CN201608739U - 无线局域网鉴别和保密基础结构协议分析器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种WAPI协议分析器，包括：无线收发器、功率放大器、低噪声放大器、射频开关和天线；无线收发器向功率放大器发送射频信号，功率放大器将射频信号进行功率放大后发送到射频开关，射频开关将功率放大后的射频信号发送给天线，天线将放大后的射频信号向外界发送；天线将接收到的无线信号发送给射频开关，射频开关将无线信号发送给低噪声放大器，低噪声放大器将无线信号进行低噪声放大处理后发送给无线收发器，无线收发器将行低噪声放大处理后的无线信号发送给外部计算机进行WAPI协议分析。本实用新型的WAPI协议分析器，可以将接收到的无线信号的空中数据包的抓取，通过外部的计算机进行WAPI协议分析装置中。

Description

无线局域网鉴别和保密基础结构协议分析器

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域，尤其涉及一种WAPI协议分析器。

背景技术

无线局域网鉴别和保密基础结构(Wireless LAN Authentication andPrivacy Infrastructure，WAPI)，是一种安全协议，像红外线、蓝牙、GPRS、CDMA1X等协议一样，是无线传输协议的一种，不同的是它是无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)中的一种传输协议，与802.11B传输协议比较相近。

随着WAPI技术的发展，除了无线接入点、无线网卡等典型产品外，支持WAPI功能的移动终端也越来越多，相应的WAPI产品的协议一致性测试的需求也日趋增长。

WAPI产品的协议一致性测试需要采用网络协议分析器，广泛应用于有线网络，是非常实用的测试和维护工具。现有技术多是WLAN协议分析仪，常见的是基于软件实现的，如AirMagnet、WildPackets提供的AiroPeek、Ethereal、Sniffer Wireless等，但是在WAPI领域，传输媒介是电磁波，现有技术中没有无线传输中的WAPI协议分析器。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供了一种WAPI协议分析器，可以将接收到的无线信号的空中数据包的抓取，通过外部的计算机进行WAPI协议分析。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种WAPI协议分析器，所述WAPI协议分析器包括：无线收发器、功率放大器、低噪声放大器、射频开关和天线；所述无线收发器分别与所述功率放大器、所述低噪声放大器和所述射频开关相连接，所述功率放大器和所述低噪声放大器分别与所述射频开关相连接，所述射频开关与所述天线相连接；其中

所述无线收发器向所述功率放大器发送射频信号，所述功率放大器将射频信号进行功率放大后发送到所述射频开关，所述射频开关将功率放大后的所述射频信号发送给所述天线，所述天线将所述放大后的射频信号向外界发送；所述天线将接收到的无线信号发送给所述射频开关，所述射频开关将所述无线信号发送给所述低噪声放大器，所述低噪声放大器将所述无线信号进行低噪声放大处理后发送给所述无线收发器，所述无线收发器将行低噪声放大处理后的无线信号发送给外部计算机进行WAPI协议分析。

本实用新型的WAPI协议分析器，可以将接收到的无线信号的空中数据包的抓取，通过外部的计算机进行WAPI协议分析装置中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型WAPI协议分析器实施例一的示意图；

图2为本实用新型WAPI协议分析器实施例二的示意图；

图3为本实用新型WAPI协议分析器的无线收发器中无线收发器的示意图；

图4为本实用新型的WAPI协议分析器的功率放大器的示意图；

图5为本实用新型的WAPI协议分析器的∏型匹配单元的电路示意图；

图6为本实用新型的WAPI协议分析器中的低通滤波单元的电路图之一；

图7为本实用新型的WAPI协议分析器中的低通滤波单元的电路图之二；

图8为本实用新型WAPI协议分析器的低噪声放大器的示意图

图9为本实用新型WAPI协议分析器的单刀双掷开关的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的WAPI协议分析器是一种低成本的用于Windows系统的WAPI协议分析器。采用专用的USB接口的无线局域网芯片，支持802.11b/g以及802.11n draft；而利用软件可以提供功能强大的WAPI协议分析。

本实用新型的WAPI协议分析器可以通过接收无线信号来捕获无线局域网中的每个信息包来显示重要的信息，例如信息包和网络连接列表，关键统计数据，协议分布图表，等等。由此可以检查，保存，过滤，输入和输出捕获的信息包，全面分析多种通信协议并浏览已经解密到底层的协议解码。根据GB 15629.11系列标准规定的WAPI安全机制，通过该WAPI协议分析器可以完成预共享密钥功能、证书安装功能、证书鉴别过程、证书选择功能、加密功能、加密功能、密钥更新功能和否定非法证书功能等测试内容。

图1为本实用新型WAPI协议分析器实施例一的示意图，如图所示，本实用新型的WAPI协议分析器实施例一具体包括：无线收发器1、功率放大器2、低噪声放大器3、射频开关4和天线5。

向外发送信号的过程是：无线收发器1分别与功率放大器2、低噪声放大器3和射频开关4相连接，功率放大器2和低噪声放大器3分别与射频开关4相连接，射频开关4与天线5相连接。无线收发器1向功率放大器2发送射频信号，功率放大器2将射频信号进行功率放大后发送到射频开关4，射频开关4将功率放大后的射频信号发送给天线5，天线5将放大后的射频信号向外界发送。

接收信号的过程是：天线5将接收到的无线信号发送给射频开关4，射频开关4将无线信号发送给低噪声放大器3，低噪声放大器3将无线信号进行低噪声放大处理后发送给无线收发器1，无线收发器1将行低噪声放大处理后的无线信号发送给外部计算机进行WAPI协议分析。

所以本实用新型的WAPI协议分析器，可以将接收到的无线信号的空中数据包的抓取，通过外部的计算机进行WAPI协议分析装置中。

图2为本实用新型WAPI协议分析器实施例二的示意图，如图所示，本实用新型的WAPI协议分析器实施例二具体包括：无线收发器1、功率放大器2、低噪声放大器3、射频开关4、天线5、电源管理器6、USB接口7和硬件狗电路8。

电源管理器6与无线收发器1和功率放大器2相连接，电源管理器6向无线收发器1和功率放大器2供电。USB接口7与无线收发器1相连接，无线收发器1通过USB接口7和外部计算机通信。硬件狗电路8与无线收发器1相连接，提供软件版权保护。

再如图2所示，功率放大器2包括：功率微波单元20、带通滤波单元21和低通滤波单元22。带通滤波单元21分别与无线收发器1和功率微波单元20相连接；功率微波单元20分别与无线收发器1和低通滤波单元22相连接，低通滤波单元22与射频开关4相连接。

为了方便使用，所以本实用新型WAPI协议分析器采用USB接口7作为外部计算机(PC机)与WAPI协议分析器的通信接口，进行抓包与协议分析。无线收发器1内部集成了MAC，基带处理器(Baseband，BB)，射频模块(RadioFrequency，RF)等。功率放大器2对无线收发器1送来的射频信号进行功率放大，然后通过射频开关4、天线5辐射到空中。同时，来自空中的无线信号通过天线5、射频开关4进入低噪声放大器3进行放大，然后送给无线收发器1进行处理。为了有效的控制硬件电路整体的尺寸，本实用新型的天线采用内置天线实现。

WAPI协议与WLAN协议的主要区别在安全和加密机制部分，本实用新型的WAPI协议分析器完成对无线环境中WAPI的监权和加密机制的抓包分析，可以采用WLAN的芯片来监听空口的无线信号。

本实用新型WAPI协议分析器的无线收发器，利用Ralink的系列的RT3070实现。RT3070采用9mm×9mm QFN 76管脚的封装，针对下一代的消费电子产品、宽频网络和电脑的无线网络需求，以高整合和低成本的CMOS设计制造。RT3070可用于开发低成本及面积缩小50％的USB Wi-Fi设备。RT3070支持802.11b/g以及802.11n draft，最高传输速率可达150Mbps，配合单只天线即可达到更快的传输速度与更远的传输距离。

图3为本实用新型WAPI协议分析器的无线收发器中无线收发器的示意图，无线收发器利用RT3070实现，如图所示，包括射频(RF)发射器11、射频接收器12，基带处理器13，MAC14，模数变换器(ADC和DAC)15、USB控制器16。

射频发射器11和射频接收器12与模数变换器15相连接，模数变换器15和基带处理器13相连接，基带处理器13和MAC14相连接，MAC14和USB控制器16相连接。再如图3所示，还包括一个系统控制器17，与MAC14相连接。

在本实用新型的WAPI协议分析器中，功率放大器2是非常重要的。增益，噪声和非线性是功率放大器的最重要的三项参数，其中增益决定着最终的输出功率，噪声和非线性则与线号质量息息相关。图4为本实用新型的WAPI协议分析器的功率放大器的示意图，如图所示，功率放大器包括：功率微波单元20、带通滤波单元21、低通滤波单元22、∏型匹配单元23、增益控制单元24、供电电路25、功率检测单元26和温度检测单元27。

功率微波单元20分别与∏型匹配单元23、低通滤波单元22、增益控制单元24、供电电路25、功率检测单元26和温度检测单元27相连接，∏型匹配单元23和带通滤波单元21相连接。

带通滤波器的2.4GHz频段的子载波有13个，频率从2.412GHz到2.437GHz，相邻两信道之间的频率间隔是500MHz，前端输出的信号包括了从2.412GHz到2.437GHz这样的一个频率带，因此，为了能够使有用的信号顺利地进入功放芯片，无用的杂乱信号被滤除，在功放芯片的输入回路上放置一个带通滤波器。

在本实用新型中的专用带通滤波器考虑的参数主要有输入阻抗、输出阻抗、通频带、通频带内的衰减、通频带以外的衰减。

∏型匹配单元的匹配在射频设计中是极其重要的，很多时候设计或者调试射频电路，都是在解决匹配的问题。∏型匹配单元利用∏型匹配网络实现，一般直接放在功放芯片的输入端，通常芯片的管脚不会匹配到50欧姆，也不会知道管脚的输入特性，由此使得∏型匹配网络非常重要。

∏型匹配网络，的形状很像字母∏，我们来看一下实际的∏型匹配网络。如图5所示，为本实用新型的WAPI协议分析器的∏型匹配单元的电路示意图。

功率微波单元是功率放大器的核心，功率微波单元的器件的性能在很大程度上决定着功率放大器的性能。功放芯片的选择是一个复杂的过程，在实际的选择过程中，一般会考虑如下的几项参数：工作频率、小信号增益、最大线性输出功率、1dB压缩点输出功率、误差向量幅度(EVM)、相邻信道功率比(ACPR)、噪声系数、是否内建功率检测功能、是否内建增益控制功能、供电电压和消耗的电流等。

温度检测单元的温度检测功能可以检测功率微波器件的功放芯片的温度，防止芯片温度过热而烧毁。另外一个更加重要的作用就是根据环境温度调整功率放大器的输出功率。很多情况下，环境温度的改变，会对功放芯片的输出功率会造成比较大的影响，如果无线收发器通过温度检测单元得知当前的温度并适当的调整自身的输出功率或者改变功放的增益，就可以使功率放大器的功放电路在环境温度改变时依然可保持稳定的功率输出，这对于提高产品的稳定性是有好处的。

本实用新型采用温度检测单元使CPU时时监控功率器件的温度。采用热敏热敏电阻配合简单的外围器件即可实现将温度的变换反映为电压的变化，这样，CPU就可以通过监测电压的变换得知功率微波单元是否正常工作。温度检测单元放置在功率微波单元的附近。

功率检测单元的功率检测功能可以使无线收发器时刻监视着功率放大器的功放电路的输出功率，这样，当功放的输出功率改变时，无线收发器就可以调整自身的输出功率或者改变功放电路的增益，使功放电路的输出功率稳定在一个固定的值。功率检测单元的电路输出的是直流电压值，这个电压值送给无线收发器之后，无线收发器自身内部进行A/D转换，就可以得知功率放大器的功放电路的输出功率了。

增益控制单元的增益控制的作用就是可以改变功率放大器的增益，从而能改变输出功率。改变功率放大器最终输出功率的方法有两种，一种是无线收发器改变自身的输出功率，另外一种就是改变功放电路的增益。来自无线收发器的控制信号通过两个电阻作用于功放芯片，从而控制功率放大电路的增益，也控制着最终的输出功率。

低通滤波单元要解决的主要问题时由于功放引起的高次谐波，如二次谐波，三次谐波甚至更高次数的谐波，而且低通滤波单元还要解决的问题就是匹配问题。如图6所示，为本实用新型的WAPI协议分析器中的低通滤波单元的电路图之一。如图7所示，为本实用新型的WAPI协议分析器中的低通滤波单元的电路图之二。

再参见图2所示，低噪声放大器在本实用新型的WAPI协议分析器中位于射频开关和无线收发器之间，对天线感应到的信号进行放大，这样才能使无线收发器进行有效的处理。可以说，低噪声放大器的性能直接影响着整个分析器的灵敏度。低噪声放大器具有极低的噪声系数。噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。除了噪声系数以外，功率增益、增益平坦度、工作频带、动态范围也是需要关注的。

功率增益主要就指低噪声放大器的增益能力，增益平坦度描述放大器在工作频带内频率变化引起的功率增益的波动，工作频带就是指放大器的正常工作的频率范围，动态范围是指放大器允许输入的最小和最大功率范围。

图8为本实用新型WAPI协议分析器的低噪声放大器的示意图，如图所示，低噪声放大器包括：输入回路31，输出回路32，放大电路33和增益控制30。输入回路31和输出回路32会放置匹配网络，增益控制30对于提高分析器的稳定性，作用是很明显的。当接收到的信号强度较低时，可以提高低噪声放大器的增益，保证信号可以正常被接收；当接收信号的强度较高时，可以降低低噪声放大器的增益，以免造成信号阻塞。

射频开关用于实现发射和接收回路的切换，其最重要的组成部分就是一颗芯片。切换芯片在结构上，通常就是一个单刀双掷开关，如图9所示，为本实用新型WAPI协议分析器的单刀双掷开关的示意图，开关掷向哪一边决定于加在控制管脚上的电压。

本实用新型的切换芯片可以利用uPG2179实现，uPG2179是一款最大输入功率可达1.5W的单刀双掷射频开关，供电电压可以从1.5V到5.3V，在2.4GHz~2.5GHz频率范围内，其导通时的衰减0.35dB，关断时的隔离度可达24dB，可以很好满足需求。

为了保护软件的版权，本实用新型的WAPT协议分析器利用硬件狗电路来实现。采用额外的存储空间来存储软件的License，也就是将软件的License固化在硬件WAPI协议分析器上，就可以实现硬件狗电路，具有足够高的安全性。在传输速率要求不是很高的情况下，可选择具备SPI接口的小容量串行EEPROM，SPI接口结构简单，只需要使用四根线即可完成对EEPROM的读写操作。

电源管理器需要为CPU，功率放大器和硬件狗电路等电路提供稳定高效的电源。经过分析，系统需要1.2V，3.3V两种电压，其中的1.2V CPU核电压可由CPU内部的LDO产生。WAPI协议分析器可以从USB接口获得5V，最大电流为500mA的稳压电源，这时需要一个单独的电源转换芯片将5V转换为3.3V从而为系统供电。

本实用新型的WAPI协议分析器可以用于实验室内部的入网检测，也可用于WAPI生产厂家产线及研发时的测试，分析无线网络数据。功能强大，使用方便，只需将本实用新型的WAPI协议分析器接入外部计算机，例如PC机，在Windows下运行相应的软件即可实现对空中数据包的抓取，进行协议分析等。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线局域网鉴别和保密基础结构WAPI协议分析器，其特征在于，所述WAPI协议分析器包括：无线收发器、功率放大器、低噪声放大器、射频开关和天线；所述无线收发器分别与所述功率放大器、所述低噪声放大器和所述射频开关相连接，所述功率放大器和所述低噪声放大器分别与所述射频开关相连接，所述射频开关与所述天线相连接；其中

所述无线收发器向所述功率放大器发送射频信号，所述功率放大器将射频信号进行功率放大后发送到所述射频开关，所述射频开关将功率放大后的所述射频信号发送给所述天线，所述天线将所述放大后的射频信号向外界发送；所述天线将接收到的无线信号发送给所述射频开关，所述射频开关将所述无线信号发送给所述低噪声放大器，所述低噪声放大器将所述无线信号进行低噪声放大处理后发送给所述无线收发器，所述无线收发器将行低噪声放大处理后的无线信号发送给外部计算机进行WAPI协议分析。

2.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述WAPI协议分析器还包括：电源管理器，与所述无线收发器和所述功率放大器相连接；

所述电源管理器向所述无线收发器和所述功率放大器供电。

3.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述WAPI协议分析器还包括：USB接口，与所述无线收发器相连接；

所述无线收发器通过所述USB接口和所述外部计算机通信。

4.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述WAPI协议分析器还包括：硬件狗电路，与所述无线收发器相连接，提供软件版权保护。

5.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述无线收发器包括：射频发射器、射频接收器、基带处理器、MAC、模数变换器和USB控制器；所述射频发射器和所述射频接收器与所述模数变换器相连接，所述模数变换器和所述基带处理器相连接，所述基带处理器和所述MAC相连接，所述MAC和所述USB控制器相连接。

6.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述功率放大器包括：功率微波单元、带通滤波单元和低通滤波单元；所述带通滤波单元分别与所述无线收发器和所述功率微波单元相连接；所述功率微波单元分别与所述无线收发器和所述低通滤波单元相连接，所述低通滤波单元与所述射频开关相连接。

7.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述功率放大器还包括：增益控制单元、供电电路、∏型匹配单元、功率检测单元和温度检测单元；所述功率微波单元通过所述∏型匹配单元与所述带通滤波单元相连接，所述功率微波单元分别与所述增益控制单元、所述供电电路、所述功率检测单元和所述温度检测单元相连接。

8.根据权利要求1所述的WAPI协议分析器，其特征在于，所述天线为内置天线。

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