WiFi技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

WiFi技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

摘要：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正快速進(jìn)入家庭。本文通過(guò)對(duì)幾種無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)的比較，說(shuō)明了WiFi在組建家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)所擁有的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。并詳細(xì)介紹了基于WiFi技術(shù)、以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并著重從家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電方面對(duì)基于WiFi的家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了分析，討論了一些具體實(shí)施時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。最后對(duì)基于WiFi的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：WiFi家庭網(wǎng)絡(luò)家庭網(wǎng)關(guān)Intemet的迅速發(fā)展，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。人們的日常生活已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)習(xí)慣了在網(wǎng)上炒股、購(gòu)物、查詢(xún)賬目、繳費(fèi)和搜索資料。人們迫切希望能夠任何時(shí)間、在任何地方使用網(wǎng)絡(luò)。很顯然，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是最佳的選擇。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的手機(jī)、筆記本電腦等支持WiFi的終端產(chǎn)品越來(lái)越流行。而基于WiFi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為了最為普及的無(wú)線組網(wǎng)形式。在家庭中，如果我們能把現(xiàn)有的家用電器以及電子產(chǎn)品以某種形式連成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，并將其連入Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度，那將是多么令人愜意的事情啊11．無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)1.1WiFi、HomeRF和Bluetooth目前，用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（藍(lán)牙）。它們都工作在2.4CHz頻段。該頻段全球開(kāi)放，即不用申請(qǐng)就可以在世界的任何地方使用這一頻段進(jìn)行通信。1.1.1WiFiWiFi(WirelessFidelity，無(wú)線保真技術(shù))即IEEE802.11協(xié)議。是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。WiFi的第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層（MAC層）和物理層。規(guī)定了無(wú)線局域網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本傳輸介質(zhì)，規(guī)范了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問(wèn)層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴(kuò)頻)或FSSS(調(diào)頻擴(kuò)頻)技術(shù)。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標(biāo)準(zhǔn)。其傳輸速率最高可達(dá)54Mbps。能夠廣泛支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音和多媒體等業(yè)務(wù)。1.1.2HomeRFHomeRF是專(zhuān)門(mén)為家庭用戶(hù)設(shè)計(jì)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，由HomeRF工作組開(kāi)發(fā)。能夠提供lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻擴(kuò)譜方式、時(shí)分多址(TDMA)和載波監(jiān)聽(tīng)多重訪問(wèn)沖突避免(CSMA/CA)等技術(shù)，通過(guò)家庭中的一臺(tái)主機(jī)在移動(dòng)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信。HomeRF提供了與TCP，IP良好的集成，支持廣播、多播和48位lP地址。但是HomeRF開(kāi)放性不好，而且技術(shù)本身還存在抗干擾性差等缺點(diǎn)。1.1.3Bluetooth(藍(lán)牙)Bluetooth（藍(lán)牙）是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動(dòng)電話(huà)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到計(jì)算機(jī)和通信的更加緊密的連接，提供隨時(shí)隨地的數(shù)據(jù)信息的交換和傳輸。傳輸速率lMbps。它有限的帶寬和較小的傳輸距離無(wú)法滿(mǎn)足人們?nèi)粘?yīng)用的需求。1.2WiFi的優(yōu)勢(shì)1)無(wú)線電波的覆蓋范圍廣。藍(lán)牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15米左右，而WiFi的半徑可達(dá)100米。甚至可以覆蓋整棟大樓。2)WiFi的傳輸速度很快，最高可達(dá)54Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，允許用戶(hù)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地享受諸如網(wǎng)上證券、視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)游戲等一系列寬帶信息增值服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。5)WiFi應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍。支持WiFi的電子產(chǎn)品越來(lái)越多，像手機(jī)、MP4、電腦等，基本上已經(jīng)成為了主流標(biāo)準(zhǔn)配置。而且由于WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠很好地實(shí)現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，適合充當(dāng)家庭中的主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，家里的其他具備WiFi功能的設(shè)備，如電視機(jī)、影碟機(jī)、數(shù)字音響、數(shù)碼相框、照相機(jī)等，都可以通過(guò)WiFi建立通信連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭的數(shù)字化與無(wú)線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。2．WiFil作方式WiFi定義了兩種類(lèi)型的設(shè)備。一種是無(wú)線站。通常通過(guò)一臺(tái)PC機(jī)加上一塊無(wú)線網(wǎng)卡構(gòu)成。另一種稱(chēng)為無(wú)線接入點(diǎn)(Ac-cessPoint，AP)，它的作用是提供無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接。一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)通常由一個(gè)無(wú)線輸出口和一個(gè)有線的網(wǎng)絡(luò)接口（802.3接口）構(gòu)成，橋接軟件符合802.ld橋接協(xié)議。接入點(diǎn)就像是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)無(wú)線基站，將多個(gè)無(wú)線的接入站聚合到有線的網(wǎng)絡(luò)上。WiFi定義了兩種模式：infrastructure模式和adhoc模式。m-frastructure模式，即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)至少有一個(gè)和有線網(wǎng)絡(luò)連接的無(wú)線接入點(diǎn)，還包括一系列無(wú)線的終端站。由于很多用戶(hù)需要訪問(wèn)有線網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備或服務(wù)，所以基本上都會(huì)采用這種模式。adhoc模式，也稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式（peartopear模式）或IBSS(In-dependentBasicServiceSet).3．家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的WiFi的實(shí)現(xiàn)3.1以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部Intemet相連互通，在家庭內(nèi)網(wǎng)和外部Internet之間需要一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)是整個(gè)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分，它一方面完成家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，并且同外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另一方面還負(fù)責(zé)對(duì)家庭中網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行管理和控制。家庭中的網(wǎng)絡(luò)終端也通過(guò)這個(gè)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)連通。實(shí)現(xiàn)交互和信息共享。同時(shí)，該網(wǎng)關(guān)還應(yīng)有防火墻能力，能夠避免外界網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的非法訪問(wèn)和攻擊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。3.2WiFi技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)在家庭網(wǎng)絡(luò)中，WiFi主要應(yīng)用在各種信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)上。我們可以使用個(gè)人電腦、手持網(wǎng)絡(luò)終端或者遙控器與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，并通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)各種信息家電實(shí)施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶(hù)一服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)充當(dāng)服務(wù)器的角色，控制設(shè)備對(duì)各種信息家電的控制也通過(guò)網(wǎng)關(guān)完成。這樣有利于實(shí)現(xiàn)胖服務(wù)器—瘦客戶(hù)端的結(jié)構(gòu)。3.2.1家庭網(wǎng)關(guān)模塊家庭網(wǎng)關(guān)是我們整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心部件。所有的信息家電以及控制設(shè)備都要連接到這個(gè)網(wǎng)關(guān)上。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還要與外部Intemet互連。那么網(wǎng)關(guān)需要實(shí)現(xiàn)WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應(yīng)用和圖形用戶(hù)界面。完成此功能的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示。其應(yīng)用層采用統(tǒng)一設(shè)備管理協(xié)議(UniversalDeviceControlProtocol，UDCP)，用來(lái)進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的添加、刪除、狀態(tài)查詢(xún)、參數(shù)配置等管理和控制。UDPC采用客戶(hù)一服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端位各信息家電和控制設(shè)備，客戶(hù)為家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)基于嵌入式Linux進(jìn)行架構(gòu)。由嵌入式Unux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)WiFi功能，并提供圖形用戶(hù)界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應(yīng)用。用戶(hù)可以通過(guò)身份鑒別后登錄家庭網(wǎng)關(guān)，并使用系統(tǒng)提供的圖形控制界面對(duì)信息家電進(jìn)行控制和管理。家庭網(wǎng)關(guān)同時(shí)支持嵌入式Web服務(wù)器。當(dāng)我們合法登錄后，就可以使用該服務(wù)器提供的Web頁(yè)面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的各種信息家電進(jìn)行管理和控制。嵌入式的Web服務(wù)器可選用boa，它是嵌入式Lmux下應(yīng)用最為廣泛的HTTP服務(wù)器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術(shù)進(jìn)行服務(wù)器端的擴(kuò)展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)CCI程序。3.2.2信息家電模塊信息家電上的WiFi功能有兩種實(shí)現(xiàn)模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態(tài)?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多家用電器比如電視機(jī)、DVD等都已經(jīng)具備了此功能。第二種是對(duì)原本不帶WiFi功能的家用電器進(jìn)行WiFi擴(kuò)展。可選用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應(yīng)的開(kāi)發(fā)包進(jìn)行相關(guān)擴(kuò)展。由于信息家電的高端功能都由家庭網(wǎng)關(guān)來(lái)完成，所以可以不用實(shí)現(xiàn)WiFi的上層協(xié)議，只實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。信息家電將自身采集到的各種狀態(tài)信息傳遞給其自身的或者是擴(kuò)展的微控制器，微控制器接收到這些數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)換成UDCP報(bào)文，并通過(guò)WiFi模塊將其發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。同時(shí)，信息家電還通過(guò)WiFi模塊接受來(lái)自家庭網(wǎng)關(guān)的信息，處理后轉(zhuǎn)換成對(duì)家電的控制或查詢(xún)，并將其隨后的狀態(tài)信息由WiFi模塊反饋給家庭網(wǎng)關(guān)。4．結(jié)束語(yǔ)現(xiàn)在越來(lái)越多的家用電器及電子產(chǎn)品開(kāi)始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關(guān)軟件的發(fā)展將會(huì)使家用電器完成功能上的飛躍。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將各種家電連接，可實(shí)現(xiàn)功能上的重構(gòu)和資源的再配置。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和推廣，將家庭中的各種帶有網(wǎng)絡(luò)功能的家用電器通過(guò)無(wú)線技術(shù)連接成局域網(wǎng)絡(luò)，并與外部Internet相連，構(gòu)成智能化、多功能的現(xiàn)代家居智能系統(tǒng)將會(huì)成為新的流行趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)：[1]唐思敏．WIFI技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]，福建電腦．2009，(10):59-60．[2]ANSl/lEEEStd.802.ll，WirelessLANMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)specifications[S].1999.[3]陳文周.WiFi技術(shù)研究及應(yīng)用[J]．福建電腦，2008，2：13-16.[4]呂曉奕，孟昭鵬，舒炎泰．基于802-llb標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局