Monitor模式和AP模式下獲取WiFi的CSI訊號

阿新 • • 發佈：2019-01-17

目的：基於WiFi訊號的呼吸和心率檢測

說明：自己的一點實踐記錄，可能有很多地方寫的不好或者不對，望指正（QQ：1070002315）

CSI

是衡量通道情況的通道狀態資訊（Channel State Information）,屬於PHY層，來自OFDM系統下解碼的子載波。CSI是細粒度的物理資訊，對環境更加敏感，所以應用於動作識別，手勢識別，擊鍵識別，跟蹤等領域

CSI由無線訊號傳播過程中的動態成分和靜態成分組成，靜態成分包括LOS和靜止的物體，動態成分就是人的呼吸

RSS（接收訊號強度）採用OFMD（正交頻分複用）得到56個子載波（CSI資料為56個子載波的資料）

CSI相位差資料

是和呼吸頻率相同的週期訊號

每一組CSI值描述了子載波的振幅和相位以及其它一些關於子通道的資訊，若環境中存在人活著人的運動，這會影響到WIFI訊號的傳播路徑，所有子載波的CSI值都會被影響。CSI揭示了通道接收訊號所經歷的特徵，例如多徑效應，陰影衰落和失真

頻域下的通道模型

求通道狀態資訊就是求通道矩陣H

無線通道一般用通道的衝擊響應（Channel Impulse Response，CIR）來對通道的多徑效應進行描述，線上性時不變的假設條件下，通道衝擊響應可用下式表示：

專業術語

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）技術：指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使訊號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通訊質量（MIMO technology is utilized toextend the complementarity property to commodity WiFi.兩個主機非同步問題導致接收主機接收的訊號產生相位偏移，最直觀的就是是幅度和相點陣圖像不能互補）

NIC：網路介面卡（5300網絡卡），Intel 5300 NIC只能反映出CSI56個子載波中的30個

OFDM（orthogonal frequency division modulation）：總頻譜被劃分為多個正交的子載波，無線資料使用相同的調製和編碼方法在子載波上傳輸（OFDM splits its spectrum band (20 MHz) into multiple (56) frequency sub-bands,called subcarriers, and sends the digital bits through these subcarriers in parallel）

CFR：通道頻率響應，The CSI represents the Channel Frequency Response (CFR) for each subcarrier between transmit-receive antenna pairs

實驗工具：

主機2臺，intel 5300網絡卡

兩臺主機均安裝12.04Ubantu系統

簡化版的CIS Tool安裝包：intel-5300-csi-github-master

UltralSO軟體：用於製作ubantu的U盤

Sublime text壓縮包：利用其全域性搜尋功能檢索connector_log.再利用gedit修改其值（其實可以手動找到對應位置修改）

安裝ubantu系統：

清華PDF上指定的11.04ubantu系統，用U盤無法安裝

改為12.04的ubantu系統後，用U盤可以安裝

1、12.04ubantu U盤製作方法：

PC上安裝UltralSO軟體，插入格式化後的U盤

開啟ubantu的ISO檔案，啟動-寫入硬碟映像-便捷啟動-選擇sylinux

這樣含有ubantu系統的U盤製作完成，接下來就需要把系統裝在主機上

U盤插入主機，通過U盤來啟動:

主機插入U盤，開啟主機，在出現介面前按下F12，直接選擇U盤那個選項，然後再選擇install ubantu（當時安裝時，前面還有一個選項install ubantu without....，自己選的第二個選項install ubantu）

注意：進入語言選擇介面，先把無線網連上

安裝CSI Tool整合包：intel-5300-csi-github-master（簡化版的整合包）

注意：

第1步：安裝完成後，需要登入使用者名稱輸入密碼，否則執行第一步執行後沒有許可權

第2步：這一步不知道在哪裡修改（沒有進行）

第4步：-y前有個空格

第7步：注意是下載精簡版的 intel-5300-csi-github-master.tar.gz，進行安裝

第10步：一路按回車，按住回車不動半分鐘

第11步：彈出的視窗先save再exit

第12步：直接用的make -j5來執行的（j5要快一些）

第16步：注意執行結果

第17.18步好像沒有任何提示

第22、23、24沒有任何提示

第30步：修改log_to_file，能獲取以時間戳命名csi的dat檔案

修改驅動：必須修改，否則之後的指令碼要多寫幾行命令設定引數，不修改也可能影響到資料的接收

開啟sublime text用於搜尋關鍵字，where選擇路徑時，點選最右邊的add florder

修改驅動執行priv->connector_log=1;這個儲存時怎麼儲存的？裝第二個系統cd到mian.c時發現無法找到，直接手動開啟main.c修改的

cd intel-5300-csi-github這裡必須先到cd intel-5300-csi-github-master資料夾（安裝在那個資料夾就先cd到那個資料夾）

獲取CSI資料

主機獲取CSI資料的兩種方法：AP模式和Monitor模式。CSI支援的四種工作模式

AP模式獲取CSI資料：

1、工具

一臺主機

一個沒有設定密碼的路由器（手機開熱點是收不到資料的/連線實驗室無線網一樣收不到資料）

sudo ping 192.168.1.1 -i 0.05

ping後面接的是路由器的IP地址，i後面的引數是ping時間間隔，單位是秒。間隔小於0.2s需要root許可權。

在主機中開啟另一個終端，執行log_to_file記錄CSI

3、實驗結果：

主機連線沒有密碼的路由器

主機ping路由器的IP後，能看到如下介面：

開啟新的終端，cd到netlink資料夾，儲存資料，能看到如下介面：

monitor模式獲取CSI資料

1、monitor優點：

使用AP模式的缺陷在於ping 命令速度比較慢，且不能精確控制傳送的引數，比如接收的包數量是不可控的。Monitor模式比ap模式更加穩定，可以傳送指定數量的包，可以設定傳送包之間的間隔，以及通道和頻寬

2、工具：

2檯安裝Intel 5300網絡卡的電腦

兩臺主機均需安裝lorcon：在終端中通過指令安裝lorcon，參考連結：

注：按照部落格的方法

執行指令碼可能會出現許可權不夠的問題

解決方法：sudo sh setup_inject.sh wlan0 64 HT20(當時用的64通道，HT20這兩個是引數，引數會被傳入setup_inject檔案)

4、實驗結果：

傳送資料包的主機顯示介面如下，這裡只發送了100k的資料包：

接收資料包的從機介面如下：

注：和部落格的執行順序相同，先執行的從機程式，從機指令碼執行後會一直等待準備接收資料，直到主機開始傳送資料

接收不到的可能原因：

1、安裝完ubantu系統後，進入錯誤的核心導致無法收到資料。（安裝完系統，開機會有多個選項（這裡必須註釋掉對應處的一行指令開機才會出現多個選項），選擇4.2.0版本進入。之前就是因為沒有注意這一點，走了2天的彎路）

2、

也是設定的monitor模式，可為什麼receiver接收不到任何資料呢
接不到資料一般都是模式沒設定好的原因，iwconfig看一下是否配好了。sudo echo 0x4101 |sudo tee /sys/kernel/debug/ieee80211/phy0/iwlwifi/iwldvm/debug/monitor_tx_rate 這步的引數不對也接不了

3、除了我們剛裝好的電腦A作為client之外，我們需要另一臺電腦B來開軟AP，該電腦需裝有可開啟AP功能及支援80211n的網絡卡，5300網絡卡貌似不行，因為理論上它已經被閹割了開啟AP的功能（這個是用另一個主機開的軟AP，這個方法自己沒有實現過）

4、安裝很順利：最終還是沒有在終端看到列印的收到資料的提示

嘗試過主機連線實驗室的WiFi，無法收到資料

嘗試過主機連線沒密碼的手機熱點，無法收到資料

連線沒有密碼的路由器，就可以收到資料了

出現過的問題：

1、提示操作不允許時，加上sudo

2、使用tx.sh中設定速率時，出現許可權不夠的問題，su解決

su也無法解決時使用chmod 777 後面應該加上檔名（這種情況只適合開啟指令碼檔案）

可以加上sudo sh -c ‘ ’來解決許可權問題
sudo sh -c 'echo "This is testPage." >/usr/local/nginx/html/index.html'

注：sudo：echo命令是屬於root使用者的許可權，但是我之前一直以為加個sudo就能夠獲取到root的全部許可權，現在才發現這是不對的。使用sudo命令後，獲取到的只是root的一部分許可權。

3、設定通道的時候出現invalid argument

原始是：主機開機後能直接連線實驗室的無線網，通過ifconfig可以看到傳送和接收包的個數（原始模式為managed模式）

設定為mon0後能發包，但是傳送資料包處顯示0

執行shell指令碼後，主機被設定為monitor模式

這裡是0的原因可能是因為：不是無限連線模式，不會有發包的顯示（？）

Ubantu系統中的指令操作

1、開啟資料夾

開啟某個檔案：cd /檔名/

若是資料夾下的某個檔案，cd /home/t2/.../injection/,最後一定要加上/

2、執行檔案sh指令碼（shell指令碼）

sh 檔名.sh或者./指令碼名

3、直接輸入首字母按下tal鍵會自動補全，重複上一步操作，直接按下向上的箭頭

4、ctr+c結束操作

5、ctr+alt+T開啟一個新終端（終端可以同時開啟多個）

6、sudo：echo命令是屬於root使用者的許可權，但是我之前一直以為加個sudo就能夠獲取到root的全部許可權，現在才發現這是不對的。使用sudo命令後，獲取到的只是root的一部分許可權。

7、cd ~回到根目錄下

8、echo的作用就是print的作用，用於將內容列印在終端介面上

9、iwconfig檢視無線網絡卡設定的名稱（如wlan0） ifconfig檢視發包收包的具體資訊

這裡刪除了wlan0，添加了mon0

指令碼指令含義

sleep 10暫停10s

/home/wifi/csi/linux-80211n-csitool-supplementary/injection/random_packets 10000000000 100 1 1000 &

第三個命令為傳送包，第一個引數為包的數量，第二個引數為包的大小，第三個引數為模式選擇，設為1即可，還可設定第四個引數：傳送時間間隔，單位為us

傳送指令碼：

#!/usr/bin/sudo /bin/bash
service network-manager stop #停止network-manager服務 

WLAN_INTERFACE=$1 #$1第一個輸入引數
SLEEP_TIME=2

modprobe iwlwifi debug=0x40000 #modprobe載入指定模組

if [ "$#" -ne 3 ];  # $#傳遞給指令碼的引數個數 -ne不等於
then
	echo "Going to use default settings!"
	chn=64
	bw=HT20
else
	chn=$2
	bw=$3
fi
#決定引數

sleep $SLEEP_TIME
ifconfig $WLAN_INTERFACE 2>/dev/null 1>/dev/null #檢視網路裝置配置 重新定向標準錯誤輸出

while [ $? -ne 0 ] # $?上個命令的退出狀態，或函式的返回值，大部分命令執行成功會返回 0，失敗返回 1
do
	ifconfig $WLAN_INTERFACE 2>/dev/null 1>/dev/null
done


sleep $SLEEP_TIME
echo "Add monitor mon0....."
iw dev $WLAN_INTERFACE interface add mon0 type monitor #新增監聽模式的介面

sleep $SLEEP_TIME
echo "Bringing $WLAN_INTERFACE down....."
ifconfig $WLAN_INTERFACE down #關閉指定網路裝置/網絡卡

while [ $? -ne 0 ]
do
	ifconfig $WLAN_INTERFACE down
done
#確保關閉指定網路裝置/網絡卡

sleep $SLEEP_TIME
echo "Bringing mon0 up....."
ifconfig mon0 up #啟動mon0


while [ $? -ne 0 ]
do
	ifconfig mon0 up
done
#確保mon0啟動

sleep $SLEEP_TIME
echo "Set channel $chn $bw....."
iw mon0 set channel $chn $bw #指定通道替換頻率

接收指令碼：

#!/usr/bin/sudo /bin/bash
service network-manager stop #停止network-manager服務 

SLEEP_TIME=2

WLAN_INTERFACE=$1  #$1第一個輸入引數

if [ "$#" -ne 3 ]; # $#傳遞給指令碼的引數個數 -ne不等於
then 
	echo "Going to use default settings!" #顯示字串
	chn=64
	bw=HT20
else
	chn=$2
	bw=$3
fi
#決定引數

echo "Bringing $WLAN_INTERFACE down....."
ifconfig $WLAN_INTERFACE down #關閉指定網路裝置/網絡卡 由引數1決定
 
while [ $? -ne 0 ] # $?上個命令的退出狀態，或函式的返回值，大部分命令執行成功會返回 0，失敗返回 1
do
    ifconfig $WLAN_INTERFACE down
done
#確保關閉指定網路裝置/網絡卡

sleep $SLEEP_TIME
echo "Set $WLAN_INTERFACE into monitor mode....."
iwconfig $WLAN_INTERFACE mode monitor #設定指定無線網絡卡的工作模式為監聽

while [ $? -ne 0 ]
do
    iwconfig $WLAN_INTERFACE mode monitor
done
#確保指定無線網絡卡的工作模式為監聽

sleep $SLEEP_TIME
echo "Bringing $WLAN_INTERFACE up....."
ifconfig $WLAN_INTERFACE up  #啟動指定網路裝置/網絡卡

while [ $? -ne 0 ]
do
    ifconfig $WLAN_INTERFACE up
done
#確保啟動指定網路裝置/網絡卡

sleep $SLEEP_TIME
echo "Set channel $chn $bw....."

iw $WLAN_INTERFACE set channel $chn $bw #指定通道替換頻率

已有ubantu系統情況下，基本嘗試完所有指令碼還是無法接收到資料。最終決定重灌系統，按照幾位博主方法，最終實現monitor下接收CSI資料

下面記錄自己當時嘗試不同指令碼時遇到的一些問題：

1、兩臺主機，均設定為monitor模式

一臺主機用於傳送資料，傳送資料包介面如下

問題：雖然上面顯示一直在發資料，怎麼確定主機確實發出了資料？

另一臺從機用於接收資料，在生成的log.dat中沒有任何資料，從機介面如下：

我按照另一篇部落格的方法進行了如下操作，依然沒有接受到任何資料，生成的log.dat中沒有資料

①主從機的指令碼都能正常執行，為什麼log.dat中沒有存入資料

②主機ifconfig檢視傳送資料包傳送情況：顯示傳送資料為0

2、執行iw dev wlan0 interface add mon0 type monitor，提示命令錯誤沒有這樣的裝置（重啟裝置好像能解決問題）

3、iw mon0 set channel 64 HT20提示command failed：Device or resource busy（-16）

解決方法：

其實解決這個問題很簡單。如果對於kali linux系統熟悉的人一看提示就知道原因。根本原因就是網絡卡沒有開啟監聽模式（但是用iwconfig顯示網絡卡模式為監聽模式，不過用下面的方法後再執行上面的指令就沒有問題了）。只要我們開啟了監聽模式就解決的問題。只要輸入以下幾條指令開啟監聽模式就行了。

ifconfig wlan2mon(網絡卡名) down (先關閉網絡卡)

iwconfig wlan2mon mode monitor （把網絡卡的模式設為監聽）

ifconfig wlan2mon up （開啟網絡卡）

iwconfig wlan2mon (檢視網絡卡資訊。有沒有看到 Mode ：Monitor，有就OK了)

Monitor模式和AP模式下獲取WiFi的CSI訊號

目的：基於WiFi訊號的呼吸和心率檢測

CSI