WiFi技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡中的應用分析

WiFi技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡中的應用分析

摘要：無線網(wǎng)絡正快速進入家庭。本文通過對幾種無線組網(wǎng)技術(shù)的比較，說明了WiFi在組建家庭無線網(wǎng)絡時所擁有的無可比擬的優(yōu)勢。并詳細介紹了基于WiFi技術(shù)、以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭無線網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，并著重從家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電方面對基于WiFi的家庭無線網(wǎng)絡的應用架構(gòu)和實現(xiàn)原理進行了分析，討論了一些具體實施時的關(guān)鍵技術(shù)。最后對基于WiFi的無線網(wǎng)絡的發(fā)展和應用前景進行了展望。關(guān)鍵詞：WiFi家庭網(wǎng)絡家庭網(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)越來越離不開網(wǎng)絡?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)習慣了在網(wǎng)上炒股、購物、查詢賬目、繳費和搜索資料。人們迫切希望能夠任何時間、在任何地方使用網(wǎng)絡。很顯然，無線網(wǎng)絡是最佳的選擇。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的手機、筆記本電腦等支持WiFi的終端產(chǎn)品越來越流行。而基于WiFi標準的無線網(wǎng)絡成為了最為普及的無線組網(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線網(wǎng)絡，進行統(tǒng)一的管理和控制，并將其連入Internet進行遠程調(diào)度，那將是多么令人愜意的事情啊11．無線組網(wǎng)技術(shù)1.1WiFi、HomeRF和Bluetooth目前，用于實現(xiàn)無線組網(wǎng)的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（藍牙）。它們都工作在2.4CHz頻段。該頻段全球開放，即不用申請就可以在世界的任何地方使用這一頻段進行通信。1.1.1WiFiWiFi(WirelessFidelity，無線保真技術(shù))即IEEE802.11協(xié)議。是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。WiFi的第一個版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層（MAC層）和物理層。規(guī)定了無線局域網(wǎng)的基本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和基本傳輸介質(zhì)，規(guī)范了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴頻)或FSSS(調(diào)頻擴頻)技術(shù)。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標準。其傳輸速率最高可達54Mbps。能夠廣泛支持數(shù)據(jù)、圖像、語音和多媒體等業(yè)務。1.1.2HomeRFHomeRF是專門為家庭用戶設計的無線局域網(wǎng)技術(shù)，由HomeRF工作組開發(fā)。能夠提供lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻擴譜方式、時分多址(TDMA)和載波監(jiān)聽多重訪問沖突避免(CSMA/CA)等技術(shù)，通過家庭中的一臺主機在移動數(shù)據(jù)和語音設備之間實現(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開放性不好，而且技術(shù)本身還存在抗干擾性差等缺點。1.1.3Bluetooth(藍牙)Bluetooth（藍牙）是一種短距離無線通信技術(shù)，可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動電話用無線網(wǎng)絡聯(lián)系起來，達到計算機和通信的更加緊密的連接，提供隨時隨地的數(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法滿足人們?nèi)粘玫男枨蟆?.2WiFi的優(yōu)勢1)無線電波的覆蓋范圍廣。藍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54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。在網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)，允許用戶在任何時間、任何地點訪問網(wǎng)絡，隨時隨地享受諸如網(wǎng)上證券、視頻點播(VOD)、遠程教育、遠程醫(yī)療、視頻會議、網(wǎng)絡游戲等一系列寬帶信息增值服務，并實現(xiàn)移動辦公。5)WiFi應用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍。支持WiFi的電子產(chǎn)品越來越多，像手機、MP4、電腦等，基本上已經(jīng)成為了主流標準配置。而且由于WiFi網(wǎng)絡能夠很好地實現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的網(wǎng)絡覆蓋，適合充當家庭中的主導網(wǎng)絡，家里的其他具備WiFi功能的設備，如電視機、影碟機、數(shù)字音響、數(shù)碼相框、照相機等，都可以通過WiFi建立通信連接，實現(xiàn)整個家庭的數(shù)字化與無線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。2．WiFil作方式WiFi定義了兩種類型的設備。一種是無線站。通常通過一臺PC機加上一塊無線網(wǎng)卡構(gòu)成。另一種稱為無線接入點(Ac-cessPoint，AP)，它的作用是提供無線和有線網(wǎng)絡之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網(wǎng)絡接口（802.3接口）構(gòu)成，橋接軟件符合802.ld橋接協(xié)議。接入點就像是無線網(wǎng)絡的一個無線基站，將多個無線的接入站聚合到有線的網(wǎng)絡上。WiFi定義了兩種模式：infrastructure模式和adhoc模式。m-frastructure模式，即無線網(wǎng)絡至少有一個和有線網(wǎng)絡連接的無線接入點，還包括一系列無線的終端站。由于很多用戶需要訪問有線網(wǎng)絡上的設備或服務，所以基本上都會采用這種模式。adhoc模式，也稱為點對點模式（peartopear模式）或IBSS(In-dependentBasicServiceSet).3．家庭無線網(wǎng)絡中的WiFi的實現(xiàn)3.1以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡與外部Intemet相連互通，在家庭內(nèi)網(wǎng)和外部Internet之間需要一個家庭網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)是整個家庭無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心部分，它一方面完成家庭無線網(wǎng)絡中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，并且同外部網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，另一方面還負責對家庭中網(wǎng)絡終端進行管理和控制。家庭中的網(wǎng)絡終端也通過這個網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡連通。實現(xiàn)交互和信息共享。同時，該網(wǎng)關(guān)還應有防火墻能力，能夠避免外界網(wǎng)絡對家庭內(nèi)部網(wǎng)絡終端設備的非法訪問和攻擊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。3.2WiFi技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡中的實現(xiàn)在家庭網(wǎng)絡中，WiFi主要應用在各種信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)上。我們可以使用個人電腦、手持網(wǎng)絡終端或者遙控器與家庭網(wǎng)關(guān)進行連接，并通過家庭網(wǎng)關(guān)對各種信息家電實施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶一服務器體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)充當服務器的角色，控制設備對各種信息家電的控制也通過網(wǎng)關(guān)完成。這樣有利于實現(xiàn)胖服務器—瘦客戶端的結(jié)構(gòu)。3.2.1家庭網(wǎng)關(guān)模塊家庭網(wǎng)關(guān)是我們整個網(wǎng)絡的核心部件。所有的信息家電以及控制設備都要連接到這個網(wǎng)關(guān)上。同時，網(wǎng)關(guān)還要與外部Intemet互連。那么網(wǎng)關(guān)需要實現(xiàn)WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應用和圖形用戶界面。完成此功能的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示。其應用層采用統(tǒng)一設備管理協(xié)議(UniversalDeviceControlProtocol，UDCP)，用來進行整個網(wǎng)絡中設備的添加、刪除、狀態(tài)查詢、參數(shù)配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務器結(jié)構(gòu)，服務器端位各信息家電和控制設備，客戶為家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)基于嵌入式Linux進行架構(gòu)。由嵌入式Unux系統(tǒng)實現(xiàn)WiFi功能，并提供圖形用戶界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應用。用戶可以通過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信息家電進行控制和管理。家庭網(wǎng)關(guān)同時支持嵌入式Web服務器。當我們合法登錄后，就可以使用該服務器提供的Web頁面對網(wǎng)絡中的各種信息家電進行管理和控制。嵌入式的Web服務器可選用boa，它是嵌入式Lmux下應用最為廣泛的HTTP服務器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術(shù)進行服務器端的擴展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語言來實現(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、DVD等都已經(jīng)具備了此功能。第二種是對原本不帶WiFi功能的家用電器進行WiFi擴展?？蛇x用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應的開發(fā)包進行相關(guān)擴展。由于信息家電的高端功能都由家庭網(wǎng)關(guān)來完成，所以可以不用實現(xiàn)WiFi的上層協(xié)議，只實現(xiàn)對其的控制。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報文，并通過WiFi模塊將其發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。同時，信息家電還通過WiFi模塊接受來自家庭網(wǎng)關(guān)的信息，處理后轉(zhuǎn)換成對家電的控制或查詢，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)束語現(xiàn)在越來越多的家用電器及電子產(chǎn)品開始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關(guān)軟件的發(fā)展將會使家用電器完成功能上的飛躍。通過網(wǎng)絡將各種家電連接，可實現(xiàn)功能上的重構(gòu)和資源的再配置。隨著網(wǎng)絡的普及和推廣，將家庭中的各種帶有網(wǎng)絡功能的家用電器通過無線技術(shù)連接成局域網(wǎng)絡，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)將會成為新的流行趨勢。參考文獻：[1]唐思敏．WIFI技術(shù)及其應用研究[J]，福建電腦．2009，(10):59-60．[2]ANSl/lEEESt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