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w i f i 产品自动测试技术研究与实现 摘要 w i - f i 测试项目众多，如果单靠测试工程师手动按键来执行所有测试用例， 要花费几周时间，时间上不允许，也容易让测试工程师产生疲倦心里，很容易 造成测试的遗漏。本课题组设计了一种基于t c l 语言实现的自动测试系统。 该测试系统能自动配置网络参数，按照预先准备好的命令顺序执行，和 w i f i 产品完成交互式测试过程。测试中间的l o g 文件能自动保存，测试结果 能自动判断成功与否。测试效率提高很多倍。 每当w i _ f i 产品发布一个新的版本，就必须要做回归测试，为了在最短的时 问内发现b u g ，回归测试项的选取就很重要。本课题组利用最小测试集理论， 对众多的测试项目进行分析比较，研究不同测试项对测试效率和性能的影响， 找到了最能体现w i - f i 系统的测试案例，实践证明这个最小测试集能够发现绝 大部分b u g ，优化了回归测试。 如果测试程序本身不稳定，造成经常死机，测试工程师还要花费精力来判 断是测试程序问题，还是被测试系统b u g 。这是不可接受的，这将大大增加测试 系统的复杂性，耽误测试进度。所以该自动测试系统的可靠性要求很高。本课 题组通过二项实用增强技术优化测试代码，做到代码足够的精炼和简洁，占用 计算机内存空间足够小，才不至于内存泄漏，导致测试系统崩溃，大大提高了 测试系统的稳定性。 关键词：w i f i 站点接入点t c l 语言最小测试集 l i l t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fa u t ot e s ts y s t e m o nw i f ip r o d u c t i o n a b s t r a c t t h e r ei sal o to ft h et e s ti t e m so fw i - f i i tw i l ls p e n daf e ww e e k st ot e s ta l lc a s e si ft e s t e n g i n e e rs t r i k e st h ek e yt oe x e c u t ei tb yh a n d ，a n dt h et i m ei su n a c c e p t a b l e m o r e v e r ，t e s t e n g i n e e rb e c o m e st i r e da n de v e ns o m ec a s e sw e r eo m i t t e d o u rt a s kg r o u pd e s i g n sak i n do f a u t ot e s ts y s t e mb a s e do nt e ll a n g u a g et oi m p l e m e n tt h et e s t t h et e s t s y s t e mc a nc o n f i g u r et h e n e t w o r kp a r a m e t e ra u t o m a t i c a l l y , e x e c u t et h e c o m m a n do r d e r l ya c c o r d i n gt ot h er u l e sh a db e e np r e p a r e d ，a n dc o m m u n i c a t i o nw i t hw i - f i p r o d u c t i o nt of i n i s ht h ep r o c e s so ft e s ta l t e r n a t e l y t h el o gf i l ec a nb es a v e da u t o m a t i c a l l y , t h e r e s u l tc a nb ej u d g e da u t o m a t i c a l l yt oi n d i c a t et h a ti ti ss u c c e s s f u lo rf a i l u r e t h ee f f i c i e n c yi s i m p r o v e ds e v e r a l f o l d o n c ean e wv e r s i o n o fw i f ip r o d u c t i o ni sr e l e a s e d ，t h er e g r e s s i o nt e s tm u s tb e e x e c u t e d i ti si m p o r t a n tt os e l e c t t h ei t e m so fr e g r e s s i o ni no r d e rt of i n dt h eb u g si nas h o r t t i m e o u rt a s kg r o u pu t i l i z et h et h e o r yo fm i n i m u mt e s ts e t st oa n a l y s ea n dc o m p a r eal o to f t e s ti t e r n s ，a n df i n dt h et e s tc a s e st h a tc a ns h o w w i f if u n c t i o nb a s i c a l l y t h er e s u l tp r o v e dt h em i n i m u mt e s ts e t sc a nf i n dam a j o r i t yo fb u g s ， a n do p t i m i z e dt h er e g r e s s i o nt e s t i ft h et e s tp r o g r a m si su n s t a b l ea n dr e s u l ti nt h es y s t e mi sd o w nf r e q u e n t ly ，i tw i l ls p e n d t e s te n g i n e e rm u c ht i m e st oj u d g et h ep r o b l e ml o c a t e di nt e s tp r o g r a m so rt e s t e ds y s t e m t h i s i su n a c c e p t a b l e ，a n dw i l li n c r e a s et h ec o m p l e x i t yo ft e s ts y s t e m ，d e l a yt h et e s tp l a n i ts h o w s t h a tt h er e l i a b i l i t yo fa u t ot e s ts y s t e mi sh i g hg r a d e o u rt a s kg r o u po p t i m i z et h et e s tc o d eb y t w ok i n do fa p p l i e dt e c h n o l o g y , m a k et h ec o d ei ss i m p l ea n dc o m p a c t t h et e s tp r o g r a n m su s e s t h em e m o r yo fc o m p u t e ri ss m a l le n o u g ht oa v o i dt h el e a k a g eo fm e m o r y , a n di m p r o v et h e s t a b l eo ft e s ts y s t e mg r e a t l y k e yw o r d s ： w i - f is t aa pt e ll a n g u a g et h em i m i m u mt e s ts e t s 插图清单 图1 1 无线路由器( a p ) 登陆界面7 图1 2 无线网卡( s t a ) 串口输出界面7 图2 1 典型的无线局域网组成1l 图2 2i e e e 8 0 2 标准的结构与组成1 2 图2 3 无线局域网i e e e 8 0 2 1 1 标准的协议模型1 2 图2 4c s m c a 信号发送流程图1 5 图2 5c w 值的变化1 6 图4 1 示例电路3 1 图4 2 最小测试集选取分析3 4 图4 3 无线网络自动测试系统框架图3 8 图4 4 芯片内部框图3 9 图4 5 空口捕获数据包4 2 图4 6 带宽测试配置图4 3 图4 7 带宽测试程序流程图4 4 图4 8 模拟带宽测试结果图4 5 图4 9 自动测试与手工测试效率对比4 5 表清单 表1 1 主要的w i f i 认证计划5 表1 2a z i m u t h 公司无线网络产品测试功能6 表4 1 转移函数表3 2 i x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得金月巴工些太堂 或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位作者论文签名： 签字日期时厂月中 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁王些厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权金蟹王些丕堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名劣 签字帆砩年彩月7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： n 电话： 邮编： 致谢 本课题的研究工作是在导师蒋建国教授的精心指导和悉心关怀下完成的。 在我的学业和课题研究中无不倾注着蒋建国导师辛勤的汗水和心血。在此我由 衷地感谢蒋建国教授在我攻读硕士研究生期间所给予的悉心教导和培育。同时 感谢合肥工业大学的教师们以渊博的知识和无私奉献的精神，在我的学习期间 给予的耐心指导和帮助，使我不仅学到了扎实宽广的专业知识，也学会了做人 的道理。 感谢同事黄永佳、徐庆福、黄海对我工作的关心支持和指导，并为本课题 研究提供了的良好环境。感谢与本课题相关的研究人员给予真诚的合作和帮 助。 在我多年的学习工作中还得到了许多领导、老师、同事的关心支持和帮助， 在此向所有关心帮助过我的领导、老师和同事表示由衷的谢意，并衷心地感谢 在百忙中评阅论文和参加答辩的各位专家教授。 v 作者：孙林 2 0 0 8 年6 月 第一章序言 我国是一个人口大国，随着城市中产阶级的日益兴起，中国正逐渐成为各 类技术产品和消费电子产品的一个重要市场，其中w i - f i 产品也不例外。经过 2 0 0 1 2 0 0 2 年最初的炒作期，以及接踵而至的混乱和过渡期之后，一个日趋成熟 的w i f i 产品和服务市场开始在我国酝酿成熟，预计未来几年还将持续加速发 展。未来几年，非内置w i f i 设备( a p 、外部p c i 卡等等) 年销售额预计能达 到几百亿人民币。 目前国内具有w i f i 功能的笔记本电脑、电话和消费电子设备的出货量也呈 现出显著的增长。由于国内的p c 、移动电话和消费电子产品的普及率比较高， w i f i 在我国还是有比较显著的市场价值。w i _ f i 这种已经比较成熟的技术对移 动网络形成了有益的补充，能够以比较低的成本为各种设各提供高质量的连接， 比如基于w i f i 的移动电话就是一个很大的亮点。市场上w i - f i 芯片成本持续下 降，也刺激了w i - f i 需求的提高。 国内w 卜f i 市场可以划分为3 个细分市场：第一，电信运营商市场，2 0 0 6 年占2 1 ，包括进行热点覆盖以及提供家用w i - f i 设备；第二，驻地网市场， 2 0 0 6 年占据6 3 的市场份额，包括大学校园和企业w l a n 无线数据接收；第三， 家庭用户市场，2 0 0 6 年占1 6 的市场份额，即购置并在家中部署w i - f i 网络的 个人消费者。政府管制、电信运营商对产业链的控制力以及设备商之间的激烈 竞争，这三者相互作用，共同制约了市场的发展，但是在未来几年里，驻地网 市场和个人用户市场上的w i f i 产品需求可能出现强劲的增长势头。大量国内居 民，都将会通过内置w i f i 功能芯片的消费电子产品和w i f i 双模手机使用w i - f i 产品，这会是w i - f i 未来市场增长的关键要素【1 】。 1 1w i - f i 简介 w i - f i 的全称是w i r e l e s sf i d e l i t y ( 无线高保真) ，由于w i f i 的频段在世界 范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，因此为w l a n 无线设备提供了一 个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。用 户可以在w i f i 覆盖区域内快速浏览网页，随时随地接听拨打电话。 w i f i 第一个版本发表于1 9 9 7 年，其中定义了介质访问接入控制层( m a c 层) 和物理层。物理层定义了工作在2 4 g h z 的i s m 频段上的两种无线调频方 式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2 m b i t s 。两个设备之间的通 信可以自由直接( a dh o c ) 的方式进行，也可以在基站( b a s es t a t i o n ，b s ) 或者访问 点( a c c e s sp o i n t ，a p ) 的协调下进行。 1 9 9 9 年加上了两个补充版本：8 0 2 1 l a 【2 】定义了一个在5 g h z 频段上的数据 传输速率可达5 4 m b i t s 的物理层，8 0 2 1 l b 3 1 定义了一个在2 4 g h z 的i s m 频段 上但数据传输速率高达1 1 m b i t s 的物理层。2 4 g h z 的i s m 频段为世界上绝大 多数国家通用，因此8 0 2 1 1 b 得到了最为广泛的应用。19 9 9 年工业界成立了 w i f i 联盟，致力解决符合8 0 2 1 1 标准的产品的生产和设备兼容性问题。 w i f i 标准目前有三个，分别是8 0 2 1 l a ，8 0 2 1 l b ，8 0 2 1 1 9 ； 8 0 2 1 l b 主要特点： 1 ) 历史最长的w i f i 技术，速度最高可以达到1 1m b p s ； 2 ) 安全性差； 3 ) 最大的性能问题是信号干扰，非常容易受到微波炉以及2 4g h z 频率的无 线电话的干扰。 8 0 2 1 1 9 主要特点： 1 ) 8 0 2 1 1 9 是8 0 2 1 1 b 的个扩展，使用相同频段； 2 ) 理论上支持的最高速度可以达到5 4m b p s ； 3 ) 相对8 0 2 1 1 b 覆盖范围小，完全向下兼容8 0 2 1 l b ； 8 0 2 1 1 a 主要特点： 1 ) 理论上支持的最高速度可以达到5 4m b p s ； 2 ) 在5 g h z 频率提供了1 2 个非重叠的信道，也就是说可以使用最多1 2 个接入 l 点； 3 ) 比使用2 4g h z 的网络更少受到干扰。 1 1 1w i - f i 技术优势 w i - f i 相比于其它无线通信技术，具有很多技术优势 相对蓝牙技术的电波覆盖范围，无线电波的覆盖范围广； 具有很强的移植性，可应用于多种通信场合； 传输速度非常快，可以达到1 l m b p s 以上，8 0 2 1 l n 甚至支持1 0 0 m b p s 的传 输速率； 功率低，对人体和所处环境中仪器设备的危害小( 小于1 0 0 m w ) ；运营 商进入该领域的门槛比较低，不用耗费资金来进行网络布线 接入，节省了大量的成本。 国外兴起的w 卜f i 双模技术是对传统蜂窝连接技术的一种有益的补充。目前 市场出现的w i - f i 双模或多模手机，就是一部手机，同时带w i - f i 和手机收发部 件( g s m 、c o m a 、3 g ) 。在有w i f i 的地方用w i - f i 打电话，没有的地方就自动转 接到手机网，通话不中断。目前面世的i p 手机将g s m 、w l a n 和v o l p 三大技术有机 地结合在一起，能够同时满足移动通话、无线上网和网络电话三大需求。 w i - f i 移动融合为中国新兴运营商提供了独一无二的机会。使用这种技术， 移动运营商能在改善网络性能，增加网络覆盖范围，改善频段管理的同时，为 2 移动用户提供先进的新业务，降低离网率，增力f l a r p u 值。移动用户也可以从 中获益，因为用户使用这种技术可以实现手机的宽带连接和无缝覆盖，用户只 需要随身携带一支手机，使用起来很方便，而且成本也比较低。在中国w i f i 网络的普及，以及该种技术的价格的合理性和承载应用的丰富程度，为融合移 动网络的发展创造了很好的条件。无线局域网接入功能在手机中将越来越普遍， 2 0 0 6 年，具备这一功能的手机占全部手机的比例只有2 ，2 0 0 7 年，这一比例接 近6 到1 0 。另外，2 0 0 6 年，全球所有w i f i 芯片的市场达到2 亿片。此外，随着 智能手机的普及，手机行业对w i f i 芯片的需求将呈现出迅猛的增长。 美国高科技市场调研机构i n f o n e t i c s 在2 0 0 6 年7 月份发布了一份有关 w i f i 手机的预测报告，这家机构表示，到2 0 0 9 年为止，w i - f i 手机的市场容 量每年都会翻一番，2 0 0 9 年，市场规模将高达3 7 亿美元【4 】。 目前w i f i 移动融合在中国的发展存在两大障碍：首先，非法使用v o i p 长途 语音服务对传统的电信长途业务造成负面冲击，而且电信运营商还没有为这种 颠覆性技术开发出成熟的盈利模式。此外，政府目前严格限制电信运营商的资 质，同时明文规定只有电信运营商才有资格提供v o i p 业务。然而，消费导向是 电信服务的永恒前提，垄断是不能阻止技术进步的，随着w i - f i 手机在世界各地 的应用发展，营收模式的完善成熟，以及其他条件的配合，这块市场终将被打 开。w i f i 将同现今流行的摄像头一样，成为手机的标准配置。 1 i 2w i f i 无线局域网的应用 由于无线局域网使网上的计算机具有可移动性，能快速方便地解决使用有 线式不易实现的网络联通问题，特别适合以下几个领域： ( 1 ) 布线困难的场所：受地理环境影响的城市建筑群、学校校园网、老建筑 或布线昂贵的江河湖泊、山区草原、港口码头等露天场所： ( 2 ) 变化频繁的环境：经常变更工作地点和变更位置的销售商、生产商、各 种售票代理点等： ( 3 ) 临时组建的网络：大型会议、商业展览、建设工地等场所需要临时组建 的局域网： ( 4 ) 流动作业的场合：适合于野外勘测、实验、军事、公安的流动场所，及 需要在流动时得到信息的医护人员、零售商等： ( 5 ) 家庭办公用户： 总之无线局域网在资源共享、办公自动化、金融财经、医疗保险、商业零 售、生产制造和码头仓储等方面都有非常广阔的前景。 1 1 3w i _ f i 认证 近几年来，随着无线局域网的日益普及，市场对不同厂商w i - f i 产品间的互 联互通能力，以及无线局域网的规范化要求不断提高。针对这一情况，全球最 大的w i - f i 技术标准化与产品认证组织一w i - f i 联盟制定了一系n w i f i 技术 标准与互操作测试方法，领导并开展了大量的w i - f i 设备认证工作。目前，w i f i 联盟已经开展的认证项目有8 0 2 11 a b g 基础，8 0 2 1 1 d 认证，8 0 2 1 1 h ，w i f i m u l t i m e d i a ，w m mp o w e r s a v e ，r f 性能认证和w i - f ip r o t e c t e d s e t u p 安全设置等 认证。其中8 0 2 1 l a b g 基础认证为必测项目。根据w i f i 联盟的规定，无线局 域网设备厂商可以根据自身产品的特点和市场定位在以上的认证项目中选择需 要进行的再卜f i 认证。 从2 0 0 0 年认证启动至今已有超过3 0 0 0 多个不同型号的无线局域网产品通过 了w i f i 认证，这些产品包括无线接入点a p ，p c 无线网卡，和许多嵌入无线局域 网功能的消费类电子产品如照相机等。随着v o l p 应用的日益广泛，w i - f i 语音产 品( 如w i f i 电话、支持v o l p 的双模终端等) 也不断增多，迫切需要制定相应的 w i - f i 语音设备的互操作测试方法，确保相关产品在承载v o l p 业务时的流量、时 延、抖动等性能指标以满足用户的需求。此外，w i f i 联盟还在w i f i 视频、m e s h 、 网间切换、快速漫游等应用领域进行认证准备工作【5 】。 只有标有w 卜f i 认证的产品才能够确保相互兼容，并且可以打上w i f i 认证 标志。自2 0 0 0 年3 月w i - f i 认证计划开展以来，w i - f i 联盟一直在协助进行w i - f i 设备的测试和认证工作。表卜1 列出部分主要的w i - f i 认证计划( 包括现有的 和计划将要实施的) 巾j 。 能够提供完整的w i f i 测试首先推荐使用a g i l e n t 的8 9 6 0 测试仪测试 e v m ，p o w e r ，再使用c h a r i o t 测t h r o u g h p u t 。方便的可以用a g i l e n tn 4 0 1 0 a ：专 业测试方案的好处是可以提供w 卜f i 官方认证的所有测试案例，省去不同配置的 麻烦，缺点是不能随意组合，以便适应开发人员自己的测试需要，还有就是价格 也太贵了。 4 表卜1 主要的w i - f i 认证计划 w l - f l 曩量认证竹秘 甘甥当豫 精逮 8 0 2 1 1 a 5 c _ d - i z 工作蹶段的赣心m a c 震认派z 惟在潺个频段的设备移必须遣缒蔫试才可投天使 用茳童：诲多 盈备够支持酗z 1 1a 搬b j 5 9 ：厮稍设鲁够必须运迸备砷镧冠的涮试 8 0 2 ”的 5 g h z 工作壤履的缓心m a c 露从濠。工律在臻个额段的设备酆必须逶避蔫 霉才可按入使 用 w p a 2 t m0 t 蛹- r 安垒擅 磊于i e e e s 0 2 1l i 的安垒认诞。w p a 2 有两耪：夸人苏翮东业蹶惫盘认证侮镭s 缝e a p 人 的e a p 认莲。所囊薏过w i - f i 认证的设鲁謦必须通过w p a 2 豹溯试。 w m m t m ( w i - f i 多爨体服务及约可遣计筋主要用于翮试w i - f i 网络按照位先缀惰赣不属数据藏盼特性。也就 星嚣试透避语蕾，视频和耢残碑应用来酸警用户体验的矬镌 w m m 一节穗可避计麓。主饕用予瀚试w i 垌网络在用户使用语譬视壤柏麓藏荐多淼侈应用时。麓甓 电地静命约特性 v 杯开移劫融禽( 2 0 0 6 )可选计麓，主垂用矛绘锄融台毫话申w i - f i 无嫒电信碍孽孝须缝魍。目前w i - f i 皴盟匆融台电 香挺供捩心的8 , 0 2 1 1 刚哟互遢性翱安垒性认谨 v o 麟同个人叛f 2 0 0 6 1霹溉计籀，主薹为在系瘟翱小穗务公区域使用镑v o w i - f i 手机盼匿遘性提骸置挎。 s i m p l ec o n r 叼2 0 0 6 ) 可谗计磁主受在移薯安垒窳鹰网培时。攫搦经甩的便德馑 v o w k f l 垒业版2 0 07 j 可蕴计糍主疆为在企业z 作区境殉锭用的、，o w i f i 手机的匿迸蛙攫供支持 8 0 2 1 1ne 2 0 0 7 ) 为墓于8 0 2 n 铴准的设鲁捞互遇佳程侠拨心支持。 本论文组根据自己的需要开发一套自动测试平台，能够满足绝大部分测试 需要。下面介绍a z i m u t h 公司8 0 2 1 1 a b g 无线网络产品w i - f i 测试验证平台。 该平台为市面上第一套无线网络产品w i - f i 测试验证平台【7 】。该平台对无线网 络产品间之互通性、功能及其效能( p e r f o r m a n c e ) 提供一完整之测试环境， a z i m u t h 拥有容易使用之控制介面，还可结合c h a r i o t a i r o p e e k 让您在同一 平台即可完成所有测试，并提供多个脚本协助客户完成自动化测试，也可让使 用者模拟不同之无线网络测试环境及产生各种不同网络流量，而测试过程中， a z i m u t h 也可即时显示各种测试状态，并提供详尽测试结果分析。表卜2 是该 平台主要测试功能。 表i - 2a z i m u t h 公司无线网络产品测试功能 自动化测试项目功能 配合a i r p e e k , - i 狈u 试分析，c 1 i e n t s 在r o a m i n g 过程中，每 一个阶段所需时间，以利于分析驱动程式之优劣。包括 r o a m i n g 测试 f a i 卜o v e rr o a m i n g ：m o ti o nr o a m i n ga n dr o a m i n g h y s t e r e s i s 。 a pa s s o c i a t i o n 验证a p 在同一时间内最多可容许多少无线c 1 i e n t s 的连 c a p a b i l i t y 测试接。最多可同时拟模1 0 1 6 个w i r e e s sc l i e n t s 。 a pf o r w a r d in g 验证a p 在m u l t ic l i e n t s 下之传输效能， 此一测试不但可 验证a p 之传输效能，同时可验证a p 在有资料传输下，可维 r a t e 测试 持连线之w i r e l e s sc li e n t s 数目。 r a t ev sr a n g e 配合c h a r i o t ，自动化测试w i r e l e s sc li e n t 与a p 问在不同 t e s tw i t h 距离下，其连接速度之变化、传输效能、r s s i 及封包错误率。 c h a r i o t 1 2 本论文研究的内容和意义 1 2 1 课题来源 w i f i 测试功能众多，每当研发人员出一个新的版本，就必须要测试所有的 功能，并且回归测试工作量大，如果单个测试工程师靠手动按键来执行所有测 试用例，花费的时间少则几小时，多则需要几天的时间，这样耗费大量测试时 间的同时也容易让测试工程师产生疲倦甚至是厌倦心里，很容易造成测试的遗 漏。w i f i 测试中常碰到很多重复性高的工作，如发送数条几十条同样的命令 以验证无线路由器的收发成功率以及稳定性：连续进行多次接通，断开试验以验 证连接的阻塞情况等极限测试等，都是重复性高的工作，手动执行的话费时费 力，如果能有一套自动执行的机制，将能大大提高测试的效率。目前市场上已 有非常多功能强大且通用的自动测试工具，如比较典型的有w in r u n n e r ，r o b o t ， l o a d r u n n e r 等等，但这些工具通常不能兼容到象无线路由这种嵌入式系统中 来。 为了解决上述w i f i 测试工作中的困难，笔者所在的测试团队经过不断的 总结实践，目前已在基于l i n u x 平台上建立了一套实用的自动测试机制，通过 该机制的建立，不但调动了测试工程师的工作积极性和热情，同时也大大提高 了测试的效率。本文将围绕基于t c l 语言实现的w i - f i 产品自动测试技术。 6 本论文论述的是在i p 网络设备测试体系中的一个环节，即无线局域网产品 的测试。无线局域网中的无线网络设备是通过登陆后，进行必要的配置，利用 实际组网或者模拟各种业务流量来验证功能的，无线网络设备可以通过t e l n e t 进行登陆，还可以采用串口输出结果，登陆成功后即可对其进行配置操作，如图 卜1 ，和图卜2 。 图1 一l 无线路由器( a p ) 登陆界面 日e 静蚋臼t j 衙w 蜘 p d 每饬墨s o 臼曾 * 特抖c r n n f sl o a d i n g u t m a g e t oo x & 0 8 8 n t e n n ai st u r n e d r f8 n t e n n ai st u r n n e c t e d l 7 ：惦：葛埘临州3 昏亭精l “一” u 。h 劓 图1 - 2 无线网卡( s t a ) 串l l 输出界面 本论文就是在对a p 和s t a 的实际测试工作中产生的。对于上面图i - 2 中发送配置命令的手工操作，可以由脚本按照事先设计好的流程代替人工执 行，从而可以达到提高测试效率、规范测试过程的作用，此外，我们所要开发 的自动测试脚本除了具备配置指令发送的基本功能外，还能实现更多扩展功 能。本文限于篇幅，只讨论某个研发中的无线网络产品的内部功能测试，包 括连接与断开测试，吞吐率等测试项( r f 测试不在讨论范围) ，从而为产品做 w i - f i 官方认证做好准备。 1 2 2 研究内容 本论文以t e l 脚本语言在无线网络设备测试中的应用作为研究对象，寻找合 理的能提高自动化测试效率和效果的方法。 在软件开发过程中，方面要求我们通过测试活动，验证所开发的软件在功 能上是否满足每一条特性，性能上是否满足客户要求的负载能力和吞吐量等要 求；另一方面面向市场和客户，开发团队还要满足在预算范围内尽快发布软件的 要求。 作为传统软件的测试流程一般是：先在软件开发过程中进行少量的单元测 试，然后在开发的结束阶段集中进行大量的测试( 包括功能和性能方面的集成测 试和系统测试) 。在这个过程中，自动化测试的地位和作用会越来越突出。 通常软件测试的工作量很大，据统计，测试一般会占到4 0 的开发时间；对 个别可靠性要求非常高的软件，如操作系统软件的测试时间甚至会占到开发时 间的8 0 以上。对测试工作来说，其中的许多操作都是重复性、非智力型和非创 造性，但却要求准确细致的工作，因此计算机就成为最适合代替人工去完成这样 的任务的工具。 软件自动化测试是相对于手工测试而存在的，主要是通过开发的软件测试 工具和脚本等来实现，具有良好的可操作性、可重复性和高效率的特点。目前在 通信领域应用最多的自动化测试语言，就是t c l 脚本语言。本文将研究如何利用 t c l 脚本语言的特性扩展我们的测试。此外，由于无线局域网是兼容于有线局域 网基础上的，因此测试又涉及到局域网网络协议标准和产品实现原理，常用网络 协议的实现和运用也成为我们测试工作中不可或缺的组成部分。 1 2 3 研究的意义 本文要开发的w i f i 网络测试，实际上是针对无线路由器和无线网络卡的 功能和性能展开的一系列的基于t c l 语言的自动化测试脚本的集合。 t c l 脚本语言作为一种很通用的脚本语言，它几乎在所有的平台上都可以 解释运行。它实际上包含了两个部分：语言和库8 1 。利用t c l 语言进行的传统 自动化测试中，t c l 主要用于发布命令给一些交互程序( 如文本编辑器) ，也就是 说它只能实现一些单一的指令交互以及显示信息检查的测试。所以t c l 语言在 数据通信产品测试中的潜力并没有得到充分的发挥。 在本论文的研究过程中，我们把t c l 看作是一个库包，它可以被嵌入应用程 序中，利用t c l 里包含的分析器，来执行内建命令的例程和我们开发扩充( 定义新 的过程) 的库函数。本无线网络协议测试是由和一系列网络协议测试例所对应的 脚本组成的，它的开发和应用，能够节省人力资源，降低测试成本，增强测试的可 靠性，提高软件测试的准确度和精确度，增加软件信任度，使测试工作相对比较容 易得到规范执行，产生更高质量的测试结果。 9 第二章无线局域网协议介绍 在介绍w i f i 自动测试方案的实现和程序之前，有必要详细介绍一下无线 局域网协议本章首先介绍了无线局域网相关技术，并对i e e e 8 0 2 1 1 协议标 准、m a c 协议展开了系统研究和分析，重点介绍了载波侦听多路冲突避免 ( c s m a c a ) 等关键技术 无线局域网主要由无线站点网卡( s t a ) 、无线接入点( a p ) 、计算机和相关 设备组成。其中无线接入点( a c c e s sp o i n t ，a p ) 的网络位置大致等同于接入 交换机，就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线接入站聚合到有线的网 络上，是无线局域网络的核心设备。 无线接入点具有集线器和交换机的功能，与无线接入点关联的无线用户共 享本地无线网，其方式与集线器功能的共享类似。另外，无线接入点还可以提 供附加的功能，如跟踪客户在小区内的移动并允许或拒绝特定的通信流或客户 与自身建立通信；控制通过w l a n 的通信流的接入和流动，配置参数，对接入点 进行集中配置和管理等。 2 1 无线局域网的组建 无线局域网简单的组建方法：n 张无线网卡及一台a p 。a p 称为“无线访问 节点”，或“桥接器”。它扮演无线工作站及有线局域网络桥梁的角色，其工作 原理相当于一个内置无线发射器的h u b 或者是路由，而无线网卡则是负责接收 由a p 所发射信号的客户终端设备。 无线局域网可以采取不同的网络结构来实现互联。一般来说，根据不同的 应用环境，无线局域网主要有以下二种拓扑结构。 1 )无中心的对等网络( a d - h o c 网络) 无中心对等网络中不需要单独的控制转接功能的接入点设备( a p 所有的基站都能对等地通信，而信道接入控制( m a c ) 协议大多采用c s m a ( 载 波侦听多址接入) 类型的多址接入协议。此类w l a n 又称为a d h o c 网络。在 a d - h o c 模式中，客户端不能直接和网络外其他的客户端通信。a d h o c 模式的设 计使在同一个频谱覆盖范围内的客户间能够互相通信。如果一个a d h o c 网络 模式中的客户想要和该网络外的客户通信，该网络中必须有一个客户做网关并 执行路由功能。 2 )中心的结构化网络( i n f r a s t r u c t u r e 网络) 有中心的结构化网络的以星型拓扑结构为基础，以无线接入点( a p ) 为中 心，所有的s t a 基站通过a p 转接。相应在s a c 帧中，同时有源地址、目的地址 和接入点地址。通过各基站的响应信号，无线接入点a p 能在内部建立一个类似 l o 路由表那样的桥接表，将各个基站与端口一一联系起来。当转接信号时，a p 就 通过查询桥接表进行。由于w l a n 的a p 有以太网接口，这样，既能以a p 为中心 独立建一个无线局域网，也能将a p 作为一个有线网的扩展部分。此种网络又称 i n f r a s t r u c t u r e 网络。在i n f r a s t r u c t u r e 模式中，每一个客户将其通信报文 发向a p ，a p 转发所有的通信报文。这些报文可以是发往以太网的，也可以是发 往无线网络的。这是一种整合以太网和无线网络架构的应用模式。无线访问节 点负责频段管理及漫游等指挥工作。 典型的无线局域网组成如图2 1 所示，p c 机内装有无线网卡( s t a ) ，通 过无线网卡，p c 机和无线路由器( a p ) 建立连接，最后无线路由器通过有线方 式接入i n t e r n e t 中。 图2 1 典型的无线局域网组成 无线局域网四个基本要素： i ) 站点( s t a t i o n ) ，网络最基本的组成部分。 2 ) 接入点( a c e s sp o i n t ，a p ) 。接入点既有普通站点的身份，又有接入到分配 系统的功能。 3 ) 基本服务单元( b a s i cs e r v i c es e t ，b s s ) ，最简单的服务单元可以只由两个 站点组成。 4 )分配系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，d s ) 。分配系统用于连接不同的基本服务单 元。其中属于分配系统的又有五种任务，分别是：联接，结束联接，分配， 集成，再联接。属于站点的服务任务有四种，分别为：鉴权，结束鉴权，隐 私，m a c 数据传输。 2 2i e e e8 0 2 11 标准的模型 在i e e e8 0 2 1 1 系列的局域网标准的定义中，局域网只涉及o s i 模型中的 两层，物理层( p h y s ic a ll a y e r ) 和数据链路层( d a t al in kl a y e r ) ，没有复 杂的中转、路由等网络控制，网络结构也相对简单。根据局域网的特点，i e e e 8 0 2 上 课题工作委员会进一步将数据链路层划分为逻辑链路控制层( l l c ) 与媒体访问 控制层( m a c ) 。在i e e e8 0 2 的各项标准中，i e e e8 0 2 2 定义了l l c 层的协议 标准，i e e e8 0 2 3 、i e e e8 0 2 4 、i e e e8 0 2 5 和i e e e8 0 2 ，儿中则定义了参考 模型中的物理层( p h y ) 与媒体访问控制层( m a c ) ，它们之间的关系如图2 2 所示【9 1 。 逻辑链路控制层 - - 媒体访问控制层 物理层 图2 2i e e e 8 0 2 标准的结构与组成 i e e e8 0 2 1 1 x 中，物理层定义了通过三类不同的无线方法来实现建立、维 持和拆除物理连接信道所必须的机械、电气及功能的特性与规格，以保证可靠 的按比特为单位的同步与传输。在数据链路层，定义了在两个数据链路层之间 建立和维持数据链路，为网络层提供无差错数据流的控制与管理协议，其协议 模型如图2 - 3 所示。 图2 3 无线局域网i e e e 8 0 2 1 1 标准的协议模型 2 3i e e e8 0 2 1l 物理层介绍 i e e e8 0 2 1 1 定义了三种物理层规范，分别为红外线( i r ) 、跳频扩频( f h s s ) 规范和直接序列扩频( d s s s ) 规范。其中i r 使用8 5 0 n m 到9 5 0 n m 的波长，基本 速率为1 m b p s 。 f h s s 则使载波频率在很宽的频带范围内按伪随机序列控制进行跳变，接收 机利用相同的伪随机序列实现同步并解扩、解调、识别。跳变频率至少为1 跳 秒。跳变过程中将能量扩散到整个频带内，利用它实现扩频并最终获得传输增 益。 d s s s 是将要发送的信号用伪随机码扩展到一个比原始信号频带宽得多的 1 2 频带上去，以实现扩频。在接收端，利用与发端相同的p n 码进行相关解扩，恢 复出发送信号。对干扰信号，由于与p n 码不相关，在接收端被扩展，使落入信 号通带内的干扰信号功率降低g ( 扩频增益系数) 倍，从而提高了相关器的输 出s n 比，达到抗干扰目的。 由于i e e e8 0 2 1 1 在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，i e e e 小组又相继推出了i e e e 8 0 2 1 1 b 、i e e e 8 0 2 1 1 a 和i e e e8 0 2 1 1 9 。它们之间的 主要差别在于m a c 子层和物理层。 i e e e 8 0 2 “b 物理层支持5 5 m b p s 和11 m b p s 两个新速率，采用c c k 调制技 术。i e e e 8 0 2 1 1 b 使用动态速率漂移，可因环境变化，在1 1 m b p s 、5 5 m b p s 、2 m b p s 、 l k t b p s 之间切换，且在2 l b p s 、1 m b p s 速率时与i e e e8 0 2 1 l 兼容。 i e e e8 0 2 1 1 a 工作在5 g h z 频带，物理层速率可达5 4 m b p s ，传输层达 2 5 m b p s 。采用正交频分复用( o f d m ) 的独特扩频技术；可提供2 5 m b p s 的无线 a t m 接口和l o m b p s 的以太网无线帧结构接口，以及t d d t d m a 的空中接口：支 持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户 终端。 i e e e8 0