宽。调制编码方式有：64阶正交幅度调制卷积Turbo编码64 Quadrature Amplitude Modulation Convolutional Turbo Codes，简称64QAM CTC 5/6，16QAM CTC 3/4，正交相移键控卷积编码Quadrature Phase-shift Keying Convolutional Codes，简称QPSK CC 1/2；用户类型和数量组合选择一个2mbps UGS用户，一个4～6mbps RTPS用户，一个10mbps BE用户；业务类型选择FTP业务。

在处理模块22，第一步，实时地获取当前的调制编码方式，并计算出此时的系统空口理论容量。开始阶段，下行信号比较好时，采用最高阶64QAM CTC 5/6，空口容量下行18mbps左右。三个用户分别采用FTP下载，实际下载速率分别UGS用户2mbps，RTPS用户6mbps，BE用户10mbps。降为16QAM CTC 3/4，空口容量下行11mbps左右，实际下载速率分别UGS用户2mbps，RTPS用户6mbps，BE用户3mbps。降为QPSK CC 1/2，空口容量下行3.7mbps左右，实际下载速率分别UGS用户2mbps，RTPS用户QoS违例，而BE是尽力二为业务，没有QoS要求，所以不存在违例的情况。第二步，实时获取各个测试终端30的连接的速率、时延、丢包率、抖动等。第三步，记录RTPS用户QoS违例，违例原因最小速率不能保证。

在输出模块(23)，分别输出UGS用户的吞吐量，时延，抖动的二维曲线图，以及QoS的违例情况；输出RTPS用户的吞吐量，时延以及QoS的违例情况；输出BE用户的吞吐量。

Claims

1.一种自动测试评估WiMAX系统QoS的装置，通过射频电缆连接被测基站(10)和测试终端(30)，其特征在于，包括：

输入模块(21)，用于配置空口容量参数、用户类型和数量以及应用层运行业务类型；

处理模块(22)，用于将配置参数同步更新到被测基站、实时获取并记录被测连接的QoS属性以及计算处理；

输出模块(23)，用于输出测试评估结果。

2.根据权利要求1所述测试评估装置，其特征在于，所述测试终端(30)是一个或多个。

3.一种自动测试评估WiMAX系统QoS的方法，其特征在于，采用由输入模块(21)、处理模块(22)和输出模块(23)构成的自动测试装置，包括以下步骤：

3.1)通过输入模块(21)配置空口容量参数、用户类型和数量以及应用层运行业务类型，定制测试评估应用场景；

3.2)通过处理模块(22)将输入模块配置参数同步更新到被测基站(10)，模拟真实的无线环境，实时获取并记录被测连接的QoS属性；

3.3)通过输出模块(23)输出测试评估结果。

4.根据权利要求3所述测试评估方法，其特征在于，所述步骤3.1)中所述用户类型是指IEEE 802.16e协议定义的WiMAX系统五种MAC层的服务类型：非请求授权服务、扩展实时轮询服务、实时轮询服务、非实时轮询服务、尽力而为服务。

5.根据权利要求3所述测试评估方法，其特征在于，所述步骤3.2)中所述输入模块(21)配置参数包括静态配置的参数和动态配置的参数。

6.根据权利要求5所述测试评估方法，其特征在于，对于所述静态配置的参数在统计输入信息开始时同步到被测基站(10)即可，对于所述动态配置的参数需要实时发送到被测基站(10)，然后触发被测基站(10)动态改变空口容量。

7.根据权利要求6所述测试评估方法，其特征在于，所述空口容量的实时值由处理模块(22)根据实时获取的当前采用的调制编码方式来计算，其计算公式为：上行吞吐量＝上行帧时隙数×每个时隙传输数据量×每秒帧数，下行吞吐量＝下行帧时隙数×每个时隙传输数据量×每秒帧数，其中，每个时隙传输数据量＝每个时隙的子载波个数×每个子载波的数据量，每个子载波的数据量＝调制方式的指数×步长。

8.根据权利要求3所述测试评估方法，其特征在于，所述步骤3.2)中所述被测连接是指被测基站(10)与测试终端(30)之间的连接通路。

9.根据权利要求3所述测试评估方法，其特征在于，所述步骤3.2)还包括：实时记录被测连接的QoS违例情况，包括违例次数、违例时间和违例原因。

10.根据权利要求3所述测试评估方法，其特征在于，所述步骤3.3)还包括：输出模块(23)对实时记录的被测连接QoS属性的各项性能指标之间的相互联系进行统计分析。