浅析WiFi无线组网及应用
作者：***
来源：《消费电子·理论版》2013年第04期
摘 要：本文通过比较三种无线组网技术，提出WiFi在家电无线组网中的优点，然后详细描述了基于WiFi技术的家庭无线网络体系结构，并重点分析了家庭网关与信息家电方面的无线网络架构技术。
关键词：WiFi；组网；应用
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-02
随着电子高科技产品的迅猛发展，如今的笔记本、手机等终端产品大多都支持WiFi。就目前的形势看来，基于WiFi标准的无线网络终将成为最普遍的无线组网形式。在家庭中，也能将电子产品和所有的家用电器以某种形式组成无线网络，进行统一的控制和管理，并且连接到互联网上进行远程调控。
一、无线组网技术
（一）无线组网技术的方式
1.HomeRF
HomeRF是专程给家庭用户制定的一种无线局域网技术，是由HomeRF工作组研发的，能达到1Mbp/s～10Mbp/s的传输速率。采用载波监听多重访问冲突避免、时多分址和跳频扩谱方式等技术，利用一台主机实现语言设备和移动数据之间通信。HomeRF技术能与TCP/IP协议很好的集成，而且支持多播、广播以及48位IP地址。可HomeRF却有抗干扰性差和开放性不佳等缺点。
2.Bluetooth（蓝牙）
蓝牙是一种无线通信技术，只能用于短距离传输，能利用无线网络将蜂窝式移动电话和便携式电脑连接起来，以达到计算机与通信紧密相连，能任意进行数据的传输与交换。但它的传输速率仅能达到1Mbp/s，而且宽带有限且传输距离较短，无法为日常应用提供服务。
3.WiFi
WiFi采用IEEE802.11协议的无线传输技术，用于短程传输，能在几百英尺的范围以内，支持接入互联网的无线电信号。1997年发行了WiFi的第一个版本，对介质访问接入的物理层和控制层进行了定义，对无线局域网的基本传输介质和基本网络结构进行了规定，对介质访问层和物理层的特性进行了描述。物理层运用了DSSS、红外或FSSS技术。在1999年又添加了IEEE802.lla与IEEE802.llg标准。它的传输速率能达到54Mbp/s，能普遍支持图像、语言、数据和多媒体等业务应用。
（二）WiFi组网的优点
1.无线电波覆盖面积比较大。一般蓝牙无线电波的覆盖面积非常小，仅在半径为15米左右的范围内，而WiFi能覆盖半径高达100米的范围，甚至是整个大楼。
2.WiFi传输速率较快。WiFi的传输速率能达到54Mbp/s，能满足大部分个人和社会信息化的要求。而且只要在无线电波覆盖的范围以内，用户能随时随地的访问网络，随时随地的享受类似视频点播、网上证券、视频会议、网络游戏以及远程教育等宽带信息的增值服务，能实现移动式办公。
3.不需要布线能摆脱地理条件的束缚，能为需要移动办公的用户提供方便。只要在相应的地方设置“热点”，就能高速的接入互联网。只要在电波覆盖范围内的用户，只需把能支持无线接入的PDA或笔记本拿到这个范围内，就能接入互联网。
4.辐射小。IEEE802.11标准里有规定，发射功率必须在100毫瓦以内，而实际的发射功率仅在60～70毫瓦之间，手机发射功率仅为200毫瓦～1瓦，而手持式对讲机却高为5瓦。两者相比，WiFi电子产品的辐射小很多。
5.WiFi应用普遍。支持WiFi基本成为像电脑、手机、MP4等电子产品的标准配置，而且WiFi非常适合用于家庭里主导网络，能满足家庭里其他支持WiFi的家电设备通信连接需求，实现家庭的无线化和数字化。
二、WiFi的组网方式
WiFi分为两种设备接入，一种是无线站，由一台PC机和一块无线网卡组成；另一种是无线接入点，主要用来连接有线和无线网络的，一般由一个有线网络接口和一个无线输出口组成，通过802.ld协议桥接。
WiFi包括两种模式，一种是infrastructure模式，一种是adhoc模式。infrastructure模式指的是无线网络里包括最少一个能连接有线网络的无线接入点，另外还必须大量的无线终端站。因为用户需要能对有线网络设备或服务进行访问，因此一般都使用这种WiFi模式。而adhoc模式，通常也被叫做IBSS或点对点模式。
三、WiFi在家庭组网的应用
（一）针对家庭网关的网络结构
为了连接家庭内部网络与外部因特网，在它们之间必须具备一个家庭网关。家庭网关是家庭无线网络的关键组成部分，它不仅实现了家庭无线网络的各类通信协议间的转换和共享信息，并与因特网进行数据交换，而且还能较好的控制和管理家庭中的各种网络终端。同时，这个网关还应具备防火墙的功能，保证网络终端设备的安全。
（二）WiFi技术的家庭组网
WiFi一般用在在家庭组网中的家庭网关与各种信息家电上。我们能利用遥控器、手持网络终端或个人电脑连接家庭网关，并使用家庭网关有效的控制与管理各种信息设备。因而，
能使用客户/服务器的网络体系结构。家庭网关相当于体系里的服务器，用来控制与管理各种信息设备，这样就建立了一个瘦客户端与胖服务器网络体系。
1.家庭网关部分
家庭网关是家庭网络中不可缺少的部分，它用来连接所有的控制设备与家电设备，然后再和外部因特网相连。因此网关不仅需要具备WiFi功能，而且还得提供如HTIP、WebServer、TCP/IP等高层应用以及图形用户界面功能。然而这些应用层必须使用统一的设备管理协议，来控制和管理网络中设备的状态查询、参数配置、删除和添加等事项。UDCP使用客户/服务器网络结构。其中控制设备、各信息家电是所谓的服务器，客户则是家庭网关。
家庭网关是在嵌入式Linux的基础上架构的。因此通过嵌入式的Linux系统来提供WiFi功能，实现HTTP、TCP/IP、Web-Server高层应用和图形用户界面功能。用户必须通过首先身份验证，才能登陆到家庭网关上，利用系统功能来控制和管理信息家电。
嵌入式Web服务器还能被用于家庭网中。当我们登陆到网关后，就能使用这种服务器所提供的Web页面功能来控制和管理各种信息家电。
家庭网关开启后，完成系统的初始和相应服务加载后，处理接收到的用户查询或控制请求，再经过转化，利用WiFI传递给控制设备或信息家电。另外，家庭网关还能将WiFi接收到的家电当前状态信息，处理后传送给控制设备。
2.信息家电部分
在信息家电上实现WiFi功能可以采用两种方式。一种是本身自带WiFi功能的信息家电，要想实现WiFi功能是最简便的。现如今，很多家用电器都支持WiFi功能。第二种是本身不支持WiFi功能而需要扩展的信息家电，扩展可以采用Rabbit公司研发的相应的开发包一级WiFi核心模块来进行。一般家庭网关就能实现信息家电的高端使用功能，因此上层协议不必采用WiFi，只对它进行控制。
信息家电将接收到的状态信息传送给扩展设备或自身，然后将接收到的数据转化成UDCP报文，再利用WiFi传递给家庭网关。此外，信息家电还能利用WiFi接收到家庭网关信息，并将信息进行处理与转换后用来查询或控制家电，同时通过WiFi把家电动态的信息状态反馈到家庭网关。
四、WiFi的发展方向
目前WiFi由于价格低、便捷、高效，成为最普遍的无线组网技术，而且逐渐在无线领域站稳了脚步。可是WiFi技术在商用上仍然存在很多缺陷，一是由于自身技术的限制，无法解决安全性、漫游性和计费等问题。二是WiFi没有明确的盈利方式，单独来运营WiFi，成本高收益低，打消了电信运营商的投资积极性。因此目前只用于这些方面：
（一）弥补高速有线接入技术的不足
为了弥补XDSL、以太网等有线接入技术的不足，引进了WiFi技术，WiFi技术具有成本低、移动性强的优点，能更方便的用于本身采用有线接入方式但需要无线延伸的情况，譬如建立临时会议室等。因为它们在传播速率、可靠性以及覆盖范围上存在差异，因此可以使用WiFi技术来对高速有线接入进行补充。
（二）弥补蜂窝移动通信的不足
蜂窝移动通信覆盖面积高、移动性高，可传输速率偏低，利用WiFi技术的高速传播速率可以弥补它的不足。同时WiFi不但能使用蜂窝移动通信网络里完善的计费和鉴权机制，还能融合蜂窝移动通信网络的覆盖率广的优点，进行多接入切换。实现蜂窝移动通信与WiFi相结合，从而增大业务量。
（三）弥补3G的不足
tcp ip协议分析及应用 用来对3G进行补充。WiFi技术在提供上网、接收email等应用之外，并无强制性、独占性的应用服务出现，因此很难吸引大量用户族。历史证明，必须混合使用各种接入方式，才能提高可靠性、有效性和经济性。
五、小结
如今大部分的电子产品和家用电器具有支持WiFi功能，同时由于WiFi的普及与相关软件的开发，使得家用电器功能得到很大飞跃。随着互联网的发展和普及，把家庭中具有网络功能的家用电器，利用无线组网技术连接起来，并与外部因特网进行连接，从而实现家居系统的功能化和智能化。
参考文献：
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[3]王昌达，鞠时光.无线组网技术中的安全问题[J].计算机科学，2006（07）.
[4]李晓阳.WiFi无线互联技术在智能家居中的应用[N].电子报，2012，9.
作者简介：刘剑（1976.1-），男，陕西西安，中国电信股份有限公司西安分公司项目主管，工程师，研究方向：无线网络建设及维护。
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