WiFi的相关技术资料 以及应用举例

WiFi定义

Wi-FiWirelessFidelity，无线保真 技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。

WIFI是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准(IEEE 802．11)。也可以看作是3G技术的一种补充。WIFI技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的无线局域网通信技术。WIFI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无线电信号。它的最大优点是传输速度较高，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。但是随着无线局域网应用领域的不断拓展，其安全问题也越来越受到重视。 WIFI技术简介 1．1 WIFI技术

WIFI(WireleSS Fidelity)俗称无线宽带，又叫802．11b标准，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。IEEE802．11b标准是在IEE E802．11的基础上发展起来的，工作在2．4 Hz频段，最高传输率能够达到11 Mbps。该技术是一种可以将个人电脑，手持设备等终端以无线方式互相连接的一种技术。目的是

改善基于IEEE802．1标准的无限网络产品之间的互通性。 WIFI局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。 1．2 WIFI技术的特点 1)无线电波覆盖范围广

基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有15 m，而Wi—Fi的半径可达300 m，适合办公室及单位楼层内部使用。 2)组网简便

无线局域网的组建在硬件设备上的要求与有线相比，更加简洁方便，而且目前支持无线局域网的设备已经在市场上得到了广泛的普及，不同品牌的接入点AP以及客户网络接口之间在基本的服务层面上都是可以实现互操作的。WIAN的规划可以随着用户的增加而逐步扩展，在初期根据用户的需要布置少量的点。当用户数量增加时，只需再增加几个AP设备，而不需要重新布线。而全球统一的WIFI标准使其与蜂窝载波技术不同，同一个WIFI用户可以在世界各个国家使用无线局域网服务。 3)业务可集成性

由于WIFI技术在结构上与以太网完全一致，所以能够将WLAN集成到已有的宽带网络中，也能将已有的宽带业务应用到WLAN中。这样，就可以利用已有的宽带有线接入资源，迅速地部署WIAN网络，形成无缝覆盖。

4)完全开放的频率使用段

无线局域网使用的ISM是全球开放的频率使用段，使得用户端无需任何许可就可以自由使用该频段上的服务。

2 WIFI的安全机制

WIFI安全性主要包括访问控制和加密两大部分，访问控制保证只有授权用户能访问敏感数据，加密保证只有正确的接收方才能理解数据。为了解决WIFI网络的安全问题，2003年WIFI联盟推出了WIFI保护接入(Wi—Fi Protected Access，WPA)作为安全解决方案以满足日益增长的安全机制的市场需求。 2．1 WPA技术

WPA是无线应用协议(Wireless Application Protocol)的简称，是一种开放式的全球规范。有WPA和WPA2两个标准，是一种保护无线电脑网络(Wi—Fi)安全的系统。WPA作为IEEE802．11i的一个子集，避开了WEP的众多弱点，可大大增强现有以及未来无线局域网系统数据保护的访问控制水平。WPA可保证WIAN用户的数据受到保护，并且只有授权用户才可访问WLAN网络。

Wifi目前主要应用于会展、广告营销、监测检测、室内定位、可移动设备、智能家居、工业和医疗、无线监控、工业控制、视频传输等

应用举例：

Wi-Fi热点变身定位雷达

在室外露天厂商定位很容易，因为有GPS卫星和地上运营商的通信基站，但在GPS卫星无法穿透的购物中心内呢?“并不难——因为国内购物中心内几乎都遍布了Wi-Fi热点。”近日在一个论坛上，导航软件公司高德导航副总裁郄建军向记者表示，目前机场、火车站、图书馆、政府办公楼以及大型购物商城中遍布的Wi-Fi热点，完全可以充当起“小雷达”的作用，对用户进行室内定位和导航。他表示，“利用Wi-Fi热点进行室内定位和导航，在技术层面已经成熟。”

据了解，目前国内各大商城中，不论是运营商、商城自身还是商城内店铺，几乎都布置了数量庞大的Wi-Fi热点。在广州天河城星巴克，记者看到几乎每一个用户点餐后都习惯性地登录Wi-Fi。此外由于三大运营商都在天河城铺设了大量热点，因此不少用户也在等候人的期间，登录Wi-Fi上网。

据郄建军介绍，用户一旦登录Wi-Fi热点，导航软件理论上就可以透过用户接入的那个Wi-Fi热点，再配合上临近三个或以上的Wi-Fi热点，就可以确定用户的位置。据了解，技术上这些Wi-Fi能将定位范围缩小到5米左右，媲美室外的GPS卫星。

技术应用物管方面很重要

尽管技术趋于成熟，但对于室内导航技术的应用，郄建军则表示短期内不能过分乐观。“国外一般是运营商对采取该技术不

积极，但购物中心的商家因有商业利益而很积极;中国的情况却恰恰相反，运营商和业界对于推动技术很积极，但大型购物中心却不积极，甚至设立门槛，向铺设运营商收取昂贵的?入场费?，?管理费?。”他不无遗憾地表示，室内导航最大的瓶颈并非技术本身，而且各大商场的物业管理。

一些技术人员向记者表示，如果没有物业管理的支持，室内导航几乎是不可能实现的。首先，要定位和导航，需要绘制室内地图。显然，室内的地图比室外的变动更频繁——室外建筑物不论是外观还是名字都不可能频繁，但在室内，店铺外观和名字的修改过于频繁。此外，如果要透过Wi-Fi热点进行定位，工程人员需要了解每一个Wi-Fi热点的准确位置，甚至对每一个Wi-Fi信号强度进行测量，这些没有物业管理配合几乎不可能做到。

“室内导航不仅仅是为了让男朋友找到女朋友然后幸福地拥抱这么简单，其蕴藏着巨大的商业价值。”艾媒市场董事长张毅向记者表示，透过室内导航，商家可以确定用户进入到某个Wi-Fi热点范围，然后定点地推送促销信息，最终提高营业额。

室内导航有何用?

为什么国内大型超市拒绝使用室内导航?这或多或少是因为购物中心的管理方还没有认识到室内导航的重要意义。 比如，当一个智能手机用户需要购买名牌香薰，又或者用餐时想吃泰国菜，这在类似正佳广场那样庞大、复杂又容易迷路的购物中心，并不是易事。这时该用户只需启动室内导航软件，就可以

顺利找到需要的餐厅和商铺。同样，如果要在大型超市寻找走散的同伴，也并不复杂，同样地采用室内导航便可以完成。在导航的过程中，用户通过手机屏幕，能看见的不仅仅是路线，而是各商家打折信息和促销推介。购物中心的商家可以在这个导航软件中做广告，宣传自己的商品，直接促进消费购物。显然，不论是地图软件商还是购物中心，这都是一笔不少的收入。

视频无线传输系统架构介绍 1．1 系统组成

本系统大致可分为三个部分：无线移动终端、WiFi无线传输网络和监控平台，采用C／S架构。如图1所示。

(1)无线移动终端。无线移动终端是一部类似于PDA的手持设备，使用灵活、方便。设备自带摄像头、WiFi通信模块等。终端客户端软件主要功能包括：视频信号的采集、预览、传输、拍照；系统参数的设置(如时间、背光等)；摄像头参数设置(如亮度、饱和度等)。移动终端软件涉及的功能比较多，实现难度比较大，

是本文讨论的重点。

(2)WiFi无线网络。视频信号采集后，经过相应的视频编码技术处理，将数据通过WiFi无线网络传输到监控平台，实时显示和播放。

(3)监控平台。该监控平台是一台PC服务器。

通过安装监控软件可以实时监视移动终端传过来的视频画面并保存。

1．2 系统研究的技术基础

(1)DirectShow技术。DirectShow是DircctX中的一员，它为Windows平台上处理各种格式的媒体文件播放、音视频采集等高性能要求的多媒体应用提供了完整的解决方案。

在DirectShow的开发技术中，比较重要的一个概念就是过滤器(Filter)，过滤器处于DirectShow技术的核心地位，一个基于DirectShow的程序的核心功能都是由若干个过滤器实现的，过滤器大致分三种，分别是源过滤器(Source filter)、变换过滤器(Transform filter)、表现过滤器(Render filter)，在一个具体的应用中，这三种过滤器构成了一个过滤器图(Filter graph)，由一个过滤器图管理器(Filtcr grap hmanager)来管理这个图表中的所有过滤器，应用程序则通过事件和命令来和过滤器图管理器打

交道，从而

控制所有的功能。DirectShow的体系框架如图2所示。

(2)WiFi通信技术。WiFi无线传输技术优势体现在： ·架设方便，免去了现场长工期的布线安装工程。

·覆盖范围广，WiFi的半径可达300feet左右，约合100m。一般只需安装一个或多个AP设备，就可以解决现场的网络通信问题，根据实际测得的经验，现场一般间隔30m安装一个AP。 ·投资经济。有线网络的固有缺点就是缺乏灵活性，在有线接入网规划中，考虑到未来的发展，大量的超前投资往往会出现线路利用率低的情况。而WiFi的规划就可以随着用户的增加而逐步扩展，而不需要重新布线，具有较强的经济性。

·传输速度快，最高可达到54Mbit／s，完全满足视频数据传输的要求。

(3)视频编解码技术。通过移动终端摄像头采集的视频图像数据是相当庞大的，如不经过压缩处理，要想对一帧原始视频图像进行数字化传输的话(如本系统摄像头输出视频像素格式为320×240，每个像素占用16bit，速度为每秒30帧)则要求传输能力要达到320×240×16×30= 35．16Mbit／s。所以未压缩的视频在一般的通信网络上传输的是无法想象的。

所谓视频编码技术就是指通过特定的压缩技术，将原始的视

频流转换成另一种视频流的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有ITU的H．263、H．264，ISO运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的Real Video、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。

2 系统实现 2．1 无线移动终端 2．1．1 硬件设计

移动终端采用Wince操作系统，硬件平台基于TI的OMAP3530嵌入式高端CPU，主频可达600MHz。系统硬件架构如图3所示。

2. 1．2 客户端软件设计

客户端软件设计是无线视频系统最重要的部分，也是实现的难点。软件采用MFC编写工具，基于DirectShow框架的实现方式，主要包括以下几个功能： (1)系统参数设置模块实现方法。

·系统背光调节。系统的背光调节功能主要由Wince系统的电源管理模块以及背光驱动程序相互作用实现的。提供如设置背光的亮度、无人机交互情况下何时自动关闭背光等。

·视频文件存放路径。考虑到实际工作环境下，视频实时保存的路径可能是flash路径或者是SD卡路径，这就涉及到文件路径的设置。实现方式为：默认情况下为flash的存储路径(＼ResidentFlash)，如果flash的空间很小且有SD卡的情况下，建议设置为SD卡路径(＼Storage Card)。下次开机后显示为上次保存的路径。

·系统时间设置。系统时间的显示和设置是通过调用wince系统自带的时间设置程序。 (2)视频控制模块实现方法。

构建正确的Filter Graph是基于DirectShow软件开发成功的关键。构建好Graph之后，接下来就利用DirectShow组件提供的相关接口函数把图中所有的Filter都加入进去，连接相连Filter的Pin(Pin是DirectShow中多媒体信息藉以流经的单元，数据在Graph中流动是通过各个Fil ter导出的Pin来支持的)，最后启动Graph。

·视频数据实时传输。移动终端摄像头采集的原始视频数据经过H264编码压缩后，通过TCP／IP网络传输到远方监控平台。构建如下Fil ter Graph：

·视频数据本地实时预览。工作人员不仅要将现场捕获的视频图像实时传送到指挥中心，还需要本地可以实时显示当前的画面，从而保证图像的一致性。建构如下Filter Graph：

·即时拍照功能。现场的情况错综复杂，环境也千差万别，可能由于在夜间施工，光线太暗，导致视频质量不佳；或者需要对现场某一故障设备进行详细观察，这时就需要拍照功能。移动终端采用高分辨率摄像头(OV3640，像素300万，带有闪光灯)，拍下来的画面非常清晰，完全满足使用要求。Filter Graph构建如下：

软件开发过程当中，会涉及到许多的Filter，它们分别对应唯

一的GUID标识，表1列出了主要的Filter名称以及功能简要说明：

2．2 监控平台

PC服务器端监控软件的实现相对容易，实现功能比较简单。主要包括视频数据的解压等。相关Filter Graph的建立参考无线移动终端部分，这里不再赘述。

3 测试与验证

为测试系统的可行性及正确性，搭建如下测试平台：手持移动终端一台、无线路由器(也就是AP)一台、PC机一台(服务器)。无线路由器和PC服务器在局域网内。测试平台实物图如下：

3．1 视频无线实时传输显示

测试过程如下：

·首先分别运行无线终端客户端软件(如图8)，以及PC端服务器监控软件，这时监控软件处于等待客户端连接状态。

·设置移动终端WiFi连接；开启DHCP功能，连接AP(如图9)。

·AP连接成功之后，会自动分配一个IP地址(如图10)。 ·建立TCP／IP连接，成功之后，传输视频数据。 测试效果如图11所示。

实际测试过程中，以AP为中心，在有效的范围内(大约50m)随意走动，视频都能够流畅地传输显示，达到了现场的使用范围要求。

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