Monitor模式和AP模式下获取WiFi的CSI信号_使用intel 5300网卡监听

目的：基于WiFi信号的呼吸和心率检测

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说明：

1、自己的一点实践记录，可能有很多地方写的不好或者不对，望指正

2、获取到的CSI数据处理过程：https://blog.csdn.net/qq_20386411/article/details/83384614

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CSI

是衡量信道情况的信道状态信息（Channel State Information）,属于PHY层，来自OFDM系统下解码的子载波。CSI是细粒度的物理信息，对环境更加敏感，所以应用于动作识别，手势识别，击键识别，跟踪等领域

CSI由无线信号传播过程中的动态成分和静态成分组成，静态成分包括LOS和静止的物体，动态成分就是人的呼吸

 

RSS（接收信号强度）采用OFMD（正交频分复用）得到56个子载波（CSI数据为56个子载波的数据）

CSI相位差数据是和呼吸频率相同的周期信号

每一组CSI值描述了子载波的振幅和相位以及其它一些关于子信道的信息，若环境中存在人活着人的运动，这会影响到WIFI信号的传播路径，所有子载波的CSI值都会被影响。CSI揭示了信道接收信号所经历的特征，例如多径效应，阴影衰落和失真

 

 

频域下的信道模型

求信道状态信息就是求信道矩阵H

无线信道一般用信道的冲击响应（Channel Impulse Response，CIR）来对信道的多径效应进行描述，在线性时不变的假设条件下，信道冲击响应可用下式表示：

 

专业术语

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）技术：指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量（MIMO technology is utilized toextend the complementarity property to commodity WiFi.两个主机非同步问题导致接收主机接收的信号产生相位偏移，最直观的 就是是幅度和相位图像不能互补）

NIC：网络接口卡（5300网卡），Intel 5300 NIC只能反映出CSI56个子载波中的30个

OFDM（orthogonal frequency division modulation）：总频谱被划分为多个正交的子载波，无线数据使用相同的调制和编码方法在子载波上传输（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：信道频率响应，The CSI represents the Channel Frequency Response (CFR) for each subcarrier between transmit-receive antenna pairs

 

实验工具：

主机2台，intel 5300网卡

两台主机均安装12.04Ubantu系统

简化版的CIS Tool安装包：intel-5300-csi-github-master

UltralSO软件：用于制作ubantu的U盘

Sublime text压缩包：利用其全局搜索功能检索connector_log.再利用gedit修改其值（其实可以手动找到对应位置修改）

 

安装ubantu系统：

清华PDF上指定的11.04ubantu系统，用U盘无法安装

改为12.04的ubantu系统后，用U盘可以安装

ubantu12.04系统下载链接：http://releases.ubuntu.com/12.04/

 

1、12.04ubantu U盘制作方法：

参考链接：https://jingyan.baidu.com/article/a3761b2b66fe141577f9aa51.html

PC上安装UltralSO软件，插入格式化后的U盘

打开ubantu的ISO文件，启动-写入硬盘映像-便捷启动-选择sylinux

这样含有ubantu系统的U盘制作完成，接下来就需要把系统装在主机上

 

U盘插入主机，通过U盘来启动:

主机插入U盘，打开主机，在出现界面前按下F12，直接选择U盘那个选项，然后再选择install ubantu（当时安装时，前面还有一个选项install ubantu without....，自己选的第二个选项install ubantu）

 

2、安装ubantu：参考链接https://blog.csdn.net/baolibin528/article/details/43061983

注意：进入语言选择界面，先把无线网连上

 

安装CSI Tool集成包：intel-5300-csi-github-master（简化版的集成包）

参考链接：https://blog.csdn.net/u014645508/article/details/81359409（很详细，谢谢博主的填坑）

注意：

第1步：安装完成后，需要登录用户名输入密码，否则执行第一步执行后没有权限

第2步：这一步不知道在哪里修改（没有进行）

第4步：-y前有个空格

第7步：注意是下载精简版的 intel-5300-csi-github-master.tar.gz，进行安装

第10步：一路按回车，按住回车不动半分钟 

第11步：弹出的窗口先save再exit

第12步：直接用的make -j5来运行的（j5要快一些）

第16步：注意执行结果

第17.18步好像没有任何提示

第22、23、24没有任何提示

第30步：修改log_to_file，能获取以时间戳命名csi的dat文件

 

修改驱动：必须修改，否则之后的脚本要多写几行命令设置参数，不修改也可能影响到数据的接收

打开sublime text用于搜索关键字，where选择路径时，点击最右边的add florder

修改驱动执行priv->connector_log=1;这个保存时怎么保存的？装第二个系统cd到mian.c时发现无法找到，直接手动打开main.c修改的

cd intel-5300-csi-github这里必须先到cd intel-5300-csi-github-master文件夹（安装在那个文件夹就先cd到那个文件夹）

 

 

获取CSI数据

主机获取CSI数据的两种方法：AP模式和Monitor模式。CSI支持的四种工作模式

 

AP模式获取CSI数据：

1、工具

一台主机

一个没有设置密码的路由器（手机开热点是收不到数据的/连接实验室无线网一样收不到数据）

2、AP模式下主机接收数据包，参考链接https://blog.csdn.net/u014645508/article/details/81359409

sudo ping 192.168.1.1 -i 0.05

ping后面接的是路由器的IP地址，i后面的参数是ping时间间隔，单位是秒。间隔小于0.2s需要root权限。

在主机中开启另一个终端，运行log_to_file记录CSI

3、实验结果：

主机连接没有密码的路由器

主机ping路由器的IP后，能看到如下界面：

打开新的终端，cd到netlink文件夹，保存数据，能看到如下界面：

 

 

monitor模式获取CSI数据

1、monitor优点：

使用AP模式的缺陷在于ping 命令速度比较慢，且不能精确控制发送的参数，比如接收的包数量是不可控的。Monitor模式比ap模式更加稳定，可以发送指定数量的包，可以设置发送包之间的间隔，以及信道和带宽

2、工具：

2台安装Intel 5300网卡的电脑

两台主机均需安装lorcon：在终端中通过指令安装lorcon，参考链接：

3、实现方法：https://blog.csdn.net/u014645508/article/details/82993718?utm_source=blogxgwz1（同样感谢博主的填坑）

 

注：按照博客的方法

运行脚本可能会出现权限不够的问题

解决方法：sudo sh setup_inject.sh wlan0 64 HT20(当时用的64信道，HT20这两个是参数，参数会被传入setup_inject文件)

4、实验结果：

发送数据包的主机显示界面如下，这里只发送了100k的数据包：

接收数据包的从机界面如下：

注：和博客的执行顺序相同，先运行的从机程序，从机脚本运行后会一直等待准备接收数据，直到主机开始发送数据

 

接收不到的可能原因：

1、安装完ubantu系统后，进入错误的内核导致无法收到数据。（安装完系统，开机会有多个选项（这里必须注释掉对应处的一行指令开机才会出现多个选项），选择4.2.0版本进入。之前就是因为没有注意这一点，走了2天的弯路）

2、

• 也是设置的monitor模式，可为什么receiver接收不到任何数据呢

•  接不到数据一般都是模式没设置好的原因，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 这步的参数不对也接不了

3、除了我们刚装好的电脑A作为client之外，我们需要另一台电脑B来开软AP，该电脑需装有可开启AP功能及支持80211n的网卡，5300网卡貌似不行，因为理论上它已经被阉割了开启AP的功能（这个是用另一个主机开的软AP，这个方法自己没有实现过）

4、安装很顺利：最终还是没有在终端看到打印的收到数据的提示

尝试过主机连接实验室的WiFi，无法收到数据

尝试过主机连接没密码的手机热点，无法收到数据

连接没有密码的路由器，就可以收到数据了

 

出现过的问题：

1、提示操作不允许时，加上sudo

2、使用tx.sh中设置速率时，出现权限不够的问题，su解决

su也无法解决时使用chmod 777 后面应该加上文件名（这种情况只适合打开脚本文件）

可以加上sudo sh -c ‘ ’来解决权限问题
sudo sh -c 'echo "This is testPage." >/usr/local/nginx/html/index.html'

注：sudo：echo命令是属于root用户的权限，但是我之前一直以为加个sudo就能够获取到root的全部权限，现在才发现这是不对的。使用sudo命令后，获取到的只是root的一部分权限。

3、设置信道的时候出现invalid argument

原始是：主机开机后能直接连接实验室的无线网，通过ifconfig可以看到发送和接收包的个数（原始模式为managed模式）

设置为mon0后能发包，但是发送数据包处显示0

执行shell脚本后，主机被设置为monitor模式

这里是0的原因可能是因为：不是无限连接模式，不会有发包的显示（？）

 

Ubantu系统中的指令操作

参考链接：https://www.cnblogs.com/nucdy/p/5251659.html

1、打开文件夹

打开某个文件：cd /文件名/

若是文件夹下的某个文件，cd /home/t2/.../injection/,最后一定要加上/

2、执行文件sh脚本（shell脚本）

sh 文件名.sh或者./脚本名

3、直接输入首字母按下tal键会自动补全，重复上一步操作，直接按下向上的箭头

4、ctr+c结束操作

5、ctr+alt+T打开一个新终端（终端可以同时打开多个）

6、sudo：echo命令是属于root用户的权限，但是我之前一直以为加个sudo就能够获取到root的全部权限，现在才发现这是不对的。使用sudo命令后，获取到的只是root的一部分权限。

7、cd ~回到根目录下

8、echo的作用就是print的作用，用于将内容打印在终端界面上

9、iwconfig查看无线网卡设置的名称（如wlan0）    ifconfig查看发包收包的具体信息

这里删除了wlan0，添加了mon0

 

 

脚本指令含义

sleep 10暂停10s

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

第三个命令为发送包，第一个参数为包的数量，第二个参数为包的大小，第三个参数为模式选择，设为1即可，还可设置第四个参数：发送时间间隔，单位为us

发送脚本：

#!/usr/bin/sudo /bin/bash
service network-manager stop #停止network-manager服务 
 
WLAN_INTERFACE=$1 #$1第一个输入参数
SLEEP_TIME=2
 
modprobe iwlwifi debug=0x40000 #modprobe载入指定模块
 
if [ "$#" -ne 3 ];  # $#传递给脚本的参数个数 -ne不等于
then
	echo "Going to use default settings!"
	chn=64
	bw=HT20
else
	chn=$2
	bw=$3
fi
#决定参数
 
sleep $SLEEP_TIME
ifconfig $WLAN_INTERFACE 2>/dev/null 1>/dev/null #查看网络设备配置 重新定向标准错误输出
 
while [ $? -ne 0 ] # $?上个命令的退出状态，或函数的返回值，大部分命令执行成功会返回 0，失败返回 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 #添加监听模式的接口
 
sleep $SLEEP_TIME
echo "Bringing $WLAN_INTERFACE down....."
ifconfig $WLAN_INTERFACE down #关闭指定网络设备/网卡
 
while [ $? -ne 0 ]
do
	ifconfig $WLAN_INTERFACE down
done
#确保关闭指定网络设备/网卡
 
sleep $SLEEP_TIME
echo "Bringing mon0 up....."
ifconfig mon0 up #启动mon0
 
 
while [ $? -ne 0 ]
do
	ifconfig mon0 up
done
#确保mon0启动
 
sleep $SLEEP_TIME
echo "Set channel $chn $bw....."
iw mon0 set channel $chn $bw #指定信道替换频率

接收脚本： 

#!/usr/bin/sudo /bin/bash
service network-manager stop #停止network-manager服务 
 
SLEEP_TIME=2
 
WLAN_INTERFACE=$1  #$1第一个输入参数
 
if [ "$#" -ne 3 ]; # $#传递给脚本的参数个数 -ne不等于
then 
	echo "Going to use default settings!" #显示字符串
	chn=64
	bw=HT20
else
	chn=$2
	bw=$3
fi
#决定参数
 
echo "Bringing $WLAN_INTERFACE down....."
ifconfig $WLAN_INTERFACE down #关闭指定网络设备/网卡 由参数1决定
 
while [ $? -ne 0 ] # $?上个命令的退出状态，或函数的返回值，大部分命令执行成功会返回 0，失败返回 1
do
    ifconfig $WLAN_INTERFACE down
done
#确保关闭指定网络设备/网卡
 
sleep $SLEEP_TIME
echo "Set $WLAN_INTERFACE into monitor mode....."
iwconfig $WLAN_INTERFACE mode monitor #设置指定无线网卡的工作模式为监听
 
while [ $? -ne 0 ]
do
    iwconfig $WLAN_INTERFACE mode monitor
done
#确保指定无线网卡的工作模式为监听
 
sleep $SLEEP_TIME
echo "Bringing $WLAN_INTERFACE up....."
ifconfig $WLAN_INTERFACE up  #启动指定网络设备/网卡
 
while [ $? -ne 0 ]
do
    ifconfig $WLAN_INTERFACE up
done
#确保启动指定网络设备/网卡
 
sleep $SLEEP_TIME
echo "Set channel $chn $bw....."
 
iw $WLAN_INTERFACE set channel $chn $bw #指定信道替换频率
 

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已有ubantu系统情况下，基本尝试完所有脚本还是无法接收到数据。最终决定重装系统，按照几位博主方法，最终实现monitor下接收CSI数据

下面记录自己当时尝试不同脚本时遇到的一些问题：

1、两台主机，均设置为monitor模式

一台主机用于发送数据，发送数据包界面如下

问题：虽然上面显示一直在发数据，怎么确定主机确实发出了数据？

另一台从机用于接收数据，在生成的log.dat中没有任何数据，从机界面如下：

我按照另一篇博客的方法进行了如下操作，依然没有接受到任何数据，生成的log.dat中没有数据

 

①主从机的脚本都能正常运行，为什么log.dat中没有存入数据

②主机ifconfig查看发送数据包发送情况：显示发送数据为0

 

2、执行iw dev wlan0 interface add mon0 type monitor，提示命令错误没有这样的设备（重启设备好像能解决问题）

 

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

解决方法：

其实解决这个问题很简单。如果对于kali linux系统熟悉的人一看提示就知道 原因。根本原因就是网卡没有开启监听模式（但是用iwconfig显示网卡模式为监听模式，不过用下面的方法后再执行上面的指令就没有问题了）。只要我们开启了监听模式就解决的问题。只要输入以下几条指令开启监听模式就行了。

ifconfig wlan2mon(网卡名)  down  (先关闭网卡)

iwconfig wlan2mon mode monitor  （把网卡的模式设为监听）

ifconfig wlan2mon up    （开启网卡）

iwconfig wlan2mon (查看网卡信息。有没有看到 Mode ：Monitor，有就OK了)