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1、华中科技大学硕士学位论文基于WIMAX网络的KPI测试工具的设计与实现姓名：杨英俊申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：陈传波2010-05I华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 当今世界，无线通讯早已经融入人们的生活，并与之密不可分。从发展过程来看，无线通讯技术就是试图提供更快的传输速率和更大的频宽，使消费者能进行语音视频及文字上的传输，并提供其它相关应用服务。因此，可以说性能，即是推动无线通讯技术向前发展的原动力。然而，目前专门用来测试无线通讯网络性能的工具却存在着很多局限性，如不能集中的测试各种关键性能指标，无法长时间的专门测试，不能集中
2、控制终端。因此，如何方便可靠稳定的测试出无线网络系统的各项性能，显得尤为重要。 通过对传统无线网络系统性能测试的研究，提出一个通过终端接入无线网络，进行 UDP PING 业务测试和 UDP STREAM 业务测试， 并通过集中控制所有终端， 来得到无线通信网络系统的各项关键性能指标的解决方案。该方案可以方便可靠稳定的得到时延，抖动，丢包率，吞吐量，会话完成率，接入成功率等关键性能指标。 在此基础上，实现了基于 WIMAX 无线网络通信系统的关键性能指标的测试工具软件，并给出了从需求分析、总体设计、详细设计到编码实现、系统测试的整个开发过程。该测试工具使用 C/S 结构，通过使用 Window
3、s 网络编程技术、多线程技术和重叠 I/O 模型等技术，很好的完成了预期的结果。 关键词：关键词：全球微波互联接入 集中控制 无线网络性能测试 关键性能指标 重叠 I/O II华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract In the modern world, wireless communication is indispensable in our lives. From the development process of Wireless communication technique, we can learn that it is al
4、ways trying to seek a way to provide higher speed of transmission and wider bandwidth, so consumers can use it to transmit audios or videos through the wireless network, or to enjoy some other applications.So, the performance of the wireless network, as we can say, is the driving force of the develo
5、pment of the Wireless communication technique. However, these are so many limilations in the test tools which were designed specially for testing wireless network systems performance.Such as unable to test all the key performance identities(KPI) at the same time, the test can not last for a long tim
6、e, and unable to centralized control all the terminals. Therefor, how to test all the KPIs conveniently and reliably and stably becomes an important question demanding urgent solution. Base on the research of traditional performance testing of wireless networks system, this issue propose a solution
7、about using terminals access to the wireless network, using UDP PING and UDP STREAM operations to get the key performance identities. This solution can easily get the KPIs such as delay, jitter, packet loss rate, throughput, session completion rates, terminals access succeed rates, and etc. Based on
8、 this solution, a test-tool software about how to get the KPIs of the WiMax wireless network systems performance has been developed, and the entire process of development has been recorded.Including needs analysis, rough design, detailed design, coding, system test and etc. This software based on C/
9、S structure, using some kind of techniques such as Windows net work programming, multithreading, overlapped I/O model and etc. And this software has reached the expected goal. Key words：Worldwide interoperability for microwave access Centralized control Wireless network performance test KPI Overlapp
10、ed I/O model 1华华华华 中中中中 科科科科 技技技技 大大大大 学学学学 硕硕硕硕 士士士士 学学学学 位位位位 论论论论 文文文文1 1 1 1绪论绪论绪论绪论随着Internet业务、多媒体业务的迅速发展，以及移动电话用户的迅猛增长，在未来通信中“宽带”和“无线”将扮演着更为重要的角色，通信市场正在呈现出话音业务分组化、数据业务移动化和宽带化的发展趋势1。在越来越追求通信速度和通信质量的今天，性能无疑已经成为了无线通信设备制造商的生命线。如何方便可靠的测试出无线通信网络系统的各项性能，是通信设备制造商需要迫切解决的问题。1.11.11.11.1研究背景与意义研究背景与意义研究
11、背景与意义研究背景与意义无线通信技术发展至今，为了追求更快的传输速率和更大的频宽，第四代通信协议的WIMAX（Worldwide InteroperabilityforMicrowaveAccess） ，从设计开始在这些方面就具有无可比拟的优越性2。到目前为止，WiMAX技术已经越来越成熟，在世界范围内所占的市场份额也越来越大。而在实际商用中，无线通信网络的性能还和通信设备和系统的性能有关3。通信运营商在选择通信设备时该如何作出选择，系统的性能是很最重要的考察因素之一。具有较高系统性能的通信设备明显会赢得运营商的青睐。 如何来判定一个系统的性能？通常， 关键性能指标 （KPI，key perf
12、ormance identity）是主要的判定标准4。因此如何测定系统的关键性能指标就显得尤为重要。在无线通信领域，一个网络系统的关键性能指标（KPI） ，最主要的包括以下几个指标5：（1）服务建立时间（Service Setup Time） ，即由用户初始化服务到服务已经建立的时间（2）会话完成率（Session Completion Rate） ，即会话成功建立后，在指定一段时间内成功维持连接的概率。（3）吞吐量（Throughput） ，即单位时间内的传输数据量。（4）时延（Delay） ，即上行方向为从无线侧应用程序发送数据包到核心网侧接收到该数据包为止的时间间隔，下行方向为核心网侧发
13、送数据包到无线侧收到给数据包的时间间隔。2华华华华 中中中中 科科科科 技技技技 大大大大 学学学学 硕硕硕硕 士士士士 学学学学 位位位位 论论论论 文文文文（5）抖动（Jitter） ，即平均时延的偏差。鉴于此，就需要开发一套KPI自动化测试工具，能够帮助我们方便稳定地得到ping包时延，抖动，丢包率，UDP方式下的吞吐量，会话完成率等KPI指标。而且，还要求工具可以在长时间内运行，通过科学的取值方法来综合评价上述各项指标的。从而改变传统测试中，仅仅依靠日常普通测试过程中，附带的记录下的，在短时间内得到的上述指标，这些指标一般都具有较大的随意性，依赖于特定的情况。1.21.21.21.2国
14、内外研究概况国内外研究概况国内外研究概况国内外研究概况从无线通讯技术出现开始以来，性能就是一种无线通讯技术诞生和淘汰的决定性因素。从 GSM 到目前最热门的 3G 如当今世界的三大 3G 通信技术标准6：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，以至于越来越成熟的 4G 通信技术如 WIMAX等，从发展过程来看，无线通讯技术就是试图提供更快的传输速率和更大的频宽，是消费者能进行语音视频及文字上的传输，并提供其它相关应用服务7。因此，可以说性能，即是推动无线通讯技术向前发展的原动力。WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)
15、,即全球微波互联接入。WIMAX 的另一个名字是 802.168。WIMAX 是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达 50km9。WIMAX 还具有 QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点10。作为当前最先进的无线通讯技术之一，WIMAX 具有以下优点：（1） 实现更远的传输距离。 WIMAX 所能实现的 50 公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是 3G 发射塔的 10 倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展11。（2）提供更高速的宽带接入。WIMAX 所能提供的最高接入速度是 70M，这
16、个速度是 3G 所能提供的宽带速度的 30 倍12。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。（3）提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将 WiFi 热点连接到互联网，也可作为 DSL 等有线接入方式的无线扩展，实现最3华华华华 中中中中 科科科科 技技技技 大大大大 学学学学 硕硕硕硕 士士士士 学学学学 位位位位 论论论论 文文文文后一公里的宽带接入13。WIMAX 可为 50 公里线性区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。（4）提供多媒体通信服务。由于 WiMax 较之WiFi 具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务14。目前，在通信领域中，由于无线网络性能的突出的重要程度，对性能测试要的要求很高，因此推动了性能测试工具的极大发展，导致了各种各样的性能测试工具如雨后春笋般的出现，分别针对各个方面的关键性能指标进行测试的工具种类繁多。然而，这类工具有几个共同的局限性：（1）对各项 KPI指标基本上是分散在各种日常
