WiFi网络技术应用浅析.pdf

2023年/第12期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application1470 引 言目前，电脑、手机、IPAD 平板等终端设备全部配置了WiFi 功能，使得 WiFi 网络得到广泛普及，特别是以 WiFi 网络为主体的物联网技术以其技术优势在社会各界得到了有效应用1。如 WiFi Halow 等技术，以独特的优点被应用到智能家居、智慧工业和智慧城市建设中2，这些都更能激发我们的研究热情。本文主要就 WiFi 网络技术原理和相关技术应用进行分析。随着 5G、6G 等高速通信技术的进一步发展，传统低附加值电话服务对移动通信的收益日趋下滑3，同时，随着通信企业越来越多，其单用户平均收入对通信企业的收入贡献率已经越来越低，所以，对通信企业来说，不得不以数字多媒体服务和物联网应用为突破口，帮助其稳固更多客户，促进业务增值，提高网络利用率，争取最大收益；另外，5G 技术虽然看起来频谱跨度大，但在当中有一部分频谱已经被占用，可用的频谱资源不多4，因此，WiFi 网络技术必将在这一领域发挥巨大的作用。通过本课题的研究，旨在使WiFi 网络技术得到更大的发展。1 WiFi 网络的发展现状及趋势 现代信息社会，科学技术迅猛发展，许多“闻所未闻”或“科幻式”的新型科技正在迅速改变我们传统的生活模式，尤其电子信息技术快速发展，在经济和社会领域发挥着越来越重要的作用。当前，在移动通信系统之外，模拟调频技术、数字扩频技术、数字电话技术等无线接入技术不断出现，带动了通信行业的发展。WiFi、蓝牙、UWB、无线局域网、ZigBee 等无线接入技术在农业、通信、商业、军事、科研、智能家居、城市建设等领域已得到广泛应用。目前，公共接入服务发展迅速，Email、局域网、云服务、英特网、卫星遥感、智能家居、智慧城市，等等，已经越来越符合公众的消费需求。从通信发展的百年历史看，任何一种技术都不能包罗万象，不能容纳通信网络全部的功能，只有融合接入技术，共同发挥协同作用，才能达到相关技术在经济性、可靠性和有效性方面的共同提升。近年来的 5G、6G 通信技术已经有了较快的发展，它们在技术层面、业务能力和实用性上较以往低层次的通信系统都有了更大突破。WiFi 作为一种可以将个人电脑、IPDA、手机等终端以无线方式互相连接的技术，可与 5G、6G 相互补充，充分发挥其无线网络传输的特有优势和强大功能，与 5G、6G 甚至更高级别通信技术相互融合必定会有广阔的发展前景。2 WiFi 网络原理及技术分析2.1 WiFi 工作原理WiFi 网络频段为 2.4 GHz，其可在一定范围内将终端设备所需数据信号和通信基站以无线形式连接。其中，“data link layer”以“Ethernet protocol”为核心，发送数据信号并完成定位和验证，最终将一定距离内的多种终端设备以无线组网模式实现网络共享。WiFi 是现有通信系统的补充，更是对 3G 技术的互补。一般来说，WPAN 仅仅是一种小范围、低功率的个人连接局域网，WMAN 是能解决城区网络覆盖问题的无线城域网，WBMA 具有高速可移动性及较好的覆盖能力5，WiFi 则具有无线电波覆盖范围广、无需布线，安装使用简单、绿色健康等特点6。WiFi 是 Wireless Fidelity 的缩写，又称为 802.11b 标准，WiFi 网络技术应用浅析陈彤善（西安明德理工学院 信息工程学院，陕西 西安 710124）摘 要：本文旨在探索 WiFi 网络在“万物互联”时代的应用发展。文章重点剖析了当前引领宽带无线接入前沿的 WiFi 网络技术原理及其应用，概括性阐述了 WiFi 网络传输速度快、费用低、方便快捷等特点，分析了 WiFi网络在城市、学校、酒店、医院等场景的应用。进一步明确了 WiFi 是现代通信系统的补充，其布局设置不受时间、空间、地域影响，符合个人和社会信息化的需求。WiFi 网络技术与 5G、6G 甚至更高级别通信技术相结合，对推动物联网技术等智能网络开发应用具有非常重要的作用，其发展前景广阔。关键词：WiFi；宽带；无线技术；移动连接；局域网；网络安全中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）12-0147-03DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.12.039收稿日期：2023-05-15 修回日期：2023-06-30物联网技术 2023年/第12期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application148是世界通信行业无线网络技术 802.11 系列规格的代表，其频率范围为 2.4 5.4 GHz，具有高传输速率，目前最高已超800 Mb/s，且可根据实际需求随时调节信号强弱和传输范围。2.2 WiFi 网络技术特点2.2.1 无线信号覆盖范围广蓝牙技术无线通信覆盖半径最大超不过 15 m，而 WiFi信号半径最大能够扩展到 100 m 以上，几乎目前大部分中高层建筑物都可覆盖。近年来，国外研发出的功能强大的网络交换机，将 WiFi 覆盖半径延长至 4 6.5 km，美国研制出的超级 WiFi 设备的信号传输距离超 500 km。2.2.2 传输速度快随着 WiFi 网络标准的不断优化升级，其服务功能也越来越强大，特别在传输速度方面，完全可以和 5G、6G 等网络技术媲美。目前使用的 802.11b、802.11g 速率分别达到 11 Mb/s、54 Mb/s，802.11n 可 以 达 到 600 Mb/s（44，40 MHz，SGI），随着技术的升级，802.11ac 速率可以达到6.9 Gb/s（88，160 MHz，SGI），802.11ad 可以达到 7 Gb/s，符合个人和社会信息化的需求。2.2.3 服务商较易满足用户对 WiFi 网络的需求服务商只需在学校、办公楼、书店、商超等人群密集地点布设“Hot point”，并根据规定的网络设定要求，将Internet 连接到以上地点即可。由“Hot point”将网络信号传递到尽可能大的区域，该地手机、Aipai 等终端使用者只需开启无线 LAN 功能，即可高速入网，根据需求开展网上办公、交友、娱乐等活动。即厂商无需花费过多经费即可实现无线网络公共接入服务。2.2.4 无需架线WiFi 在使用过程中能够突破实体网络对硬件环境和地域条件的要求，无需布线7，可根据工作、生活、学习需要，在商场、大楼、商超、火车、客轮等终端使用者所在的地方布设网络。目前，WiFi 已经被广泛扩展到环境监测、安防监控、智能医疗、智能家居、物流管理、人流监控等领域，应用前景广阔。2.2.5 安全环保WiFi 网络 IEEE802.11 发射功率不超过 100 mW，正常情况下，WiFi 网络的功率约为 60 70 mW，远远低于手机（200 mW 1 W）或对讲机（5 W），使用安全且环保。3 WiFi 网络技术应用3.1 WiFi 与 5G 的融合3.1.1 WiFi 网络技术的发展前景随着移动网络带宽、时延的不断提升，WiFi 一直是室内网络连接的首选。一方面，从 WiFi 的基础宽带网络看，在数据下载速率方面，宽带网络相较于4G网络更佳；另一方面，从使用成本来看，使用 WiFi 上网，终端使用者仅向运营商支付宽带费用即可使用终端设备上网，即在以室内终端消耗流量作为用户主要流量的情况下，WiFi 网络具有较好地稳定性和可使用性。3.1.2 WiFi 与 5G 技术优势互补基于技术层面，5G 以 Massive Machine Type Communication（简称 mMTC）、Enhanced Mobile Broadband（简称 eMBB）、Ultra Reliable&LowLatency Communication（简 称 URLLC）作 为 其 技 术 标 准，同 样，WiFi 网 络 将802.11ax、802.11bb、802.11g、802.11n、802.11ac 作 为 其 技术 标 准，WiFi 标 准 802.11ax（WiFi6）、802.11bb、802.11ac等与 5G 标准 eMBB、mMTC、URLLC 相对应，均能够达到高速率、多链接、高可靠、低时延的信号传输效果。由此不难发现，WiFi 网络技术的发展紧跟移动通信的发展而发展，在技术方面，WiFi 和 5G 可以相互融合，互补互进。从频段层面考虑，网络流量已成为网络技术最大的载体，面对爆炸式增长的网络数据，信号传输的道路愈加“拥堵”，网络频段资源愈发紧张，特别是移动网络在这方面将更加突出。WiFi 网络频段资源丰富，今后的发展基本不会受到影响。3.2 WiFi 与卫星的集成应用卫星与 WiFi 的集成应用已将应用单项技术不能完成服务的新型市场全面启动。WiFi 可以大大降低卫星用户的应用成本，提高价格敏感的市场进入率（传统的卫星业务市场价格昂贵）。3.3 在公众场所的应用当前全国各地智慧城市的建设是 WiFi 无线网络在公共场所应用的强有力例证。作为通信运营企业，其业务范围将得到更大地扩展，创新性战略手段将得到更好地实现；作为政府，这将是亲民、便民、乐民的新作为；作为车站、码头、飞机场等公共场所，能够提高工作效率、提升行业竞争力、增加经济收入。新建成的首都国际机场 T3 航站楼，为了全面提升机场运转效率、方便商旅人士移动办公、提高机场工作人员的工作效率，早已将无线局域网建设纳入规划，并已实施完成8。另外，我国已在部分高速行驶的列车上实现了WiFi 网络的覆盖，甚至居民小区也开始部署无线网络，为全面打造智慧小区奠定了基础。3.4 在医疗领域的应用应用 WiFi 无线局域网可以将医院内的监控设备、视频设备、AI 设备、检验检测设备等连接起来，从而实现医院内无线网络的整体覆盖。医院内安装的监控、仪器设备、检测数据库等均可无缝连接，对于出现的堵点和盲点可以根据需要增加设备，提高监控和医疗资源共享效果。WiFi 无线网2023年/第12期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application149络无需架设网线，可随时随地灵活变换，大大降低了设施设备因架设网线而造成对实体网络的依赖，实现了对病人的实时监护、移动跟踪，与医院内医疗资源共享互通，让病人最大程度体验人性化关怀，让医生和病人的诊疗效率得到更大提升9。4 WiFi 网络存在的安全问题无线 WiFi 网络在带给人们方便的同时，由于其自身存在的安全缺陷，成为了攻击者首要攻击的对象10。4.1 钓鱼攻击商超、企业、酒店等经营者为方便客户，常常在一定范围内提供 WiFi 网络接入服务，供终端持有者自动搜索，免费使用。黑客事先设置好虚假的 DNS 服务器，当网民连接搭载此服务器的WiFi时，其上传的数据会被攻击者截留下载；更严重的是，网民在不知情的情况下，会按照黑客设置的陷阱，一步步输入网关密码等敏感信息，最终造成不可挽回的损失。4.2 更换接入点黑客在消费场所附近创设一个与该场所开放 WiFi 域名一样的接入点，当消费者与该黑客在相近区域内消费时，消费者的终端设备在 WiFi 信号不稳定且网络打开的情况下，会自动连接到虚拟接入点，从而使消费者在毫不知情的状况下受到黑客的攻击。4.3 病毒攻击 黑客将设置的特洛伊木马等病毒加载到 WiFi 网络上，攻击没有防火墙或安全防护程序不完备的终端设施，入侵到设备程序中。当设备系统启动时，病毒程序自动启动，并对硬件端口、参数等进行修改，最终达到偷窥、窃取用户信息的目的。4.4 更改路由器 当用户的 VPN 密码较弱时，黑客采用自行设置的程序强力破解，控制路由器，达到“蹭网”的目的。同时，黑客将进一步侵入到无线路由器后台，通过控制管理系统肆意获取信息数据。5 WiFi 网络安全措施5.1 警惕公共热点 官方 WiFi 热点一般都由专人进行后台管理，连接该热点必须通过必要的认证。对于无须认证且随意连接的 WiFi热点，我们要特别提高警惕，其后面极有可能存在钓鱼陷阱，特别是网上转账或消费时更要小心，以免造成不必要的损失。5.2 改善连网习惯终端设备会“记住”多次连接的 WiFi 热点，如果不及时关闭 WiFi，终端设备将自动连接周边曾经连接过的热点，如果该热点恰好是被攻击者篡改的热点，那么我们的网络系统就会受到攻击，信息被泄露。5.3 更改 admin及时更改路由器的 admin，按照密码设置的要求，尽可能设置由多位特殊字符、数字和大小写英文混合使用的密码，提高密码强度，而且不定期更换设置的密码，提高 WiFi 网络的安全性。5.4 安装防火软件防火软件可以较好地将病毒程序阻隔在硬件设备之外，有效防止终端设备系统受到黑客软件的攻击和侵扰。同时，还可以对不明程序的攻击随时予以警示，及时提醒网络使用者采取措施，防止网络“劫持”事件发生。5.5 WPA3 加密该技术可有效杜绝信息伪造、篡改等问题，不可被暴力破解，并一次性解决密钥管理、密钥分发等难题11。6 结 语随着全球 5G、6G 甚至更加先进通信技术的普及，WiFi作为无线网络传输的主流标准已无可替代，目前，家庭和小型办公网络用户日益剧增，智慧城市、电子商务和移动办公系统进一步普及，廉价高速的 WiFi 已经成为网络连接用户的首选。WiFi 技术与 5G、6G 甚至更高级别通信技术相结合，其发展前景将更加广阔。参考文献1 康鹏.计算机物联网的应用与物联网的关键技术 J.智库时代，2019，3（25）：262-263.2 唐振中，郑思，熊正东，等.基于 WiFi Halow 的无线工业物联网应用 J.无线互联科技，2021，18（2）：13-14.3 张长青.移动运营商大数据和云计算应用探讨 J.电信网技术，2016，42（3）：34-38.4 李嘉骏.5G 技术发展的现状研究 J.无线互联科技，2020，17（1）：12-13.5 陈如明.WiFi、WiMax、WBMA 与 3G、4G 关系的战略思考 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