TW201625030A - Wi-Fi無線節點之無線鏈測試方法,及執行該方法之電路 - Google Patents
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Abstract
本發明係為一種用以分析無線鏈(3)之方法,在一用戶端設備(CPE)裝置(1)作業期間分析該CPE裝置之無線節點之無線鏈,該方法包括:執行一主動測試,在該測試期間強制一資料傳輸通過該無線鏈,用以得到第一組參數,及在該主動測試之前或之後執行一被動測試,其係一監控模式,在該監控模式期間監控該CPE裝置之資料傳輸,用以得到第二組參數。尤其,基於第一組參數,判定該無線鏈是否在一不確定區及程度如何,及基於第二組參數,作出決定將測得資料速率中觀察到之減少指定至物理效應或指定至干擾效應。
Description
本發明相關無線節點領域及經由無線通訊互相通訊的個別裝置。
廣泛使用存取閘道器將家庭內的裝置連接到網際網路或任何其他廣域網路(WAN),尤其存取閘道器使用數位訂戶專線(DSL)技術,能透過銅線或光學線路進行高速資料傳輸。在本上下文中將家用閘道器以及其他裝置如路由器、開關、電話及機上盒理解為用戶端設備(CPE)裝置。
包括有無線技術的存取閘道器在今日的家庭及專業環境中具備一重要角色,將無線裝置連接到一區域網路(LAN)的機制稱為Wi-Fi,其係Wi-Fi聯盟的商標名用於使用IEEE 802.11標準家族的無線資料傳輸裝置。IEEE 802.11標準定義二類型的無線節點,能連接到其他裝置的一般無線裝置稱為工作站(表示為STA),及支配網路的一特殊類型STA,即存取點(以AP表示)。Wi-Fi網路常稱為WLAN(無線區域網路),係由一AP與一或數個STA連接到該AP所組成。
由於Wi-Fi具彈性及”不可目測”的特質,許多LAN應用正利用Wi-Fi取代傳統有線乙太措施,然而此無線LAN的普遍使用已暴露使用共享媒體科技的嚴重負面影響:干擾。相關Wi-Fi及相關非Wi-Fi的干擾皆由於IEEE 802.11的特質導致使用者經驗變差。IEEE 802.11網路在其最普遍形式中應用一媒體存取方法,其中避免碰撞係藉由感測在使用該媒體(表示為CSMA-CA),該媒體存取方法亦通稱為”先聆聽再說話”,描述該方法的本質,因此任何性質的干擾均可阻斷該媒體及強使所有節點皆保持沈默。
可用以避免干擾的另一技術係稱為”清除通道評
估”(CCA),清除通道評估判定一無線通訊通道是否”佔線”,如與另一無線通訊”忙線中”,及/或具有一干擾量以使無線通訊通道不適用於通訊,依此方式以判定無線通訊通道是否可用於通訊或不可用於通訊,如佔線或未佔線。
在接收器端的封包丟失可係干擾的另一影響,導致實體資料速率降低,在此情況中,發送器的CCA技術未檢測到干擾,但如接收器所見,干擾正減少Wi-Fi封包的SINR(信號至雜訊及干擾比)。
因此,在某些情況中,Wi-Fi連線可飽受效能不佳之苦,其至失去連線。此等情況有些係明顯可見且容易向終端用戶說明,例如,若工作站與AP之間的距離太大,則信號位準低且效能退化。其他情況係”不可目測”且終端用戶不了解,如一隱藏節點。一隱藏節點對網路的一些節點係不可目測,導致CSMA-CA方法的實際失效,其可造成封包在空中的碰撞/訛誤。在許多情況中,終端用戶無法診斷問題來源及改正該問題。
用於家庭內的Wi-Fi網路,連線及效能議題對應地係主要網際網路服務供應商支援成本中的一者及求助櫃台呼叫的理由。操作人員今日的重點主要在Wi-Fi網路安裝,使工作站與AP關聯,因此網際網路服務供應商正尋求方式用以更了解終端用戶的無線環境,包括有鏈接品質及效能。
相關Wi-Fi效能,操作人員可使用一遠程管理協定如寬頻論壇(以BBF表示)TR-069協定,其提供Wi-Fi參數(如定義在網際網路閘道元件資料模型BBF TR-181者)的存取。但經由TR-069有用的資訊極有限且集中在資料流量。在一些情況中,終端用戶係面對根本無法Wi-Fi連線的問題,對應地呈現TR-069監控無用,因此當終端用戶呼叫求助櫃台時,描述家庭拓樸(網路形狀結構)及就近診斷問題可係冗長且花費大的過程。
分析Wi-Fi問題如連線設定、干擾、通量等的理想方式係藉由研究無線LAN的主節點,即AP。如IEEE 802.11所定義,AP控制網路,因此AP可目測到所有資料及網路控制。AP今日可傳遞關於封包傳輸及信號位準的統計資料,但僅若可建立AP與STA之間的鏈接。為何停止連線或為何通量低的真正問題仍保持對AP的內部隱藏。不可能全封
包檢查,因此終歸要瞄準無線LAN中的真正問題時,技術或協定分析人員仍一無所知。今日,AP最多可傳遞統計資料,但看不到無線網路中實際正發生的事。
Wi-Fi效能退化可因以下幾種原因,針對各種原因必須採取不同動作以改善情況:
‧工作站的省電設定
>>更改工作站的省電設定
‧與其他Wi-Fi裝置(適當地)共享媒體
>>使用較不佔線的另一通道(或使用如Wi-Fi多媒體優先權(WMM、IEEE 802.11e)以適當地優先化Wi-Fi流量)
‧在發送器端的干擾
>>改到無干擾的通道(或移除干擾源)
‧在接收器端的干擾
>>改到無干擾的通道(或移除干擾源)
‧物理學:高路徑損耗、不可能設立多重空間串流
>>移動AP或工作站
要解決問題要具有一應用程式,其可正確地分析Wi-Fi效能問題及指出造成該問題的正確種類,以便導引終端用戶到合適的改正動作。
本發明涉及一種用以分析無線鏈的方法,在用戶端設備(CPE)裝置作業期間分析該CPE裝置的無線節點的無線鏈,該方法包括:執行一主動測試,在該主動測試期間強制一資料傳輸通過該無線鏈,用以得到第一組參數,及在該主動測試之前或之後執行一被動測試,其係一監控模式,在該被動測試期間監控該CPE裝置的資料傳輸,用以得到第二組參數。尤其,基於第一組參數,判定該無線鏈是否在一不確定區及程度如何,及基於第二組參數,作出決定將測得資料速率(TrainedPhyRate)中觀察到的減少指定到物理效應或指定到遠端干擾效應。
在本發明的一方面,判定TraindPhyRate(訓練實體層速率)係藉由一主動測試,該無線鏈在該主動測試期間係滿載。
在本發明的另一方面,在被動測試期間,在一時間間隔之內測量以下參數中一或數者的樣本:接收信號強度(RSSI)、調變速率(實體層速率),及/或用於該無線鏈的空間串流數目,及藉由包括該等參數的過濾以計算該等參數在該測試間隔的平均,用以避免省電機制造成的人為產物。
在一較佳實施例中,主動測試之後接著發生被動測試,或被動測試之後接著發生主動測試。
1‧‧‧存取點,用戶端設備(CPE)裝置
2‧‧‧工作站
3‧‧‧無線鏈
3’‧‧‧單向鏈接
10,20‧‧‧微處理器
11,21‧‧‧記憶體
12,22‧‧‧無線節點
13,23‧‧‧測試應用程式
14,24‧‧‧實體層
15,25‧‧‧鏈接層
30‧‧‧MaxPhyRate(最大資料速率)
31‧‧‧PhysLimitsPhyRate(物理限制實體層速率)
32‧‧‧TrainedPhyRate(訓練實體層速率)
33‧‧‧MediumBusy(媒體忙線),MediumBusyOtherWiFi(媒體與其他WiFi忙線)
34‧‧‧AvailableThroughputPSoff(省電模式關閉時的可用通量)
35‧‧‧休眠模式
36‧‧‧ThroughputPSon(省電模式開啟時的通量),實際獲取資料速率
41‧‧‧資料滙流排
42,43‧‧‧統計資料供應器
44‧‧‧測試請求
45‧‧‧掃描請求
46‧‧‧測試狀態資訊
47‧‧‧掃描列表
48‧‧‧Wi-Fi統計資料
50‧‧‧區塊
P‧‧‧指針
Q‧‧‧問號
以下將參考示意圖並藉由範例方式以詳細說明本發明的示範實施例,圖中:圖1顯示一系統,描繪一存取點經由一無線通訊與一工作站通訊;圖2係根據圖1以圖表描繪無線通訊的資料速率;圖3係以圖表描繪一測試應用程式,包括有一協調者用於主動測試,及一監控者用於被動測試;圖4係以圖表描繪在一AP與一STA之間用於IEEE 802.11n 2×2串流的二組測得資料;圖5顯示圖4的圖表,包括有資料速率的種類;及圖6顯示測試結果,在一顯示器上係顯示為形成半圓的連序區塊。
應瞭解附圖所示元件係可實現在各種形式的硬體、軟體或其組合中,較佳地,此等元件係以硬體與軟體組合方式實現在一或多個適當程式化通用裝置,其可包括處理器、記憶體及輸入/輸出介面。本文中,”耦合”一詞係定義用以表示直接連接或透過一或多個中間組件以間接連接,此類中間組件可包括硬體式及軟體式組件兩者。
本說明描繪本發明的原理,因此應明白熟諳此藝者將能想出各種安排,雖然未在本文中明確描述或顯示該等安排,但其具體實現本發明的原理且係包括在本發明的範圍之內。
本文中引用的所有範例及條件語言意欲用於指導目的,以協助讀者瞭解本發明的原理及發明人為促進本技術所貢獻的概念,並應解釋為不限於這類特定引用的範例及條件。
此外,本文中引用本發明原理、方面及實施例的所有陳述以及其特定範例,意欲包含本發明的結構及功能等效項兩者。此外,意欲此類等效項包括目前習知等效項以及未來研發等效項兩者,即任何研發以執行相同功能的元件,不管結構如何。
因此,例如,熟諳此藝者應明白本文中提出的方塊圖係以概念圖表示具體實現本發明原理的繪示電路設計,同樣地,應明白任何流程圖、操作程序圖、狀態轉換圖、偽碼及類似者表示各種過程,其係可大體上呈現在電腦可讀取媒體及因此藉由電腦或處理器執行,不管是否明白顯示此類電腦或處理器。
附圖中所示各種元件的功能係可透過專用硬體的使用以及能與適當軟體關聯以執行軟體的硬體的使用來提供,當該等功能係藉由一處理器提供時,可藉由單一專用處理器,藉由單一共享處理器,或藉由複數個個別處理器(其有些係可共享)。此外,”處理器”或”控制器”用詞的明顯用途不應解釋為專指能執行軟體的硬體,及可隱含地包括(但不限於)數位信號處理器(“DSP”)硬體,用以儲存軟體的唯讀記憶體(“ROM”),隨機存取記憶體(“RAM”),及不變性儲存器。
並且可包括其他硬體(傳統的及/或定製的),同樣地,附圖中所示任何開關只顯示概念,其功能係可透過以下方式實施:程式邏輯操作,專用邏輯,程式控制與專用邏輯互動,或甚至手動方式,實作者可如從上下文所更特定瞭解者以選擇特殊技術。
在後附申請專利範圍中,任何元件表達為用以執行一特定功能的構件,意欲包含執行該功能的任何方式,例如包括有a)執行該功能的電路元件組合或b)任何形式的軟體,因此包括有韌體、微碼或類似者,與用以執行該軟體的適當電路設計合併以執行該功能。本發明如後附申請專利範圍所界定,在於以下事實:各種引用構件所提供的功能性係依後附申請專利範圍要求的方式加以合併及集合起來。因此認為可提供該等功能性的任何構件係同等於本文中顯示的該等構件。
在以下說明中,說明示範方法用以分析一存取點(如用戶端設備裝置)或一工作站的一無線節點的無線(Wi-Fi)鏈,以及執行該等方法的個別裝置。為解釋目的,提出各種特定細節為要提供較佳實施例的徹
底瞭解,然而,熟諳此藝者應清楚可知,不用此等特定細節亦可實施本發明。
在一實施例中,一CPE裝置包括(但不限於)一處理器(如微處理器)、一記憶體(其中儲存一作業系統用於該CPE裝置的操作)、一無線節點用於一無線操作,及一寬頻連線(如一xDSL連線)。無線節點包括(但不限於)一複雜軟體驅動器、具資料緩衝的一實體層,及一天線。這類的CPE裝置例如係存取閘道器,如家用閘道器,其在一無線區域網路(WLAN)內具有一中央位置。
無線節點係藉由軟體驅動器控制,該軟體驅動器在無線節點操作期間執行數個背景任務,如動態速率適應、封包聚合、通道品質監控及類似任務。在信號調處之上,該軟體驅動器亦嵌入具相關IEEE界定管理及控制訊息的IEEE 802.11協定堆疊。軟體驅動器將因此使數個管理及控制封包加進資料流中,使得只藉由透明地注意資料框交換來分析一鏈接有困難。
圖1示意地描繪一無線通訊的安排:一存取點1係經由一無線鏈3與一工作站2通訊。存取點1包括一電路,包括有一微處理器10、一記憶體11、一無線節點12用於無線通訊,及一測試應用程式13。工作站2包括一第二電路,包括有一微處理器20、一記憶體21、一無線節點22用於無線通訊,及一測試應用程式23。無線節點12包括一實體層14及一鏈接層15,及無線節點22包括一實體層24及一鏈接層25。存取點1例如係一家用閘道器,與工作站2建立終端用戶的家庭網路。
測試應用程式13包括指令用於微處理器10,及測試應用程式23包括指令用於微處理器20,包括有該等指令係用以診斷無線鏈3及收集有關無線鏈3的資訊集。該資訊集尤其包括可達成資料速率、實體層資料速率、多重空間串流、通道頻寬、媒體可用性,及一接收信號強度指示符(RSSI)。收集此等資料係可在一被動模式中,其中在存取點1與工作站2之間監控一資料傳輸,反之亦然,或在一主動模式中,其中在存取點1與工作站2之間強制進一資料傳輸。
在主動模式中,在存取點1的測試應用程式13努力在一特定測試期間強制儘可能多的資料通過無線鏈3到工作站2,為避免任何
人為產物,測試應用程式13係單純位在一媒體存取控制(MAC)層(第2層)。用於此主動測試,在工作站2不要求任何功能性:根據Wi-Fi單播訊框認可,在閘道器的測試應用程式13可在主動測試期間自主地測量第2層資料速率。
圖2描繪當診斷存取點1及工作站2的Wi-Fi效能時必須考慮的可能性。在此實施例中,檢查從存取點1到工作站2的一單向鏈3’,藉由存取點1及工作站2的能力來提供用於此鏈接的理論最大資料速率30,在此稱為MaxNegotiatedPhyRate(最大協商實體層速率)或MaxPhyRate(最大實體層速率),其例如若為具20MHz(百萬赫)通道頻寬的IEEE 802.11n標準及選擇二空間串流用於存取點1與工作站2之間的傳輸,則係130MB/s(每秒百萬位元組)。因此這是最大可達成鏈接速度,100%,其只係理論值,原因是大部分情形中物理限制開始起作用:例如在工作站端的接收信號強度RSSI由於存取點1與工作站2之間的距離以至減弱,及由於任何牆壁或其他阻礙物及反射以至路徑損耗,而且必須判定空間串流的數目,因此實際可獲得資料速率31(在此稱為PhysLimitsPhyRate(物理限制實體層速率))係小於最大資料速率30。
靠近工作站2的干擾可造成進一步效能損失,存取點1見不到該干擾,其在此稱為遠端干擾FEIF:此可係任何微波來源像無線嬰兒監視器(RF Babyphone)、微波爐或隱藏Wi-Fi節點,及導致進一步減少的資料速率,在此稱為TrainedPhyRate(訓練實體層速率)32。類似干擾可出現在存取點1,在此稱為近端干擾NEIF:此干擾將使可用資料速率32減少到一資料速率33。與其他Wi-Fi流量共享媒體可造成進一步效能損失,尤其此效能損失係由終端用戶的其他工作站造成家庭網路的Wi-Fi流量所造成。在本文中稱為AvailableThroughputPSoff的此減少資料速率34描述省電模式off(關閉)時可用的資料通量。由於任何省電模式以至損失效能可造成另一資料速率減少,例如在行動裝置實施的省電模式,如智慧型手機作為工作站2:在其時間的一些百分比,工作站2會在一休眠模式中,在此稱為%PS 35。最終資料速率36係終端用戶可獲取的最終結果,作為從存取點1到工作站2的實際資料速率,在此稱為ThroughputPSon(省電模式開啟時的通量)36。
為要監控實體層的資料流量(OSI模型(開放系統互連模型)的第1層,存取點1的Wi-Fi節點傳送及接收的流量),存取點1的測試應用程式13接收所有接收及傳送的封包。測試應用程式13具有以下區塊的存取:
- 傳送(TX)封包佇列,TX封包
- 接收(RX)封包佇列,RX封包
- 傳送/接收信號指示符(RSSI值)
圖3描繪測試應用程式13作為”診斷者”,其係一協調者用於主動測試及一監控者用於被動測試,並將接收資料及鏈接速度轉換成百分比及提供結果給終端用戶。測試應用程式13係經由一資料滙流排41與一統計資料供應者42(包括在存取點1中)及一統計資料供應者43(包括在工作站2中)連接。資料滙流排41例如使用一發布/訂閱訊息系統以與統計資料供應者42及43交換控制命令及資料。
測試應用程式13請求一測試請求44或一掃描請求45,其係經由資料滙流排41提交到統計資料供應者42、43。測試請求44可係一被動監控測試或一主動測試。經由掃描請求45,請求從存取點1及/或工作站2來的一掃描列表47,具有認出的相鄰WLAN節點。統計資料供應者42、43提供測試狀態資訊46及(必要時)提供掃描列表47,其包括存取點1及/或工作站2掃描WLAN通道時認出的所有相鄰WLAN節點,及”Wi-Fi統計資料”係藉由該等測試所得到的測得資料速率及其他統計資料48。
在此實施例中,由統計資料供應者42(在此亦稱為傳送(TX)成員)提供的資料尤其包括測得資料速率:MaxPhyRate(最大實體層速率)30、PhysLimitsPhyRate(物理限制實體層速率)31、TrainedPhyRate(訓練實體層速率)32、MediumBusy(媒體忙線)、MediumBusyOtherWi-Fi(媒體因其他Wi-Fi忙線中)33、%PS(休眠模式)35、ThroughputPSon(省電模式開啟時的通量)36等。統計資料供應者43(在此亦稱為接收(RX)成員)傳送的資料尤其包括RSSI及掃描列表。
測試應用程式13經由資料滙流排41所發布的測試請求44尚包括一測試識別號碼(TestRequest.id)、接收成員及傳送成員的
MAC(媒體存取控制)位址(sourceMAC(來源MAC)、destinationMAC(目的地MAC))、測試類型(回音檢查測試或第2層測試)、組態等。該測試可係正規測試,其中接收成員係一統計資料供應者及例如發布工作站統計資料到測試應用程式13。該測試亦可係一盲測試,其中接收成員係一相關工作站,不提供任何統計資料,及傳送成員自主地執行一測試,在此情況中,測試應用程式13可只使用存取點1(傳送成員)來的資訊。掃描請求45係一事件並由測試應用程式13發布。掃描列表47係一狀態並由已預訂掃描請求45的任何人發布。
用於一主動測試提供的統計資料,測試量測係在存取點1與工作站2之間同步化。用於一被動監控,不要求同步化。
統計資料供應者42、43係經由資料滙流排41以區域地發布聚合的統計資料,例如若為被動監控則每30秒發布一次,被一主動測試中斷時除外。若為被動監控,工作站2每秒將RSSI及接收資料速率採樣,並計算在測試期間(例如30秒)的過濾RSSI平均值。該過濾例如包括臨界值1kbps(每秒千位元),或1kbps與10Mbps(每秒百萬位元)之間的任何值,若接收資料速率係低於該臨界值,則丟棄RSSI樣本。當接收資料速率係超過該臨界值時,則聚合該等RSSI樣本。
用於被動監控,更重要的是使在接收器端的問題與CCA(清除通道評估)相關問題分開。可利用的事實是,在任何WLAN節點的速率適應演算法致力藉由逐步達到較低調變速率及較少空間串流以減少封包丟失。若將”TrainedPhyRate”32定義為該鏈接係訓練有素時使用的調變速率,則可大概假設在接收端的問題:以此實體層速率,封包丟失係最小。
CCA機制阻礙發送器傳送封包可造成進一步效能損失,此係可藉由使用CCA統計資料加以評估:媒體忙線/媒體與其他Wi-Fi忙線中33。評估實際可用效能係可透過CCA統計資料及TrainedPhyRate 32的知識,或透過一主動測試,此為熟諳此藝者所熟知。
媒體共享會造成進一步效能損失:基於CSMA-CA(載波感測多重存取/碰撞避免)媒體存取方法,WLAN正使用共享媒體概念,若較多裝置正共享媒體,則效能將降低。較困難的是辨別甚麼正在接收器端造成問題,即若係干擾,則終端用戶應更改Wi-Fi通道;或係物理,則終端
用戶應移動存取點1或工作站2。
干擾亦會造成效能損失:由於干擾出現以至連線速度降低。取代SNR(信號至雜訊比),SINR(信號至干擾雜訊比)適用哪個影響實體層速率或媒體可用性。物理限制亦造成效能損失:由於SNR退化及使用多重空間串流(MIMO:多重輸入多重輸出)的能力減低以至連線速度降低。請注意MIMO系統在使用大量空間串流能力上起槓桿作用,為要達成高鏈接速度。
PhysLimitsPhyRate 31(圖2)係可理解為在接收器端因物理效應(“物理學”)導致的效能損失與因干擾導致的效能損失之間的邊界。定義PhysLimitsPhyRate 31係部分藉由依靠測得信號強度(RSSI)(無干擾存在)以外推將使用的實體層速率。此外推法例如係可基於清潔環境中的參考量測:此係可在一傳導設定中或在一放射狀設定中,此亦涵蓋由於高路徑損耗以至損失的效能,導致低信號強度。
例如,可由以下表一中得到最大可用實體層速率用於存取點1與工作站2之間的傳輸,MaxPhyRate 30(如所協商者),表一包括最大可用資料速率用於IEEE標準802.11b、802.11g及802.11n,以空間串流的數目(MIMO組態)、通道頻寬(20或40MHz(百萬赫))及SGI(短防護間隔)(係已賦能或未賦能)的函數表示。
有利地提供二部分以應用該方法:在用戶裝置(Android、iOS、PC等)執行的一測試應用程式,及在閘道器(AP)執行的一測試應用程式。當使用兩者時,藉由讀取軟體驅動器來的關鍵值,在無線鏈的兩端得到最適量測結果。尤其藉由該方法考慮以下資料:用以判定物理限制的
路徑損耗及多重空間串流;在發送端或在接收器端的非WLAN干擾;相鄰WLAN來的WLAN流量;依RSSI的速率適應;及RSSI。
主動測試尤其包括以下步驟,在步驟1,開始執行從AP到STA的回音檢查測試,如一Android(安卓)裝置,具有以下目的,目的1為在TX測試前喚醒TX及RX成員,及目的2為藉由在AP核對RX及TX實體層速率(PhyRate)以解決空間串流數目的困境;在步驟2,開始執行從AP到STA的主動層2(L2)TX測試;及在步驟3,在一圖形使用者介面(GUI)上以百分比顯示類別,例如參閱圖6,將說明如下。此等步驟係詳細揭露在先前專利申請號WO 2015/044343中,其以引用方式併入本文中以作參考。
在被動監控測試期間依一正確方式在一用戶端設備裝置與一工作站之間用以計算一Wi-Fi節點的無線鏈損耗,尤其重要的是,在一界定時間間隔(如每秒)將以下參數中的一或數者採樣:接收信號強度(RSSI)、調變速率(實體層速率)及/或用於一給定Wi-Fi鏈接的空間串流數目,及藉由包括該等參數的過濾以計算一平均值用於該等參數。尤其使用該過濾以過濾出非資料訊框,如控制訊框,其對Wi-Fi傳輸速率無貢獻。
所述方法在其他者之中特別依賴相關RSSI在無干擾環境的參考資料的可用性,以及調變速率(TrainedPhyRate)的可用性,及用於一給定Wi-Fi鏈接的空間串流數目,用以定義在接收器端由於物理效應損失的效能與由於干擾損失的效能之間的邊界。但得到正確統計資料並非無足輕重的任務,由於原地有機制(如省電機制)以至依一方式影響上述參數,因此無法使用該等參數以了解Wi-Fi鏈接的品質。如一Wi-Fi實作可減少空間串流數目及/或調變速率以減少耗電,而不是對干擾作出反應,其將阻止多重空間串流的使用及/或較高調變速率的使用。當作出一主動測試時(藉由強制資料流量通過Wi-Fi鏈接),大部分實作將放棄此等省電動作,及在大部分情況中,上述參數的一正規平均將提供準確統計資料,以便得出Wi-Fi鏈接的正確品質評估。
然而,若為一被動的Wi-Fi品質監控,則應避免此一主動測試,因此,用於此類被動監控工具,需要一方式用以收集適當統計資料以便可避免省電人為產物。如何達成的方式係揭露在專利申請號WO
2015/044343中,所揭露方法涉及所採樣本的過濾,以便只保持有意義樣本用以計算相關參數的平均。
目前技術水準的主要問題相關在接收器端由於物理效應損失的效能與由於干擾損失的效能之間的邊界,如上述,使用在無干擾環境的參考資料以定義此邊界。問題在於,若此等參考資料係記錄在真實環境中,則不確定程度係大的。圖4顯示二組測得參考資料用於一AP與一STA之間的IEEE 802.11n 2×2串流,係在二相異日子測得,其闡述此不確定性:尤其RSSI值介於-55至-75dBm(毫瓦分貝數)之間的區域中,從AP到STA的TrainedPhyRate(訓練實體層速率)係在70Mbps(每秒百萬位元)與120Mbps之間變動。
此不確定性並非測試問題或測試人為產物,乃是Wi-Fi鏈接的不同RF(無線)通道狀況的反射。在發送器與接收器之間的RF通道中,時間及頻率分散作用可使在接收器端的信號失真,造成較低TrainedPhyRate(相較於若為一完美RF通道可期望用於一給定RSSI者,如在傳導量測中)。另一物理效應係相關空間串流,取決於發送器與接收器之間多個RF路徑的存在,即取決於是否存在發送器與接收器之間的直接RF路徑的反射,可能(或不可能)設定多重空間串流,甚至不存在任何干擾。
因此要解決的其餘問題是將TrainedPhyRate的減少(如相較於完美狀況中可達成用於一給定RSSI者)指定到物理效應(即缺少反射及通道條件),或指定到遠端干擾(即在接收器端降低接收信號至雜訊及干擾比的外部干擾),以用於此不確定區的該等測試量測。
用於一較佳實施例,可概述該改良方法具有以下步驟:
‧判定TrainedPhyRate的不確定區,如依RSSI值而定,如相關圖4所述,此係可細分成調變速率/空間串流對RSSI、空間串流數目對RSSI、SGI(短防護間隔)的使用對RSSI,或者,可將TrainedPhyRate視為以上各項的組合。
‧發送器執行一主動測試以得到一給定Wi-Fi鏈接的TrainedPhyRate,Wi-Fi鏈接在該測試期間係滿載,在此測試期間記錄第一組相關參數,尤其RSSI、PhyRate/MCS(調變與編碼方案)值,及使用的空間串流數目。
‧在該主動測試之前及/或之後,發送器立即被動地記錄第二組相關參數。
‧基於第一組參數,判定測試的鏈接是否在該不確定區及程度如何。
‧基於第二組參數,作出決定將TrainedPhyRate中觀察到的減少指定到物理效應或指定到遠端干擾。
需要主動測試以完全執行該鏈接及取得TrainedPhyRate、RSSI等的可靠值,此主動測試亦將得出可在此Wi-Fi鏈接達成的實際(不是外推)資料速率。然而,在主動測試期間,不可能準確地感測媒體及聆聽干擾信號(主要係CCA統計資料像媒體可用性、假信號等),參考說話時無法聆聽的類似情況。第二組參數解決此問題及允許感測媒體的同時使用觀察到的”表徵”,用以辨別”遠端干擾”與”物理”問題。
更詳細地,根據圖5的較佳實施例,該方法包括:
‧在”TrainedPhyRate”對”RSSI”相關中判定不確定區,可細分成以下各項的判定:調變速率/空間串流對RSSI、空間串流數目對RSSI、SGI(短防護間隔)的使用對RSSI,或者可將”TrainedPhyRate”視為以上各項的組合。參照到圖5,”TxPhyRate(發送實體層速率)”:所繪示量測點係參考資料,TrainedTxPhyRate對RSSI,係二相異日子20130716及20130718在無干擾環境所記錄。線條81(”傳導”)顯示在完全傳導環境的最大理論TxPhyRate“MaxPhyRate”對RSSI。顯然地,低於-65dBm,傳導結果不具代表性用於甚至最佳放射狀量測點。因此在該等參考量測點的邊緣上使用”上”邊界(線條82)及”下”邊界(線條83)以界定不確定區。
“MaxPhyRate”(線條81)與上邊界(線條82)之間的差所表示的效能損失係稱為”%SureBlueRegion(百分比確定藍區)”(區域84),與圖6的30與31之間的區對應且總是指定到物理效應。在線條83以下的區域所表示的效能損失(”RedBorderPhyRate(紅邊界實體層速率)”與”TrainedPhyRate(訓練實體層速率)”(圖2的線條32)之間的差),係稱為”SureRedRegion(確定紅區)”(區域85),與圖6的31到32之間的區域對應且總是指定到干擾。下邊界83與上邊界82之間的區域係稱為”PurpleRegion(紫區)”(區域86),其係不確定區。
‧發送器執行一主動測試以得到一給定Wi-Fi鏈接的TrainedPhyRate 32,Wi-Fi鏈接在該期間係滿載。在此測試期間記錄第一組相關參數,在其
他參數當中有RSSI、PhyRate及MCS值,及使用的空間串流數目。
‧在主動測試之前及/或之後,發送器立即被動地記錄第二組參數,同時產生一些數量的上傳及下載流量,例如可藉由提供一回音檢查測試以完成此步驟。
‧基於第一組參數,判定測試的鏈接是否在不確定區86及程度如何,如在-75dBm與-55dBm的RSSI值之內,如圖5所繪示。第一組參數得出用以評估影響Wi-Fi鏈接的發送器端的效能因子所需全部資訊,即省電效應、共享媒體、近端干擾,以及用以辨別發送器端及接收器端的主要參數(即TrainedPhyRate),及適當RSSI值。上邊界82係可由觀察到的RSSI值直接計算出。
‧基於第二組參數,作出決定將TrainedPhyRate 32中觀察到的減少指定到”物理”或指定到”遠端干擾”。
此決定的第一部分在於校正下邊界83,係利用有關上傳對下載的空間串流平均數目比的資訊(如記錄在第二組參數中)。這是因為主動測試的不對稱特質將不在上傳提供準確檢視。若上傳對下載的空間串流平均數目比指出遠端干擾(即下載的空間串流平均數目較低),則此校正使下邊界83移位。
第二部分在於,若第二組參數中的CCA(清除通道評估)統計資料指出近端干擾的存在(即時間的百分比,超過一特定臨界值不使用及不可用該媒體,如時間的百分之五),則不確定區域86係指定到遠端干擾。
所述方法依賴相關Wi-Fi鏈接品質的正確統計資料可用性,如(但不限於)信號強度(RSSI),以及調變速率(實體層速率)的可用性,及用於一給定Wi-Fi鏈接的空間串流數目。得到正確統計資料並非無足輕重的任務,因原地有省電機制,依一方式影響上述參數,因此無法使用該等參數以瞭解Wi-Fi鏈接的品質。如一Wi-Fi實作可減少空間串流數目及/或調變速率以減少耗電,而不是對干擾作出反應,其將阻止多重空間串流的使用及/或較高調變速率的使用。
當作出一主動測試(即強制流量通過Wi-Fi鏈接)時,大部分實作將放棄此等省電動作,及上述參數的常態平均將(在大部分情況中)提供準確的統計資料,以便得出Wi-Fi鏈接的正確品質評估。然而,若為
被動的Wi-Fi品質監控,則應避免此一主動測試。因此用於此類被動監控工具,曾找出用以收集適當統計資料的方式,以便可避免省電人為產物。
被動監控測試係依一短時標度(如每秒)將上述參數採樣,不是僅採用一特定間隔所採樣本的平均(當然需要求平均以得到可靠結果),反而使用一過濾平均,這表示只保持足夠流量在該鏈接流通時所採樣本用以計算平均,此係可由亦每秒採樣的TxRate及RxRate參數中推論出。藉由採用正確臨界值用於TxRate及/或RxRate量測,過濾的平均值可避免省電機制造成的人為產物,及確保只考慮相關參數的正確”訓練有素”的值如PhyRate、RSSI,及空間串流數目。
可由測試應用程式13將得到的結果為使用者顯示在他的工作站2的顯示器上,例如作為連續區塊形成半圓,如圖6所示。如相關圖2說明的資料速率定義各區塊的長度,一指針P使最終可取得資料速率36視覺化,其在此實施例中係理論上可用資料速率130MB/s(每秒百萬位元組)的23%。該等區塊的每一者包括一問號Q,其係可由使用者例如藉由使用滑鼠或觸控板來選擇。藉由選擇該等問號Q中的一者,告知使用者有關造成通量損失導致此區域貢獻的問題,及提供使用者建議可如何改善該情況。若選擇區塊50的問號Q,則告知使用者在該測試期間得到的資料速率只有28MB/s,係理論上最大速率130MB/s的23%。
雖然本文中已詳細顯示及說明合併有本發明教示的實施例,但熟諳此藝者可輕易想出其他許多各式各樣的實施例,其仍合併有此等教示。已說明較佳實施例(其意欲作為舉例說明並非限制),請注意,有鑑於以上教示,熟諳此藝者可作出修改及變化,因此當然可在本發明揭示的特殊實施例中作出變動,其係包含在本發明的範圍內。
1‧‧‧存取點,用戶端設備(CPE)裝置
2‧‧‧工作站
3‧‧‧無線鏈
10,20‧‧‧微處理器
11,21‧‧‧記憶體
12,22‧‧‧無線節點
13,23‧‧‧測試應用程式
14,24‧‧‧實體層
15,25‧‧‧鏈接層
Claims (23)
- 一種用以分析無線鏈(3)之方法,在一用戶端設備(CPE)裝置(1)作業期間分析該CPE裝置之無線節點之無線鏈,該方法包括以下步驟:執行一主動測試,在該測試期間強制一資料傳輸通過該無線鏈,用以得到第一組參數,及在該主動測試之前或之後,執行一被動測試,其係一監控模式,在該監控模式期間監控該CPE裝置之資料傳輸,用以得到第二組參數。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中基於第一組參數,判定該無線鏈是否在不確定區及程度如何,及基於第二組參數,作出決定將測得資料速率(稱為”TrainedPhyRate(訓練實體層速率)”)中觀察到之減少指定至物理效應或指定至遠端干擾。
- 如申請專利範圍第2項之方法,其中依測得RSSI(接收信號強度)值從測得TrainedPhyRate中判定不確定區,該TrainedPhyRate係藉由一主動測試測得,及作出決定將TrainedPhyRate中觀察到之減少指定至物理效應或指定至遠端干擾係參考如第二組參數中包括之測得RSSI值。
- 如申請專利範圍第1、2或3項之方法,其中主動測試之後接著發生被動測試,或被動測試之後接著發生主動測試。
- 如先前申請專利範圍中任一項之方法,其中在主動測試之後一秒或五秒之內接著發生被動測試,分別地,在被動測試之後一秒或五秒之內接著發生主動測試。
- 如先前申請專利範圍中任一項之方法,其中在主動測試之前或之後執行一被動測試。
- 如先前申請專利範圍中任一項之方法,包括以下步驟:依一時間間隔將以下參數中之一或數者採樣:接收信號強度(RSSI)、調變速率(實體層速率),及/或被動測試期間用於無線鏈之空間串流數目,及藉由包括該等參數之過濾以計算一平均值在該測試間隔用於該等參數,用以避免省電機制造成之人為產物。
- 如申請專利範圍第7項之方法,包括採樣步驟,依該時間間隔將傳送速率(TxRate)及接收速率(RxRate)採樣以計算在該鏈接流動之流量, 及只保持用以計算該平均值之該等參數值,接收信號強度、調變速率及/或空間串流數目,其係足夠流量正在該鏈接流動時所採樣。
- 如申請專利範圍第8項之方法,包括使用臨界值用於TxRate及/或RxRate之步驟,用以定義何時流量係足夠,當TxRate及/或RxRate係超過該臨界值時,藉由只包括該等參數值以計算平均值用於該等參數。
- 如申請專利範圍第9項之方法,其中該臨界值係1kbps(每秒千位元),或介於1kbps與10Mbps(每秒百萬位元)間之任何值。
- 如申請專利範圍第7、8或9項之方法,其中使用該等平均參數以計算最大可能資料速率(PhysLimitedPhyRate(物理限制實體層速率))用於該無線鏈,如二裝置之給定安排之Wi-Fi傳輸。
- 如申請專利範圍第7至11項中任一項之方法,其中該時間間隔係一短時標度,如一秒。
- 如先前申請專利範圍中任一項之方法,包括以下步驟:藉由使用測試量測以計算實體損失,用以從一測得接收信號強度以判定一無線傳輸速率。
- 如申請專利範圍第13項之方法,包括在一參考環境中使用測試量測之步驟,如在一清潔環境中,在選擇之無線通道中無任何干擾源。
- 如申請專利範圍第13或14項之方法,其中判定最大可取得無線資料速率係藉由從測試量測用於一給定測得接收信號強度(RSSI)以判定資料通量,及藉由考量一校正因子用於多重空間串流數目,以用於一選擇用於該傳輸之無線標準。
- 如申請專利範圍第15項之方法,其中藉由核對在存取點端或工作站端之Rx(接收)及/或Tx(傳送)實體層速率以判定多重空間串流之數目。
- 如申請專利範圍第15或16項之方法,其中判定一校正因子,藉由考量用於存取點至工作站鏈接之空間串流數目,與用於工作站至存取點鏈接之空間串流數目作比較,用以在環境與干擾間作區分。
- 如申請專利範圍第13至17項中任一項之方法,包括以下步驟:傳送回音檢查封包以產生上傳及下載流量,如從存取點至工作站,用以從任何省電模式中喚醒存取點及/或工作站,及/或用以判定多重空間串流之數目。
- 如申請專利範圍第13至18項中任一項之方法,包括強制下載流量以測量無線通量之步驟。
- 如申請專利範圍第7至12項中任一項之方法,包括:在被動測試之資料傳輸期間,使用過濾以過濾出非資料訊框,如控制訊框,其對Wi-Fi傳輸速率無貢獻。
- 一種裝置,包括有一處理器(10)、一記憶體(11)及一無線節點(12),該記憶體包括有指令,當該處理器執行該等指令時,用以執行如先前申請專利範圍中任一項之方法。
- 一種非暫態程式儲存媒體,可由電腦讀取,及包括有可執行程式碼,用以執行如先前申請專利範圍中任一項之方法。
- 一種測試應用程式,包括有可執行程式碼,用以執行如先前申請專利範圍中任一項之方法。
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