引言

在無線通信與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的性能評估中， 吞吐量 （Throughput）常常被視為最直觀、最核心的指標(biāo)之一。隨著蜂窩通信和車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的不斷發(fā)展，工程師們不僅關(guān)注最終用戶感受到的業(yè)務(wù)速率，也需要深入理解協(xié)議棧不同層級的 數(shù)據(jù)傳輸效率 。

無論是在基站、終端，還是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的測試中，吞吐量都可以直接反映數(shù)據(jù)傳輸效率指標(biāo)。然而，需要注意的是，吞吐量并不是單一維度的概念，它 在MAC層與IP層存在差異 ：前者更接近底層的物理與鏈路特性，體現(xiàn)了無線接入鏈路的最大承載能力；后者則貼近用戶實(shí)際體驗(yàn)，受到協(xié)議棧處理、業(yè)務(wù)類型及應(yīng)用場景的綜合影響。

在實(shí)際測試中，MAC層與IP層吞吐量往往會出現(xiàn)差異，這種差異來源于多方面的因素。首先，測試層級的不同決定了統(tǒng)計(jì)口徑的差別：MAC層吞吐量更側(cè)重于 無線鏈路物理層與鏈路層的效率 ，例如調(diào)制解調(diào)方式、信道帶寬、MCS等級等都會直接影響結(jié)果；而IP層吞吐量則受制于上層協(xié)議棧的處理開銷和應(yīng)用層數(shù)據(jù)特性，例如TCP擁塞控制、UDP傳輸效率，以及業(yè)務(wù)流量模型等。其次，測試工具與方法的差異也會帶來偏差，例如采用基站模擬器、流量發(fā)生器或其他應(yīng)用軟件時，得到的數(shù)值可能會有顯著不同。

最后，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與測試場景的不同，例如弱網(wǎng)條件、干擾情況等也會進(jìn)一步放大MAC層與IP層吞吐量之間的差距。因此，有效理解這兩個吞吐量的定義和差異，不僅有助于我們準(zhǔn)確評估網(wǎng)絡(luò)性能，也為優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提升用戶體驗(yàn)提供了關(guān)鍵參考。

MAC層吞吐量

1.定義

MAC層吞吐量是指在無線接入網(wǎng)中，從基站側(cè)測量的、在特定時間窗口內(nèi)通過空口成功傳輸?shù)挠脩裘鏀?shù)據(jù)總量對應(yīng)的速率。它統(tǒng)計(jì)的是 物理層完成調(diào)制解調(diào)后 ，由MAC層調(diào)度并 成功傳輸?shù)挠行?shù)據(jù) 。該指標(biāo)直接反映了基站調(diào)度器為終端分配無線資源塊（RB）的效率與能力，是衡量空口數(shù)據(jù)傳輸性能和小區(qū)的系統(tǒng)處理能力的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.特點(diǎn)

• 接近鏈路層極限 ：MAC吞吐量受調(diào)制編碼方式（MCS）、調(diào)度策略、無線信道條件等因素影響，通常能夠反映設(shè)備在理想情況下可達(dá)到的最大速率。
• 敏感于無線環(huán)境：信噪比（SNR）、干擾水平、多徑衰落等會直接影響MAC層速率。例如，在弱網(wǎng)測試中隨著衰減器引入的信號強(qiáng)度下降，MAC層吞吐量會明顯降低。
• 反映基站調(diào)度策略：不同調(diào)度算法（如輪詢、按優(yōu)先級、按信道質(zhì)量分配）會導(dǎo)致MAC層吞吐量差異。

3.場景分析

• **基站與終端性能驗(yàn)證：**在實(shí)驗(yàn)室中，測試工程師可以通過基站模擬器觀測MAC層吞吐量，驗(yàn)證設(shè)備在特定信道條件下的調(diào)制解調(diào)能力和最大承載能力。
• 弱網(wǎng)環(huán)境測試 ：在模擬弱信號場景時MAC層吞吐量能揭示鏈路受損程度，為優(yōu)化算法或硬件設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
• 協(xié)議棧問題定位 ：當(dāng)發(fā)現(xiàn)IP層吞吐量異常時，可通過對比MAC層吞吐量來判斷問題出在MAC層還是IP層。

IP層吞吐量

1 .定義

IP層吞吐量是指在終端或核心網(wǎng)側(cè)測量的、在特定時間窗口內(nèi) 成功傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包的速率 ，即實(shí)際能夠傳輸?shù)綉?yīng)用側(cè)的數(shù)據(jù)速率。不同于MAC層吞吐量主要聚焦于鏈路承載能力，IP層吞吐量更多關(guān)注的是數(shù)據(jù)在協(xié)議處理、封裝、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸中的效率。

2 .特點(diǎn)

• 更貼近用戶體驗(yàn) ：IP層吞吐量直接關(guān)系到上層應(yīng)用的速率表現(xiàn)，例如網(wǎng)頁加載、視頻播放、下載速率等。
• 敏感于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) ：如丟包、時延、重傳等問題，會直接導(dǎo)致IP層吞吐量下降，因此它比MAC層更能體現(xiàn)端到端性能差異。
• **跨層依賴性強(qiáng)：**IP層吞吐量受到物理層、MAC層調(diào)度策略，以及核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等多方面的綜合影響。

3 .場景分析

• 用戶體驗(yàn)驗(yàn)證 ：通過IP層吞吐量觀測，可以判斷用戶是否能夠獲得運(yùn)營商承諾的下載/上傳速率。
• 弱網(wǎng)仿真與業(yè)務(wù)測試 ：在弱網(wǎng)條件下，IP層吞吐量往往能夠更真實(shí)地反映業(yè)務(wù)質(zhì)量，從而為視頻流媒體、在線游戲、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用提供測試參考。
• 端到端性能評估 ：IP吞吐量是貫穿整個網(wǎng)絡(luò)路徑（從終端應(yīng)用、經(jīng)過空口、基站、核心網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器）的最終有效數(shù)據(jù)速率。

兩者對比

德思特ALifecom基站模擬器的吞吐量觀測

在無線網(wǎng)絡(luò)測試中，單獨(dú)觀察IP層吞吐量或MAC層吞吐量都無法全面反映系統(tǒng)性能。IP層吞吐量雖然貼近用戶體驗(yàn)，但可能掩蓋底層鏈路存在的性能問題；MAC層吞吐量則能直接反映空口調(diào)度與無線鏈路效率，但無法體現(xiàn)協(xié)議棧和應(yīng)用層對業(yè)務(wù)速率的影響。因此，同時觀測這兩種吞吐量可形成從鏈路能力到最終用戶體驗(yàn)的完整視圖。

德思特ALifecom基站模擬器可同時監(jiān)測MAC層和IP層的吞吐量，因此建立了“理論能力—協(xié)議損耗—實(shí)際體驗(yàn)”的映射關(guān)系。若MAC層吞吐量與IP層吞吐量差距過大，說明問題出現(xiàn)在協(xié)議?；蚓W(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)；若兩者接近，說明鏈路傳輸與上層協(xié)議匹配良好。這樣的多維度對比，不僅能夠提高問題定位效率，也為弱網(wǎng)環(huán)境仿真、終端性能評測以及運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了有力工具。

上位機(jī)軟件讀取的MAC Throughput

iPerf軟件讀取的IP Throughput

【注：此處展示的是單臺電腦直連時的IP吞吐量，故速率較高】

相關(guān)產(chǎn)品

德思特ALifecom基站模擬器是從4G LTE 到5G NR/NTN的全方位測試平臺，高度集成gNB/eNB與5GC/EPC核心網(wǎng)，專為移動終端、物聯(lián)網(wǎng)和非地面網(wǎng)絡(luò)通信提供精準(zhǔn)驗(yàn)證。

• 全協(xié)議覆蓋 ：兼容4G LTE 到5G NR（FR1,FR2）及NR-NTN
• 高效率測試 ：單臺設(shè)備支持DL 4×4 MIMO與多達(dá)16臺DUT的并發(fā)連接
• 高度集成 ：內(nèi)建gNB、eNB與AMF/SMF/UPF等核心網(wǎng)絡(luò)功能，模擬真實(shí)商用網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇