CN104396190A - 用于监视客户驻地装置设备的Wi-Fi节点的无线链接的方法以及利用该方法的客户驻地装置设备 - Google Patents
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Abstract
用于监视客户驻地装置设备的Wi-Fi节点的无线链接的方法包含以下步骤：复制经过物理层(3)的传送/接收缓冲器的接收包以及传送包，对所复制的包，包括时间戳；以及，将所复制的包传递给监视单元。具体地，通过包括客户驻地装置设备的Wi-Fi软件驱动器的Rx/Tx控制来复制所有的包，以获得Wi-Fi网络的准确包交换和定时。客户驻地装置设备包含：Wi-Fi节点，包括Wi-Fi软件驱动器(2)和带有传送/接收缓冲器(5，6)的物理层(3)；Wi-Fi监视应用(10)，用于复制经过传送/接收缓冲器的包；以及监视数据路径(11)，用于将所复制的包传递给监视单元。
Description
技术领域
本发明涉及包括耦合到IP接口的Wi-Fi节点(例如经由数字订户线路到服务提供商)的客户驻地装置设备的领域。
背景技术
家庭网关被广泛地用于将家庭中的设备到因特网或者任何其他广域网(WAN)。家庭网关具体地使用使得能够通过铜线或光线路进行高数据速率传输的数字订户线路(DSL)技术。这些年间，建立了若干DSL标准，在数据速率和范围方面有所不同，例如ADSL和VDSL，在本上下文中称为xDSL。用于因特网服务的光传输也是公知的，例如光纤到家庭(FTTH)和光纤到驻地(FTTP)。在本上下文中将家庭网关以及诸如路由器、交换机、电话和机顶盒的其他设备理解为客户驻地装置(CPE)设备。
包括无线技术的家庭网关在如今的家庭和专业环境中起到关键作用。用于将无线设备连接到局域网(LAN)的机制被称为Wi-Fi，Wi-Fi是使用无线数据传输标准的IEEE 802.11族的设备的Wi-Fi联盟的商标名称。IEEE 802.11标准定义两种类型的无线节点，即被称为站(记为STA)的可以连接到其他设备的一般无线设备，以及控制网络的特殊类型的STA，即接入点(记为AP)。经常被称为WLAN(无线局域网)的Wi-Fi网络由AP组成，该AP具有连接到它的一个或若干STA。
由于其灵活性和“不可见的”性质，许多LAN应用利用Wi-Fi而不是经典的有线以太网方法。然而，无线LAN的这种广泛的使用暴露出使用共享介质技术的严重弊端：干扰。与Wi-Fi和非Wi-Fi均相关的干扰由于802.11的性质导致降级的用户体验。在其最通用的形式中，IEEE 802.11网络应用通过感测介质被使用来避免冲突的介质接入方法(记为CSMA-CA)。该介质接入方法通常也被称为“先听后讲”，描述该方法的本质。因此，来自任何性质的干扰都可以阻碍介质并且迫使所有节点保持沉默。
因此，在某些情况中，Wi-Fi连接可能遭受不良性能，甚至是连接丢失。这些情况中的一些很明显并且容易解释给终端用户。例如，如果站和接入点之间的距离过大，则信号水平低，并且性能将下降。其他情况是“不可见的”，并且不能被终端用户理解，例如隐藏节点。隐藏节点对网络的某些节点不可见的，导致CSMA-CA方法的实际的失败，从而可能造成空中的(over air)包冲突/讹误。在很多情况下，终端用户不能诊断问题源并纠正问题。
对应地，家庭内Wi-Fi网络连通性是主要的因特网服务提供商支持成本和帮助台呼叫原因之一。运营商的如今的焦点主要在Wi-Fi网络安装上，将站与接入点相关联。因此，因特网服务提供商寻找取得对包括链接质量和性能的终端用户的无线环境的更好的理解的方式。与Wi-Fi性能有关，运营商可以使用诸如宽带论坛(记为BBF)TR-069协议这样的远程管理协议，该协议提供对如在因特网网关设备数据模型BBF TR-181中所定义那样的Wi-Fi参数的接入。但是经由TR-069可用的信息是非常有限的，并且关注于数据流量。在某些情况下，终端用户面对完全阻碍Wi-Fi连接的问题，对应地，致使TR-069监视无用。因此，在终端用户呼叫帮助台时，描述家庭拓扑并诊断手头的问题可能是冗长且昂贵的过程。
分析Wi-Fi问题(例如，连接设置、干扰、吞吐量……)的理想的方式是通过查找无线LAN的主节点，即AP。在IEEE 802.11中定义的AP控制网络，因此，所有的数据和网络控制必须被AP看得见。但是，如今只有可以建立AP和STA之间的链接时，AP才可以输送关于包传输和信号水平的统计。链接为何被放弃或者吞吐量为何低的实际问题对AP的内部仍然是隐藏的。完全的包检查是不可能的，因此，当涉及到查明无线LAN中的实际问题时，技术或协议分析器却一无所知。如今，AP最多可以输送统计，但是没有关于在网络中实际发生了什么的意见。
分析Wi-Fi网络的人实际感兴趣的是AP和其客户端STA之间的完整的包交换，包括802.11管理和控制包。在以太网上，这种包捕捉方法存在并且相当微不足道。以太网卡可以进入“混杂模式”：该模式实际地允许直接并透明地将以太网硬件的发送/接收队列接入第三方软件(例如Wireshark)，然后第三方软件可以分析包流。然而，软件不对低级别的以太网流量进行可视化，而仅对物理层以上的流量进行可视化。对于以太网，这种级别的分析就足够了，因为物理介质本身是稳定的。然而，如果链接速度协商或双向检测失败，则即使在以太网上也需要“更多的信息”。在无线网络上，这样的问题的数目更加巨大，因此交换对于更低层协议进行特别的查看的需求以便理解为何存在所报告的数据链接上的影响。
US 8,102,866公开了一种用于监视远程多媒体信号的集中式系统，其监视并评定在IP包电信网络上分布的服务的质量，IP包电信网络包含多个客户驻地装置，这样的装置的项目之一可以经由能够通过IP接收接收诸如数据、语音和视频这样的多媒体内容的线路连接到诸如数字订户线路接入多路复用器这样的接入网关；所述内容经由返回线路直接返回到接入多路复用器。
US 7,573,859公开了一种使用远程探测器在无线网络中进行远程监视的系统和方法。接入点将无线客户端链接到无线交换机。远程探测器捕捉无线包，附加无线电信息，并且将包转发给远程观测器以用于分析。在一个实施例中，观测器可以提供协议级别的调试。
发明内容
用于监视客户驻地装置设备的Wi-Fi节点的无线链接的方法包含以下步骤：复制经过传送/接收缓冲器的接收包以及传送包，对所述复制的包，包括时间戳；以及，将所复制的包传递给监视单元。具体地，通过包括客户驻地装置设备的Wi-Fi软件驱动器的Rx/Tx控制来复制所有的包，以获得包括包定时的Wi-Fi节点的准确包交换。
在优选的实施例中，在客户驻地装置设备内所复制的包流中的每个包在作为IP流转发给监视单元之前，被封装成单个IP帧。
在本发明的一个方面中，该方法包括以下步骤：复制经过传送/接收缓冲器的接收包以及传送包；以及，将所复制的包传递给监视单元。有利地，将所复制的接收和传送包作为并行包流传递给监视单元。具体地，可以经由客户驻地装置设备到网络服务提供商的监视单元的数字订户线路连接来发送所复制的包。
在本发明的另一方面中，用于监视客户驻地装置设备的Wi-Fi节点的无线链接的方法包含以下步骤：复制经过传送/接收缓冲器的Wi-Fi包；以及，将所复制的包传递给监视单元。
客户驻地装置设备包含：Wi-Fi节点，包括Wi-Fi软件驱动器和带有传送/接收缓冲器的物理层；Wi-Fi监视应用，用于复制经过传送/接收缓冲器的包；以及监视数据路径，用于经由IP流将所复制的包传递给监视单元。具体地，客户驻地装置设备是家庭网关、路由器、交换机、机顶盒或者任何其他客户驻地装置设备，并且被设计用于到诸如数字订户线路这样的IP接口或者到输送宽带服务的服务提供商、局域网(LAN)的连接。
附图说明
参照示意图，通过示例更详细地解释本发明的优选实施例，附图中：
图1示出包括带有Wi-Fi软件驱动器和物理层的Wi-Fi节点的家庭网关；以及
图2示出经由到调试终端的有线以太网连接来连接的图1的家庭网关。
具体实施方式
在下面的描述中，描述用于监视客户驻地装置设备的Wi-Fi节点的无线(Wi-Fi)链接的示例方法。为了解释性的目的，阐述各种具体细节以便提供对优选实施例的彻底的理解。然而，对于本领域的技术人员而言，本发明可以不用这些具体细节来实现，这是显而易见的。
客户驻地装置(CPE)设备包括例如控制器(例如微处理器)、存储操作系统的非易失性存储器、用于CPE设备的操作的易失性存储器、用于无线操作和宽带连接(例如xDSL连接)的Wi-Fi节点。Wi-Fi节点包括复杂的软件驱动器、具有数据缓冲器的物理层以及天线。这种类型的CPE设备例如是在无线局域网(WLAN)内具有中心位置的家庭网关。
Wi-Fi节点被在Wi-Fi节点的操作期间执行许多后台任务(例如，动态速率适配、包聚集、信道质量监视)的软件驱动器控制。在信号操纵的顶部，Wi-Fi驱动器还用相关联的IEEE定义的管理和控制消息发送来嵌入802.11协议栈。因此，Wi-Fi驱动器将在数据流中注入许多管理和控制包，使得不能够只通过透明地查看数据帧交换来分析链接。
为了监视物理层(OSI模型的0层)，由家庭网关的Wi-Fi节点传送并接收的流量，家庭网关根据本发明包括用于向监视单元输送所有所接收并传送的包的Wi-Fi监视应用，然后可以从LAN或WAN中的任何地方接入监视单元。Wi-Fi监视应用可以被理解为Wi-Fi驱动器内的软件模块。Wi-Fi监视应用使用Wi-Fi节点的Tx/Rx缓冲器来复制并行监视器流中的实际的数据链接。该流例如通过包括所有所复制的接收包和传送包的时间戳来包含Wi-Fi网络内的准确的包交换和绝对定时。因为嵌入在家庭网关中的AP是Wi-Fi网络的中心，并且通常被连接到WAN和多个LAN接口，所以监视器流可以容易地传输到远程监视单元。
Wi-Fi监视应用可以接入以下块：
-传送包队列
-接收包队列
-传送/接收信号指示器
有利地，Wi-Fi监视应用被配置为将任何Wi-Fi包封装成单个IP帧。对在物理层队列上存在的所有包进行封装，而不管它们在网络中的个体功能或角色如何。Wi-Fi包作为整体被视为IP帧的数据有效载荷，并且IP帧的源/目的地址将被请求该Wi-Fi包流的用户配置。Wi-Fi包将以与它们被接收或将被传送的次序完全相同的次序被放置在监视器流中，因此，完全用相同的包间定时来复制Wi-Fi链接上的包或帧。因此，该方法允许用对应于Wi-Fi包经过传送/接收缓冲器时的时间的定时向监视单元传输Wi-Fi包流。通过使用Wireshark和修改的“包剥离器”，可以分析Wi-Fi包流的内容和结构。
在图1中图示了本发明的优选实施例，其示出家庭网关1的Wi-Fi软件驱动器2、物理层3以及天线4。物理层3包括用于接收路径和传送路径的数据缓冲器5、6、经由Tx/Rx控制9被Wi-Fi软件驱动器2控制的交换机矩阵7以及Wi-Fi硬件驱动器8。根据本发明，Wi-Fi软件驱动器2包括Wi-Fi监视应用10，其复制经过传送和接收硬件缓冲器5、6的数据流量，并且将该数据流经由监视数据路径11传递给外部监视单元，例如调试终端。监视数据路径11例如被耦接到802.1d桥接器12，其将数据包转发给例如LAN侧网络13，或者经由xDSL路由器14转发给广域侧网络15。
在优选的实施例中，家庭网关1经由有线以太网连接21连接到调试终端20，如图2所示。Wi-Fi监视应用10输送经过物理层3的硬件缓冲器的Wi-Fi包流的被复制的包流(如参照图1所述)。所复制的包流中的每个包在家庭网关1内被Wi-Fi软件驱动器2封装成单个IP帧22，其被立即经由802.1d桥接器12和路由器14传送给调试终端20。在调试终端20内，捕捉由Wi-Fi软件驱动器2所提供的IP帧，然后对IP帧去封装，以提供然后例如可以通过Wireshark进行可视化的Wi-Fi包流。
因此，本发明允许对无线应用的使用中调试。运营商现在可以在不在网络上进行侵入动作的情况下，或者不必物理地接入终端用户的家庭网关1的情况下，准确地分析在终端用户的家庭网关1处发生了什么。与经典的《嗅探器》或《捕捉》方法相比，这向前迈进了巨大的一步，因为该方法没有为解释的不确定性或错误留有余地。使用当前方法，可以保证《良好的视图》或者《尽力而为的估计》，因为包被分析装置接收，并且关于分析装置准确地接收与网络中的AP或另外的Wi-Fi节点相同的包交换，没有严格的保证。
网络服务运营商的支持网络可以极大地从中受益，因为可以在不用用户反馈的情况下经由诸如TR-069或SNMP这样的已知的远程管理系统直接检验对远程家庭网关做出的改变。运营商甚至可以以自动的方式重新配置整个家庭网关1，从在监视器流中看到的结果取得反馈。
另外，开发者不再需要构建凌乱的《嗅探器》设置或者购买昂贵的RF捕捉装置，因为监视器流可以经由测试下的Wi-Fi节点(例如家庭网关1)来捕捉，并且可以通过已知的分析应用来观看。如果安全性是问题，则可以在家庭网关1中对监视器流添加加密，但是然后监视器单元需要应用对应的去加密。
只有当如通过无线LAN的节点之一所看到的，实际的链接正在被分析时，分析才是100％精确的。这是要考虑的相当重要的项目。外部设备上的嗅探器将与被监视的网络的实际AP/STA节点不同地“查看”RF环境。在某种程度上，这样的分析是有用的，但是如果AP或STA设备的具体特征或缺陷正产生问题，例如导致更好的RF信号的波束形成、防止精确调试的加密技术或者未被集成在嗅探器硬件或软件中的物理层特征、……，嗅探器的使用是无用功。必须通过网络的“眼睛和耳朵”进行分析。因为AP在网络的控制下，并且通常被对于这样高级的监视方法是初级客户的电信运营商管理，所有的监视方法必须被该网络节点处理。因此，通过无线LAN的AP对无线LAN进行调试或分析是关键。通过本发明，Wi-Fi链接在物理层级别被准确地分析，因为就是在那发现问题的。
另外，本领域的技术人员可以利用本发明的其他实施例，而不脱离本发明的范围。具体地，对于使用Wi-Fi的所有类型的CPE设备，都可以使用所述的方法。因此，本发明在于在后文所附的权利要求中。
Claims (14)
1.用于监视客户驻地装置设备(1)的Wi-Fi节点的无线链接的方法，所述Wi-Fi节点包括Wi-Fi软件驱动器(2)和带有传送/接收缓冲器(5，6)的物理层(3)，该方法包含以下步骤：
复制经过传送/接收缓冲器(5，6)的接收包以及传送包，对所述复制的包，包括时间戳；以及，
将所复制的包传递给监视单元(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，包含以下步骤：通过包括Wi-Fi软件驱动器(2)的Rx/Tx控制(9)来复制数据包，以获得包括包定时的Wi-Fi节点的准确包交换。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包含以下步骤：在客户驻地装置设备(1)内所复制的包流中的每个包在转发给监视单元(20)之前，被封装成单个IP帧(22)。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，包含以下步骤：复制经过传送/接收缓冲器(5，6)的所有接收包以及所有传送包，并且将所有所复制的包传递给监视单元(20)。
5.根据前述权利要求的一项所述的方法，包含以下步骤：将所复制的接收和传送包作为并行包流传递给监视单元(20)。
6.根据前述权利要求的一项所述的方法，包含以下步骤：经由客户驻地装置设备(1)的数字订户线路连接将所复制的包传递给网络服务提供商的监视单元。
7.一种用于监视客户驻地装置设备(1)的Wi-Fi节点的无线链接的方法，所述Wi-Fi节点包括Wi-Fi软件驱动器(2)以及具有传送/接收缓冲器(5，6)的物理层(3)，包含以下步骤：
复制经过所述传送/接收缓冲器(5，6)的包；以及
将所复制的包传递给监视单元(20)。
8.根据权利要求7所述的方法，包含以下步骤：通过包括所述Wi-Fi软件驱动器(2)的Rx/Tx控制(9)来复制数据包以获得包括包定时的Wi-Fi节点的准确包交换。
9.根据权利要求7或8所述的方法，包含以下步骤：在客户驻地装置设备(1)内所复制的包流中的每个包在转发给监视单元(20)之前，被封装成单个IP帧(22)。
10.一种客户驻地装置设备(1)，利用根据前述权利要求的一项的方法。
11.根据权利要求10所述的客户驻地装置设备，包含：Wi-Fi节点，包括Wi-Fi软件驱动器(2)以及具有传送/接收缓冲器(5，6)的物理层(3)；Wi-Fi监视应用(10)，用于复制经过传送/接收缓冲器(5，6)的包；以及监视数据路径(11)，用于将所复制的包传递给监视单元(20)。
12.根据权利要求10或11所述的客户驻地装置设备，其中，所述客户驻地装置设备是家庭网关、路由器、交换机、机顶合或任何其他Wi-Fi客户驻地装置设备。
13.根据权利要求10或11所述的客户驻地装置设备，其中，所述客户驻地装置设备是家庭网关。
14.根据前述权利要求10至13中的一项所述的客户驻地装置设备，被设计用于经由输送宽带服务的数字订户线路连接到服务提供商。
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