數字家庭中的無線網絡技術研究

于繼江

【摘要】組建家庭無線網可以改善家庭用戶的網絡體驗，拓展數字設備在家庭生活中的應用空間，具有廣泛的應用前景。本文分析了WiFi技術在無線組網方面的優勢，詳細介紹了以家庭網關為核心的數字家庭無線網絡的功能實現。

【關鍵詞】家庭；無線網絡；WiFi

【中圖分類號】TP242，6 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0309-01

網絡技術的發展為人們的社會活動帶來了翻天覆地的變化，尤其是無線網絡技術的發展推動了諸多無線設備的出現，促使家庭生活向數字化轉變。具有WiFi功能的網絡終端如手機、筆記本電腦、平板電腦甚至是可控智能家居等在的普及更是推動了家庭無線網絡化的普及。當前時期內，家庭無線組網技術最廣泛的就是WiFi網絡。通過WiFi無線網絡，人們可以方便的將網絡覆蓋范圍內的家庭中的智能設備接入網絡進行統一管理、控制和應用。無線網絡的使用避免了有線網絡的局限性，大大擴展了數字技術的應用空間，因此具有非常高的關注熱度。

1、WiFi組網技術概述

WiFi是一種短程無線傳輸技術，可以支持數百英尺范圍內的無線設備的以太網接入，其定義了MAC層和物理層所使用的通信協議和通信特性，尤其是IEEE802，1 lx系列標準的制定使得其傳輸速率提高到最大54Mbps，極大地豐富了家庭的無線體驗，使得多設備接入、多媒體應用等成為現實，因而得到了飛速的發展。

相較于其他網絡技術而言，WiFi無線網絡技術具有以下幾方面優點。

首先該技術的應用消除了有線網絡的地區限制，使得家庭用戶可以隨時隨地的進行網絡訪問和信息共享，只要在熱點覆蓋范圍內，用戶即可高速接人以太網。

其次，在網絡覆蓋范圍層面，WiFi技術是最廣泛的。藍牙技術的覆蓋半徑只有15米左右，ZigBee技術對節點的地理位置具有更高的需求。而WiFi技術可以達到超過100米半徑的覆蓋范圍，且其穿墻方面相較于其他家庭無線網絡技術而言也更為優秀，因此可以為家庭帶來更好的用戶體驗。

再次，在傳輸速度方面，其最高可以達到54Mbps，更加適應多媒體家庭生活的需求。其他諸如藍牙、ZigBee等技術，在傳輸速率方面與WiFi差距較大，無法適應家庭的數字生活。

此外，支持WiFi技術的無線設備的廣泛應用也促進了WiFi無線組網技術的普及。利用WiFi無線網絡可以方便快捷的將家庭設備接入到數字網絡中，實現家居的智能化。尤其是WiFi可支持多種工作方式接入，如無線站和無線接人點等。無線站可以允許設備進行網絡訪問，無線接人點則可以利用自身的無線設備為其他無線設備提供網絡橋接等功能，實現多設備的共享上網。

2、基于wiFi技術的家庭無線網絡應用

2，1 家庭無線網絡架構

為實現家庭內部網絡與以太網之間的相互連通，必須對家庭無線網絡進行架構。其中，網關是無線網絡架構的核心，通過設置網關可以實現家庭內部不同通信協議之間的轉換和信息共享；還可以實現內部設備對外部網絡的訪問和數據交換；最為主要的是，網關可以充當家庭網絡服務器的角色，對接人家庭網絡中的中斷進行統一管理和控制，如配置無線設備的網絡訪問方式、配置無線設備的帶寬分配等；此外，配置網關的防火墻功能還可以有效避免家庭內部網絡設備受到惡意攻擊。在網絡結構方面，網關與無線設備成星狀排布，這種網絡架構有利于新設備的方便快捷接入。

2，2 家庭網關模塊的功能實現

家庭網關的功能模塊包括以下幾個部分：嵌入式WEB服務器、TCP/IP或HTTP等協議、圖形用戶界面等。利用這幾部分模塊可以實現設備的網絡訪問或對家電的無線控制等。

其中，應用層的統一設備管理協議對網絡設備的添加、刪除、查詢、配置等進行管理和控制，其采用客戶一服務器結構，客戶指家庭網關，服務器則是指各數字家電和控制設備。網關向用戶提供了圖形化的交互界面，在該界面，用戶可以對網關的功能進行具體配置，對并網設備進行統一管理。而嵌入式WEB服務器頁面可以對網絡中的各種數字家電進行管理和控制，其擴展性能好，實現簡單，便于操作。

當家庭網關啟動后，系統進行初始化，加載相關的服務程序，同時等待家庭用戶發送指令并響應。網關在接收到指令后，其CGI程序可以將指令轉換為可被無線網絡設備識別的UDCP報文，然后該報文經過WiFi網絡被數字接收終端接收，同時接收數字接收終端發送的狀態信息，并將其反饋給控制端，實現信息的傳遞。

2，3 無線終端設備的功能實現

現有的無線終端基本實現了WiFi功能的芯片集成，如手機、家庭網絡電視等；對于部分沒有集成WiFi功能的家電設備還可以使用外接WiFi終端對其進行功能擴展，這些家電設備的主要功能可以通過家庭網關來實現。其具體功能實現方式如下。無線終端設備按照控制端需求將自身狀態信息發送到終端的微控制器模塊，該模塊將這些信息轉換為可被網關識別的UDCP報文通過WiFi網絡發送給家庭網關；當需要控制無線終端設備實現某種功能時，控制端向家庭網關發送控制指令，網關將這些指令轉換為可被無線終端識別的報文并通過WiFi網絡發送給無線終端實現對無線終端設備的控制或查詢。

3、數字家庭無線網絡的安全防護

為保證數字家庭網絡的安全必須采取必要的安全措施。常用的安全防護措施有設置網關登錄用戶名和口令、設置網絡連接密碼、限制網絡地址訪問等技術。這些防護措施的應用可以在不影響無線網絡的開放性、便捷性的前提下為家庭提供安全的網絡訪問。

總結

隨著網絡技術的發展，WiFi技術的普及以及支持無線網絡接入設備的增多，家庭生活已經逐漸開始向數字化過渡。將家庭中具有無線網絡功能的設備通過WiFi技術連接成局域網并與外部的以太網通信，實現現代家庭生活的智能化、功能化是今后社會發展的主流趨勢。