《WiFi技术在智能家居中的运用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《WiFi技术在智能家居中的运用.doc（10页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、WiFi技术在智能家居中的运用 随着计算机网络技术的发展，网络已经慢慢融入到人们生活的方方面面，无论是在学校、公司还是家中，我们可以通过各种网络终端随时随地的接入互联网，进行信息的查阅、传输及下载。在生活中，我们已经养成了上网查询资料、购物消费、娱乐聊天的习惯，现在人们的日常生活已经越来越离不开网络。为了满足人们随时随地的上网的需求，无线上网技术应运而生。其中WiFi技术尤其令人关注。与此同时电子技术不断发展，越来越多的电子产品如手机、笔记本电脑等都开始支持WiFi，并受到广大消费者的欢迎，采用WiFi技术在电子产品行业已经成为一种趋势。而以WiFi作为标准的无线组网形式也已经开始普及。另外，
2、人们现在已经开始将WiFi技术应用到家庭生活当中。运用WiFi技术将家中的各种家用电器以及电子产品还有就是各种手持终端连接成一个无线网络，用户可以通过无线网络对各设备进行统一的管理与控制。当然，通过将家庭无线网络与互联网进行连接，人们还可以在家居以外的地方对家中各种设备进行远程控制与管理，使家居生活实现智能化，从而使人们的日常生活更加方便，舒适。一、WiFi技术 WiFi( Wireless Fidelity，无线保真技术)即IEEE802.11协议，是无线局域网(WLAN)技术IEEE 802.11系列标准（IEEE 802.11系列标准主要包括IEEE 802.11a/b/g 3种）的商用
3、名称。也是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。它是由一个名为“无线以太网相容联盟”(Wireless EthernetCompatibility Alliance,WECA)的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。 目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE 802.11 这个标准已被统称作Wi-Fi。从应用层面来说，要使用Wi-Fi,用户首先要有
4、Wi-Fi 兼容的用户端装置。 Wi-Fi可以帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问Wi-Fi 网络的地方被称为热点。Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频段工作，所支持的速度最高达54Mbps(802.11N工作在2.4Ghz或者5.0Ghz,最高速度600Mbps)。另外还有两种802.11空间的协议，包括(a)和(b)。它们也是公开使用的，但802.11G/N在世界上最为常用。二、基于Wi-Fi网络的主要应用模式Wi-Fi是由接入点( Access Point，AP)
5、和无线网卡组成的无线网络，结构简单，可以实现快速组网，架设费用和程序的复杂性远远低于传统的有线网络。两台以上的电脑还可以组建对等网，不需要AP，只需每台电脑配备无线网卡。AP作为传统的有线网络与无线局域网之间的桥梁，任何一台装有无线网卡的PC都可以通过AP接入有线网络，其工作原理相当于一个内置无线发射器的集线器或者路由器，无线网卡则是负责接收AP所发射信号的客户端。Wi-Fi需要与有线宽带接入技术( DSL、LAN等)配合使用，有线宽带接入到户后，连接到一个AP，用户只要在一个或者多个电脑中安装无线网卡就可以在家里无线上网。基于以上的组网架构，市场上出现了3种Wi-Fi的应用模式(也可以称为商
6、业模式)。1企业或者家庭内部无线接入模式在企业内部或者家庭架设AP，所有在覆盖范围内的Wi-Fi终端(包括笔记本、PDA、手机、打印机等)通过这个AP实现内部通信，或者通过AP作为宽带接入出口连接到互联网，这是目前最普及的应用方式，此时的Wi-Fi提供的是家庭网络或者企业内部网络的接入功能，用户主要是通过Wi-Fi上网获得服务。有相当一部分的公众服务行业为了提升服务环境，为客户提供了Wi-Fi接入服务。在这种应用模式中因为不涉及主体(AP的拥有者)对客户(非AP拥有者)提供服务而获取收入，因此不存在商业运营的问题。但是值得注意的是，这种模式随着Wi-Fi技术和双模终端(手机+Wi-Fi)的出现
7、，有提供移动IP电话服务的倾向。一部分企业将对WLAN基础架构进行升级，使之能够支持更多的传统网络应用，而基于WLAN架构的新型语音技术的出现，使得很多企业的内部网络能够通过WLAN提供融合的语音、数据和多媒体应用，成为统一通信的主要发展方向之一。另一方面，无线手持终端(包括WLAN和移动双模手机、Wi-Fi内置的PDA等)的普及为无线VolP业务的推广起到很强的推动作用。据统计，2007年中国市场上销售的PDA终端为6 000万-7 000万台(其中1 500万台是PDA手机)，按照内置Wi-Fi功能的手机大约占15%计算，中国市场上内置Wi-Fi的PDA终端保有量超过2 000万台。另外，
8、自从英特尔公司为笔记本电脑推出迅驰芯片后，配备Wi-Fi无线网卡的笔记本电脑在中国市场为了主流，并呈现出强劲的增长势头。这些设备的持有者将成为移动VolP的主要消费群体。2电信运营商提供的无线宽带接入服务1999-2003年，在用户驻地网大量建设的同时，几家基础电信运营商(主要是中国电信、中国网通和中国移动)在很多宾馆、机场等公众服务场所纷纷架设AP，为公众用户提供Wi-Fi接入服务。这种应用模式基本是按上网时长收费，收费标准大为0.2元/分钟。用户可以以购买密码卡(中国电信和中国网通)或者通过手机短信(中国移动)申请开通业务获得服务。目前该模式的应用发展并不理想，原因主要有3个：一是运营商自
9、身对中国市场的这个服务并不重视，在跑马圈地之后没有明确的营销方案，销售业绩考核与ADSL等宽带接入同等对待，员工发展的积极性也不高;二是用户认为资费过高，使用不够方便，比如中国移动虽然提供了方便的上网手段(通过短信可以开通，并与手机费一起缴纳)，但是资费过高(12元/小时)，中国网通和中国电信的充值卡服务也不够便捷；三是覆盖孤岛问题，目前各运营商的AP之间是无法漫游的，于是形成了覆盖的孤岛，用户无法管理自己的使用预期，例如用户为了一次使用(可能不到10 min ) 买了50元的充值卡，但是根本不知道还有没有第二次使用的机会。不过目前运营商对公共场所WLAN的重视程度在逐渐提高。当用户的随时上网
10、习惯逐步培养起来之后，在公众场合提供WLAN接入服务的商机逐步呈现。例如，中国移动从服务奥运的角度提出了奥运无线宽带上网服务，在很多奥运相关场所架设WLAN AP，提供了多种服务，包括服务于奥运组织运行的奥运无线宽带上网服务;通过笔记本电脑登录奥运WLAN专网访问奥运INF。2008系统，获取所需奥运官方信息的服务;在奥运村等场所提供WLAN公众接入的服务等。服务于公众的WLAN业务已经支持中国移动全球通、动感地带、神州行三大品牌，上网速率最高可达11 Mbit/s。用户使用WLAN服务的通信费可计入申请的手机账户，和话费一起缴纳，同时该服务还提供全国漫游功能，即在业务开通后，用户可在中国移动
11、WLAN全国的覆盖区域漫游使用3无线城市的综合服务模式所谓无线城市，是指在城市内架设基本全覆盖的Wi-Fi网络，为公众提供随时随地的移动宽带接入服务。全世界已经有超过600个城市开始或计划建设无线城市，越来越多的城市将无线城市作为城市的基础建设，并试图通过无线宽带网络来寻求新的经济活力。无线城市基本都是由市政府全部或部分投资和委托建设的，根据建设后经营主体和经营方式的不同，具体的盈利模式、可分为以下几种：ISP模式、广告模式市政独营模式和合作社模式。例如在ISP模式中，ISP (包括传统运营商)通过自己建设或者与市政府共同建设无线城市网络并运营，再将业务批发、零售给用户、企业以及市政府，以便收
12、回投资。广告模式则大多是采用免费或者低价方式为大众提供接入服务，通过登录界面的广告收入维持运营无线城市的建设都会采用Mesh Wi-Fi技术。Mesh网络是指网络中各个节点之间通过无线连接构成回程网络，网络中的每个节点可以作为传输中继与相邻节点进行通信，可以根据网络负载、链路条件和传输优先权自动选择传输路径。由于Mesh网络技术具有组网简单、方便和可扩展等优点，具有较好的自建性、自愈性、自组性，支持移动性和多种无线接入技术，可以大幅降低运营商网络部署的成本和复杂程度，而且可以使Wi-Fi覆盖扩展到室外乃至城域覆盖。三、WiFi的工作方式及其优势1.WiFi的工作方式WiFi定义了两种类型的设备
13、。一种是无线站。通常通过一台PC机加上一块无线网卡构成。另一种称为无线接入点(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成，桥接软件符合802.ld桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。WiFi定义了两种模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即无线网络至少有一个和有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。由于很多用户需要访问有线网络上的设备或服务，所以基本上都会采用这种模式。ad
14、 hoc模式，也称为点对点模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).2.WiFi的优势1)无线电波的覆盖范围广。蓝牙的电波覆盖范围很小，半径大约只有15米左右，而WiFi的半径可达100米。甚至可以覆盖整栋大楼。2) WiFi的传输速度很快，最高可达54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受诸如网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。3)无须布线，可以不受现实地理条件的限制，因此非常适合移
15、动办公用户的需要。只要在需要的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入。这样，在“热点”所发射出的电波的覆盖范围内，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。 4)健康安全。IEEE802. 11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60毫瓦-70毫瓦，而手机的发射功率约200毫瓦-l瓦间，手持式对讲机高达5瓦。与后者相比，WiFi产品的辐射更小。5) WiFi应用现在已经非常普遍。支持WiFi的电子产品越来越多，像手机、MP4、电脑等，基本上已经成为了主流标准配置。而且由于WiFi网络能够很好地实现家庭范围内的网络覆盖，适合充当家庭中的主导网
16、络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi建立通信连接，实现整个家庭的数字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。四、家庭无线网络中的WiFi的实现4.1 以家庭网关为核心的家庭网络结构为了实现家庭内部网络与外部Intemet相连互通，在家庭内网和外部Internet之间需要一个家庭网关。该网关是整个家庭无线网络系统的核心部分，它一方面完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，并且同外部网络进行数据交换，另一方面还负责对家庭中网络终端进行管理和控制。家庭中的网络终端也通过这个网关与外部网络连通。实现交互和信息共享。
17、同时，该网关还应有防火墙能力，能够避免外界网络对家庭内部网络终端设备的非法访问与攻击，其结构如图1所示。4.2 WiFi技术在家庭无线网络中的实现在家庭网络中，WiFi主要应用在各种信息家电和家庭网关上。我们可以使用个人电脑、手持网络终端或者遥控器与家庭网关进行连接，并通过家庭网关对各种信息家电实施有效的管理和控制。因此，可以采用客户一服务器体系结构。网关充当服务器的角色，控制设备对各种信息家电的控制也通过网关完成。这样有利于实现胖服务器瘦客户端的结构。4.2.1家庭网关模块 家庭网关是我们整个网络的核心部件。所有的信息家电以及控制设备都要连接到这个网关上。同时，网关还要与外部Intemet互
18、连。那么网关需要实现WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高层应用和图形用户界面。完成此功能的协议结构如图2所示。其应用层采用统一设备管理协议( UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用来进行整个网络中设备的添加、删除、状态查询、参数配置等管理和控制。UDPC采用客户一服务器结构，服务器端位各信息家电和控制设备，客户为家庭网关。家庭网关基于嵌入式Linux进行架构。由嵌入式Linux系统实现WiFi功能，并提供图形用户界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高层应用。用户可以通过身份鉴别后登录家庭网关，并使用系统提供的图
19、形控制界面对信息家电进行控制和管理。家庭网关同时支持嵌入式Web服务器。当我们合法登录后，就可以使用该服务器提供的Web页面对网络中的各种信息家电进行管理和控制。嵌入式的Web服务器可选用boa，它是嵌入式Linux下应用最为广泛的HTTP服务器程序，功能全面。并且能够很好的支持CGI技术进行服务器端的扩展。而且boa支持大家广泛熟悉的C语言来实现CCI程序。家庭网关启动后，完成系统的初始化，并加载相关的服务。将接收到的用户的控制或查询命令进行处理，CCI程序将命令转换成为UDCP报文，通过WiFi模块发送给网络中的信息家电或控制设备。同时，家庭网关还通过WiFi来接收信息家电的当前状态信息，
20、通过处理后将其反馈给控制设备，以便用户使用。4.2.2信息家电模块信息家电上的WiFi功能有两种实现模式。一种是信息家电自身带有WiFi功能。这是理想的状态。现在已经有很多家用电器比如电视机、DVD等都已经具备了此功能。第二种是对原本不带WiFi功能的家用电器进行WiFi扩展。可选用Rabbit公司的WiFi核心模块和其相应的开发包进行相关扩展。由于信息家电的高端功能都由家庭网关来完成，所以可以不用实现WiFi的上层协议，只实现对其的控制。信息家电将自身采集到的各种状态信息传递给其自身的或者是扩展的微控制器，微控制器接收到这些数据后将其转换成UDCP报文，并通过WiFi模块将其发送给家庭网关。
21、同时，信息家电还通过WiFi模块接受来自家庭网关的信息，处理后转换成对家电的控制或查询，并将其随后的状态信息由WiFi模块反馈给家庭网关。五、WiFi技术的发展趋势这几年内，无线AP的数量呈迅猛的增长，无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。除了在目前的一些公共地方有AP之外，国外已经有先例以无线标准来建设城域网，因此，WiFi的无线地位将会日益牢固。 WiFi是目前无线接入的主流标准，但是，WiFi会走多远呢？在Intel的强力支持下，WiFi已经有了接班人。它就是全面兼容现有WiFi的WiMAX，对比于WiFi的802.11X标准，WiMAX就是802.16x。与前者相比，WiMAX具
22、有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高的接入速度等等，预计会在未来几年间成为无线网络的一个主流标准，Intel计划将来采用该标准来建设无线广域网络。这相比于限时的无线局域网或城域网，是质的变革，而且现有设备仍能得到支持。另外现在越来越多的家用电器及电子产品开始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相关软件的发展将会使家用电器完成功能上的飞跃。通过网络将各种家电连接，可实现功能上的重构和资源的再配置。随着网络的普及和推广，将家庭中的各种带有网络功能的家用电器通过无线技术连接成局域网络，并与外部Internet相连，构成智能化、多功能的现代家居智能系统也将会成为新的流行趋势。 总而言之，家庭和小型办公网络用户对移动连接的需求是无线局域网市场增长的动力，虽然到目前为止，美国、日本等发达国家仍然是目前WiFi用户最多的地区，但随着电子商务和移动办公的进一步普及，廉价的WiFi，必将成为那些随时需要进行网络连接用户的必然之选。
