测试Wi-Fi节点的无线链路的方法和执行该方法的电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及经由无线通信来彼此进行通信的无线节点和相应设备的领域。
【背景技术】
[0002]接入网关被广泛用于将家中的设备与互联网或任何其他广域网(WAN)相连。具体地，接入网关使用数字订户线路(DSL)技术，所述数字订户线路技术支持在铜线或光学线路上进行高数据速率传输。在上下文中，将住宅网关以及其他设备(例如路由器、交换机、电话和机顶盒)理解为客户驻地设备(CPE)型设备。
[0003]包括无线技术的接入网关在当今家庭和职业环境中具有重要作用。用于连接无线设备至局域网(LAN)的机制称为W1-Fi，这是针对使用IEEE 802.11标准族进行无线数据传输的设备的W1-Fi联盟的品牌名。IEEE 802.11标准限定了两种类型的无线节点，能够连接到被称作站点的其他设备(标记为STA)的普通无线设备、以及在对网络进行控制的特殊类型的STA，即，接入点(标记为AP)。通常被称作WLAN(无线局域网)的W1-Fi网络包括AP，一个或若干个STA与所述AP相连。
[0004]由于其灵活和“隐形”特性，大量LAN应用使用W1-Fi，而不是典型的有线以太网方法。然而，对无线LAN的这种广泛使用已暴露出使用共享介质技术的严重弊端:干扰。与W1-Fi 和非 W1-Fi 二者相关的干扰都由于 IEEE 802.11的特性而导致降低用户体验。以其最普遍的形式，IEEE 802.11网络应用介质访问方法，其中通过感测介质被使用来避免冲突(被定义为CSMA-CA)。介质访问方法通常也被称作“对话前监听”，描述了该方法的实质。因此，来自任何特性的干扰会阻挡介质并迫使所有节点保持沉默。
[0005]可用于避免干扰的另一技术称作“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”进行其他无线通信，和/或是否具有使得该无线通信信道不适合进行通信的干扰量。这样，确定该无线通信信道可用于通信或不可用于通信，例如，被占用或未被占用。
[0006]干扰的另一影响可以在接收方侧的数据包丢失，导致物理数据速率降低。这样，无法通过发送方的CCA检测干扰，但是在接收发看来减小了 W1-Fi数据包的SINR(信噪干扰比)。
[0007]因此，在一些情况下，W1-Fi连接可能遭受较差的性能，甚至连接丢失。这些情况中的一部分是显而易见的，且易于向终端用户进行解释。例如，如果站点和接入点之间的距离过大，则信号等级较低，且性能将降低。其他情况是终端用户“不可见的”且不理解的，例如，隐藏节点。隐藏节点对于网络节点中的一部分是不可见的，导致CSMA-CA方法实际上失效，这样可能引起无线传输中数据冲突/损坏。在许多情况下，终端用户无法诊断问题源和解决该问题。
[0008]因此，家中W1-Fi网络连接性是主要互联网服务供应商支持成本和咨询台呼叫因素中的一个。运营商的当今关注点主要在于W1-Fi网络安装，将站点与接入点相关联。因此，互联网服务供应商寻求更好地了解终端用户的无线环境(包括链路质量和性能)的方法。
[0009]相关于W1-Fi性能，运营商可以使用远程管理协议，诸如，宽带论坛(表示为BBF)TR-069协议，所述协议提供对在互联网网关设备数据模型BBF TR-181中定义的W1-FI参数的访问。但是经由TR-069可获得的信息是非常有限的，且关注于数据通信量。在一些情况下，终端用户面临完全禁止W1-Fi连接的问题，相应地导致TR-069监视无用。因此，当终端用户呼叫咨询台时，需要较长且较昂贵的过程来描述家中拓扑并诊断手头的问题。
[0010]分析W1-Fi问题(例如，连接设置、干扰、吞吐量...)的理想方法是查看无线LAN的主节点，即，AP。如IEEE 802.11中限定的AP控制网络，因此，所有数据和网络控制必须对于该AP是可见的。如今，AP可以传送关于数据包传输和信号等级的统计数据，但是仅是在能够在AP和STA之间建立链路的情况下。链路为什么断开或吞吐量为什么较低的实际问题对于AP的内部构件依然是隐藏的。全面的数据包检查是不可能的，因此，当面临要准确指出无线LAN中的实际问题时，使得技术或协议分析人员陷入迷茫。如今，AP至多可以传送统计数据，而无法洞察在无线网络中真正发生了什么。
[0011]可能由于以下类别，而降低W1-Fi性能。对于每个类别，必须采取不同的措施来进行改善:
[0012]?站点的节能设置
[0013]>>改变站点的节能设置
[0014]?与其他W1-Fi设备(适当地)共享介质
[0015]>>使用被占用较少的另一信道
[0016](或使用例如W1-Fi多媒体优先级(WMM、IEEE802.lie)适当地对W1-Fi通信量进行优先级化)
[0017]?在发送方侧的干扰
[0018]>>改变到无干扰的信道
[0019](或去除干扰源)
[0020]?在接收方侧的干扰
[0021]>>改变到无干扰的信道
[0022](或去除干扰源)
[0023]?物理:高路径损耗，无法设立多个空间流
[0024]>>移动AP或站点
[0025]要解决的问题在于具有一种能够正确分析W1-Fi性能问题并指示引起该问题的正确类别的应用，使得可以引导终端用户执行适合的校正措施。
【发明内容】
[0026]本发明如独立权利要求1、6、7、20、21和22所述。优选实施例在从属权利要求中限定。
[0027]所述方法依赖于与W1-Fi链路的质量相关的正确统计值的可用性，诸如但不限于:信号强度(RSSI)以及调制速率(物理速率)和用于给定W1-Fi链路的调制速率(物理速率)和空间流的数目。获得正确统计值并非是平常不足道的认为，这是因为存在转而影响上述参数的节能机制，使得不能如此使用上述参数来了解W1-Fi链路的质量。例如，W1-Fi实现方案可以减少空间流的数目和/或调制速率，以减少功耗，而不是对会禁止使用多个空间流和/或较高调制速率的干扰做出反应。
[0028]当进行主动测试时(S卩，迫使通过W1-Fi链路的通信量)，大多数实现方案将放弃这些节能措施，对上述参数的标准平均将在大多数情况下提供准确的统计值，所述统计值产生对该W1-Fi链路的正确质量评估。然而，在W1-Fi质量监视的情况下，要避免这种主动测试。针对这种被动监视工具，找到了一种收集可以避免节能伪像(artefacts)的充足的统计值的方法。
[0029]所述监视方法以较短的时间尺度(例如每秒)采集上述参数。代替仅采集在一定时间间隔上采集的样本的平均值，(当然需要进行平均以获得可靠的结果)，使用“过滤平均”。这意味着仅保留当在链路上流动着充足的通信量时采集的用于计算平均值的那些样本。这可以根据同样以每秒进行采样的TxRate和RxRate参数来推断。通过取TxRate和/SRxRate的正确阈值，“过滤平均”可以避免由于节能机制引起的伪像，确保仅考虑相关参数的正确“训练”的值，相关参数的诸如是PhyRate、RSSI和空间流的数目。
【附图说明】
[0030]作为示例，参考示意图对本发明的优选实施例作更详细的解释，附图中示出了:
[0031]图1示出了接入点经由无线通信与站点进行通信；
[0032]图2示出了根据图1的无线通信的数据速率；
[0033]图3示出了包括用于主动测试的协调器和用于被动测试的监视器的测试应用；
[0034]图4示出了根据RSSI(以dBm为单位)的性能数据速率；
[0035]图5示出了针对IEEE标准802.1lb,802.1 Ig和802.1 In的最大可用数据速率的表格；
[0036]图6示出了通过将图4应用到根据IEEE802.1ln的无线传输而获得的数据速率，其中信道带宽是20Mhz并具有两个空间流；以及
[0037]图7示出了显示在显示器上的测试结果，作为形成半圆的连续块。
【具体实施方式】
[0038]在以下描述中，描述了用于监视或分析接入点(例如，客户驻地设备型设备)或站点的无线节点的无线(W1-FI)链路的示例方法以及执行所述方法的相应电路。为了说明目的，阐述了各种具体细节，以便提供对优选实施例的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。
[0039]客户驻地设备(CPE)型设备包括例如控制器(例如，微处理器)、存储有操作系统的非易失性存储器、用于CPE设备操作的易失性存储器、用于无线操作的无线节点以及宽带连接(例如，xDSL连接)。无线节点包括复杂软件驱动器、具有数据缓冲器的物理层、以及天线。这种类型的CPE设备例如是接入网关(例如，住宅网关)，其中所述接入网关的中心位置在无线局域网(WLAN)内。
[0040]由软件驱动器来控制无线节点，所述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，动态速率适配、数据包聚合、信道质量监测。在信号操控之上，无线驱动器还向IEEE 802.11协议栈嵌入关联的IEEE限定的管理和控制消息收发。因此，无线驱动器将在数据流中注入许多管理和控制数据包，使得不可能仅通过透明地查看数据帧交换来分析链路。
[0041]在图1中示意性地描述了使用情况:接入点I与站点2经由无线通信3进行通信。接入点I包括含有微处理器10、易失性和非易失性存储器11、用于进行无线通信的无线节点12以及测试应用13在内的电路。站点2包括含有微处理器20、易失性和非易失性存储器21、用于进行无线通信的无线节点22以及测试应用23在内的第二电路。无线节点12包括物理层14和链路层15，W1-Fi节点22包括物理层24和链路层25。
[0042]测试应用13包括针对微处理器10的指令，测试应用23包括针对微处理器20的指令，它们被包括以便诊断无线通信3，且收集关于无线通信3的信息集。具体地，信息集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、介质可用性和接收信号强度指示符(RSSI)。可以在被动模式或主动模式下下收集测试数据，在所述被动模式下，监视在接入点I和站点2之间的数据传输或反之亦然;在主动模式下，迫使在接入点I和站点2之间的数据传输。
[0043]图2示出了当诊断接入点I和站点2之间的W1-Fi性能时必须考虑的可能性。检查从接入点I到站点2的单向链路3，。通过接入点I和站点2的性能来给定该链路的理论最大数据速率30，这里将理论最大数据速率称作MaxNegotiatedPhyRate或MaxPhyRate，例如，在将信道带宽为20MHz并具有两个空间流的IEEE 802.1ln标准选择用于在接入点I和站点