WiFi技術在家庭無線網絡中的應用分析

論文類別:計算機論文 > 計算機網絡論文
論文作者: 何…
上傳時間:2011/11/10 10:51:00

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摘要:無线網絡正快速進入家庭。本文通過對几種無線組網技術的比較,說明了WiFi在組建家庭無線網絡时所擁有的無可比擬的优勢。並詳細介紹了基於WiFi技術、以家庭网關為核心的家庭無線網絡體系結構,並著重從家庭網關和信息家電方面對基於WiFi的家庭無線網絡的應用架構和實现原理進行了分析,討论了一些具體實施時的關鍵技術。最後對基於WiFi的無線網絡的发展和應用前景進行了展望。

關鍵詞:WiFi家庭網絡家庭網關

Intemet的迅速發展,使人們的生活發生了翻天覆地的变化。人們的日常生活已經越来越離不開網絡。現在,人們已經習惯了在網上炒股、購物、查詢賬目、繳費和搜索資料。人们迫切希望能夠任何時間、在任何地方使用網絡。很顯然,无線網絡是最佳的選擇。

随著電子技術的不斷發展,越來越多的手機、筆記本电腦等支持WiFi的終端产品越來越流行。而基於WiFi標準的無線網絡成為了最為普及的無線組網形式。在家庭中,如果我們能把現有的家用電器以及電子產品以某種形式連成無線网絡,進行統一的管理和控制,並將其連入Internet進行遠程調度,那將是多麽令人愜意的事情啊1

1.無線組網技術

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前,用於實現無線組網的主要有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。

1.1.1 WiFi

WiFi( Wireless Fidelity,無線保真技术)即IEEE802.11協議。是一種短程無線传輸技術,能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信号。WiFi的第一个版本發表於1997年,其中定义了介質訪問接入控制層(MAC層)和物理層。規定了無線局域網的基本網絡結構和基本传輸介質,規範了物理層( PHY)和介質访問層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴頻)或FSSS(調频擴頻)技術。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標準。其傳輸速率最高可达54Mbps。能夠廣泛支持数據、圖像、語音和多媒體等业務。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是專門為家庭用戶設計的無線局域網技术,由HomeRF工作组開發。能夠提供lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻扩譜方式、時分多址(TDMA)和載波監聽多重訪問冲突避免( CSMA/CA)等技術,通過家庭中的一臺主機在移動數據和語音設备之間實現通信。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,而且技術本身還存在抗幹擾性差等缺點。

1.1.3 Bluetooth(藍牙)

Bluetooth(藍牙)是一種短距離無線通信技術,可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動电話用無線網絡聯系起來,達到計算機和通信的更加緊密的連接,提供随時隨地的數據信息的交換和傳輸。傳輸速率lMbps。它有限的帶寬和较小的傳輸距離無法滿足人們日常應用的需求。

1.2 WiFi的優勢

1)無線電波的覆蓋範圍廣。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。在網絡覆蓋範圍內,允許用戶在任何時間、任何地點訪問網絡,隨時隨地享受諸如網上證券、視頻点播(VOD)、遠程教育、遠程醫疗、視頻會議、網絡遊戲等一系列寬帶信息增值服務,並實現移動辦公。

3)無須布線,可以不受现實地理條件的限制,因此非常適合移動辦公用戶的需要。只要在需要的地方設置“熱点”,並通過高速線路将因特網接入。這樣,在“热點”所發射出的電波的覆蓋范圍內,用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內,即可高速接入因特網。 4)健康安全。IEEE802. 11規定的發射功率不可超過100毫瓦,實際發射功率約60毫瓦-70毫瓦,而手機的发射功率約200毫瓦--l瓦間,手持式對讲機高達5瓦。與後者相比,WiFi產品的輻射更小。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com

5) WiFi應用現在已經非常普遍。支持WiFi的電子產品越來越多,像手機、MP4、電腦等,基本上已經成為了主流標准配置。而且由於WiFi網络能夠很好地實現家庭範圍内的網絡覆蓋,適合充當家庭中的主導網絡,家裏的其他具備WiFi功能的設備,如電視機、影碟機、數字音響、數碼相框、照相機等,都可以通過WiFi建立通信連接,实現整個家庭的數字化與無線化,使人們的生活變得更加方便與丰富。

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機加上一块無線網卡構成。另一種称為無線接入點(Ac-cess Point,AP),它的作用是提供无線和有線網絡之間的橋接。一個無線接入點通常由一個無線輸出口和一個有線的網絡接口(802.3接口)構成,橋接軟件符合802.ld橋接協議。接入點就像是無線網絡的一個无線基站,將多個無线的接入站聚合到有線的網絡上。

WiFi定義了兩種模式:infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式,即無線網絡至少有一個和有線网絡連接的無線接入點,还包括一系列無線的終端站。由於很多用戶需要訪問有線網絡上的设備或服務,所以基本上都會采用這種模式。ad hoc模式,也稱為點對點模式(pear to pear模式)或IBSS(In-dependent Basic Service Set).

3.家庭無線网絡中的WiFi的實現

3.1 以家庭網關為核心的家庭網絡結構

為了實現家庭内部網絡與外部Intemet相连互通,在家庭內網和外部Internet之間需要一個家庭網關。該網關是整个家庭無線網絡系統的核心部分,它一方面完成家庭無線網絡中各種不同通信協议之間的轉換和信息共享,並且同外部網络進行數據交換,另一方面還負責對家庭中網絡終端進行管理和控制。家庭中的網絡終端也通過這個網關与外部網絡連通。實現交互和信息共享。同時,該網關還應有防火墻能力,能夠避免外界網絡對家庭內部網絡終端設備的非法訪問和攻擊。其結構如圖1所示。

3.2 WiFi技術在家庭無線網絡中的實現

在家庭網络中,WiFi主要應用在各種信息家電和家庭网關上。我們可以使用个人電腦、手持網絡終端或者遙控器與家庭網關進行連接,并通過家庭網關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構。網关充當服務器的角色,控制設備對各種信息家電的控制也通過網關完成。這樣有利於實現胖服務器—瘦客戶端的結構。 3.2.1家庭網關模塊 家庭网關是我們整個網絡的核心部件。所有的信息家电以及控制設備都要連接到這個網關上。同時,網關還要與外部Intemet互連。那麽網關需要實現WiFi,並提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應用和圖形用戶界面。完成此功能的协議結構如圖2所示。其應用層采用統一設備管理協議( UniversalDevice Control Protocol,UDCP),用来進行整個網絡中設備的添加、刪除、狀態查詢、參數配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務器結構,服務器端位各信息家電和控制設备,客戶為家庭網關。

家庭網關基於嵌入式Linux進行架構。由嵌入式Unux系统實現WiFi功能,並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别後登錄家庭網關,並使用系统提供的圖形控制界面對信息家電進行控制和管理。

家庭網關同時支持嵌入式Web服務器。当我們合法登錄後,就可以使用該服務器提供的Web頁面對網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下應用最为廣泛的HTTP服务器程序,功能全面。並且能夠很好的支持CGI技術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CCI程序。

家庭網關啟動後,完成系統的初始化,並加載相關的服務。將接收到的用戶的控制或查詢命令進行处理,CCI程序將命令轉換成為UDCP報文,通過WiFi模塊發送給網絡中的信息家電或控制設備。同時,家庭網關還通過WiFi來接收信息家電的當前狀態信息,通過處理后將其反饋給控制設備,以便用戶使用。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com

3.2.2信息家電模塊

信息家電上的WiFi功能有兩種實現模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態。現在已經有很多家用電器比如電視机、DVD等都已經具備了此功能。第二種是對原本不帶WiFi功能的家用電器進行WiFi擴展。可選用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應的開發包進行相關擴展。由於信息家電的高端功能都由家庭網關來完成,所以可以不用實現WiFi的上層协議,只實現對其的控制。

信息家電将自身采集到的各種状態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據後將其转換成UDCP報文,並通過WiFi模塊將其發送給家庭網關。同時,信息家電還通過WiFi模塊接受來自家庭網關的信息,處理後轉換成對家電的控制或查詢,並將其隨後的狀態信息由WiFi模塊反饋給家庭網關。

4.結束語

現在越來越多的家用電器及電子產品开始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關軟件的發展將会使家用電器完成功能上的飛躍。通過網絡將各種家電連接,可實現功能上的重構和資源的再配置。

隨著網絡的普及和推廣,將家庭中的各種帶有网絡功能的家用電器通过無線技術連接成局域網絡,并與外部Internet相連,構成智能化、多功能的現代家居智能系統將會成為新的流行趨勢。

参考文獻:

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[6]满磊,沈連豐,葉芝慧.一种家庭網絡主網網關的設計和研 制[J],電氣电子教學學報,2006,28(2):50-55.作者簡介:彭華(1980-).男,漢族,湖北麻城人,碩士研究生,主要研究方向:無線網絡。

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