Měření WiFi signálu v jazyce C

22. 2. 2016 | Karel Kulhavý

Články - Měření WiFi signálu v jazyce C  

Řekněme, že máme notebook s jednou WiFi kartou a chceme v C vypisovat sílu signálu a odstup od šumu na terminál, abychom našli optimální pozici notebooku. Člověk by mohl čekat, že měření WiFi signálu v jazyce C bude složitější, ale linuxový kernel nám poskytuje data tak snadno přístupným způsobem, že je naprogramování příslušného programu. poměrně jednoduché.

V souborové hierarchii /proc, což jsou speciální soubory generované linuxovým kernelem, je soubor jménem /proc/net/wireless, kde se zobrazují aktuální monitorovací data o bezdrátových kartách včetně síly signálu. A to jednoduchým textovým způsobem, který je možné automaticky parsovat funkcí sscanf jazyka C. Data v /proc/net/wireless se aktualizují několikrát do sekundy, a tak se hodí pro realtime optimalizaci polohy přijímače.

Využít můžeme toho, že máme kartu jenom jednu. Nemusíme proto zjišťovat, která karta je která, a tuto v souboru potom hledat. To nám situaci značně zjednoduší.

Bude uvedena na první datové řádce, a tak stačí přeskočit hlavičku, která je tvořena fixním počtem dvou řádků. Obsah souboru /proc/net/wireless vypadá například takhle:

Inter-| sta-|   Quality        |   Discarded packets               | Missed | WE
 face | tus | link level noise |  nwid  crypt   frag  retry   misc | beacon | 22
 wlan0: 0000   61.  -49.  -256        0      0      0      0     11        0

Slovo link označuje SNR a slovo level sílu signálu.

Signál je minusový, protože jsou to decibely vůči miliwattu (dBm) a přijímaný výkon je typicky v řádu mikrowattů (-30 dBm), nanowattů (-60 dBm) nebo pikowattů (-90 dBm). Vysílač má typicky 100 miliwattů. Zřídka se nám podaří přijímač nacpat tak blízko vysílači, aby anténa zabírala 1/100 zorného pole vysílače, chytli jsme celý miliwatt a dBm bylo tak kladné.

Hodit se nám mohou oboje hodnoty. Šum vzniká kromě přijímače také v kosmu a provozem ostatních WiFi i ne-WiFi bezdrátových komunikačních zařízení a také mikrovlnných trub.

Vzhledem k malé vlnové délce a odrazům od místnosti vzniká částečně stojaté vlnové pole – nerovnoměrný signál v prostoru, kde velikost nerovnoměrností (vzdálenost mezi maximem a minimem dlouhodobé síly signálu) je na škále čtvrtiny vlnové délky, v našem případě je vlnová délka 12 cm a čtvrtina je 3 cm. Signál se tak může změnit ze silného na slabý posuvem notebooku o pouhé 3 cm.

Také se může stát, že optimální odstup signálu od šumu a tedy optimální příjem bude v místě neoptimálního signálu – signál vysílače bude sice snížený, ale signál mikrovlnné trouby bude v tom místě zeslabený ještě o mnoho víc. Vzorek boulí v prostoru z vysílače a vzorek boulí v prostoru z rušiče jsou nezávislé, protože tyto dva signály mohou přicházet z různého směru a různé dálky, a tak interferovat mezi odrážejícími překážkami různým způsobem.

Na druhou stranu síla signálu je údaj, který je jednodušší měřit, a tak mu člověk může víc důvěřovat. Měření SNR je složitější a může být například v kartě nebo ovladači zabugované nebo zatížené neočekávanými nebo nepředvídatelnými vedlejšími efekty implementace měření.

Funkce read_quality načte dvě číselné hodnoty – SNR a síly signálu – ze souboru /proc/net/wireless. Začleněna do hlavního programu vypadá takto:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

float snr, signal;

void read_quality(void)
{
	FILE *f;
	int l;
	char buf[4096];
	f=fopen("/proc/net/wireless","r");
	for (l=0;l<3;l++)
		fgets(buf,sizeof(buf),f);
	fclose(f);
	sscanf(buf," %*s %*s %f %f",&snr,&signal);
}

int main(int argc, char ** argv)
{
	while(1){
		read_quality();

		printf("SNR=%6.1f, signal=%6.1f\n"
			,snr
			,signal
		);
		usleep(80000);
	
	}
}

Soubor /proc/net/wireless otevřeme pomocí funkce fopen(). Funkcí fgets načítáme řádky a přeskakujeme je. Poslední načtený řádek potom parsujeme funkcí sscanf. Třetí a čtvrté textové pole je číselná hodnota udávající odstup signálu od šumu (signal to noise ratio, SNR) a sílu signálu.

Funkce main používá usleep 80 milisekund, aby chrlení čísel probíhalo požadovanou rychlostí. Použity byly proměnné float (globální proměnné snr a signal), protože v /proc/net/wireless jsou tečky, které normální celočíselné konverzi nechutnají. Navíc naznačují, že v lepších implementacích tam třeba budou desetiny decibelů.

Při použití proměnných s desetinnou čárkou float, double, long double je potřeba vždy dát pozor, aby se předával správný druh pointeru, které funkce tisku nebo čtení očekávají (v našem případě konkrétně specifikace formátu %6.1f). Pokud se tyto neshodnou, program vyžije – interpretovat se budou náhodná binární data jako číslo s desetinnou čárkou, nebo přepisovat pár bajtů za proměnnou. V jazyce C existují také automatické konverze předávaných hodnot float na double. Pokud program vypisuje nuly nebo nesmysly, jsou tyto záležitosti častou příčinou.

Ke kompilaci bude třeba mít nainstalovaný balík GCC. Program napíšeme do souboru wifi.c a zkompilujeme takto:

gcc -o wifi wifi.c

Po spuštění ./wifi vypadá výstup takto:

SNR=  41.0, signal= -69.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  41.0, signal= -69.0
SNR=  41.0, signal= -69.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  39.0, signal= -71.0
SNR=  37.0, signal= -73.0

Podařilo se nám vyrobit jednoduchý C program na měření signálu a odstupu signálu od šumu WiFi karty. Na něm mohou čtenáři vidět jednoduché textové rozhraní linuxového kernelu /proc/net/wireless i příklad jednoduchého programování v jazyce C se čtením ze souboru, parsováním číselných údajů, tiskem desetinných čísel a čekáním.

Diskuse k tomuto článku

[DD]

A proc je to psano v C? nestacil by AWK, pripadne perl?

[Petr Tomášek]

No, kdyby jen to, ale např. se ten program nevyrovná dobře se situací, kdy je v systému více wifi-karet...

(P.S. Proč vlastně číst z /proc/, když informace lze sehnat přímo pomocí API? Teda, když už jsme u toho C-čka...)

[kyknos]

aby to bylo čitelné, neasi (proti perlu a awk)

ale lepší by byl python :)

[Dirka]

heh tak awk jako je prasarna vetsinou, ale zrovna pro takovejto typ ulohy ho povazuju za prvni volbu ...

tail -n 1 /proc/net/wireless | awk '{print "SNR " $3 ", Signal " $4 }'

a v tom perlu by to taky nevypadalo nak moc hur ...

[Odin1918]

Pokud bych byl troll, tak bych napsal, ze ctyricetilety student ichtyologie neni tou spravnou osobou, ktera by mela posuzovat kvalitu a citelnost kodu a to tim spise, ze ona osoba nebyla schopna chodit vcas do prace u zamestnavatele, ktereho permanentne s gustem drze pomlouva.

[kyknos]

1. nejsem ctyricetilety

2. nejsem student ichtyologie

3. nikoho nepomlouvam

4. tipnul bych si, ze kodu jsem napsal vice a lepe nez ty :D

[Odin1918]

Nemluvil jsem s tebou a uz vubec ne o tobe. Pouze jsem konstatoval, co bych napsal, pokud bych byl troll.

1. 39 nebo 40? Par mesicu nehraje roli.

2. Opet slovickaris. Studujes nejakou podobnou biologickou pseudovedu, aby ses mohl tvarit jako vedec. Blbe na tom je, ze z tebe, i diky veku, opravdovy vedec nebude.

3. Tve vypady proti suse jsou co? Za sve problemy si muzes sam.

4. Tipovat muzes. Tvuj kod jsem nevidel, takze netusim, zda byl lepsi nez muj. Treba ano. Ale hadal bych, ze ne, kdyz se zde honosis mnozstvim napsaneho kodu. Ale na ichtyologa programujes jiste dobre.

[kyknos]

pseudovedu :D nafackuj si, a prestan jist, chodit k doktorovi a pouzivat pocitace :D

[Odin1918]

Facky? Opet jsi agresivni? Doufam, ze mne zase nebudes vyzyvat na souboj.

[pavlix]

:D

[leosl]

to nechceš, chytneš mastnovlasytýdu, skutečný předmět jeho bádání - bádá, jak ze svých vlasů extrahovat ropu

[Fluttershy, yay!]

Pokud bych byl troll, tak bych napsal, [napsáno]

Pouze jsem konstatoval, co bych napsal, pokud bych byl troll.

(Odin je troll.) implikuje (Odin napsal [nějaké kecy].)

Pravda.

[Odin1918]

Ty jsi zde chybel.

[mankind_boost]

Náš administrátor shledal tento komentář závadným.

trolling

Zobrazit komentář

[me]

refaktorizace v shellu & awk. Rad by jsem videl reseni v Pythonu...

#!/bin/bash

while :; do
awk '
# BEGIN { snr=0.0; signal=0.0;}
(FNR==3) { snr = $2; signal = $4;}
END {printf("SNR=%6.1f, signal=%6.1f\n", snr, sig);}
' /proc/net/wireless
sleep 8
done

[Josef Kufner]

Je lepší dát sleep do podmínky while, neboť pak je cyklus snadněji zabitelný. Nevýhodou je zdržení při spuštění, ale to obvykle nevadí.

while sleep ...
do
   ...
done

[me]

Tak jeste jednou a lepe; tak malo radku a tolik chyb jsem udelal; tak to dopadne, kdyz clovek podceni problem..

#!/bin/bash

while sleep 0.08; do
awk '
# BEGIN { snr=0.0; signal=0.0;}
(FNR==3) { snr = $3; signal = $4;}
END {printf("SNR=%6.1f, signal=%6.1f\n", snr, signal);}
' /proc/net/wireless
done

[trekker.dk]

watch --interval=0.08 cat /proc/net/wireless

Akorát v téhle podobě to není ani na blog. A ty globální proměnné v tom C kódu... :-/

[Cabrón]

import time

while True:
	with open("/proc/net/wireless") as f:
		lines = f.read().split("\n")
		tokens = lines[2].split()
		
		print("SNR=%6.1f, signal=%6.1f" %(float(tokens[2]), float(tokens[3])))
	
	time.sleep(80e-3)

[pavlix]

Variace na totéž téma.

from __future__ import print_function

import time

while True:
    with open("/proc/net/wireless") as stream:
        next(stream); next(stream)
        print("SNR={:6.1f}, signal={:6.1f}".format(*[float(n) for n in next(stream).split()[2:4]]))
    time.sleep(.08)

[me]

Toto reseni nepocita s tim, ze v PC neni WiFi karta:

Traceback (most recent call last):
  File "wlan.py", line 9, in <module>
    print("SNR=%6.1f, signal=%6.1f" %(float(tokens[2]), float(tokens[3])))
IndexError: list index out of range

[Jendа]

aby to bylo čitelné, neasi (proti perlu a awk)

A já myslel, že člověka, který potkává DNA sekvence, nemůže nějaký Perl rozhodit

[gogol]

Tipol by som si, ze tam mas Atheros, preto to ukazuje tak velke SNR pri signali -73dBm aj ked zjedotene ovladace sa od 2.6.31 sa v hodnote SNR dost podobaju. Bohuzial podobnost je zjednotena s kartami Atheros.

[marek]

wavemon

[pavlix]

Ten ale doufám nemusí cyklovat přes usleep.

[egg]

Na nalezení vhodné polohy notebooku stačí v shellu
watch -n 1 cat /proc/wireless
a parsovat očima.

[egg]

/proc/net/wireless
samozřejmě, sorry

[pc2005]

3D mapa .

[Bystroushaak]

Cool.

[TM]

Ano. Je to velmi slabý článek. Nebýt obvyklé exhibice anarchisty Odina pod ním, člověk by se ani nepobavil. Tak to bylo smutné...

[pavlix]

Článek je od začátku špatně. Když už tak by se měl jmenovat jak v céčku načíst dvě hodnoty z tabulky. Ten /proc/net/wireless by mohl být použit maximálně jako příklad. Ale určitě se najde mnoho lepších příkladů, kde se parsuje víceřádková tabulka. A jestli to správně chápu, tak by na tohle měl fungovat netlink a ten je socketový, takže nevyžaduje cyklus s usleep a zbytečné periodické probouzení.

[ksjdhfjah]

V první chvíli jsem měl pocit, že jsem na Rootu...

[pavlix]

Bejvávalo.

[ksjdhfjah]

No právě... Já jsem ten dojem měl, až jsem si to přečetl.

[David Indra]

Nechápu, co s tím článkem máte za problém. Pro mě, jako začátečníka to je fajn čtení. Dozvím se, kde v systému je info o wifi a taky vidím ukázku Céčka, což se mi hodí, protože v něm nepíšu. To všechno za minutu čtení. A to se, alespoň mně, vyplatí ;) Nejde o to, že to jde napsat líp... Je to jen demonstrační příklad. Jen název článku by mohl být jinak.

Autorovi díky za článek ;)

D.

[MaSo]

+1

[Josef Kufner]

Ono by stačilo, kdyby tak byl článek prezentován. Teď to vyznívá jako pokročilý materiál a proto mnozí (celkem oprávněně) prskají.

[pavlix]

Nechápu, co s tím článkem máte za problém. Pro mě, jako začátečníka to je fajn čtení. Dozvím se, kde v systému je info o wifi a taky vidím ukázku Céčka, což se mi hodí, protože v něm nepíšu. To všechno za minutu čtení. A to se, alespoň mně, vyplatí ;) Nejde o to, že to jde napsat líp... Je to jen demonstrační příklad.

Mně osobně se třeba nelíbí, že ten demonstrativní příklad je prakticky jediný obsah článku. To je snad dostatečný důvod hodnotit článek podle demnostrativního příkladu, když není podle čeho jiného hodnotit.

[zz]

To je vtip?