CN107113640B - 用于分析wi-fi节点的无线链路的方法、执行方法的相应电路以及应用 - Google Patents

用于分析wi-fi节点的无线链路的方法、执行方法的相应电路以及应用 Download PDF

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Abstract

一种用于分析客户端装置(CPE)设备(1)的无线节点的无线链路(3)的方法，包括：执行主动测试以获得第一组参数，在主动测试期间强制数据传输通过无线链路；以及在主动测试之前或之后执行被动测试以获得第二组参数，被动测试是监测模式，在监测模式期间监测CPE设备的数据传输。具体地，基于第一组参数，确定无线链路是否在不确定区域中以及无线链路在不确定区域中的程度，并且基于第二组参数，做出以下决定：将观测到的所测量的数据速率中的减小分配给物理效应或远端干扰效应。

Description

用于分析WI-FI节点的无线链路的方法、执行方法的相应电路 以及应用
技术领域
本公开涉及经由无线通信彼此通信的无线节点和相应设备的领域。
背景技术
接入网关广泛用于将家庭中的设备连接到因特网或任何其它广域网(WAN)。接入网关具体使用数字用户线(DSL)技术，DSL技术可实现铜线或光线上的高数据速率传输。住宅网关以及诸如路由器、交换机、电话和机顶盒之类的其它设备在这种情况下被理解为客户端装置(CPE)设备。
包括无线技术在内的接入网关在当今的家庭和专业环境中起着关键作用。将无线设备连接到局域网(LAN)的机制称为Wi-Fi，Wi-Fi是使用IEEE 802.11标准族用于无线数据传输的设备的Wi-Fi联盟的品牌名称。IEEE 802.11标准定义了两种类型的无线节点：可以连接到其它设备的通用无线设备，被称为站(表示为STA)；以及控制网络的特殊类型的STA，即接入点(表示为AP)。通常称为WLAN(无线局域网)的Wi-Fi网络由AP和连接到AP的一个或多个STA组成。由于其灵活和“不可见”的性质，许多LAN应用正在利用Wi-Fi而不是传统有线以太网方法。然而无线LAN的这种广泛使用已经暴露了使用共享介质技术的严重缺点：干扰。与Wi-Fi和非Wi-Fi这两者相关的干扰导致了因IEEE 802.11的本质而产生的用户体验下降。在其最常见的形式中，IEEE 802.11网络应用介质访问方法，其中通过感测到使用介质来避免冲突(表示为CSMA-CA)。介质访问方法也被称为“先听后说”(描述了该方法的本质)，并且被称为“空闲信道评估”(CCA)。空闲信道评估确定无线通信信道是否被“占用”，例如，“忙”于另一无线通信和/或具有使无线通信信道不适用于通信的干扰量。这样，确定无线通信信道可用于通信还是不可用于通信，例如确定无线通信信道被占用还是未被占用。
干扰的另一个影响可能是接收器侧的分组丢失，导致物理层速率的降低。物理层速率(下面还称为“TrainedPhyRate”或调制速率)与无线连接的物理层上的传输速率有关。IEEE 802.11MAC协议使用速率适配机制来评估无线信道的属性并选择适当的物理层速率。在这种情况下，发送器的CCA没有检测到干扰，而是正在减少接收器看到的Wi-Fi分组的SINR(信噪比和干扰比)。通常，Wi-Fi节点将通过朝向更鲁棒-但更慢的物理层速率降低所使用的物理层速率来对分组丢失进行反应，以尝试增加成功发送数据包的机会。
因此，在某些情况下，Wi-Fi连接可能会受到性能差甚至连接丢失的影响。这些情况中的一些情况对于最终用户来说是显而易见的并且容易解释。例如，如果站和AP之间的距离太大，则信号电平较低，且性能将下降。其它情况是“不可见的”，并且最终用户无法理解，例如隐藏节点。隐藏节点对网络的一些节点是不可见的，导致CSMA-CA方法的实际故障，这可能引起空中分组冲突/破坏。在许多情况下，最终用户无法诊断问题源并纠正问题。
对于家庭Wi-Fi网络，连接问题和性能问题分别对应于主要因特网服务提供商支持成本和帮助台呼叫的原因。运营商当今的重点主要是在将站与AP相关联的Wi-Fi网络安装上。因此，因特网服务提供商正在寻找方法来更好地了解最终用户的无线环境，包括链路质量和性能。
分析Wi-Fi问题(例如，连接建立、干扰、吞吐量等)的理想方式是通过查看无线LAN的主节点，即AP。如IEEE 802.11中定义的AP控制网络，因此AP可以看到所有的数据和网络控制。AP当今可以传送与分组传输和信号电平相关的统计信息。但是真正问题(链路被丢弃的原因或者吞吐量低的原因)仍然对AP内部隐藏。当今，AP最多可以传送统计信息，但无法查看无线网络中实际发生的情况。
Wi-Fi性能可能由于以下类别而降低。对于每个类别，必须采取不同的措施来改善事情：
·站的省电设置
>>更改站的省电设置
·与其它Wi-Fi设备(适当地)共享介质
>>使用较少占用的另一通道
(或适当地使用例如Wi-Fi多媒体优先级(WMM，IEEE 802.11e)来对Wi-Fi流量按优先级排序)
·发送器侧的干扰
>>改变到无干扰的信道
(或移除干扰源)
·接收器侧的干扰
>>改变到无干扰的信道
(或移除干扰源)
·物理现象：高路径损耗，不可能建立多个空间流
>>移动AP或站
要解决的问题是具有这样的应用：可以正确分析Wi-Fi性能问题并指示导致问题的正确类别，以便最终用户能够被引导到适当的纠正动作。
发明内容
用于在CPE设备的操作期间分析客户端装置设备的无线节点的无线链路的方法包括：执行主动测试以获得第一组参数，在主动测试期间强制数据传输通过无线链路；以及在主动测试之前或之后执行被动测试以获得第二组参数，被动测试是监测模式，在监测模式期间监测CPE设备的数据传输。具体地，基于第一组参数，确定无线链路是否在不确定区域中以及无线链路在不确定区域中的程度，并且基于第二组参数，做出以下决定：将观测到的所测量的数据速率(TrainedPhyRate)中的减小分配给物理效应或远端干扰效应。
在本发明的一方面，通过主动测试来确定TrainedPhyRate，在主动测试期间无线链路被完全加载。
在本发明的另一方面，在被动测试期间，按时间间隔测量以下参数中的一个或数个参数的样本：接收信号强度(RSSI)、调制速率(物理层速率)和/或用于无线链路的空间流的数目，并且通过包括对该参数的过滤来计算所述参数在测试间隔上的平均值，以避免由省电机制引起的假象(artefact)。
在优选实施例中，被动测试紧随主动测试，和/或主动测试紧随被动测试，而无任何停顿。
附图说明
下面参照示意图通过示例的方式更详细地说明本公开的示例性实施例，示意图示出：
图1是示出接入点与站经由无线通信进行通信的系统；
图2是示出根据图1的无线通信的数据速率的图示；
图3是测试应用，包括针对主动测试的协调器和针对被动测试的监测器；
图4是示出针对无干扰环境中AP和STA之间的IEEE 802.11n 2×2流的两组测量数据的图示；
图5是图4的图示，包括针对数据速率的类别；以及
图6是被显示在显示器上的作为形成半圆的连续块的测试结果。
具体实施方式
应当理解，附图中所示的元件可以以各种形式的硬件、软件或其组合来实现。优选地，这些元件在一个或多个适当编程的通用设备上以硬件和软件的组合实现，通用设备可以包括处理器、存储器和输入/输出接口。这里，短语“被耦合”被定义为表示直接被连接到或通过一个或多个中间组件间接地被连接。这样的中间组件可以包括基于硬件和软件这两者的组件。
本说明书示出了本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计尽管未在本文中明确描述或示出的、体现本公开的原理并且被包括在其范围内的各种布置。
本文所记载的所有示例和条件语言旨在用于教导目的，以帮助读者理解本公开的原理和本发明人为促进本领域而贡献的概念，并且将被理解为不限于这些具体记载的示例和条件。
此外，本文中所有记载本公开的原理、各方面和实施例的所有陈述以及其具体实例旨在包括其结构和功能等同物。此外，意图是这样的等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物，即所开发的任何执行相同功能的元件，而不管结构如何。
因此，例如，本领域技术人员将理解，本文中呈现的框图表示体现本公开原理的说明性电路的概念图。类似地，应当理解，任何流程图、流程框图、状态转换图、伪代码等表示基本可以在计算机可读介质中表示并且由计算机或处理器执行的各种过程，而不论这种计算机或处理器是否被明确地示出。
附图中所示的各种元件的功能可以通过使用专用硬件以及与适当的软件相关联的能够执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器、或由多个单独的处理器(其中一些处理器可以被共享)提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)和非易失性存储装置。
也可以包括传统的和/或定制的其它硬件。类似地，图中所示的任何交换机仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或甚至手动地来执行，随着对上下文中更具体地理解，特定的技术可由实现者选择。
在其权利要求中，表示为用于执行指定功能的装置的任何元件旨在包括执行该功能的任何方式，包括例如a)执行该功能的电路元件的组合或b)任何形式的软件，因此，包括固件、微代码等，软件与用于执行该软件以执行功能的适当电路组合。由这样的权利要求限定的本公开在于以下事实：由各种所记载的装置提供的功能以权利要求所要求的方式组合并汇集在一起。因此，认为可以提供这些功能的任何装置等同于本文所示的那些。
在下面的描述中，描述了分析客户端装置设备(CPE)的无线节点的无线(Wi-Fi)链路的示例方法，以及执行方法相应设备。为了解释的目的，阐述了各种具体细节以便提供对优选实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本原理。
在实施例中，CPE设备包括但不限于，处理器(例如，微处理器)、存储器(其中操作系统被存储用于CPE设备的操作)、用于无线操作的无线节点、以及宽带连接(例如，xDSL连接)。无线节点包括但不限于，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CPE设备例如是接入网关(例如，住宅网关)，其在无线局域网(WLAN)中具有中心位置。
无线节点由软件驱动器控制，该软件驱动器在无线节点的操作期间执行多个后台任务，例如，动态速率适应、分组聚合、信道质量监测等。在信号操纵之上，软件驱动器还嵌入具有相关联的IEEE定义的管理和控制消息传送的IEEE 802.11协议栈。因此，软件驱动器将在数据流中注入许多管理和控制分组，从而难以仅通过透明地查看数据帧交换来分析链路。
在图1中示意性地描绘了示出无线通信的布置：接入点1与站2经由无线链路3进行通信。接入点1包括电路，该电路包括微处理器10、存储器11、用于无线通信的无线节点12、以及测试应用13。站2包括第二电路，第二电路包括微处理器20、存储器21、用于无线通信的无线节点22、以及测试应用23。无线节点12包括物理层14和链路层15，并且无线节点22包括物理层24和链路层25。接入点1例如是与站2建立最终用户的家庭网络的住宅网关。
测试应用13包括用于微处理器10的指令，并且测试应用23包括用于微处理器20的指令，这些指令被包括用于诊断无线链路3并且收集关于无线链路3的信息集。信息集具体地包括可实现的数据速率、物理层数据速率、多个空间流、信道带宽、中等可用性和接收信号强度指示器(RSSI)。可以在被动模式中收集这些数据，在被动模式中，在接入点1和站2之间监测数据传输或反之亦然，或可以在主动模式中收集这些数据，在主动模式中，在接入点1和站2之间强制进行数据传输。
在主动模式中，接入点1中的测试应用13试图在特定测试时段期间通过无线链路3将尽可能多的数据推送到站2。为了避免任何假象，测试应用13纯粹位于介质访问控制(MAC)层(第2层)。对于这种主动测试，站2上不需要任何功能：根据Wi-Fi单播帧确认，网关中的测试应用13可以在主动测试期间自主测量第2层数据速率。这样做可以测试Wi-Fi性能，这只是一步。
图2示出了当诊断接入点1和站2的Wi-Fi性能时必须考虑的可能性。在该实施例中，检查从接入点1到站2的单向链路3'。该链路的理论最大数据速率30由接入点1和站2的能力给出，这里称为MaxNegotiatedPhyRate或MaxPhyRate，其例如在具有20MHz信道带宽的IEEE 802.11n的情况下为130MB/s，并且为接入点1和站2之间的传输选择两个空间流(并且无任何短保护间隔)。因此，这是最大可实现的链路速度，100％，这只是理论值。这被作为针对测试性能以及针对不同的性能类别的参照。通过包括根据空间流的数目(MIMO配置)、信道带宽(20或40MHz)、以及已启用或未启用的SGI(短保护间隔)的针对IEEE标准802.11b、802.11g和802.11n的最大可用数据速率，可以获得协商的针对接入点1和站2之间传输的最大可用物理层速率MaxPhyRate30。
实际上，在大多数情况下，物理限制发挥作用：例如因接入点1和站2之间的距离以及因任何墙壁或其它障碍物和反射而产生的路径损耗，站侧的接收信号强度RSSI减小。还必须确定空间流的数目。因此，理想条件下且在没有任何干扰的情况下实际可达到的物理层速率31(这里称为PhysLimitsPhyRate)小于最大数据速率30。
更多的性能可能因站2侧的干扰而损失，接入点1无法看到站2侧的干扰，其被称为远端干扰FEIF：这可以是诸如RF Babyphone、微波炉或隐藏的Wi-Fi节点之类的任何微波源，并导致进一步降低的数据速率，这里称为TrainedPhyRate 32。类似的干扰可能出现在接入点1处，这里称为近端干扰NEIF：这将使可用数据速率32降低到数据速率33。通过与其它Wi-Fi流量共享介质可能会损失更多的性能。这具体是由最终用户的其它站造成的家庭网络中的Wi-Fi流量引起的。这种减少的数据速率34在这里被称为AvailableThroughputPSoff，其描述了针对省电方式为关闭的可用数据吞吐量。数据速率的另一降低可能是由于因任何省电模式(例如，在移动设备中实现的省电模式)而产生的性能损失导致的，例如，移动设备是作为站2的智能手机：针对站2的某一百分比的时间，站2可能处于睡眠模式，称为她的％PS 35。最终数据速率36是最终用户可以得到的作为从接入点1到站2的实际数据速率(这里称为ThroughputPSon 36)的最终结果。
为了监测物理层(OSI(开放系统互联模型)模型的第1层)的数据流量，由接入点1的Wi-Fi节点发送和接收的流量，接入点1的测试应用13接收所有接收和发送的分组。测试应用13可访问以下块：
-发送(TX)分组队列，TX分组
-接收(RX)分组队列，RX分组
-发送/接收信号指示器(RSSI值)
测试应用13在图3中示出为“诊断器”，其是针对主动测试的协调器和针对被动测试的监测器，并以百分比形式转换接收到的数据和链路速度，并将结果呈现给最终用户。测试应用13通过数据总线41与被包括在接入点1中的统计信息提供商42和被包括在站2中的统计信息提供商43连接。数据总线41例如使用发布/订阅消息传送系统来与统计信息提供商42和43交换控制命令和数据。
测试应用13请求测试请求44或扫描请求45，该测试请求44或扫描请求45经由数据总线41被提交给统计信息提供商42、43。测试请求44可以是被动监测测试或主动测试。通过扫描请求45，从接入点1和/或站2请求具有所识别的相邻WLAN节点的扫描列表47。统计信息提供商42、43提供测试状态信息46，并且在需要时提供扫描列表47(其包括当接入点1和/或站2扫描WLAN信道时识别的所有相邻的WLAN节点)，以及“Wi-Fi统计信息”、测量数据速率和通过测试获得的其它统计数据48。
在该实施例中，由统计信息提供商42(这里也称为发送(TX)成员)提供的数据具体包括测量数据速率：MaxPhyRate 30、PhysLimitsPhyRate 31、TrainedPhyRate 32、MediumBusy、MediumBusyOtherWi-Fi 33、％PS 35、ThroughputPSon 36等。由统计信息提供商43(这里也称为接收(RX)成员)所发送的数据具体包括特定的RSSI和扫描列表。
由测试应用13经由数据总线41发布的测试请求44还包括测试标识号(TestRequest.id)、接收成员和发送成员的MAC地址(sourceMAC，destinationMAC)、测试类型(ping测试或第2层测试)、配置等。测试可以是正常测试，其中接收成员是统计信息提供商，并且向测试应用13发布例如站统计信息。测试还可以是盲测试，其中接收成员是不提供任何统计信息的相关站，并且发送成员自主执行测试。在这种情况下，测试应用13可以仅使用来自接入点1(发送成员)的信息。扫描请求45是事件，并且由测试应用13发布。扫描列表47是状态，并且由已经订阅扫描请求45的每个人发布。
对于通过主动测试提供的统计信息，测试测量结果在接入点1和站2之间同步。对于被动监测，不需要同步。
统计信息提供商42、43通过数据总线41在本地发布聚合统计信息，例如在被动监测的情况下每30秒进行发布，除非被主动测试中断。在被动监测的情况下，站2每秒采样RSSI并接收数据速率，并计算经过滤的RSSI在测试持续时间(例如30秒)上的平均值。过滤包括例如，阈值为1kbps、或1kbps和10Mbps之间的任何值，并且如果接收数据速率低于阈值，则RSSI样本被丢弃。当接收数据速率高于该阈值时，RSSI样本被聚合。
对于被动监测，将接收器侧的问题与CCA(空闲信道评估)相关的问题进行分离是更为重要的。可以使用以下事实：任何WLAN节点中的速率适应算法旨在通过降低到较低的调制速率和较少的空间流来减少分组丢失。如果我们将“TrainedPhyRate”32定义为在训练链路时使用的调制速率，我们可以近似地假设接收器侧的问题：在该物理层速率下分组丢失是最小的。
更多的性能损失可能由CCA机制引起，CCA机制阻碍发送器发送分组。这可以通过使用以下CCA统计信息来评估：介质繁忙/介质繁忙其它Wi-Fi 33。可以通过CCA统计信息和关于TrainedPhyRate 32的知识或通过主动测试来评估实际可用的性能。
介质共享可能引起更多的性能损失：WLAN正在使用基于共享介质概念的CSMA-CA(载波侦听多路访问/冲突避免)介质访问方法。如果更多设备正在共享介质，则性能将下降。更困难的是区分引起接收器侧的问题的原因，即干扰(则最终用户应该改变Wi-Fi信道)或物理现象(则最终用户应该移动接入点1或站2)。
干扰也可能引起性能损失：连接速度由于存在干扰而下降。代替SNR(信噪比)，应用SiNR(信干噪比)，其影响物理层速率或介质可用性。性能损失还由物理限制引起：连接速度因SNR退化和使用多个空间流(MIMO：多输入和多输出)的能力降低而下降。应该注意的是，MIMO系统利用了使用多个空间流的能力来实现高链路速度。
图2的PhysLimitsPhyRate 31可以理解为因物理效应(“物理现象”)而产生的性能损失和因接收机侧的干扰而产生的性能损失之间的边界。通过在没有干扰的情况下根据测量信号强度(RSSI)外推将使用何种物理层速率来部分地定义PhysLimitsPhyRate 31。这种外推可以基于例如清洁环境中的参考测量结果：这可以在进行的设置中或在辐射设置中。这还覆盖因高路径损耗而产生的性能损失，导致低信号强度。
可以例如从下面的表1中获得协商的针对接入点1和站2之间的传输的最大可用物理层速率MaxPhyRate 30，表1包括根据空间流的数目(MIMO配置)、信道带宽(20或40MHz)、以及已启用或未启用的SGI(短保护间隔)的针对IEEE标准802.11b、802.11g和802.11n的最大可用数据速率。
Figure BDA0001324209220000101
Figure BDA0001324209220000111
表1
对于应用该方法，有利地提供两部分：在客户端设备(Android、iOS、PC等)上运行的测试应用和在网关(AP)上运行的测试应用。当使用这两者时，通过从软件驱动器读取关键值，可以在无线链路的两端获得最佳测量结果。具体地，该方法考虑以下数据：用于确定物理限制的多个空间流和路径损耗；发送侧或接收侧的非WLAN干扰；来自相邻WLAN的WLAN流量；取决于RSSI的速率适应；以及RSSI。
主动测试具体包括以下步骤：步骤1：将具有以下目标的Ping测试从AP发送到STA(例如Android设备)：目标l：在TX测试之前唤醒TX和RX成员，以及目标2：通过检查AP处的RX和TX物理速率(PhyRate)来解决空间流的数目困境；步骤2：将活动层2(L2)TX测试从AP发送到STA；以及步骤3：在图形用户界面(GUI)上按百分比显类别，参见例如下面描述的图6。在先前的专利申请WO 2015/044343中更详细地描述了这些步骤，该专利申请通过引用并入本文。
为了在被动监测测试期间以正确的方式计算客户端装置设备和站之间的Wi-Fi节点的无线链路的损耗，特别重要的是以定义的时间间隔(例如每秒)对以下参数中的一个或多个参数进行采样：接收信号强度(RSSI)、调制速率(TrainedPhyRate)和/或用于给定Wi-Fi链路的空间流的数目，并且通过包括对该参数的滤波来计算所述参数的平均值。过滤具体用于过滤掉对Wi-Fi传输速率没有贡献的非数据帧，例如，控制帧。
所描述的方法依赖于无干扰环境中与RSSI相关的参考数据以及调制速率(TrainedPhyRate)的可用性、以及用于给定Wi-Fi链路的空间流的数目等，来定义因物理效应而产生的性能损失和因接收器侧的干扰而产生的性能损失之间的边界。但是，获得正确的统计信息并不是微不足道的任务，因为存在以上述参数不能被这样用来理解Wi-Fi链路的质量的方式影响上述参数的机制，例如省电机制。例如。Wi-Fi实现方式可以降低空间流的数目和/或调制速率以降低功耗，而不是对干扰进行反应，对干扰进行反应将阻止使用多个空间流和/或更高的调制速率。当通过强制数据流量通过Wi-Fi链路来进行主动测试时，大多数实现方式将放弃这些省电动作，并且上述参数的正常平均值将在大多数情况下提供准确的统计信息，这些准确的统计信息产生对Wi-Fi链路的正确质量评估。
然而，在被动Wi-Fi质量监测的情况下，将避免这种主动测试。因此，对于这种被动监测工具，需要一种收集可以避免省电假象的足够的统计信息的方式。如何实现这一点在专利申请WO 2015/044343中进行了描述。所描述的方法涉及对获得的样本的过滤，以便仅保留有意义的样本以用于计算相关参数的平均值。
目前的现有技术的主要问题涉及因物理效应而产生的性能损失和因接收机侧的干扰而产生的性能损失之间的边界。如上所述，使用无干扰环境中的参考数据来定义该边界。问题是如果这些参考数据被记录在现实环境中，则存在很大程度的不确定性。图4示出了在无干扰环境和不同的路径损耗条件下在两个不同的日子测量的针对AP和STA之间的IEEE 802.11n2×2流的两组测量的参考数据，其证明了这种不确定性：具体地，RSSI值在-55dBm至-75dBm之间的区域中从AP到STA的TrainedPhyRates在70Mbps和120Mbps之间变化。
这种不确定性不是测试问题或测试假象。这反映了Wi-Fi链路的不同RF信道条件。发送器和接收器之间的RF信道中的时间和频率分散可以使接器机侧的信号失真，产生与完美RF信道(例如，在进行的测量中)的情况下针对给定RSSI可期望的TrainedPhyRate相比更低的TrainedPhyRate。另一物理效应与空间流有关。取决于发送器和接收器之间存在多个RF路径，即取决于是否存在发送器和接收器之间的直接RF路径的反射，即使在不存在任何干扰的情况下建立多个空间流可以是可能的或可以是不可能的。
因此，要解决的剩余问题是将TrainedPhyRate相较完美条件下针对给定RSSI可以实现的TrainedPhyRate的减少，分配给物理效应(即缺乏反射和信道条件)或远端干扰(即对于在该不确定区域中的那些测试测量结果，接收器侧的外部干扰降低了接收信号与噪声和干扰比)。
分析的第一步是将接收器侧的问题与CCA相关的问题分离。我们可以使用以下事实：任何WLAN节点中的速率适应算法旨在通过降低到较低的调制速率和较少的空间流来减少分组丢失。如果我们将“TrainedPhyRate”定义为在训练链路时使用的调制速率，我们可以近似地假设接收器侧的问题/分组丢失在该PhyRate下是最小的。
更多的性能损失可能由CCA机制引起，CCA机制阻碍发送器发送分组。这可以通过使用CCA统计信息(介质繁忙/介质繁忙其它Wi-Fi)来评估。可以通过CCA统计信息和关于Trained PhyRate的知识或通过主动测试来评估实际可用的性能。
更困难的是区分引起接收器侧的问题的原因(即干扰>改变信道；或物理现象>移动AP或STA)。为此，我们将PhysLimitsPhyRate定义为因“物理现象”而产生的性能损失和因接收器侧的干扰而产生的性能损失之间的边界。通过在没有干扰的情况下根据测量信号强度(RSSI)外推将使用何种PhyRate来部分地定义PhysLimitsPhyRate。这种外推是基于例如干净环境中的参考测量结果：这可以在进行的设置中或在辐射设置中。这还覆盖由于高路径损耗而引起的性能损失，导致低信号强度。
定义PhysLimitsPhyRate的第二个因素与建立多个空间流的可能性或不可能性有关。根据环境(存在或不存在多个反射/空间路径)，对由不同接收器看到的信号进行(去)关联。为了考虑这一点，我们使用所测量的在流量下由链路使用的空间流的平均数目。
可以通过额外执行下述操作来改善上述方法：在主动测试之前或之后执行被动测试以获得第二组参数，被动测试是监测模式，在监测模式期间监测CPE设备的数据传输。具体地，基于第一组参数，确定无线链路是否在不确定区域中以及无线链路在不确定区域中的程度，并且基于第二组参数，做出以下决定：将观测到的所测量的数据速率(TrainedPhyRate)中的减小分配给物理效应或远端干扰效应。
对于优选实施例，可以通过以下步骤来总结改进：
·根据RSSI值确定TrainedPhyRate的不确定区域，如参照图4所描述的。这可以分解成调制速率/空间流相对RSSI、空间流的数目相对RSSI、SGI(短保护间隔)的使用相对RSSI。替代地，TrainedPhyRate可以被认为是上述的组合。
·发送器执行主动测试以获得给定Wi-Fi链路的TrainedPhyRate，在主动测试期间Wi-Fi链路被完全加载。在该测试期间，记录第一组相关参数：具体地，RSSI、PhyRate/MCS值、以及使用的空间流的数目。
·紧接在主动测试之前和/或之后，发送器被动地记录第二组相关参数。
·基于第一组参数，确定所测试的链路是否在不确定区域中以及所测试的链路在不确定区域中的程度。
·基于第二组参数，做出以下决定：将观测到的TrainedPhyRate中的减小分配给物理效应或远端干扰效应。
需要主动测试以完全执行链路并得到TrainedPhyRate、RSSI等的可靠值。这种主动测试还将产生可以通过该Wi-Fi链路实现的实际的而不是经外推的数据速率。然而，在主动测试期间，不可能准确地感测介质并侦听干扰的迹象：主要是CCA统计信息，如介质可用性、小故障等，参考你在谈话时无法听的类比。第二组参数解决了这个问题，并允许使用在感测介质时观测到的“签名”来将“远端干扰”问题与“物理现象”区分开来。
更详细地，根据参照图5的优选实施例，该方法包括：
·按“TrainedPhyRate”相对“RSSI”的相关性来确定不确定区域。这可以分解为：调制速率/空间流相对RSSI、空间流的数目相对RSSI、SGI(短保护间隔)的使用相对RSSI。替代地，“TrainedPhyRate”可以被认为是上述的组合。
参考图5，“TxPhyRate”：所描绘的测量点是Trained TxPhyRate相对RSSI的参考数据，其是在无干扰环境中于以下两个不同的日子记录的：20130716和20130718。线81“进行的”示出了在完美进行的环境中理论上的最大TxPhyRate“MaxPhyRate”相对RSSI。显然，在-65dBm以下，即使针对最佳辐射测量点，产生的结果也不具有代表性。因此，在参考测量点的边缘使用“顶部”边界(线82)和“底部”边界(线83)，以定义不确定区域。
由“MaxPhyRate”(线81)和上边界(线82)之间的差异表示的性能损失称为“％SureBlueRegion”区域84，对应于图6的30和31之间的区域，并且通常被分配给物理效应。由线83以下的区域、“RedBorderPhyrate”和“TrainedPhyRate”(图2的线32)之间的差异表示的性能损失称为“SureRedRegion”区域85，对应于图6的31-32之间的区域，并且通常被分配给干扰。底部边界83与顶部边界82之间的区域称为“PurpleRegion”区域86，其是不确定区域。
·发送器执行主动测试以获得给定Wi-Fi链路的TrainedPhyRate 32，在主动测试期间Wi-Fi链路被完全加载。在该测试期间，记录第一组相关参数，包括RSSI、PhyRate和MCS值以及使用的空间流数目等。
·紧接在主动测试之前和/或之后，发送器被动地记录第二组相关参数，同时生成一些数量的上行链路和下行链路流量。这可以例如通过提供ping测试来完成。
·基于第一组参数，确定所测试的链路是否在不确定区域86中以及所测试的链路在不确定区域86中的程度，例如在RSSI值在-75dBm至-55dBm之间的区域内，如图5中所描绘的。第一组参数产生了评估影响Wi-Fi链路的发送器侧的性能因素所需的所有信息(即省电效应、共享介质、近端干扰)、以及用于区分发送器侧和接收器侧的主要参数(即，TrainedPhyRate和适当的RSSI值)。可以从观测到的RSSI值中直接计算顶部边界82。
·基于第二组参数，做出以下决定：将观测到的TrainedPhyRate的减小分配给“物理现象”或“远端干扰”。
该决定的第一部分在于，用如在第二组参数中记录的关于空间流上行链路平均数目相对空间流下行链路平均数目的比率的信息来校正底部边界83。这是因为主动测试的不对称性质将不能在上行链路上提供准确的视图。在空间流上行链路平均数目相对空间流下行链路平均数目的比率表示远端干扰的情况下，即在空间流下行链路平均数目较低的情况下，该校正移动底部边界83。
第二部分包括如果第二组参数中的CCA统计信息表示存在近端干扰(即不使用介质并且在某个阈值以上是不可用的时间的百分比，例如，5％的时间)，则将不确定区域86分配给远端干扰。
所描述的方法依赖于与Wi-Fi链路的质量有关的正确统计信息(例如但不限于信号强度(RSSI))以及调制速率(物理速率)的可用性、和对于给定的Wi-Fi链路使用的空间流数目。获得正确的统计信息并不是微不足道的任务，因为存在以上述参数不能被这样用来理解Wi-Fi链路的质量的方式影响上述参数的省电机制。例如。Wi-Fi实现方式可以降低空间流数目和/或调制速率以降低功耗，而不是对干扰进行反应，对干扰进行反应将阻止使用多个空间流和/或更高的调制速率。
当进行主动测试(即强制流量通过Wi-Fi链路)时，大多数实现方式将放弃这些省电动作，并且上述参数的正常平均值将在大多数情况下提供准确的统计信息，这些准确的统计信息产生对Wi-Fi链路的正确质量评估。在被动Wi-Fi质量监测的情况下，将避免这种主动测试。因此，对于这种被动监测工具，找到收集可以避免省电伪影的足够的统计信息的方式。
被动监测测试在短时间尺度(例如，每秒)上对上述参数进行采样。而不是仅仅采用在一定间隔上获得的样本的平均值，当然，需要平均来获得可靠的结果-使用经滤波的平均值。这意味着仅保留在足够的流量在链路上流动时所获得的那些样本，以用于计算平均值。这可以从也是每秒采样的TxRate和RxRate参数中推导。通过对TxRate和/或RxRate取正确的阈值，经过滤的平均值可以避免由省电机制引起的假象，并且确保仅考虑相关参数(如PhyRate、RSSI和空间流数目)的正确“训练的”值。
如图6所示，可以通过测试应用13为用户在他的站2的显示器上显示所获得的结果，所获得的结果例如作为形成半圆的连续块。关于图2说明的数据速率定义了每个块的长度。指针P可视化最终可获得的数据速率36，在该实施例中，数据速率36是理论上可用的数据速率为130MB/s的23％。每个块包括问号Q，其可以由用户例如通过使用鼠标或触摸板来选择。通过选择一个问号Q，向用户通知关于导致对该块做出贡献的吞吐量损失的问题，并为用户给出他如何能够改善这种情况的建议。在选择块50的问号Q的情况下，通知用户在测试期间所获得的数据速率仅为28MB/s，其为理论上最大速率130MB/s的23％。
尽管已经在本文中详细地示出和描述了包含本公开的教导的实施例，但是本领域技术人员可以容易地设计出许多其它仍包含这些教导的变化的实施例。已经描述了优选实施例(其旨在是说明性的而不是限制性的)，应当注意，根据上述教导，本领域技术人员可以进行修改和变化。因此，应当理解，可以在所公开的本公开的特定实施例中进行落入本公开的范围内的改变。

Claims (9)

1.一种用于分析客户端装置(CPE)设备(1)的无线节点的无线链路(3)的方法，包括：
执行第一测试以获得第一组参数，在所述第一测试期间强制数据传输通过所述无线链路；以及
执行第二测试以获得第二组参数，所述第二测试是监测模式，在所述监测模式期间监测所述无线链路(3)的数据传输，
其中，所述第一组参数至少包括具有接收信号强度指示器(RSSI)值的所测量的数据速率，并且所述第二组参数至少包括空闲信道评估统计信息，并且
在具有RSSI值的所测量的数据速率位于以下参考数据的边界内时，将观测到的所测量的数据速率中的减小分配给物理效应或远端干扰，所述参考数据包括具有在无干扰环境和两种不同的路径损耗条件下在两个不同的时间测量的RSSI值的两组数据速率，其中，在所述第二组参数的空闲信道评估统计信息表明存在干扰时，将观测到的所测量的数据速率中的减小分配给远端干扰。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
在所述第二测试期间，按时间间隔对以下参数中的一个或多个参数进行采样：接收信号强度(RSSI)、调制速率和/或用于所述无线链路的空间流的数目；以及
通过包括对该参数的过滤来计算所述参数在测试间隔上的平均值，以避免由省电机制引起的假象。
3.如权利要求2所述的方法，包括：按所述时间间隔对发送速率(TxRate)和接收速率(RxRate)进行采样以计算在链路上流动的流量，并且仅保留在足够的流量在所述链路上流动时获得的那些参数值，以用于计算所述平均值，其中那些参数值为接收信号强度、调制速率和/或空间流的数目。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中，平均参数用于计算针对所述无线链路的最大可能数据速率(PhysLimitsPhyRate)，所述无线链路为两个设备的给定布置的Wi-Fi传输。
5.如权利要求1所述的方法，其中，通过从给定测量的接收信号强度(RSSI)的所述参考数据中确定数据吞吐量并且通过考虑针对用于传输的选定无线标准的多个空间流的数目的校正因子来确定最大可获得的无线数据速率。
6.如权利要求5所述的方法，其中，通过检查接入点侧或站侧的Rx和/或TX物理速率来确定多个空间流的数目。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中，通过与用于站到接入点链路的空间流的数目相比较来考虑用于接入点到站链路的空间流的数目，来确定校正因子以区分环境和干扰。
8.一种包括处理器(10)、存储器(11)和无线节点(12)的设备，所述处理器(10)被配置为：
执行第一测试以获得第一组参数，在所述第一测试期间强制数据传输通过无线链路；以及
执行第二测试以获得第二组参数，所述第二测试是监测模式，在所述监测模式期间监测所述无线链路(3)的数据传输，
其中，所述第一组参数至少包括具有接收信号强度指示器(RSSI)值的所测量的数据速率，并且所述第二组参数至少包括空闲信道评估统计信息，并且
在具有RSSI值的所测量的数据速率位于以下参考数据的边界内时，将观测到的所测量的数据速率中的减小分配给物理效应或远端干扰，所述参考数据包括具有在无干扰环境和两种不同的路径损耗条件下在两个不同的时间测量的RSSI值的两组数据速率，其中，在所述第二组参数的空闲信道评估统计信息表明存在干扰时，将观测到的所测量的数据速率中的减小分配给远端干扰。
9.一种可由计算机读取的并且包括用于执行根据前述方法权利要求之一的方法的可执行程序代码的非暂态程序存储介质。
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