【導讀】由于在WiFi手機普及之前，已經有大量建設好的WLAN網絡，大部分都是基于PC、筆記本的特點搭建的，所以不可能專門為WiFi手機搭建一套WLAN網絡。因此，如何與品牌眾多、系統(tǒng)各異的手機保持良好的兼容性，對WLAN廠商而言是很大的挑戰(zhàn)。本文主要探討WLAN AC/AP設備如何基于手機類終端的特點，與其進行兼容性測試，保證WLAN網絡對手機有良好的支持。
測試中應涵蓋主流手機廠商及其操作系統(tǒng)。
涵蓋的常用手機操作系統(tǒng)包括：Android（安卓），Apple OS（蘋果），Symbian（塞班），Windows Mobile，Palm系統(tǒng)，Blackberry系統(tǒng)（黑莓）等。
涵蓋的手機廠商包括：Nokia，Apple，Motorola，HTC，Samsung，Palm，Blackberry，Lenovo，SonyEricsson等等。
另外實際測試顯示，Apple iPad和iPhone4的WLAN功能基本一致，可將iPad納入測試范圍。
一.基本接入測試
測試目的：明晰每款手機對WLAN基本功能的支持情況；測試與H3C AC/AP的配合情況。
依據IEEE 802.11-2007、IEEE 802.11n-2009協(xié)議，對WiFi手機接入AC/AP的基本過程進行測試。本次測試以iPhone 4/iPad（Apple OS系統(tǒng)）和HTC A8180（Andriod v2.2系統(tǒng)）為例。
1.支持的射頻模式（802.11a/b/g/n）
IEEE 802.11工作組先后定義了802.11a/b/g/n標準，所以需要對手機支持的WLAN射頻模式、以及與AC/AP的適配情況進行測試。如果同時支持多模式，則還需測試在不同模式間的切換（如11g切換到11n）。這是最基本的測試，也是后續(xù)測試的基礎。測試結果如下：
2.多速率支持
802.11-2007定義了不同射頻模式下允許的速率集，規(guī)定了各類無線幀的傳輸速率。如所有控制幀和廣播幀都使用基本速率集來發(fā)送，單播的數據幀、管理幀使用雙方都支持的任何一個速率來發(fā)送等。
多速率支持需要測試手機和AC/AP配合時的速率協(xié)商過程，和進行通信時不同無線幀的速率選擇。測試結果如下：
3.WMM能力
WMM是802.11e標準的子集，也是業(yè)界通用的WiFi標準，提供了基本的無線QoS解決方案，支持語音、視頻等多媒體業(yè)務在無線局域網中的應用，可以實現高速突發(fā)數據和流量分級。WMM能力測試可以確定手機是否支持WMM能力，并且與AC/AP的配合情況。
測試結果如下：
4.省電功能（power-save）
省電（power-save）是WLAN一個特色功能，無線終端可以選擇在沒有報文傳輸時關閉無線射頻來節(jié)省電池電力（sleep狀態(tài)），并在有報文時醒來接收或發(fā)送（active狀態(tài)）。
在AC/AP與手機的配合測試中，這是一個重要測試項。因為省電功能有Legacy/U-APSD等多種實現方式，如果配合不夠默契，會導致持續(xù)丟包，嚴重影響用戶體驗。
測試結果如下：
從測試結果可以看出：不同手機的休眠行為存在很大差異，AC/AP需要很好的與之兼容。
5.11g保護測試
由于802.11g和11b使用的調制方式不同（OFDM和CCK），802.11g可以兼容802.11b，但是802.11b不能識別 802.11g的幀，這樣會造成沖突。802.11協(xié)議中規(guī)定了對于11b設備的保護機制，包括CTS-Self和RTS/CTS兩種。本測試在于確定手 機是否支持11g保護功能和采用的保護機制，并和AC/AP的適配性。
測試結果如下：
6.802.11n能力測試
此測試項針對支持802.11n的手機，測試其11n基本功能。802.11n包含的測試項眾多，這里需要主要關注以下幾點：
11n模式：確定手機支持SISO（Single In-Single Out，單入單出）還是MIMO（Multiple Input-Multiple Output，多入多出），即采用的是單天線還是多天線，以及支持的空間流數目。
20MHz/40MHz信道及切換：11a/b/g使用20MHz的頻帶寬度進行通訊。11n支持將兩個20MHz的頻帶捆綁為一個通訊頻帶（稱為Channel bonding），可以實現將吞吐提高一倍（實際高于2倍）。這兩個頻帶將一個為主，一個為輔。
Short Guard Interval（Short GI）：由于信號沿多條路徑傳播，導致在接收側最新接收的信息符號可能會和上一個接收過程尚未結束的信息符號進行碰撞，從而導致ISI干擾。為此，802.11a/g標準要求在發(fā)送信息符號時，必須要保證 在信息符號之間存在800 ns的時間間隔，這個間隔被稱為Guard Interval（GI）。11n仍然使用缺省使用800 ns GI，但當多徑效應不是嚴重時，可以將該間隔配置為400 ns，可以將吞吐提高近10％。
Frame Aggregation（幀聚合，分為A-MSDU和A-MPDU）：以前802.11a/b/g的幀處理存在比較大的開銷，比如 Preamble，FCS，等待ACK的時間等，影響了MAC層的操作效率。幀聚合技術通過將多個幀放在一起一次發(fā)送，從而減少了開銷，減少了幀碰撞機 會，提高了MAC效率，根據支持的聚合幀數量和長度，可極大提升吞吐量。
Block Ack：按照11n協(xié)議，對于MSDU聚合幀，可以作為一個幀來確認，但對于MPDU聚合幀，需要對構成該聚合幀的每個幀分別進行確認。為了提高MAC層效率，協(xié)議定義了Block acknowledgement機制，可以通過一個BlockAck幀來實現對整個MPDU聚合幀的確認。Frame Aggregation + Block Ack可以將文件傳輸等流量的吞吐提高100％。
11n Protection：11n協(xié)議定義了4種運行模式：no protection，non-member protection，20MHz protection，non-HT mixed。定義4種模式是為了11n的AP和終端能根據網絡狀況合理選擇速率，提供向下兼容并減少幀沖突。
測試結果如下（由于HTC A8180不支持11n，只以iPhone 4為例）：
從測試結果可以看出：盡管iPhone 4和iPad支持802.11n，但由于是單天線只支持SISO（即空間單流），所以最高協(xié)商速率只有65Mbps，與PC類無線網卡普遍采用的2x2 MIMO所能達到的300Mbps相差很大。
二.認證和加密測試
在WLAN網絡中采用認證和加密機制，有利于提高網絡安全性，保護用戶數據免遭竊取。H3C AC/AP全面支持各類無線認證和加密技術。本項測試目的：1、明晰每款手機對認證和加密的支持情況；2、測試與H3C AC/AP的配合情況。
由于目前已建設完的一些WLAN網絡部署了Portal這類原本設計用于PC終端的認證方式，其原理是通過對PC用IE/Firefox等瀏覽器打開 的網頁進行HTTP重定向，轉到Portal服務器進行認證。所以手機類終端連上WLAN網絡后是否能完成Portal認證，是與此類網絡兼容性測試的重 要項目。
此外還有一些WLAN網絡采用了混合加密等高靈活性的設置，是否能與手機類終端適配，也需要關注。
本測試以iPhone 4/iPad為例。
1.認證測試
根據認證服務器所在位置的不同，認證方式可以分為以下兩種：
遠程認證：AC作為NAS設備，將終端的認證報文轉發(fā)給遠程的服務器進行集中認證。
本地認證：H3C AC支持作本地EAP Server、本地Portal Server?？梢灾苯釉贏C上完成dot1x-EAP和Portal的認證，無需安裝其他服務器。
常用的認證的類型包括Preshared key，Dot1x-PEAP，Dot1x-TLS，WAPI，Portal等。
測試結果如下：
從測試結果可以看出：對于原有使用Portal認證的WLAN網絡，iPhone 4/iPad使用其自帶的Safari瀏覽器可以很好的支持，與H3C AC/AP適配性良好。
2.加密測試
隨著WLAN的發(fā)展，支持的加密方式也從最初802.11定義的WEP，發(fā)展到WiFi聯盟的TKIP，到目前802.11i定義的CCMP和中國自有知識產權的WAPI多種方式并存的局面。
AC/AP與手機對加密的配合，關系到密鑰的分發(fā)和管理，以及數據能否正確加解密。
測試結果如下：
從測試結果可以看出：除了WEP128，iPhone 4對各種加密方式均能很好的支持，在采用混合加密的H3C WLAN網絡中也能很好的相互適配。
3.密鑰更新
在高安全性要求的WLAN網絡中，常常配置密鑰更新功能來定期更新用戶密鑰，減少密鑰被破解的風險。802.11i中定義了兩種密鑰更新：單播密鑰更新（Pairwise Transient Key，PTK）和組播密鑰更新（Group Temporal Key，GTK）。WAPI協(xié)議中定義了三種密鑰更新：基密鑰更新（Base Key，BK），單播會話密鑰更新（Unicast Session Key，USK）和組播會話密鑰更新（Multicast Session Key，MSK）。
在密鑰更新過程中，手機終端應與AC/AP保持連接，不應發(fā)生掉線的現象。
測試結果如下：
從測試結果可以看出，iPhone 4的GTK更新報文并不符合802.11i協(xié)議的規(guī)定，對group message2的key length域錯誤的進行了賦值。H3C設備由于對此采用了寬進嚴出的原則，可以很好的進行兼容。這一點也體現出手機終端兼容性測試的重要性。
三.實際傳輸速率測試
限于WLAN協(xié)議自身的開銷和WLAN共享帶寬的特點，WLAN終端和AC/AP間實際傳輸數據的速率和協(xié)商的速率會相差很大。以802.11g協(xié)商的最高速率54Mbps為例，實際PC下載速率往往難以超過30Mbps甚至更低。
由于手機無法像PC一樣安裝類似IxChariot的精確性能測試工具，大多數時候只能采用手機和PC間通過WLAN進行文件共享傳輸的方式，近似評估實際傳輸速率。
以iPad下載文件為例，測試結果如下（注：考慮實際環(huán)境，此項測試數據僅作參考）：
從測試結果可以看出，手機類終端從相同WLAN網絡下載的速率遠低于PC類終端，表明性能的瓶頸主要在手機自身的處理能力上。但考慮使用場景，這個速率已經能滿足其使用要求。手機類終端的往往是通過WLAN上網瀏覽網頁，使用即時通信工具（如QQ），或者是觀看視頻等，這類應用的流量很難超過 1Mbps。
四.漫游測試
在WLAN網絡中，每個AP的覆蓋范圍是有限的，當手機移動時，很可能會從一個AP的覆蓋范圍進入到另一個AP的覆蓋范圍，這個過程中就會需要到漫游技術來保障無線連接的連續(xù)性。相對于PC類終端，手機具有更強的移動性，對WLAN網絡漫游的要求也更高。
漫游有多種形式，根據漫游速度的不同，可分為以下兩種：
非快速漫游：即終端從一個AP下線之后在另一個AP重新上線。如果有認證，例如Dot1x（WPA）認證，必須在漫游后重新認證。非快速漫游時終端會出現的短暫掉線。
快速漫游：WLAN網絡和終端都支持Dot1x（RSN）的方式，并且終端在漫游時發(fā)往新AP的重關聯幀中攜帶PMKID信息，就會進入快速漫游流程，此 時不需要重新認證，直接進行密鑰的協(xié)商，快速漫游過程不會出現終端的掉線情況。H3C AC/AP實現快速漫游切換的時間小于50ms，用戶不會感知。
根據漫游的目的地的不同，可分為以下兩種：
AC內漫游（Intra-AC roaming）：一個無線終端從AC的一個AP漫游到同一個AC內的另一個AP中，即稱為AC內漫游。如圖1所示。
圖1 AC內漫游
AC間漫游（Inter-AC roaming）：一個無線終端從AC的AP漫游到另一個AC內的AP中，即稱為AC間漫游。如圖2所示。
圖2 AC間漫游
需要注意的是，漫游的主動發(fā)起方是終端，它是漫游的主導因素。終端按照自身的設定判斷什么條件下漫游，AP對此無法干預。如果有的終端對漫游發(fā)起條件判斷不準確，在原AP信號已經很差的情況下還不發(fā)起漫游接入信號更好的新AP，那么就會導致報文傳輸速率不斷下降，用戶體驗變差。同樣，如果終端發(fā)起漫游時AC/AP設備與之配合不夠默契，也會影響到用戶體驗。
以iPhone 4為例，測試結果如下：
五.實際業(yè)務體驗測試
任何底層測試的目的都是為了獲得更好的實際業(yè)務體驗。手機類終端有豐富的應用業(yè)務，連接上WLAN網絡進行業(yè)務體驗測試必不可少，通過本項測試可了解手機的典型應用。
以iPhone 4為例，測試結果如下：
從測試結果可以看出，H3C AC/AP與iPhone 4配合默契，各種應用體驗良好。美中不足是iPhone 4 Apple OS系統(tǒng)由于自身限制，不支持格式的視頻播放。
六.結束語
本文介紹了WLAN接入設備（AC/AP）與手機終端進行兼容性測試的基本思路和測試方法。實際上，還有很多可以測試的其他項目，比如手機顯示的 WiFi信號強度與協(xié)商速率的關系，手機藍牙功能開啟時對WiFi連接的影響等等。在此類兼容性測試中，一是要保證手機終端類型的多樣性，二是要結合手機 終端自身特點和應用進行測試，來保障為用戶提供良好的體驗。
