CN116233907B - 基于模拟多并发sta的ap性能检测方法及检测系统 - Google Patents
基于模拟多并发sta的ap性能检测方法及检测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法及检测系统，属于无线局域网技术领域。AP性能检测方法，包括：基于软件模拟平台，生成多个STA对象，每一个STA对象独立执行CSMA/CA的无线接入过程，所有STA对象共享一个无线信道，所有STA对象叠加自身当前状态至无线信道上，所述状态包括信道监听状态和发送状态；本发明不仅可以进行信令仿真，还可以在这个过程中同时执行空口性能的仿真，即本发明能够模拟空口竞争过程，并且通过空口传递信令的过程，具备完整的无线接入过程，从而仿真更加真实有效，本发明能够分析AP侧最大承载无线逻辑连接数量的同时，测量空口接入速率，空口接入延迟，空口冲突情况等参数。
Description
技术领域
本发明涉及无线局域网技术领域，具体涉及基于模拟多并发STA的AP性能检测方法及检测系统。
背景技术
无线AP的压力测试，需要许多真实的无线终端才可以，比如1个Wi-Fi 6的无线路由器，测试时需要配置上百台无线终端（比如智能手机），造成测试的复杂和成本提高。
一、中国公开授权发明：CN201310231753.9无线接入点的测试方法及装置、测试终端，其通过STA模拟端与AP的交互实现对AP的容量和性能的测试；
二、中国公开授权发明：CN201910372960.3一种WiFi自动化测试系统及其测试方法；其能模拟实际使用情况，每个接入的STA能同时并独立进行上千次接入、断开、吞吐量测试，能单独显示测试结果及数据；可模拟多个STA同时或依次接入WiFi的实际工作场景，测试更贴近用户环境；
以现有方法“一”为例，该方法聚焦于信令仿真，而无法进行空口仿真。信令指的是无线局域网在接入过程中的一些管理帧交互，比如beacon帧，关联，解关联，认证，解认证等相关帧。该仪器可以分析AP能够承载的最大无线逻辑连接数量，这个数量收到AP的RAM和CPU影响，存储空间越大，处理速率越快，那么能够承载的会话数量也越多。但是这种仪器无法进行空口信号的仿真，即无法模拟当用户数增加时，多用户竞争无线信道，进行成功传输，或者传输冲突等空口情况；
以现有方法“二”为例，该方法聚焦于采用硬件阵列构筑仿真仪器。该仪器由多块无线局域网模块构成，这些模块由统一的控制器进行控制。通过控制器统一配置这些无线局域网模块与待测件AP建立连接，并且实时采集各个模块的空口检测信息，从而获取AP性能的结果。该方法有两方面缺点，一方面成本较高，主要是其需要采购多块无线局域网模块阵列，每一个模块相当于一个无线终端，因此其需要花费较高的采购成本，另外一方面，其硬件架构固定，即当仪器设计完毕后，其就限定了该仪器能够配置的最大无线模块的数量。随着无线技术的进步，如果需要更新仪器，为其配置更多的无线模块，那么就需要重新购买最新设计的仪器，而不能在之前的仪器上进行增添。
基于以上问题，本发明希望提供一种低成本的能够模拟多种空口情况以及适用范围广的AP测量方法。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供基于模拟多并发STA的AP性能检测方法及检测系统，通过在仿真软件模拟无线信道信息，在一台机器上生成多个STA模拟节点，以此模拟多种空口情况，并于软件层面完成真实采样数值叠加，对AP性能参数进行检测，成本低、适用范围广。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，包括：
基于软件模拟平台，生成多个STA对象，每一个STA对象独立执行CSMA/CA的无线接入过程，所有STA对象共享一个无线信道，所有STA对象叠加自身当前状态至无线信道上，所述状态包括信道监听状态和发送状态；
基于无线电硬件接口，对模拟环境下的无线信道的状态进行采样，并发送到被测AP，同时将AP的反馈结果通过反向的操作反馈给模拟环境，最终通过被测AP的反馈结果，分析获取AP的性能参数。
优选地，基于软件模拟平台，生成多个STA对象，具体包括：
在软件层面构筑一个模拟仿真环境，其中包含多个STA对象，每一个STA对象是独立运行，能够模拟完整的CSMA/CA状态机，所有STA对象共享一个无线信道，然后通过对逐个STA对象进行CSMA/CA过程的模拟，并将逐个节点生成的事件按照时刻堆砌在无线信道的事件轴上，进而生成无线信道对应的随机时间列表，最后通过随机事件仿真引擎逐个执行随机事件。
优选地，所述随机事件包含从IP网络层，到MAC媒介接入层，以及到PHY层的整个过程；
所述IP网络层用于完成组包；
所述MAC层用于完成MAC组帧以及基于CSMA/CA无线接入过程；
所述PHY层用于模拟信道衰减以及模拟物理层发送过程。
优选地，所述对模拟环境下的无线信道的状态进行采样时，包括以下步骤：
1）、软件模拟层面，每一个STA对象，独立执行CSMA/CA过程的模拟，并生成各自的随机事件：所述随机事件包含事件类型以及事件执行的时间；
2）、各个STA将生成的随机事件传递给无线信道，无线信道按照统一的时间轴，按照各个STA生成的随机事件中的执行时间，逐一将事件安排到无线信道的事件执行轴上；
3）、按照无线信道的时间轴开始执行仿真，无线信道每一个时隙检测一次信道状态，并调度下一个时隙需要执行的随机事件。
优选地，若在同一时间，时间轴上仅有一个STA对象的随机事件，那么就执行该STA对象的随机事件；
若在同一时间，时间轴上有多个STA对应的随机事件，则同时进行执行STA对象随机事件，并将随机事件进行叠加执行。
优选地，所述采样数值叠加后再基于无线电模块发送至被测AP时，包括：
对每个STA模拟节点对应信道以逐个时隙采样的方式，将信道上的数值保留、叠加，并通过传输接口传递给无线电模块，再发送至被测AP。
优选地，AP的反馈结果通过反向的操作反馈给模拟环境时，具体包括：
获取被测AP真实的信号采样信息，通过逐个时隙采样的形式，将被测AP的真实采样数值，通过STA无线模块传递回仿真软件，并重新融合到随机事件仿真引擎中，对随机事件仿真过程造成影响。
优选地，任意一个STA对象都是独立对象，随机构造成随机事件，向被测AP发送叠加后的采样数值采用以下公式计算：
；
其中，为向被测AP发送的叠加后的采样数值，/>、/>、/>、为仿真软件模拟的STA节点信道的采样数值，/>为仿真软件模拟的STA节点信道的数量。
第二方面，本发明提供了一种基于模拟多并发STA的AP性能检测系统，包括：
生成模块，所述生成模块用于搭载仿真软件，生成模拟多个STA模拟节点；
随机事件仿真模块，所述随机事件仿真模块用于生成随机事件对STA模拟节点信道产生影响，使STA模拟节点信道得到不同数值，以此模拟无线终端连接AP时产生的不同状态；
STA节点采样模块，所述STA节点采样模块用于获取STA模拟节点信道的采样数值；
数值叠加模块，所述数值叠加模块用于将获取的多个STA模拟节点信道采样数值进行叠加；
无线电模块，所述无线电模块用于无线信号的发送与接收。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如第一方面所述方法中的步骤。
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读取介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如第一方面所述方法中的步骤。
本发明的有益效果在于：
一、本发明不仅可以进行信令仿真，还可以在这个过程中同时执行空口性能的仿真，即本发明能够模拟空口竞争过程，并且通过空口传递信令的过程，具备完整的无线接入过程，从而仿真更加真实有效，本发明能够分析AP侧最大承载无线逻辑连接数量的同时，测量空口接入速率，空口接入延迟，空口冲突情况等参数。
二、本发明成本较低，具有较好的扩展性：本发明是在软件层面对空口进行模拟，只要软件运行的硬件资源足够，那么就可以随意增加或者减少模拟的网络节点数目，具有更好的可扩展性和灵活性。另外由于本发明会将空口模拟后的结果通过专用的STA无线模块发送出去，该模块既可以发送单个节点的信号（比如STA1的信号），也可以发送多个节点叠加的信号（比如STA1+STA2的信号），因此可以在只配置单个无线模块的情况下，即可以实现空口模拟，从而降低了仿真仪器的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于模拟多并发STA的AP性能检测方法的流程图。
图2为基于模拟多并发STA的AP性能检测系统的模块示意图。
图3为本发明叠加状态下，仅有一个STA进行传输的示意图。
图4为本发明叠加状态下，有两个STA同时传输的示意图。
图5为本发明叠加状态下，两个STA前后开始传输的示意图。
图6为本发明模拟随机事件逐个执行的示意图。
图7为本发明实施例模拟设备与被测AP连接的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：如图1至图7所示，本发明提供了一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，包括：
基于软件模拟平台，生成多个STA对象，每一个STA对象独立执行CSMA/CA的无线接入过程，所有STA对象共享一个无线信道，所有STA对象叠加自身当前状态至无线信道上，所述状态包括信道监听状态和发送状态；
更具体的，基于软件模拟平台，生成多个STA对象，具体包括：
在软件层面构筑一个模拟仿真环境，其中包含多个STA对象，每一个STA对象是独立运行，能够模拟完整的CSMA/CA状态机，所有STA对象共享一个无线信道，然后通过对逐个STA对象进行CSMA/CA过程的模拟，并将逐个节点生成的事件按照时刻堆砌在无线信道的事件轴上，进而生成无线信道对应的随机时间列表，最后通过随机事件仿真引擎逐个执行随机事件；
其中，随机事件包含从IP网络层，到MAC媒介接入层，以及到PHY层的整个过程；
所述IP网络层用于完成组包；
所述MAC层用于完成MAC组帧以及基于CSMA/CA无线接入过程；
所述PHY层用于模拟信道衰减以及模拟物理层发送过程；
如图6所示，在软件层面构筑一个模拟仿真环境，比如1个AP和多个STA（station节点），然后通过在软件层面模拟节点的行为生成随机事件；
这个随机事件即包含了从IP网络层，到MAC媒介接入层，以及到PHY物理层的整个过程，IP网络层主要完成组包的功能，MAC层完成MAC组帧的功能，以及基于CSMA/CA竞争的功能。以及最后PHY层的模拟信道，然后物理层发送的功能，最后通过随机时间仿真引擎逐个去执行随机事件；
基于无线电硬件接口，对模拟环境下的无线信道的状态进行采样，并发送到被测AP，同时将AP的反馈结果通过反向的操作反馈给模拟环境，最终通过被测AP的反馈结果，分析获取AP的性能参数；
任意一个STA对象都是独立对象，随机构造成随机事件，向被测AP发送叠加后的采样数值采用以下公式计算：
；
其中，为向被测AP发送的叠加后的采样数值，/>、/>、/>、为仿真软件模拟的STA节点信道的采样数值，/>为仿真软件模拟的STA节点信道的数量。
更具体的，如图3-5所示，对模拟环境下的无线信道的状态进行采样时，包括以下步骤：
1）、软件模拟层面，每一个STA对象，独立执行CSMA/CA过程的模拟，并生成各自的随机事件：所述随机事件包含事件类型以及事件执行的时间；
2）、各个STA将生成的随机事件传递给无线信道，无线信道按照统一的时间轴，按照各个STA生成的随机事件中的执行时间，逐一将事件安排到无线信道的事件执行轴上；
3）、按照无线信道的时间轴开始执行仿真，无线信道每一个时隙检测一次信道状态，并调度下一个时隙需要执行的随机事件。
作为对上述技术方案的补充，如图3所示，若在同一时间，时间轴上仅有一个STA对象的随机事件，那么就执行该STA对象的随机事件；
如图4-5所示，若在同一时间，时间轴上有多个STA对应的随机事件，则同时进行执行STA对象随机事件，并将随机事件进行叠加执行。
同时，采样数值叠加后再基于无线电模块发送至被测AP时，包括：
对每个STA模拟节点对应信道以逐个时隙采样的方式，将信道上的数值保留、叠加，并通过传输接口传递给无线电模块，再发送至被测AP。
本实施例中，AP的反馈结果通过反向的操作反馈给模拟环境时，具体包括：
获取被测AP真实的信号采样信息，通过逐个时隙采样的形式，将被测AP的真实采样数值，通过STA无线模块传递回仿真软件，并重新融合到随机事件仿真引擎中，对随机事件仿真过程造成影响。
同时，本发明还提供了一种基于多并发STA模拟的AP性能检测系统，包括：
生成模块，所述生成模块用于搭载仿真软件，生成模拟多个STA模拟节点；
随机事件仿真模块，所述随机事件仿真模块用于生成随机事件对STA模拟节点信道产生影响，使STA模拟节点信道得到不同数值，以此模拟无线终端连接AP时产生的不同状态；
STA节点采样模块，所述STA节点采样模块用于获取STA模拟节点信道的采样数值；
数值叠加模块，所述数值叠加模块用于将获取的多个STA模拟节点信道采样数值进行叠加；
无线电模块，所述无线电模块用于无线信号的发送与接收。
本发明还提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述所述方法中的步骤；
处理器称为CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器还可以是通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本发明还提供了一种计算机可读取介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述所述方法中的步骤；
本申请实施例的存储介质存储有能够实现上述所有方法的程序指令，其中，该程序指令可以以软件产品的形式存储在上述存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等计算机设备。服务器可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
如图7所示，本发明采用如图7的硬件架构，首先图7左边的部分是模拟仪器的内部构造，图7右边对接的是被测件（也就是无线AP，即路由器）；
其中，模拟设备中包含了三块硬件：
1）仿真器运行平台（即图中软件模拟部分），这个平台一般可以是PC机。
2）STA这里指的是一块无线信号的发送接收机，该接收机可以将软件模拟的无线信道信息（即模拟器中无线信道的采样信息），转换到真实的硬件模块上，进而可以进行相应的无线发送。
3）射频模块以及天线，负责将STA上处理的信号，真实的发送给AP。
更具体的，AP和模拟仪器之间的连接可以通过无线直接连接，也可以通过有线的馈线电缆直接连接到天线接口上（即天线处直接插的是有线电缆），来进行连接。
本发明在原有的软件模拟器上进行扩展，软件模拟器的原理在相关工作中已有解释。
传统的软件模拟器，其将随机事件生成后，丢到随机事件引擎运行，在随机事件引擎中，通过各种状态的变化，判断当前的事件运行是成功、失败、冲突，还是延迟。
而本发明在节点生成随机事件后，修改了原有的随机事件引擎，增加了两点：
发送方向：对随机事件执行时的信道状态，引入了信号采样，即把模拟器中的信道状态，以逐个时隙采样的方式，将信道上的数值保留下来，并通过传输接口可以传递给STA模块（对应Wi-Fi 6 STA），也是对应前面硬件架构中的发送接收机模块（即STA部分）。
接收方向：对于STA（即Wi-Fi 6 STA）接口外的信号，即真实的信号采样信息，也可以通过逐个时隙采样的形式，通过STA传递回软件模拟器，并重新融合到随机事件仿真引擎中，对随机事件仿真过程造成影响。
因此，本发明更多是在物理采样过程中，关心整个随机事件执行的过程，并且关心的是整个时间轴上不同随机事件叠加执行时的信道采样数值。这里需要类比，即在空口采用多个STA同时传输对应的真实采样数值，然后进行叠加接收。其实是和先在模拟器上进行叠加，然后将叠加结果发送出去，这两个效果实际上是等价的，因此，这也是本发明的核心原理。
这里就把整个叠加完的随机事件对应的物理层波形通过STA发送给真实的AP，这个波形可以是单个节点的OFDM，也可以是多个节点的OFDAM，这里波形数据就相当于仿真器预处理的，反向也类似。
本发明是针对无线AP（即无线路由器）的压力测试场景，设计了一台仿真仪器。
在没有使用该仪器之前，无线AP的压力测试，需要许多真实的无线终端才可以，比如1个Wi-Fi 6的无线路由器，测试时需要配置上百台无线终端（比如智能手机），造成测试的复杂和成本提高。
在使用该仪器之后，直接可以通过1台仪器的方式，模拟出上百台终端的效果，直接进行测试，从而大大节约了测试的复杂性和成本。
除以此外，由于仿真器本身具有软件可编程的特性，所以还可以结合不同的场景，不同的技术演进来调节模拟节点所在的环境，以及更方便应用到软件迭代更新过程中，而不用去更新上百台的无线设备。
本发明的仿真仪器不仅可以进行信令仿真，还可以在这个过程中同时执行空口性能的仿真。即本发明能够模拟空口竞争过程，并且通过空口传递信令的过程，具备完整的无线接入过程，从而仿真更加真实有效。本发明能够分析AP侧最大承载无线逻辑连接数量的同时，测量空口接入速率、空口接入延迟和空口冲突情况等参数。
本发明成本较低，具有较好的扩展性。本发明是在软件层面对空口进行模拟，只要软件运行的硬件资源足够，那么就可以随意增加或者减少模拟的网络节点数目，具有更好的可扩展性和灵活性。另外由于本发明会将空口模拟后的结果通过专用的STA无线模块发送出去，该模块可以既可以发送单个节点的信号（比如STA1的信号），也可以发送多个节点叠加的信号（比如STA1+STA2的信号），因此可以在只配置单个无线模块的情况下，即可以实现空口模拟，从而降低了仿真仪器的成本。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，包括：
基于软件模拟平台，生成多个STA对象，每一个STA对象独立执行CSMA/CA的无线接入过程，所有STA对象共享一个无线信道，所有STA对象叠加自身当前状态至无线信道上，所述状态包括信道监听状态和发送状态；
基于无线电硬件接口，对模拟环境下的无线信道的状态进行采样，并发送到被测AP，同时将AP的反馈结果通过反向的操作反馈给模拟环境，最终通过被测AP的反馈结果，分析获取AP的性能参数；
基于软件模拟平台，生成多个STA对象，具体包括：
在软件层面构筑一个模拟仿真环境，其中包含多个STA对象，每一个STA对象是独立运行，能够模拟完整的CSMA/CA状态机，所有STA对象共享一个无线信道，然后通过对逐个STA对象进行CSMA/CA过程的模拟，并将逐个节点生成的事件按照时刻堆砌在无线信道的事件轴上，进而生成无线信道对应的随机时间列表，最后通过随机事件仿真引擎逐个执行随机事件。
2.如权利要求1所述的一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，所述随机事件包含从IP网络层，到MAC媒介接入层，以及到PHY层的整个过程；
所述IP网络层用于完成组包；
所述MAC层用于完成MAC组帧以及基于CSMA/CA无线接入过程；
所述PHY层用于模拟信道衰减以及模拟物理层发送过程。
3.如权利要求1所述的一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，所述对模拟环境下的无线信道的状态进行采样时，包括以下步骤：
1）、软件模拟层面，每一个STA对象，独立执行CSMA/CA过程的模拟，并生成各自的随机事件：所述随机事件包含事件类型以及事件执行的时间；
2）、各个STA将生成的随机事件传递给无线信道，无线信道按照统一的时间轴，按照各个STA生成的随机事件中的执行时间，逐一将事件安排到无线信道的事件执行轴上；
3）、按照无线信道的时间轴开始执行仿真，无线信道每一个时隙检测一次信道状态，并调度下一个时隙需要执行的随机事件。
4.如权利要求3所述的一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，若在同一时间，时间轴上仅有一个STA对象的随机事件，那么就执行该STA对象的随机事件；
若在同一时间，时间轴上有多个STA对应的随机事件，则同时进行执行STA对象随机事件，并将随机事件进行叠加执行。
5.如权利要求3所述的一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，采样数值叠加后再基于无线电模块发送至被测AP时，包括：
对每个STA模拟节点对应信道以逐个时隙采样的方式，将信道上的数值保留、叠加，并通过传输接口传递给无线电模块，再发送至被测AP。
6.如权利要求1所述的一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，AP的反馈结果通过反向的操作反馈给模拟环境时，具体包括：
获取被测AP真实的信号采样信息，通过逐个时隙采样的形式，将被测AP的真实采样数值，通过STA无线模块传递回仿真软件，并重新融合到随机事件仿真引擎中，对随机事件仿真过程造成影响。
7.如权利要求1所述的一种基于模拟多并发STA的AP性能检测方法，其特征在于，任意一个STA对象都是独立对象，随机构造成随机事件，向被测AP发送叠加后的采样数值采用以下公式计算：
；
其中，为向被测AP发送的叠加后的采样数值，/>、/>、/>、/>为仿真软件模拟的STA节点信道的采样数值，/>为仿真软件模拟的STA节点信道的数量。
8.一种基于模拟多并发STA的AP性能检测系统，应用于权利要求1～7任一项所述检测方法，其特征在于，应用于终端，包括：
生成模块，所述生成模块用于搭载仿真软件，生成多个STA模拟节点；
随机事件仿真模块，所述随机事件仿真模块用于生成随机事件对STA模拟节点信道产生影响，使STA模拟节点信道得到不同数值，以此模拟无线终端连接AP时产生的不同状态；
STA节点采样模块，所述STA节点采样模块用于获取STA模拟节点信道的采样数值；
数值叠加模块，所述数值叠加模块用于将获取的多个STA模拟节点信道采样数值进行叠加；
无线电模块，所述无线电模块用于无线信号的发送与接收。
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