В рубрику "Защита информации и каналов связи" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Наступило время сближения Wi-Fi и сотовых технологий. А потому платформам для VoIP, VoWi-Fi и мобильным Wi-Fi-устройствам необходимы новые модели для тестирования передачи голоса на свободных частотах.
Если вы сомневаетесь в том, что Wi-Fi и сотовые технологии сближаются, обратите внимание на быстрое увеличение количества новых продуктов и отраслевых групп за последние 18 месяцев. Поставщики WLAN и голосовых решений для предприятий, такие как Cisco, Spectralink и Symbol, выпускают оптимизированное для передачи голоса Wi-Fi-оборудование. Участники рынка, поставляющие VoIP-оборудование для SOHO, такие как Vona-ge и Net2phone, предлагают пользователям Wi-Fi-устройства, оптимизированные для работы в жилых районах. Изготовители мобильных телефонов, такие как Motorola, Samsung и Nokia, последовали общей моде и создали мобильные устройства, поддерживающие Wi-Fi.
К тому же поставщики и операторы мобильной связи направили силы группы WCC, входящей в Wi-Fi Alliance, на удовлетворение сертификационных требований индустрии мобильной связи к оборудованию, поддерживающему Wi-Fi. Индустрия также инициировала UMA (Unlicensed Mobile Access). Эта технология дает возможность использования широкополосного Интернет-соединения для мобильной телефонной связи и позволяет беспроводным устройствам выбирать лучшую сеть из доступных. UMA была принята 3GPP - группой, работающей над возможностями сетей 3G.
Предположим, имеющая 20-летнюю историю технология сотовой связи достаточно развита для того, чтобы соединяться с Wi-Fi. Тем не менее следующий вопрос: готов ли Wi-Fi к сотовой связи? Может ли инфраструктура WLAN, изначально направленная на негарантированную доставку данных, работать с 400 млн устройств, поддерживающих Wi-Fi1, которые, как ожидается, будут перемещаться между мировыми точками доступа Wi-Fi к 2009 году? И готовы ли сами эти устройства к сложностям работы на свободных частотах и разнообразию Wi-Fi-протоколов?
Начнем с небольшого обзора технических требований к беспроводным локальным сетям, передающим голос. Когда голосовые пакеты передаются по WLAN, они должны достигать места назначения через регулярные интервалы (обычно каждые 20 мс) для минимизации искажений в полученном голосовом сигнале. Потери пакетов, задержки и колебания необходимо свести к минимуму, иначе качество голосового сигнала снизится. Он прервется или исказится. Особенно это будет заметно, когда сеть занята трафиком.
ITU-T2 разработала стандарт G.107 для приведения к общему знаменателю измерений качества голосовой связи в Интернет-инфраструктуре, включающей сетевое оборудование WLAN. Последнее состоит из точек доступа, коммутаторов и маршрутизаторов. Как правило, для того чтобы получить приемлемое качество голоса, задержки при передаче данных не должны превышать 500 мс, потери пакетов не могут быть больше 20%. Однако для отдельных точек доступа нормы трансформируются в низкое время ожидания (<50 мс), уменьшение колебаний (<5 мс), снижение потерь пакетов (<1%). Другой важный параметр -время переключения с одной точки доступа на другую, оно должно быть минимальным во избежание разрыва звонка (<50 мс, см. рис. 1).
Требования по передаче голоса к устройствам, поддерживающим VoWi-Fi, настолько же важны, насколько требования к сети. Вдобавок к идентичным требованиям по производительности удобство использования таких устройств определяется, в частности, потреблением энергии подсистемой WLAN, которая должна быть оптимизирована для экономии заряда аккумулятора. Это гарантирует приемлемую длительность работы батареи. Голосовой трафик непостоянен, однако для того чтобы получать входящие звонки, устройство вынуждено поддерживать стабильную связь с WLAN-сетями. Это требует большой скорости переключения между несколькими энергосберегающими режимами, делая оптимизацию энергопотребления W LAN-устройств нетривиальной задачей.
Для каждой задачи в Wi-Fi существует соответствующий протокол 802.11. С целью оптимизации VoWi-Fi протоколы должны быть направлены на уменьшение потерь пакетов, задержек и искажений при прохождении голосового сигнала через Wi-Fi-инфраструктуру, состоящую из точек доступа, Ethernet-коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзов - как проводных, так и беспроводных.
IEEE разработала разнообразные протоколы 802.11 для оптимального качества Vo Wi-Fi. Например, 802. 11e включает в себя QoS и контроль за соединением. Стандарт 802.Не отдает предпочтение голосовому трафику над потоком данных, предоставляя более высокий приоритет для доступа к специфическому трафику в сети и содействуя обеспечению постоянной длины задержек и низкого уровня искажений. Он также поддерживает определенное количество одновременных звонков. Управляя количеством пользователей с высоким приоритетом, 802.Не держит систему в рамках физических ограничений 802.11 и гарантирует отсутствие превышения лимита подписок.
Роуминг, случается, приводит к проблемам с производительностью. Всплески потерь пакетов могут проявляться при передвижении пользователя в пространстве, когда мобильное устройство переключается между точками доступа. Быстрый протокол роуминга, или 802.11r, предоставляет стандартный и эффективный механизм роуминга для мобильного устройства, гарантирующий мягкие и быстрые переключения в любой сети.
Безопасность критична для Wi-Fi-се-тей. И интеллектуальные протоколы безопасности, такие как 802. 11i, улучшают возможности Wi-Fi-систем. Для поддержки более быстрого роуминга 802.11i предлагает пре-аутентификацию, которая минимизирует время переключения между точками доступа, авторизуя устройство на соседней AP до того, как оно решит переключиться. И, наконец, протокол измерения радиоресурсов (802.11k) - ожидаемое добавление к стандарту - позволяет мобильному устройству быстро решать, на какую точку доступа переключиться, заранее определяя соседние AP, расстояние до них и их емкость для звонков.
Такое изобилие новых и развивающихся возможностей двигает Wi-Fi к тому, чтобы стать более устойчивым протоколом. Теоретически у Wi-Fi уже имеется функциональность, необходимая VoIP для передачи постоянных потоков трафика сегодня и потоков мультимедиа завтра. Но с превращением этих модификаций в систему подтверждение теоретических данных критично как для поставщиков, так и для пользователей. Может ли Wi-Fi эффективно и надежно, а также качественно передавать голос?
Измерение возможностей Vo Wi-Fi -это тестирование производительности. Классическая оценка производительности по количеству бит в секунду заменяется более сложными измерениями надежности передачи потока данных. Далее производительность вычисляется по стандартам голосовой индустрии (MOS), как описано в спецификации для качества телефонной передачи ITU-P.800. При правильных испытаниях Wi-Fi-совместимых устройств и WLAN-инфраструктуры, поддерживающей передачу голоса, должно контролироваться строгое соблюдение соответствующих протоколов. Необходимо измерять производительность - включая потери пакетов, задержки и искажения - контролируемым и повторяемым способом.
Обычные испытания на открытом воздухе для Wi-Fi-инфраструктуры, мобильных устройств и систем являются сложной задачей. Они дороги, требуют массу времени и трудозатрат -для проведения тестов над устройствами, находящимися в движении. Но самое главное, что результаты этих тестов не гарантированы от ошибок и не могут быть воспроизведены.
Многие разработчики продуктов, поставщики услуг и тестовые лаборатории заменяют испытания на открытом воздухе другим подходом, гарантирующим надежно повторяемые сценарии, а потому и более ценные результаты. Мобильные устройства, точки доступа и другие беспроводные устройства помещаются в специальные изолированные мини-камеры и подключаются кабелями к сети аттенюаторов радиосигналов, объединителей и коммутаторов, которые позволяют точно эмулировать передвижения устройства относительно других клиентов и точек доступа, установленных в системе.
Тестируемые устройства будут точно контролироваться при подсоединении по кабелям. Одно или несколько устройств несложно добавить в тестовую среду. Поведением каждого из них можно управлять программно, создавая как обычные сетевые условия, так и наихудшие варианты развития событий. Устройства в состоянии "перемещаться" и "позиционироваться" программным обеспечением, которое также способно симулировать различные объемы и типы сетевого трафика и различное состояние канала. Скрипты для упрощения тестирования соответствия таких голосовых протоколов, как быстрый роуминг (802.11r), протокол измерения радиоресурсов (802.1 1k), пре-аутентификация (802.1 1i), QoS (802. 11e) и другие, заменяют испытания, связанные с перемещением устройства в пространстве.
Для пользователя важны измерения искажений пакетов или соответствие устройств техническим условиям, но ему сложно соотнести их со своими конечными целями: уверенностью в надежной работе Vo Wi-Fi. Тестирование Wi-Fi-си-стем с испытаниями и измерениями, анализирующими и интерпретирующими критические параметры в контексте приложения, бесценно. Тестирование Vo Wi-Fi-устройств может быть разделено на три категории: тестирование инфраструктуры, тестирование мобильных устройств и тестирование систем.
Тестирование инфраструктуры.
Цель этого испытания - охарактеризовать способности инфраструктуры по поддержке VoIP в беспроводной сети. Тестирование должно проводиться на специфических компонентах WLAN, включающих точки доступа, коммутаторы и маршрутизаторы. Необходимо измерить возможности устройств по передаче и приоритеза-ции голосового трафика в присутствии фонового трафика с обычными данными.
Рис. 2 иллюстрирует испытание инфраструктуры - с измерением качества голоса в зависимости от количества звонков и фонового трафика. Тестовая среда включает два эмулятора Wi-Fi-клиентов для симуляции трафика от нескольких мобильных или других устройств. Для приоритизации звонков над фоновым трафиком эмуляторы должны поддерживать протокол QoS 802.11e. В процессе отправки трафика эмуляторы клиентов могут измерять скорость передачи данных, потери, задержки и искажения на потоках пакетов, проходящих через тестируемую инфраструктуру.
Емкость звонков измеряется с помощью эмулятора 1, производящего множество голосовых звонков, каждый из которых генерирует поток голосовых пакетов. А вот эмулятор 2 симулирует типичный фоновый трафик, ожидаемый от обычных РС-клиентов и пользователей беспроводных устройств.
Кроме того, компоненты WLAN-ин-фраструктуры должны быть протестированы на соответствие протоколам 802.11 и сертификационному процессу Wi-Fi Alliance.
Тестирование мобильных устройств. В Wi-Fi-сетях возможности мобильных устройств сильно влияют на возможности сети. Очень важно изучить производительность мобильного устройства, так как оно является активным участником протокола и голосового звонка. Мобильные устройства, поддерживающие Wi-Fi, должны быть протестированы на производительность при роуминге, качество голоса и потребление энергии. Как и отдельные компоненты инфраструктуры, мобильные устройства должны быть проверены на соответствие протоколам 802.11 и сертификационному процессу Wi-Fi Alliance. Самое важное - изучить время переключения между точками доступа и влияние роуминга на целостность звонка.
Для беспроводных локальных сетей, передающих голосовой трафик, производительность во время роуминга критична, так как в загруженных WLAN с большой плотностью точек доступа роуминг для перемещающегося пользователя может происходить каждые несколько секунд. Переключающееся Wi-Fi-устройство перестает общаться через исходную AP и начинает делать это через следующую AP. Этот процесс резко увеличивает количество потерянных пакетов, что рискует негативно сказаться на качестве голоса. IEEE и Wi-Fi Alliance обсуждают ограничение в 50 мс на переключение между AP.
Время переключения и поведение устройства при роуминге должны быть измерены и проанализированы. Как показано на рис. 3 и 4, устройство соединено с двумя точками доступа через аттенюаторы. При изменениях в них устройство вынуждено контролируемо переключаться с одной точки доступа на другую. Сбор данных происходит одновременно на входе и на выходе канала.
Тестирование систем. Когда связаны устройство и точка доступа и так же связаны устройство и несколько точек доступа, начинает становиться понятной производительность системы. Уточнение возможностей отдельных компонентов гарантирует, что они способны нормально работать в рамках одной системы. Важно проверить устойчивость и возможность взаимодействия мульти-AP систем с оборудованием различных производителей. Кроме того, требуется проверка на правильность поведения и производительность сложных систем под нагрузкой при большом количестве переключающихся мобильных устройств и контролируемом фоновом трафике.
Еще один важный тест для системы -проверка радиуса действия сигнала. Этот тест изучает возможности устройства и точек доступа по координации трафика от абонента к коммутирующему узлу и обратно, а также оценивает адаптацию и радиус действия сигнала, сохраняющие максимально доступное качество передачи голоса.
Для оценки Wi-Fi-устройства, или качества передачи голоса между двумя точками доступа, радиус действия сигнала должен оцениваться в контролируемых условиях при изменении аттенюации между мобильным устройством и AP.
Результаты тестов могут быть весьма разнообразны. Испытания могут фокусироваться на потерях пакетов, задержках и искажениях трафика, которые далее подойдут для расчета R-Factor и оценки MOS. К тому же детальный анализ поведения и скорости адаптации мобильного устройства и AP подтверждает, что оба они работают, как ожидалось, при снижении уровня сигнала и возрастании количества ошибок в пакетах.
Использование контролируемых условий с подключением тестируемых устройств по проводам позволяет симулировать движение и роуминг устройств в системе без влияния радиочастот. Поведение устройств под нагрузкой гораздо проще наблюдать и анализировать. В таких условиях тестируемая система может быть загружена до предела с помощью симуляции большого количества активных клиентов -реальные устройства на тестовом стенде могут быть представлены с помощью эмуляции звонков и передачи данных.
Сотовые и Wi-Fi-технологии находятся на пути сближения, но успех зависит не только от того, насколько хорошо ориентированные на передачу данных WLAN смогут эти данные передавать, а от того, как хорошо они способны транслировать голос. QoS, роуминг, необходимость оптимизации энергопотребления и другие требования, предъявляемые к Wi-Fi-приложениям, привели к появлению нескольких протоколов 802.11 от IEEE. Сложность протоколов наводит на мысль, что единственный путь обеспечения успеха слияния сотовых и Wi-Fi-технологий - это полное, точное и повторяемое тестирование в контролируемой среде.
1 ON World, April 2004.
2 ITU-T - сектор по стандартизации телекоммуникаций в составе Международного телекоммуникационного общества.
3 MOS (ожидаемая средняя скорость передачи данных) опирается на ITU R-Factor. Переход от R-Factor к MOS основан на ITU-T-стандарте G.107.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #6, 2007
Посещений: 11285
В рубрику "Защита информации и каналов связи" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
