基于COST231-Hat...S路由器性能可视化测试方法_谢克斌.pdf

工业控制计算机2023年第36卷第2期图1路由器外场性能测试场景基于 COST231-Hata 模型的 AeroMACS路由器性能可视化测试方法谢克斌王 杰谢 莉程 帅（四川九洲空管科技有限责任公司，四川 绵阳621000）AeroMACS（机场场面无线宽带通信系统）是国际民航组织、欧美国家和中国正在大力推广的一种面向民航机场场面的无线宽带通信系统，具有可靠性高、通信带宽高、保密性强等优点，组成设备主要包括基站、ASN网关、PAD终端、路由器等1。其主要功能是实现AeroMACS信号到Wi-Fi信号转换的功能，可安装于机场地服车辆、飞机驾驶舱，用户可使用手机、平板等支持Wi-Fi的终端设备，通过该路由器接入AeroMACS网络，建立机场运行中心/管制塔台/航空公司运营中心与地服车辆、飞行员的通信链路，实现音视频、数据传输等应用，目前，AeroMACS正处于应用推广阶段2。不同的地面环境影响着无线电波传播的性能，为此，各种无线传播信道模型被提出：Okumura-Hata模型3、COST231-Hata模型、Planet通用模型、SPM（Standard Propagation Model）模型等，其中前两种模型为经验模型，后两种为半经验模型。COST231-Hata模型是在Okumura模型基础上进行改进的，其特点是能适用于高频段、预测数据准确、算法简单，近年来许多学者对其进行了深入研究。文献4提出了基于Memetic算法对COST231-Hata的修正，结论显示，经过修正后模型误差明显减小；文献5在高频段（5.8 GHz）环境下，利用LMS算法对COST231-Hata模型进行误差修正，并与SUI模型的数据进行了对比验证了COST231-Hata模型对高频段的适应性；文献6 根据路径损耗指数，确定了最优路径损耗估计模型为COST231-Hata模型，采用标准差误差分析对优化模型进行了验证，结果表明，优化模型在城郊和开放城市环境下的路径损失预测均具有很低的标准差误差。本文首先介绍了COST231-Hata模型及其特性，然后基于COST231-Hata模型提出了AeroMACS路由器性能可视化测试的方法，并在烟台机场对AeroMACS路由器进行外场性能测试，并能实时获取AeroMACS信号参数、位置信息和时间信息并展示。1COST231-Hata模型1.1模型的介绍COST231-Hata模型的计算公式7为：Lloss=46.33+33.9lgd+33.9lgf-（6.55lgd+13.83）lghte-（hre）+Ccell+Ccity（1）式中，d表示基站与移动天线台的距离，单位是km；f为频率，单位为MHz；hte为基站天线有效高度，单位为m；hre为移动天线有效高度，单位为m；（hre）为接收天线高度修正因子；Ccell为小区类型校正因子；Ccity为是大城市中心校正因子。1.2模型的确定本次测试环境为机场，根据机场环境选择修正因子分别为：（hre）=3.2lg2（11.75hre）-4.97Ccell=0Ccity=0（2）本模型适用于：d距离：120 km；hte基站天线高度：30200 m；hre接收天线高度：110 m。2路由器性能测试方案设计2.1测试方案测试设备主要由AeroMACS基站、路由器、安卓移动终端构成。测试的主要示意图如图1所示：Visual Test Method for Aeromacs Router Performance Based on Cost231 Hata Model摘要：首先介绍了COST231-Hata模型的基本原理，然后基于该模型设计测试软件。设计了完整的可靠测试方案，还对测试、接口、界面进行了设计。该软件能周期性自动采集并存储AeroMACS信号参数、位置信息和时间信息，在GIS地图上以可视化的方式直观展示路由器性能数据。最后通过分析测试结果可以得出该方法可以定量化测试路由器性能，并能展示反映测试过程数据的变化。关键词：COST231-Hata模型；AeroMACS；路由器；性能测试；可视化Abstract:This paper first introduces the basic principle of COST231-HATA model,and then designs testing softwarebased on the model.This paper designs a complete reliable test scheme,and also designs the test,interface and interface.The software can periodically and automatically collect and store AeroMACS signal parameters,location information and timeinformation,and visually display router performance data on GIS map.Finally,by analyzing the test results,it can be con-cluded that this method can quantitatively test the performance of the router and show the changes of the test process data.Keywords:Cost231-HATA model,AeroMACS,router,performance test,visualization19基于COST231-Hata模型的AeroMACS路由器性能可视化测试方法如图1所示，AeroMACS基站发出信号，AeroMACS路由器接收信号。路由器采集的数据主要是经纬数据与接收天线的接收功率，对数据进行处理。AeroMACS路由器外场移动测试过程中，具有GPS/BD定位功能的安卓移动终端与路由器固定在地服车辆的同一位置上，通过Wi-Fi建立通信连接。在机场场面不同的区域，基站覆盖情况不同，地服车辆在机场场面移动过程中，AeroMACS路由器与基站的通信距离是动态变化的，RSSI、CINR、发射功率等参数也会动态变化。2.2性能测试软件设计测试软件根据确定的COST231Hata信道模型采集数据并通过可视化的方式展示测试结果。路由器测试APP软件功能框图如图2所示：图2路由器测试APP软件功能框图移动终端通过Wi-Fi与路由器建立通信连接，通过路由器对外软件接口，周期性采集RSSI、CINR、TX Power、BS ID、运行状态等AeroMACS信号参数，并能采集到路由器的位置。把信号数据融合地理位置数据，在GIS地图上分别根据RSSI和CINR的实测值，用绿色、黄色、红色三种不同的颜色标识三种不同的等级，绘制点迹。还可以可累计绘制多次测试项的动态曲线，用颜色区分并标明测试项名称。采集的数据可以存储在安卓移动终端本地。2.3外部接口设计路由器测试软件外部接口包括AeroMACS信号读取接口、位置数据读取接口、离线地图文件读取接口和测试数据保存接口，如图3所示：图3路由器测试APP软件对外接口2.4界面设计本文主要工作就是实现采集信息的可视化，性能测试软件主要包括参数分项显示、动态曲线绘制、GIS地图可视化显示三个界面。第一个可视化界面为显示各项参数。参数分项显示界面显示的参数包括路由器MAC地址、连接状态、基站MAC地址、频点、RSSI、发射功率、Preamble CINR、CINR、上行调制、下行调制和ping包时延，可配置路由器IP、ping包IP并且可以编辑“试验环境描述”。如图4所示：图4参数分项显示界面还可以显示动态曲线绘制界面，该界面可分区域绘制RSSI动态曲线和CINR动态曲线，横坐标为时间，纵坐标为RSSI/CINR值，可累计绘制多次测试项的动态曲线，用颜色区分并标明测试项名称。如图5所示：图5动态曲线绘制效果还实现把信号数据融合地理位置数据，在GIS地图上分别根据RSSI和CINR的实测值，用绿色、黄色、红色三种不同的颜色标识三种不同的等级，绘制点迹，并用标牌标注RSSI、CINR值。如图6所示。3实验结果分析本次测量工作场所为山东烟台机场，在机场安装一个基站信号源并设置发射功率20 dbm，然后将移动天线安装于车顶并驾车载在信号覆盖范围内移动，移动天线设置增益为23 dbi。测试采取数据时，驾车车速为40 km/h。20工业控制计算机2023年第36卷第2期（上接第18页）7JOSHUA S MONSON,MIKE WIRTHLIN,BRAD HUTCHINGS.A Fault Injection Analysis of Linux Operating on an FPGA-Embedded PlatformJ.International Journal of ReconfigurableComputing,2012:850487.1-850487.118聂磊，冯金富，刘安，等.ARINC429总线的故障注入测试方法J.电光与控制，2014（10）：85-889孙峻朝，王建莹，杨孝宗.故障注入方法与工具的研究现状J.宇航学报，2001，22（1）：99-10410YINJIE,WUQIANG,MAOXUETAO,etal.Designof1553B Bus Testing and Simulating System C/2013 NinthInternationalConferenceonIntelligentInformationHidingand Multimedia Signal Processing,2013:145-14811LUO YUNLIN,ZHAO XIAOQING.Design and research ofan ARINC 429 bus testing system C/The 26th ChineseControl and Decision Conference(2014 CCDC),2014:194-19812WANG CHENHU,LI JIAN,HU FEI.Fault tree synthesis foran avionic network C/2011 International Conference onTransportation,Mechanical,and Electrical Engineering(TMEE),2011:155-15913JOACHIM SCHULER.Tools andServicesforComplianceTestingofARINC664EndSystemsandSwitches J.Aerospace Testing International,201214EU-TEUM CHOI,OK-KYOON HA,YONG-KEE JUM.Con-figuration Tool for ARINC 653 Operating Systems J.Inter-national Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering,2014,9(4):73-8415谌文涛，何锋，周一伟，等.AFDX网络虚拟链路时延抖动测试研究J.电光与控制，2013（11）：93-9616牛仕奇，严胜刚，任向隆.AFDX终端系统实现方案研究J.计算机测量与控制，2009（12）：2507-2509收稿日期：2022-09-013.1 RSSI和CINR分析分析了在烟台机场定点实测的3960组数据，CINR变化曲线和RSSI变化曲线分别如图7、图8所示。CINR的变化范围是05 dB，CINR平均值为1 dB；RSSI变化范围-93-98 dBm，RSSI平均值-96 dBm。图7路由器CINR变化曲线图8路由器RSSI变化曲线3.2全场通信效果AeroMACS路由器在烟台机场全场的通信效果如图9所示：图9AeroMACS路由器在烟台机场通信效果用不同的颜色直观分析出RSSI大于-88 dBm的区域、RSSI在-88 dBm-95 dBm区间的区域、RSSI低于-95 dBm的区域。4结束语基于COST231Hata模型的测试软件可以周期性记录信号参数、位置信息、网络ping包时延等信息；通过可视化界面可直观展示路由器RSSI、CINR值的波动情况，还可在GIS地图上绘制的RSSI、CINR和丢包率曲线。从实验可视化效果可得出，基于COST231Hata模型采集的数据准确，能很好地反映信号损耗等参数，可视化软件能很直观地反映各个参数之间的变化及关系。可视化可以大大提升AeroMACS路由器外场测试效率，定量化测试路由器性能，可对网络覆盖优化方案提供参考。参考文献1冯晓波，封世领.AeroMACS技术在ACARS数据链系统中的应用J.航空电子技术，2018，49（S1）：1-5，102安文彦.航空机场移动通信系统及其民航空管应用研究J.信息通信，2016（6）：214-2153MEDEISIS A,KAJACKAS A.On the use of the universalOkumura-Hata propagation prediction model in rural areasC/IEEE Vehicular Technology Conference.IEEE Xplore,2000:1815-18184张涵，周新力，刘晓娣，等COST231-Hata模型基于Memetic算法的修正J.电子设计工程，2019，27（22）：1331365CASTRO B,GOMES I R,RIBEIRO F,et al.COST231-Hataand SUI Models performance using a LMS tuning algorithmon 5.8GHz in Amazon Region citiesC/Antennas and Prop-agation(EuCAP),2010 Proceedings of the Fourth EuropeanConference on.IEEE,20106MARDENI.R,PRIYA T S.Optimised COST-231 Hata Modelsfor WiMAX Path Loss Prediction in Suburban and Open Ur-ban Environments J.Modern Applied Science,2010,4(9):75-897杨明静3G无线传播模型校正及其应用研究D长春：吉林大学，2006：9收稿日期：2022-11-29图6GIS地图可视化显示效果21