CN104205916A - 测试包括站点和接入点的无线通信网的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测试包括站点(STA3)和接入点(AP3)的无线通信网的方法，该方法包括步骤：在低频带从站点向接入点发送广播分组，并等待确认；基于发送和确认的广播分组数计算低频带的分组损失；考虑计算出的低频带的分组损失并使用低频带和高频带之间的相关函数，计算高频带的分组损失。无线通信网尤其为根据IEEE 802.11建议之一的通信网，且广播分组尤其为地址解析协议分组。

Description

测试包括站点和接入点的无线通信网的方法
技术领域
本发明涉及一种测试包括站点和接入点的无线通信网的方法，具体地，一种为确定视频质量计算站点和接入点之间分组损失的方法。
背景技术
当前对终端用户来说，用于局域网的无线传输(WLAN)已是足够完善的技术。局域网的关键部分是将局域网连接至互联网的常驻网关。用于连接无线设备至局域网的机制称为Wi-Fi，这是使用IEEE 802.11标准族进行无线传输的设备的品牌名。IEEE 802.11标准，也称为建议，定义了作为无线接入点的常驻网关，且连接至常驻网关的无线设备也称为站点。IEEE 802.11标准被定义使得分布于家庭内部的无线设备不需要任何数据线就能够连接至常驻网关。
IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准使用2.4GHz的ISM频带，其中后来开发的802.11g标准实现了高达54Mb it/s的数据率，即使对实时应用中提供高质量视频流原则上也是足够的。但是Wi-Fi技术却成为其自身成功的受损方：尽管有多个不重叠的频率信道可选用于数据传输(欧洲4个，美国3个)，但是在市区里相邻Wi-Fi设备的干扰成为严重的问题。并且，还有其他使用2.4GHz ISM频带的设备，例如蓝牙设备、微波炉、儿童手机等。
因而，业内一致认为2.4GHz ISM频带上的视频流不能够可靠地工作，必须使用5GHz U-NII的频带来避免干扰。另外，当前的802.11g无线设备为数据传送而设计，本质上不能进行高质量视频传输。这些设备以54Mb it/s的最大物理层比特率进行操作，这提供约22Mb it/s的平均数据吞吐量。同时，制造Wi-Fi设备的领先公司已经开始研制根据新IEEE 802.11n标准专为视频应用进行调整的专用5GHz Wi-Fi方案，其中新IEEE 802.11n标准为5GHz频带上给定的射频路径规定了足够的数据吞吐量和分组损失。
但是对于对这种应用感兴趣的用户来说，还存在其他问题，即，用户并不知道家中用于视频传输的站点和接入点之间的RF路径损失。也不存在基于站点和接入点之间的距离来计算RF路径损失的可靠模型，该距离内包括由墙、橱柜或其他障碍造成的额外路径损失。例如，由常规混凝土地面导致的衰减约为5dB，但是对于包括用户不可见的金属砂浆增强网格的混凝土地面，衰减也可能达到25dB。
如图1所示，用户在家中的房间R1具有例如操作于2.4GHz频带的Wi-Fi接入点AP，在房间R2的位置L1具有站点STA1，如计算机。但他希望用高级的5GHz Wi-Fi上视频接入点AP2，即操作于5GHzU-NII频带上的常驻网关，替换当前的接入点AP，并与之一起使用位于位置L2的5GHz Wi-Fi上视频机顶盒STA2。机顶盒STA2的位置靠近房间R2中的电视机TV。
尽管新的5GHz接入点AP2的文档承诺其在高达90db的路径损失下可保证40Mb/s的数据吞吐量和低于10-16分组/s的分组损失，这能够实现同时观看和记录两个不同的高分辨率电影，但用户并不知道该方案实际上是否能够在其家中他打算用于常驻网关AP2和机顶盒STA2的位置上充分工作。在房间R1，可能在常驻网关AP2和机顶盒STA2之间的直线上存在例如烟囱或大的橱柜C。因此能做的只有从商店购买装置并寄希望于其能够在想要的位置操作，或者如果可能的话，使用由供应新接入点AP2的公司提供的现场服务。
US 7317419描述了一种基于与从目标设备接收的发射强度有关的数据，估计发射射频信号的目标设备的位置的方法。基于与从目标设备和参考设备接收到的发射相关联的接收信号强度数据，估计目标设备的位置。目标设备例如可以是发射干扰IEEE 802.11WLAN设备的操作的能量的设备，例如微波炉、蓝牙设备或无绳电话。该方法使用多路径损失模型，例如，用于低障碍密度区域的路径损失模型，另一用于高障碍密度区域的路径损失模型。可通过经验来确定路径损失模型的具体参数。
发明内容
本发明描述了一种用于测试包括站点和接入点的无线通信网的方法，该方法包括步骤：在低频带从站点向接入点发送广播分组，并等待确认；基于发送和确认的广播分组数计算低频带的分组损失；考虑计算出的低频带的分组损失并使用低频带和高频带之间的相关函数，计算高频带的分组损失。
无线通信网尤其为根据IEEE 802.11建议之一的通信网，并且以根据IEEE 802.11建议之一的最低建议调制速率发送广播分组而不进行重传，最低建议调制速率例如在1-5MHz的范围内。
在本发明的进一步方面，该方法包括步骤：响应于接收的广播分组，发送单播响应消息，以用于计算低频带的分组损失；并通过相关函数将分组损失数据转换为低频带，以用于确定低频带上的视频性能，其中广播分组尤其为地址解析协议分组。
根据本发明的站点例如通过使用站点内包含的计算机可执行程序代码来使用该方法。用于执行该方法的计算机可执行程序代码可作为软件程序包含于该站点内，或者，可通过从包括计算机可执行程序代码的计算机可读存储介质复制计算机可执行程序代码，将其存储于站点内。
附图说明
作为示例，参考示意图对本发明的优选实施例作更详细的解释，附图中示出了：
图1：包括布置于终端用户家中的站点和接入点的无线通信网，及
图2：确定如图1描述的场所中5Hz频带的分组损失的场景。
具体实施方式
应当理解，本发明的附图和说明书已被简化用于说明为清楚理解本发明所需的相关元件，并出于清晰的目的省略了很多在典型的无线传输方法和系统中可见的其他元件。然而，因为这些元件在本领域是公知的，在此不对其详细讨论。在此本公开涉及对本领域技术人员来说公知的所有改变和修改。示例的实施例基于IEEE 802.11的框架提出，但本发明不限于该特定环境，并可用于使用其他频率的其他无线框架。
本发明用于测试无线通信网的方法包括站点和接入点，并使用广播分组来计算低频带的分组损失。然后，考虑计算出的低频带的分组损失并使用低频带和高频带之间的相关函数，计算高频带的分组损失。无线通信网尤其为根据IEEE 802.11建议之一的无线网，低频带为2.4GHz，高频带为5GHz。
现参考图2，说明测试无线通信网的方法，图2示出了用于测试如图1描述的场所的接入点AP3和站点STA3。接入点3可以是任意的旧Wi-Fi接入点，站点3可以是具有根据IEEE 802.11建议之一的2.4GHz Wi-Fi的任意旧膝上电脑，用以测试无线路径来确定位于图1所描述的新常驻网关AP2和新机顶盒STA2的设想位置之间的路径损失，尤其是分组损失。
作为示例，用于测试无线通信网的方法可提供为应用，该应用可安装于站点STA3如膝上电脑、上网本或装备了Wi-Fi的智能手机上，用于确定接入点AP2和机顶盒STA2之间无线路径的路径损失。站点STA3在房间R2内移动并可测试有意用于机顶盒STA2的所有位置。因此，在房间R2的Ci位置处利用2.4GHz频带上的站点STA3进行了多次测量，以确定每个位置Ci处的分组损失。也可对接入点AP3在多个位置Di作相应的测量。
用于测试无线通信网的方法应尽可能地与2.4GHz频带上的任何已有干扰无关，该干扰可例如由在其公寓的房间R3中使用接入点AP′的邻居所引发。接入点AP′的范围以简化的方式示为圆形，并覆盖了房间R2的一部分。因为2.4和5GHz之间在路径损失方面具有很好的相关性，在2.4GHz频带上获得的路径损失结果将转换为5GHz频带上的路径损失。通过使用广播分组，该方案因此与2.4GHz频带上的Wi-Fi干扰无关，但与非Wi-Fi干扰有关。就此而言，该测试在有关5GHz的预测性能方面得到保守结果。
用于确定旧常驻网关AP和站点STA3之间的路径损失的方法依赖于STA3的辐射功率和接入点AP的接收灵敏度，但与影响Wi-Fi性能的算法如速率适配和无线重传算法的实现选择无关。对于5GHz的性能，该计算假定新接入点AP2具有最大法律允许的辐射功率以及新机顶盒STA2具有当前最先进的接收灵敏度。在具有多种无线路径的多个位置上利用2.4GHz接入点AP3和2.4GHz站点STA3上获得现有2.4GHz方案的2.4GHz测试结果，5GHz和2.4GHz测试结果之间的相关性将允许(以保守方式)预测5GHz方案能否在两个给定的位置，例如，新接入点AP2和新机顶盒STA2的位置，起作用。
更具体地，旧2.4GHz接入点AP3可以是任意模型，不要求在实现上或功能上的控制。接入点AP3可以甚至是例如根据IEEE 80211b的旧常驻网关。对于站点STA3，可使用例如膝上电脑、上网本或智能手机，在其上运行测试应用。测试应用可从例如互联网网页上下载，或者可由服务DVD提供。
由于可能的2.4GHz频带干扰，测试方法不能使用吞吐量测试和往返时间。而且，由于希望限制对2.4GHz接入点AP3和2.4GHz站点STA3的约束，测试方法不能使用接收信号强度指示(RSSI)值。测试方法有利地仅基于分组损失。测试方法不要求控制接入点AP3和站点STA3所使用的速率集，也不要求对分组损失具有很大影响的重传控制和重传限制。测试方法有利地使用广播分组，例如地址解析协议(ARP)分组，其总是以最低Wi-Fi调制速率发送，如最低IEEE802.11b或802.11g调制速率，而不进行重传。测试方法使用选择的广播分组，使得向发送站点STA3自动地反馈对接收的确认或确定。
地址解析协议是用来将网络层地址解析为链路层地址的通信协议。地址解析协议定义了简单的消息格式，其使用一个广播地址解析请求和从搜寻接收设备发回至发送方的单播响应。
位于位置Ci的站点STA3向接入点AP3发送例如2.4GHz ARP广播分组，接入点AP3发送回复。由于回复是单播消息因而可以重传，对于分组损失来说，主要是广播分组的发送，而与接入点AP3的重传行为无关。根据发送的广播分组数和接收的消息数，可以计算出在位置Ci的分组损失百分比。
测试应用包括相关函数，其在下一步骤中将分组损失从2.4GHz范围转换至5GHz范围，从而提供关于5GHz视频性能的估计。首先，相关函数需要定义于多个位置Ci和/或Di处获得的多个2.4GHz分组损失值2.4RefAP3、2.4RefSTA3与5GHz分组损失值之间：2.4GHz预测测试结果(2.4Re fAP3位置Ci；2.4Re fSTA3位置Di)得出Yi％的分组损失，并且VideoPerformance(5GHzAP2位置Di；5GHzSTA2位置Ci)的结果为Zi任意单位。根据区域(Yi，Zi)，可以拟合相关函数，使得Zi可以由相关函数(Yi)近似。
当用户使用旧装置在屋子内对设想的位置执行2.4GHz预测测试时，他获得2.4GHz预测测试结果，其为位置D1处接入点AP2和位置L2处站点STA2的分组损失X％。基于以上可以可靠地推导出设想位置处5GHz方案的视频性能，也就是位置D1处5GHz接入点AP2和位置L2处5GHz站点STA2的视频性能将等于或优于相关函数(X)。
该方法具有以下优点：用户在购买新的装置前有初始的估计，估计在接入点AP2和新站点STA2之间的视频传输能否工作或者将在哪里工作。该测试可通过用户旧的装置来执行，这种旧装置可以是任何Wi-Fi认证的2.4GHz常驻网关和任何Wi-Fi认证的膝上电脑或上网本。对新装置不需要进行试错，也不需要使用专门测试装置进行现场服务。
权利要求中的附图标记只是说明性的，不对权利要求的范围起限定作用。说明书、权利要求和附图中公开的特征可独立地提供或者以合适的方式组合，并可以适当地以硬件、软件或二者组合的方式实现。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以利用本发明的其他实施例。因此，本发明由所附权利要求限定。

Claims (12)

1.一种用于测试包括站点(STA3)和接入点(AP3)的无线通信网的方法，该方法包括步骤：
在低频带从站点(STA3)向接入点(AP3)发送广播分组，并等待确认；
基于发送和确认的广播分组数计算低频带GHz的分组损失；以及
考虑计算出的低频带的分组损失并使用低频带和高频带之间的相关函数，计算高频带的分组损失。
2.如权利要求1的方法，包括步骤：响应于接收的广播分组，由接入点(AP3)发送单播响应消息作为所述确认。
3.如权利要求1或2的方法，其中广播分组为地址解析协议分组。
4.如权利要求1或2或3的方法，其中无线通信网是根据IEEE802.11建议之一的通信网。
5.如权利要求4的方法，包括步骤：以根据IEEE 802.11建议之一的最低建议调制速率发送广播分组，而不进行重传。
6.如权利要求4或5的方法，包括步骤：以在1-5MHz的范围内的调制速率发送广播分组。
7.如前述权利要求之一的方法，其中低频带是2.4GHz ISM频带，高频带是5GHz U-NII频带。
8.如前述权利要求之一的方法，包括步骤：根据相关函数确定高频带上的视频性能。
9.一种站点(STA3)，其使用如前述权利要求之一的方法。
10.一种应用于站点(STA3)内的计算机可执行程序代码，所述计算机可执行程序代码执行根据前述权利要求1-8之一的方法步骤作为后续程序步骤。
11.一种计算机可读存储介质，包括用于执行根据前述权利要求1-8之一的方法的计算机可执行程序代码。
12.一种计算机可读的非临时性程序存储介质，包括根据权利要求10的计算机可执行程序代码。
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