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艾尔麦AirMagnet Spectrum Analyzer频谱分析仪评测
2005-10-13    迪安编译       阅读:

艾尔麦公司(AirMagnet)的无线局域网安全和管理产品在市场中占有相当重要的位置,通过不断扩大的业务量,它一直是这个领域内公司的领头羊之一。AirMagnet Spectrum Analyzer--频谱分析仪(ASA),是AirMagnet的最新产品,这是一款相当令人期待的产品,因为它加入了RF(Radio Frequency,无线电频率)的分析能力,这一起是以前AirMagnet产品的一个小小的缺陷。

RF分析是相当重要的,这是因为那些数据包级别的产品(如AirMagnet的Enterprise、Laptop 和Handheld Analyzer)都是依赖于要能够接收到和解码WLAN的信号,但有时在一个无线局域网中故障是由RF干扰源所引起的,而这些干扰源并不会发出有效的802.11a/b/g信号,微波炉、无绳电话和蓝牙设备是最常见的RF干扰源,但决不仅仅只有这些。

艾尔麦无线频谱分析仪ASA介绍

ASA核心的部件是一块CardBus卡(图1,AirMagnet称之为Spectrum PC卡),它包含了一套微型的频谱分析仪的基本硬件内容,可覆盖802.11a/b/g 的2.4GHz和5GHz频率范围,还可覆盖4.94 - 4.99 GHz的频段。

艾尔麦Airmagnet无线频谱分析仪测试卡
图1:Spectrum PC卡

Spectrum PC卡的内部细节

Radio(无线部分)-无线收发器检测RF频谱,并传输数据给频谱分析引擎(Spectrum Analysis Engine)和SAgE。

SAgE-频谱分析引擎完成一个RF频谱的快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform ,FFT),并提供低级别数据的供应,这些低级别数据与RF频谱的状态有关。在某一个瞬间,对比在频谱方面的频率信息,低级数据包括功率方面的一些基本信息和RF频谱中有关单脉冲的一些信息。SAgE也执行频谱的板载统计分析和RF脉冲的统计分析。

MCU-一个可编程的微控制器单元(MicroController Unit ,MCU),它运行有专用的软件,提供对数据流的低级别分析,这个分析引擎包括:

  • 测量引擎(Measurement Engine)-收集SAgE数据并把它们标准化格式化成有意义的表现形式。
  • 分类引擎(Classification Engine)-识别特定类型的干扰信号(蓝牙设备、微波炉、无绳电话和无线耳机、小型雷达等等)。

Spectrum PC卡在工程设计方面考虑得很全面,给人的印象很好,特别考虑到ASA的最有威胁的竞争对手-Berkeley Varitronics Systems (BVS)的Bumblebee,它需要一个PocketPC大小雪橇状的部件来安装其RF电路,而ASA在这方面就想得较周全,全部部件都整合到了一起。ASA的详细规格(图2)也是很令人印象深刻的,特别是它的噪声级别仅仅只有124dBm并且偏差幅度范围只有+/- 2.5dBm。

ASA无线频谱分析仪详细技术规格
图2:ASA详细技术规格

Spectrum PC卡可在任意一台运行有Windows XP SP1或SP2的笔记本或平板电脑上使用,只要它有Type II CardBus插槽即可。不过这块卡可不能作为一块802.11a/b/g的WLAN网卡来使用,故既不可把它用来连接无线网络,也不能在此基础上运行AirMagnet的其他软件产品,注意,如果你运行ASA的笔记本或平板电脑上还内置有Wi-Fi无线网卡的话,显而易见,要把这块无线网卡关闭掉。

Spectrum PC卡有一个MMCX接口用来外接扩展天线(如同使用以前的老版本的ORiNOCO的产品和现在Buffalo Technology的一些WLAN网卡一样),AirMagnet也提供了一个简单的2dBi偶极天线,不过连接线缆不是很长,有一个夹子方便夹在笔记本的显示屏上。

功能特点

ASA很顺利地就在我Windows XP SP2的笔记本上安装好了,不过可没有什么“向导”之类的来指导你完成最初的设置,但这并花不了你多少的时间,马上就可以开始使用了。安装结束后第一次启动它的程序界面时,会出现一个初始化的过程,然后显示一个“Channel Summary”(频道摘要)页面,在这显示出任一一个ASA正在监视的频段中被检测到的RF活动(图3)。

无线频谱分析仪频道摘要
图3:频道摘要

在“Monitored Bands settings”(被监控的频段设定)页面中可自己定制要监控的频率范围(图4),在这儿可以选择软件已定义好的一些频带区,要不还可自己建立两“User Defined”(用户定义)的频带区,要注意的是用户自定义频带区的选项中没有约束用户只可输入有效范围的数值,如果你输入了一些“不合法”的数值在这里的话,是不会有警告信息出现的,并且你设置的这些频率值不会起作用。

无线网频谱分析仪显示被监控的频带区
图4:被监控的频带区

点击左边栏中的第二个按钮-Spectrum按钮,就可看到一个频谱分析的显示窗口,它默认的是实时FFT(Real Time FFT)显示,监视频率范围从2.4到2.5GHz(802.11b/g),并且全部开启了Max、Max Hold和Average追踪。图5在频道6上的空闲存取点的一个快照,当然,它正在发送信号。我比较喜欢把不重叠的频道1、6和11标识出来的这种方法,不过如果你更喜欢原来的样式,可以关闭这个选项,在屏幕右边栏的最下边。

默认的频谱分析视图
图5:默认的频谱分析视图

在该频谱分析仪中你可从十二种不同的图表中作出选择,这些图表由每秒钟内完成数的以千计FFT的各种不同的切片和取舍(slicing and dicing)来产生的(一个FFT过程实际上是一个数学计算,它在一定的时间间隔内对波形进行采样完成模拟数据到数字数据的转换,并且它还把这些采样数据转换成构成波形的离散频率的幅度的视图),在下个章节会更详细地来讲述这方面的内容。

ASA的第三是显示在每个图表屏幕底部的干扰信号,第四个功能是设备探测器(Device Finder),ASA考虑到那些非802.11设备的广播是在802.11设备使用的同一个频率波段,则这些广播信号就成了干扰信号,它可通过分析所捕获到的频谱的不同特征来自动识别干扰信号而无需用户的干预,并可把识别到的干扰信号记录到干扰显示中。ASA可识别蓝牙设备、微波炉、无绳电话及其基座、无线耳机、无线视频扩展器及其他的连续信号源设备。

设备探测器主要是两部分,信号强度和历史显示,我们可使用其来追踪某个干扰源的物理位置。

设备探测器
图6:设备探测器

图6是从ASA的用户指南中的图片中“借”过来的,因为在我的使用环境下RF设备的干扰几乎没有,并且设备探测器只可用来找到那些活动的干扰。笔者曾与AirMagnet联系过为什么这个设备探测器不能被用来追踪那些基于802.11的源设备,我们大家都知道这些设备都可能成为干扰源。给我的答复是说ASA不应在功能上与AirMagnet的其他产品发生重叠。不过我认为,由于这只是ASA的1.0版本的产品,Airmagnet可能会听取用户的反馈信息,并解除在产品功能方面的限制。

 

使用中的体会

正如我前面所说的一样,用户可从ASA的十二个不同的图表中来选择,这十二个图表中有四个是Real Time FFT、 FFT Duty Cycle、 Swept Spectrogram 和Power vs. Time,这四个从根本上看来的不同视图;还有一个是Power vs. Frequency,它是一个组成Real Time FFT的“tweakable”;另外的七个用来做高级RF分析的“"Air Quality”图表。

从我个人来讲,使用得最多的两个图表是Real Time FFT和Swept Spectrogram(图7),在图7中显示的那些有规则、稳定的无线信号是通过连续不断地在单独一个无线客户端和AP之间运行IxChariot的脚本负载来产生的,在无线客户端与AP之间同时有直接的上传来下载活动。

使用得较多的两个图表(只有频道6有干扰)
图7:使用得较多的两个图表(只有频道6有干扰)

Real Time FFT和Power vs. Frequency图表在ASA实行基本的频谱分析的两个组成部分,它们之间主要的不同之处在于:

  • Real Time FFT有固定的156 KHz的分解带宽(RBW),而Power vs. Frequency的RBW可从最小9.77 KHz到最大1.25 MHz之间来被设定。
  • Real Time FFT图表是从每秒大约5000个FFT来产生的,这些FFT是由Spectrum PC卡中的SagE引擎来完成的,但Power vs. Frequency图表表现的是每秒一个的FFT,它则是由Spectrum PC卡怕MCU来完成计算的。

 

简单地说来,如果你正在搜寻一些比较短期的干扰源,就可选择Real Time FFT,不过相对于宽带RF,Power vs. Frequency图表是适用于搜寻重复的窄带低频干扰信号。为了在Power vs. Frequency图表中得到类似于正在使用Real Time FFT图表在这个信号稳定干扰很少的WLAN环境中所看到的那些数据与分析结果,可花了我不少的时间来解决这个问题,使用平均模式(Average mode)就行。

首先,我原本是认为Swept Spectrogram图表很大程度上是只好看而没什么大的实际用途的,但后来发现如果在一个相对“安静”的RF环境下,用它来检测环境的改变还是一个不错的方法。图8显示的是我把安装有ASA的笔记本移到微波炉附近,然后再开启它时的情形。如果把图8和图7中的Real Time FFT图表作一下比较的话,你会发现的确情况发生了较大的变化。但如果看一个图8中的Swept Spectrogram图表的话――它显示的是笔记本放置在微波炉附近大约有5分钟左右时间的情况,可看出微波炉的信号突然“爆发”并且差不多都快把整个802.11b/g的频谱区域覆盖住了,而且从图中也可看出微波炉干扰信号的峰值强度是出现在频道6和频道11之间的(Swept Spectrogram图表中的红色区域部分)。

有微波炉干扰时的情形
图8:有微波炉干扰时的情形

微波炉的干扰信号之所以会表现为突然“爆发”的形式,这只不过是因为我反复地把它的开关来开启/关闭的缘故,主要是为了测试一下看ASA中有干扰信号发生和消失时它检测的反应时间到底有多长,经过测试我发现从微波炉产生干扰信号到ASA检测到干扰信号这个时间大约是在15秒到30秒之间,同样从关闭微波炉到ASA显示没有干扰信号的时间也差不多要这么长。ASA可24小时都保存着干扰信号的记录,这你可从下拉菜单中选择相关选项来查看,不过要注意的是如果你把ASA程序关闭了的话这个干扰信号记录是没有被存盘的。

在频道1和频道6的两个WLAN
图9:在频道1和频道6的两个WLAN

图9显示的是从两个WLAN中捕获的频谱信号,这两个WLAN我把它们安装在同一个房间中并分别设置在频道1和频道6上。有意思的是,当这两个AP都放置在一个没有遮掩的架子上且相距不会走过一米,而两个客户端的距离没有超过两米时,在频道1和频道6之间的信号强度相关有16dB――大约40X左右。

我认为之所以会出现这种差异是因为使用频道6的客户端是那台安装有ASA的笔记本,而使用频道1的客户端是一台使用CardBus卡的机器,而这块CardBus卡是通过一块CardBus转PCI和转换卡再插在这台桌面PC机的后部的。从这就可看出为什么PCI接口的无线网卡必须使用外置的天线的缘故。

注意:我是使用的Delta Marker功能来获得上面的那些数据与结果的,还有一个Single Marker功能可供选择,使用它你可自己随意决定哪一个被监控的频率,可通过拖曳,可使用左右方向键来移动频率范围,要不就是直接输入你希望监控的频率。

 

同时显示三个频段/微波干挠
图10:同时显示三个频段/微波干挠

图10的内容显示了ASA与BVS的手持式设备相比具有的关键优势之一,如果你的笔记本的屏幕足够大的话,就能够在同一时刻监控多个频率频段-即802.11a、b、g频段。我在自己的家中用后部安装有ASA的笔记本捕获到了这些数据生成了这些曲线图表,干扰源是厨房中的微波炉,大约距离ASA有10米左右,中间还隔有两堵墙。由于这次是把微波炉一直开启了有好几分钟,我就有了足够的时间来捕获在干扰记录中所记下的条目。

 

我在家中WLAN信号所覆盖的所有范围之内都对ASA进行了测试,都是在频道6上来进行测试,并且使发射信号的强度不是很稳定,经过测试发现ASA的灵敏度跟市面上常见的802.11g无线网卡差不多。

同时显示五个频段
图11:同时显示五个频段

作为本文所例举的ASA强大功能的最后一个实例,图11显示的是ASA可同时监控五个不同的频段,实际上,它可覆盖到六个不同的频段,不过由于5.49 - 5.71GHz EMEA Middle (802.11 channels 100 – 140)和5.47 - 5.725 GHz UNII的频段交叠重复的,因此不可同时来对它们分别进行监控。

然而,在这要提一下的就是,我碰到过这样的情况,在使用图11所示的功能(即同时显示不同的频段)捕获信号大约有一分钟后,我却发现所有的这些曲线图表并不像以前那样每一秒钟就刷新一次。2.4到2.5 GHz频率的曲线图表看上去还是一致地每一秒钟就更新一次,但在5GHz的频段上看上去似乎就不大正常了,要跳过一秒或两秒的时间,在偶尔的情况下,或在图10中所示的设定下,要每三秒钟才会更新一次。不过如果只有少量的低频干扰时,这个功能就表现得相当好。

我想自己应该没有找到Air Quality图表,它可对我的这次小小的测试提供相当丰富的资料,包括Duty Cycle、Log Power Average、Maximum Power、Pulse Duration、 Pulses Per Second、Max Interfer Power和Interferer Duty Cycle。我想在那些有更繁忙的电视广播信号干扰的环境下,这些功能能提供更进一步的数据来满足更专业化的RF分析过程。

结束语

虽然艾尔麦ASA的1.0版本的产品在功能表现得还是相当可以的,但它也有值得改进的地方,首先提出来的是我总结的有关它的用户界面的一些“问题”,但不过也得承认在这些所谓的问题中有一部分应该是个人爱好方面来考虑的。

  1. Spectrum功能可立即显示高达九个的图表子窗口,但你会发现我们不能对这些窗口进行重新排列、调整大小和移动的操作,还有,我也希望在每个子窗口上可看到关闭、隐藏和还原的按钮。
  2. 当我们在使用Power vs. Frequency图表时,由于每次在更改分解带宽(RBW)的值时,不论我作怎样的更改都看到的是原始值,开始时我还以为是这个功能出现了问题不能使用了呢,但后来发现实际上我所输入的数值已经在窗口中显示出来了,这只不过是控制方面的一个小小的bug而已。
  3. 在打开一个新的图表时所有的追踪选项都是关闭的,故就不能马上显示出内容来。
  4. 在你点击打开一个控制设置之前它是处于隐藏状态的,故你不能马上看到其内容,这对熟练掌握了这个窍门后倒没什么大碍,不过就我个人来说,倒更愿意看到有明显的提示来区分哪些我可以更改而哪些是我不可更改的。
  5. 在这个系统中,可保存图表的配置数据,但不能保存任何的捕获数据,除了通过屏幕截图这种方法外。
  6. 还有一种想法是在ASA的其他版本中要是能够覆盖其他的频段就更好了。AirMagnet在这方面已给出了些小的暗示,在被监控的频段(Monitored Bands)中给出了一个900MHz覆盖的选项,不过是灰色不可使用的,因此可以认为过不了多久的时间可能其他版本的ASA就会支持另外常用的无线频段。
  7. 使用笔记本平台,就可拥有更长的电池使用时间、更大的屏幕和运算能力更强大的CPU,这可不用费力去考虑相对来说体积纤细的CardBus卡在硬件组成方面的影响,这样就使得我们就可拥有更友好的用户界面和功能更强大的产品。ASA可是同一个屏幕上同时显示有高达九个图表的能力,可让用户从不同的图表类型中进行选择就更容易了。加上ASA的干扰信号自动识别功能使它看上去更有高级专业产品的印象。

因此看来,如果你在价格方面不是很在意的话,则ASA作为一款功能强大、可加入到任何无线网络中的专业频谱分析工具倒是相当适合于你的。

 

责任编辑: admin

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