去年夏天，我和妻子變賣(mài)了家產(chǎn)，帶著我們的兩只狗移居了夏威夷。這里有美麗的陽(yáng)光、溫暖的沙灘、涼爽的沖浪等你能想到的一切。我們同樣遇到了一些意料之外的事：WiFi 問(wèn)題。

不過(guò)，這不是夏威夷的問(wèn)題，而是我們租住公寓的問(wèn)題。我們住在一個(gè)單身公寓里，與房東的公寓僅一墻之隔。我們的租房協(xié)議中包含了免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)連接！好耶！只不過(guò)，它是由房東的公寓里的 WiFi 提供的，哇哦……

說(shuō)實(shí)話，它的效果還不錯(cuò)……吧？好吧，我承認(rèn)它不盡如人意，并且不知道是哪里的問(wèn)題。路由器明明就在墻的另一邊，但我們的信號(hào)就是很不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)連接。在家的時(shí)候，我們的 WiFi 路由器的信號(hào)能夠穿過(guò)層層墻壁和地板。事實(shí)上，它所覆蓋的區(qū)域比我們居住的 600 平方英尺（大約 55 平方米）的公寓還要大。

在這種情況下，一個(gè)優(yōu)秀的技術(shù)人員會(huì)怎么做呢？既然想知道為什么，當(dāng)然是開(kāi)始排查咯！

幸運(yùn)的是，我們?cè)诎峒抑安](méi)有變賣(mài)掉樹(shù)莓派 Zero W。它是如此小巧便攜! 我當(dāng)然就把它一起帶來(lái)了。我有一個(gè)機(jī)智的想法：通過(guò)樹(shù)莓派和它內(nèi)置的 WiFi 適配器，使用 Go 語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)小程序來(lái)測(cè)量并顯示從路由器收到的 WiFi 信號(hào)。我打算先簡(jiǎn)單快速地把它實(shí)現(xiàn)出來(lái)，以后再去考慮優(yōu)化。真是麻煩！我現(xiàn)在只想知道這個(gè) WiFi 是怎么回事！

谷歌搜索了一番后，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)比較有用的 Go 軟件包 ??mdlayher/wifi??，它專(zhuān)門(mén)用于 WiFi 相關(guān)操作，聽(tīng)起來(lái)很有希望！

獲取 WiFi 接口的信息

我的計(jì)劃是查詢 WiFi 接口的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并返回信號(hào)強(qiáng)度，所以我需要先找到設(shè)備上的接口。幸運(yùn)的是，??mdlayher/wifi??? 包有一個(gè)查詢它們的方法，所以我可以創(chuàng)建一個(gè) ??main.go?? 來(lái)實(shí)現(xiàn)它，具體代碼如下：

package main

import (
    "fmt"
    "github.com/mdlayher/wifi"
)

func main() {
    c, err := wifi.New()
    defer c.Close()

    if err != nil {
        panic(err)
    }

    interfaces, err := c.Interfaces()

    for _, x := range interfaces {
        fmt.Printf("%+v\n", x)
    }
}

讓我們來(lái)看看上面的代碼都做了什么吧！首先是導(dǎo)入依賴(lài)包，導(dǎo)入后，我就可以使用 ??mdlayher/wifi??? 模塊就在 ??main??? 函數(shù)中創(chuàng)建一個(gè)新的客戶端（類(lèi)型為 ??*Client???）。接下來(lái)，只需要調(diào)用這個(gè)新的客戶端（變量名為 ??c???）的 ??c.Interfaces()?? 方法就可以獲得系統(tǒng)中的接口列表。接著，我就可以遍歷包含接口指針的切片（變長(zhǎng)數(shù)組），然后打印出它們的具體信息。

注意到 ??%+v??? 中有一個(gè) ??+??? 了嗎？它意味著程序會(huì)詳細(xì)輸出 ??*Interface?? 結(jié)構(gòu)體中的屬性名，這將有助于我標(biāo)識(shí)出我看到的東西，而不用去查閱文檔。

運(yùn)行上面的代碼后，我得到了機(jī)器上的 WiFi 接口列表：

&{Index:0 Name: HardwareAddr:5c:5f:67:f3:0a:a7 PHY:0 Device:3 Type:P2P device Frequency:0}
&{Index:3 Name:wlp2s0 HardwareAddr:5c:5f:67:f3:0a:a7 PHY:0 Device:1 Type:station Frequency:2412}

注意，兩行輸出中的 MAC 地址（??HardwareAddr???）是相同的，這意味著它們是同一個(gè)物理硬件。你也可以通過(guò) ??PHY: 0??? 來(lái)確認(rèn)。查閱 Go 的 ??wifi 模塊文檔???，??PHY?? 指的就是接口所屬的物理設(shè)備。

第一個(gè)接口沒(méi)有名字，類(lèi)型是 ??TYPE: P2P???。第二個(gè)接口名為 ??wpl2s0???，類(lèi)型是 ??TYPE: Station???。??wifi??? 模塊的文檔列出了 ??不同類(lèi)型的接口???，以及它們的用途。根據(jù)文檔，??P2P???（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸） 類(lèi)型表示“該接口屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)客戶端網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備”。我認(rèn)為這個(gè)接口的用途是 ??WiFi 直連?? ，這是一個(gè)允許兩個(gè) WiFi 設(shè)備在沒(méi)有中間接入點(diǎn)的情況下直接連接的標(biāo)準(zhǔn)。

??Station??（基站）類(lèi)型表示“該接口是具有控制接入點(diǎn)controlling access point的客戶端設(shè)備管理的基本服務(wù)集basic service set（BSS）的一部分”。這是大眾熟悉的無(wú)線設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)功能：作為一個(gè)客戶端來(lái)連接到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。這是測(cè)試 WiFi 質(zhì)量的重要接口。

利用接口獲取基站信息

利用該信息，我可以修改遍歷接口的代碼來(lái)獲取所需信息：

for _, x := range interfaces {
    if x.Type == wifi.InterfaceTypeStation {
        // c.StationInfo(x) returns a slice of all
        // the staton information about the interface
        info, err := c.StationInfo(x)
        if err != nil {
            fmt.Printf("Station err: %s\n", err)
        }
        for _, x := range info {
            fmt.Printf("%+v\n", x)
        }
    }
}

首先，這段程序檢查了 ??x.Type???（接口類(lèi)型）是否為 ??wifi.InterfaceTypeStation???，它是一個(gè)基站接口（也是本練習(xí)中唯一涉及到的類(lèi)型）。不幸的是名字出現(xiàn)了沖突，這個(gè)接口“類(lèi)型”并不是 Golang 中的“類(lèi)型”。事實(shí)上，我在這里使用了一個(gè)叫做 ??interfaceType?? 的 Go 類(lèi)型來(lái)代表接口類(lèi)型。呼，我花了一分鐘才弄明白！

然后，假設(shè)接口的類(lèi)型正確，我們就可以調(diào)用 ??c.StationInfo(x)??? 來(lái)檢索基站信息，??StationInfo()??? 方法可以獲取到關(guān)于這個(gè)接口 ??x?? 的信息。

這將返回一個(gè)包含 ??*StationInfo??? 指針的切片。我不大確定這里為什么要用切片，或許是因?yàn)榻涌诳赡芊祷囟鄠€(gè) ??StationInfo???？不管怎么樣，我都可以遍歷這個(gè)切片，然后使用之前提到的 ??+%v??? 技巧格式化打印出 ??StationInfo?? 結(jié)構(gòu)的屬性名和屬性值。

運(yùn)行上面的程序后，我得到了下面的輸出：

&{HardwareAddr:70:5a:9e:71:2e:d4 Connected:17m10s Inactive:1.579s ReceivedBytes:2458563 TransmittedBytes:1295562 ReceivedPackets:6355 TransmittedPackets:6135 ReceiveBitrate:2000000 TransmitBitrate:43300000 Signal:-79 TransmitRetries:2306 TransmitFailed:4 BeaconLoss:2}

我感興趣的是 ??Signal???（信號(hào)）部分，可能還有 ??TransmitFailed???（傳輸失敗）和 ??BeaconLoss??（信標(biāo)丟失）部分。信號(hào)強(qiáng)度是以 dBm（分貝-毫瓦decibel-milliwatts）為單位來(lái)報(bào)告的。

簡(jiǎn)短科普：如何讀懂 WiFi dBm

根據(jù) ??MetaGeek?? 的說(shuō)法：

• -30 最佳，但它既不現(xiàn)實(shí)也沒(méi)有必要
• -67 非常好，它適用于需要可靠數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膽?yīng)用，例如流媒體
• -70 還不錯(cuò)，它是實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牡拙€，適用于電子郵件和網(wǎng)頁(yè)瀏覽
• -80 很差，只是基本連接，數(shù)據(jù)包傳輸不可靠
• -90 不可用，接近“背景噪聲noise floor”

注意：dBm 是對(duì)數(shù)尺度，-60 比 -30 要低 1000 倍。

使它成為一個(gè)真的“掃描器”

所以，看著上面輸出顯示的我的信號(hào)：-79。哇哦，感覺(jué)不大好呢。不過(guò)單看這個(gè)結(jié)果并沒(méi)有太大幫助，它只能提供某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的參考，只對(duì) WiFi 網(wǎng)絡(luò)適配器在特定物理空間的某一瞬間有效。一個(gè)連續(xù)的讀數(shù)會(huì)更有用，借助于它，我們觀察到信號(hào)隨著樹(shù)莓派的移動(dòng)而變化。我可以再次修改 ??main?? 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

var i *wifi.Interface

for _, x := range interfaces {
    if x.Type == wifi.InterfaceTypeStation {
        // Loop through the interfaces, and assign the station
        // to var x
        // We could hardcode the station by name, or index,
        // or hardwareaddr, but this is more portable, if less efficient
        i = x
        break
    }
}

for {
    // c.StationInfo(x) returns a slice of all
    // the staton information about the interface
    info, err := c.StationInfo(i)
    if err != nil {
        fmt.Printf("Station err: %s\n", err)
    }

    for _, x := range info {
        fmt.Printf("Signal: %d\n", x.Signal)
    }

    time.Sleep(time.Second)
}

首先，我命名了一個(gè) ??wifi.Interface??? 類(lèi)型的變量 ??i??。因?yàn)樗谘h(huán)的范圍外，所以我可以用它來(lái)存儲(chǔ)接口信息。循環(huán)內(nèi)創(chuàng)建的任何變量在該循環(huán)的范圍外都是不可訪問(wèn)的。

然后，我可以把這個(gè)循環(huán)一分為二。第一個(gè)遍歷了 ??c.Interfaces()??? 返回的接口切片，如果元素是一個(gè) ??Station??? 類(lèi)型，它就將其存儲(chǔ)在先前創(chuàng)建的變量 ??i?? 中，并跳出循環(huán)。

第二個(gè)循環(huán)是一個(gè)死循環(huán)，它將不斷地運(yùn)行，直到我按下 ??Ctrl + C?? 來(lái)結(jié)束程序。和之前一樣，這個(gè)循環(huán)內(nèi)部獲取接口信息、檢索基站信息，并打印出信號(hào)信息。然后它會(huì)休眠一秒鐘，再次運(yùn)行，反復(fù)打印信號(hào)信息，直到我退出為止。

運(yùn)行上面的程序后，我得到了下面的輸出：

[chris@marvin wifi-monitor]$ go run main.go
Signal: -81
Signal: -81
Signal: -79
Signal: -81

哇哦，感覺(jué)不妙。

繪制公寓信號(hào)分布圖

不管怎么說(shuō)，知道這些信息總比不知道要好。讓樹(shù)莓派連接上顯示器或者電子墨水屏，并接上電源，我就可以讓它在公寓里移動(dòng)，并繪制出信號(hào)死角的位置。

劇透一下：由于房東的接入點(diǎn)在隔壁的公寓里，對(duì)我來(lái)說(shuō)最大的死角是以公寓廚房的冰箱為頂點(diǎn)的一個(gè)圓錐體形狀區(qū)域......這個(gè)冰箱與房東的公寓靠著一堵墻！

我想如果用《龍與地下城》里的黑話來(lái)說(shuō)，它就是一個(gè)“沉默之錐Cone of Silence”?；蛘咧辽偈且粋€(gè)“糟糕的網(wǎng)絡(luò)連接之錐Cone of Poor Internet”。

總之，這段代碼可以直接在樹(shù)莓派上運(yùn)行 ??go build -o wifi_scanner??? 來(lái)編譯，得到的二進(jìn)制文件 ??wifi_scanner?? 可以運(yùn)行在其他同樣的ARM 設(shè)備上。另外，它也可以在常規(guī)系統(tǒng)上用正確的 ARM 設(shè)備庫(kù)進(jìn)行編譯。

祝你掃描愉快！希望你的 WiFi 路由器不在你的冰箱后面！你可以在 ??我的 GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)?? 中找到這個(gè)項(xiàng)目所用的代碼。