WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用淺析

陳彤善

（西安明德理工學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 西安 710124）

0 引 言

目前，電腦、手機(jī)、IPAD 平板等終端設(shè)備全部配置了WiFi 功能，使得WiFi 網(wǎng)絡(luò)得到廣泛普及，特別是以WiFi 網(wǎng)絡(luò)為主體的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在社會(huì)各界得到了有效應(yīng)用[1]。如WiFi Halow 等技術(shù)，以獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用到智能家居、智慧工業(yè)和智慧城市建設(shè)中[2]，這些都更能激發(fā)我們的研究熱情。本文主要就WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析。隨著5G、6G 等高速通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)低附加值電話服務(wù)對(duì)移動(dòng)通信的收益日趨下滑[3]，同時(shí)，隨著通信企業(yè)越來(lái)越多，其單用戶平均收入對(duì)通信企業(yè)的收入貢獻(xiàn)率已經(jīng)越來(lái)越低，所以，對(duì)通信企業(yè)來(lái)說(shuō)，不得不以數(shù)字多媒體服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為突破口，幫助其穩(wěn)固更多客戶，促進(jìn)業(yè)務(wù)增值，提高網(wǎng)絡(luò)利用率，爭(zhēng)取最大收益；另外，5G 技術(shù)雖然看起來(lái)頻譜跨度大，但在當(dāng)中有一部分頻譜已經(jīng)被占用，可用的頻譜資源不多[4]，因此，WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將在這一領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。通過(guò)本課題的研究，旨在使WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到更大的發(fā)展。

1 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

現(xiàn)代信息社會(huì)，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，許多“聞所未聞”或“科幻式”的新型科技正在迅速改變我們傳統(tǒng)的生活模式，尤其電子信息技術(shù)快速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。當(dāng)前，在移動(dòng)通信系統(tǒng)之外，模擬調(diào)頻技術(shù)、數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)、數(shù)字電話技術(shù)等無(wú)線接入技術(shù)不斷出現(xiàn)，帶動(dòng)了通信行業(yè)的發(fā)展。WiFi、藍(lán)牙、UWB、無(wú)線局域網(wǎng)、ZigBee 等無(wú)線接入技術(shù)在農(nóng)業(yè)、通信、商業(yè)、軍事、科研、智能家居、城市建設(shè)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。

目前，公共接入服務(wù)發(fā)展迅速，Email、局域網(wǎng)、云服務(wù)、英特網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、智能家居、智慧城市，等等，已經(jīng)越來(lái)越符合公眾的消費(fèi)需求。從通信發(fā)展的百年歷史看，任何一種技術(shù)都不能包羅萬(wàn)象，不能容納通信網(wǎng)絡(luò)全部的功能，只有融合接入技術(shù)，共同發(fā)揮協(xié)同作用，才能達(dá)到相關(guān)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、可靠性和有效性方面的共同提升。近年來(lái)的5G、6G 通信技術(shù)已經(jīng)有了較快的發(fā)展，它們?cè)诩夹g(shù)層面、業(yè)務(wù)能力和實(shí)用性上較以往低層次的通信系統(tǒng)都有了更大突破。WiFi 作為一種可以將個(gè)人電腦、IPDA、手機(jī)等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)，可與5G、6G 相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶赜袃?yōu)勢(shì)和強(qiáng)大功能，與5G、6G 甚至更高級(jí)別通信技術(shù)相互融合必定會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。

2 WiFi 網(wǎng)絡(luò)原理及技術(shù)分析

2.1 WiFi 工作原理

WiFi 網(wǎng)絡(luò)頻段為2.4 GHz，其可在一定范圍內(nèi)將終端設(shè)備所需數(shù)據(jù)信號(hào)和通信基站以無(wú)線形式連接。其中，“data link layer”以“Ethernet protocol”為核心，發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)并完成定位和驗(yàn)證，最終將一定距離內(nèi)的多種終端設(shè)備以無(wú)線組網(wǎng)模式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。

WiFi 是現(xiàn)有通信系統(tǒng)的補(bǔ)充，更是對(duì)3G 技術(shù)的互補(bǔ)。一般來(lái)說(shuō)，WPAN 僅僅是一種小范圍、低功率的個(gè)人連接局域網(wǎng)，WMAN 是能解決城區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題的無(wú)線城域網(wǎng)，WBMA 具有高速可移動(dòng)性及較好的覆蓋能力[5]，WiFi 則具有無(wú)線電波覆蓋范圍廣、無(wú)需布線，安裝使用簡(jiǎn)單、綠色健康等特點(diǎn)[6]。

WiFi 是Wireless Fidelity 的縮寫，又稱為802.11b 標(biāo)準(zhǔn)，是世界通信行業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)802.11 系列規(guī)格的代表，其頻率范圍為2.4 ～5.4 GHz，具有高傳輸速率，目前最高已超800 Mb/s，且可根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)弱和傳輸范圍。

2.2 WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)

2.2.1 無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍廣

藍(lán)牙技術(shù)無(wú)線通信覆蓋半徑最大超不過(guò)15 m，而WiFi信號(hào)半徑最大能夠擴(kuò)展到100 m 以上，幾乎目前大部分中高層建筑物都可覆蓋。近年來(lái)，國(guó)外研發(fā)出的功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，將WiFi 覆蓋半徑延長(zhǎng)至4 ～6.5 km，美國(guó)研制出的超級(jí)WiFi 設(shè)備的信號(hào)傳輸距離超500 km。

2.2.2 傳輸速度快

隨著WiFi 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的不斷優(yōu)化升級(jí)，其服務(wù)功能也越來(lái)越強(qiáng)大，特別在傳輸速度方面，完全可以和5G、6G 等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)媲美。目前使用的802.11b、802.11g 速率分別達(dá)到11 Mb/s、54 Mb/s，802.11n 可以達(dá)到600 Mb/s（4×4，40 MHz，SGI），隨著技術(shù)的升級(jí)，802.11ac 速率可以達(dá)到6.9 Gb/s（8×8，160 MHz，SGI），802.11ad 可以達(dá)到7 Gb/s，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。

2.2.3 服務(wù)商較易滿足用戶對(duì)WiFi 網(wǎng)絡(luò)的需求

服務(wù)商只需在學(xué)校、辦公樓、書店、商超等人群密集地點(diǎn)布設(shè)“Hot point”，并根據(jù)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定要求，將Internet 連接到以上地點(diǎn)即可。由“Hot point”將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳遞到盡可能大的區(qū)域，該地手機(jī)、Aipai 等終端使用者只需開啟無(wú)線LAN 功能，即可高速入網(wǎng)，根據(jù)需求開展網(wǎng)上辦公、交友、娛樂(lè)等活動(dòng)。即廠商無(wú)需花費(fèi)過(guò)多經(jīng)費(fèi)即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)公共接入服務(wù)。

2.2.4 無(wú)需架線

WiFi 在使用過(guò)程中能夠突破實(shí)體網(wǎng)絡(luò)對(duì)硬件環(huán)境和地域條件的要求，無(wú)需布線[7]，可根據(jù)工作、生活、學(xué)習(xí)需要，在商場(chǎng)、大樓、商超、火車、客輪等終端使用者所在的地方布設(shè)網(wǎng)絡(luò)。目前，WiFi 已經(jīng)被廣泛擴(kuò)展到環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、智能醫(yī)療、智能家居、物流管理、人流監(jiān)控等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。

2.2.5 安全環(huán)保

WiFi 網(wǎng)絡(luò)IEEE802.11 發(fā)射功率不超過(guò)100 mW，正常情況下，WiFi 網(wǎng)絡(luò)的功率約為60 ～70 mW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于手機(jī)（200 mW ～1 W）或?qū)χv機(jī)（5 W），使用安全且環(huán)保。

3 WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用

3.1 WiFi 與5G 的融合

3.1.1 WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前景

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延的不斷提升，WiFi 一直是室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接的首選。一方面，從WiFi 的基礎(chǔ)寬帶網(wǎng)絡(luò)看，在數(shù)據(jù)下載速率方面，寬帶網(wǎng)絡(luò)相較于4G 網(wǎng)絡(luò)更佳；另一方面，從使用成本來(lái)看，使用WiFi 上網(wǎng)，終端使用者僅向運(yùn)營(yíng)商支付寬帶費(fèi)用即可使用終端設(shè)備上網(wǎng)，即在以室內(nèi)終端消耗流量作為用戶主要流量的情況下，WiFi 網(wǎng)絡(luò)具有較好地穩(wěn)定性和可使用性。

3.1.2 WiFi 與5G 技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

基于技術(shù)層面，5G 以Massive Machine Type Communication （簡(jiǎn)稱mMTC）、Enhanced Mobile Broadband（簡(jiǎn)稱eMBB）、Ultra Reliable & LowLatency Communication（簡(jiǎn)稱URLLC）作為其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同樣，WiFi 網(wǎng)絡(luò)將802.11ax、802.11bb、802.11g、802.11n、802.11ac 作為其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，WiFi 標(biāo)準(zhǔn)802.11ax（WiFi6）、802.11bb、802.11ac等與5G 標(biāo)準(zhǔn)eMBB、mMTC、URLLC 相對(duì)應(yīng)，均能夠達(dá)到高速率、多鏈接、高可靠、低時(shí)延的信號(hào)傳輸效果。由此不難發(fā)現(xiàn)，WiFi 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展緊跟移動(dòng)通信的發(fā)展而發(fā)展，在技術(shù)方面，WiFi 和5G 可以相互融合，互補(bǔ)互進(jìn)。

從頻段層面考慮，網(wǎng)絡(luò)流量已成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最大的載體，面對(duì)爆炸式增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，信號(hào)傳輸?shù)牡缆酚印皳矶隆保W(wǎng)絡(luò)頻段資源愈發(fā)緊張，特別是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在這方面將更加突出。WiFi 網(wǎng)絡(luò)頻段資源豐富，今后的發(fā)展基本不會(huì)受到影響。

3.2 WiFi 與衛(wèi)星的集成應(yīng)用

衛(wèi)星與WiFi 的集成應(yīng)用已將應(yīng)用單項(xiàng)技術(shù)不能完成服務(wù)的新型市場(chǎng)全面啟動(dòng)。WiFi 可以大大降低衛(wèi)星用戶的應(yīng)用成本，提高價(jià)格敏感的市場(chǎng)進(jìn)入率（傳統(tǒng)的衛(wèi)星業(yè)務(wù)市場(chǎng)價(jià)格昂貴）。

3.3 在公眾場(chǎng)所的應(yīng)用

當(dāng)前全國(guó)各地智慧城市的建設(shè)是WiFi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在公共場(chǎng)所應(yīng)用的強(qiáng)有力例證。作為通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)，其業(yè)務(wù)范圍將得到更大地?cái)U(kuò)展，創(chuàng)新性戰(zhàn)略手段將得到更好地實(shí)現(xiàn)；作為政府，這將是親民、便民、樂(lè)民的新作為；作為車站、碼頭、飛機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所，能夠提高工作效率、提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、增加經(jīng)濟(jì)收入。新建成的首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3 航站樓，為了全面提升機(jī)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率、方便商旅人士移動(dòng)辦公、提高機(jī)場(chǎng)工作人員的工作效率，早已將無(wú)線局域網(wǎng)建設(shè)納入規(guī)劃，并已實(shí)施完成[8]。另外，我國(guó)已在部分高速行駛的列車上實(shí)現(xiàn)了WiFi 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，甚至居民小區(qū)也開始部署無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為全面打造智慧小區(qū)奠定了基礎(chǔ)。

3.4 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

應(yīng)用WiFi 無(wú)線局域網(wǎng)可以將醫(yī)院內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備、視頻設(shè)備、AI 設(shè)備、檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備等連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的整體覆蓋。醫(yī)院內(nèi)安裝的監(jiān)控、儀器設(shè)備、檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等均可無(wú)縫連接，對(duì)于出現(xiàn)的堵點(diǎn)和盲點(diǎn)可以根據(jù)需要增加設(shè)備，提高監(jiān)控和醫(yī)療資源共享效果。WiFi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)需架設(shè)網(wǎng)線，可隨時(shí)隨地靈活變換，大大降低了設(shè)施設(shè)備因架設(shè)網(wǎng)線而造成對(duì)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的依賴，實(shí)現(xiàn)了對(duì)病人的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)、移動(dòng)跟蹤，與醫(yī)院內(nèi)醫(yī)療資源共享互通，讓病人最大程度體驗(yàn)人性化關(guān)懷，讓醫(yī)生和病人的診療效率得到更大提升[9]。

4 WiFi 網(wǎng)絡(luò)存在的安全問(wèn)題

無(wú)線WiFi 網(wǎng)絡(luò)在帶給人們方便的同時(shí)，由于其自身存在的安全缺陷，成為了攻擊者首要攻擊的對(duì)象[10]。

4.1 釣魚攻擊

商超、企業(yè)、酒店等經(jīng)營(yíng)者為方便客戶，常常在一定范圍內(nèi)提供WiFi 網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，供終端持有者自動(dòng)搜索，免費(fèi)使用。黑客事先設(shè)置好虛假的DNS 服務(wù)器，當(dāng)網(wǎng)民連接搭載此服務(wù)器的WiFi時(shí)，其上傳的數(shù)據(jù)會(huì)被攻擊者截留下載；更嚴(yán)重的是，網(wǎng)民在不知情的情況下，會(huì)按照黑客設(shè)置的陷阱，一步步輸入網(wǎng)關(guān)密碼等敏感信息，最終造成不可挽回的損失。

4.2 更換接入點(diǎn)

黑客在消費(fèi)場(chǎng)所附近創(chuàng)設(shè)一個(gè)與該場(chǎng)所開放WiFi 域名一樣的接入點(diǎn)，當(dāng)消費(fèi)者與該黑客在相近區(qū)域內(nèi)消費(fèi)時(shí)，消費(fèi)者的終端設(shè)備在WiFi 信號(hào)不穩(wěn)定且網(wǎng)絡(luò)打開的情況下，會(huì)自動(dòng)連接到虛擬接入點(diǎn)，從而使消費(fèi)者在毫不知情的狀況下受到黑客的攻擊。

4.3 病毒攻擊

黑客將設(shè)置的特洛伊木馬等病毒加載到WiFi 網(wǎng)絡(luò)上，攻擊沒(méi)有防火墻或安全防護(hù)程序不完備的終端設(shè)施，入侵到設(shè)備程序中。當(dāng)設(shè)備系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，病毒程序自動(dòng)啟動(dòng)，并對(duì)硬件端口、參數(shù)等進(jìn)行修改，最終達(dá)到偷窺、竊取用戶信息的目的。

4.4 更改路由器

當(dāng)用戶的VPN 密碼較弱時(shí)，黑客采用自行設(shè)置的程序強(qiáng)力破解，控制路由器，達(dá)到“蹭網(wǎng)”的目的。同時(shí)，黑客將進(jìn)一步侵入到無(wú)線路由器后臺(tái)，通過(guò)控制管理系統(tǒng)肆意獲取信息數(shù)據(jù)。

5 WiFi 網(wǎng)絡(luò)安全措施

5.1 警惕公共熱點(diǎn)

官方WiFi 熱點(diǎn)一般都由專人進(jìn)行后臺(tái)管理，連接該熱點(diǎn)必須通過(guò)必要的認(rèn)證。對(duì)于無(wú)須認(rèn)證且隨意連接的WiFi熱點(diǎn)，我們要特別提高警惕，其后面極有可能存在釣魚陷阱，特別是網(wǎng)上轉(zhuǎn)賬或消費(fèi)時(shí)更要小心，以免造成不必要的損失。

5.2 改善連網(wǎng)習(xí)慣

終端設(shè)備會(huì)“記住”多次連接的WiFi 熱點(diǎn)，如果不及時(shí)關(guān)閉WiFi，終端設(shè)備將自動(dòng)連接周邊曾經(jīng)連接過(guò)的熱點(diǎn)，如果該熱點(diǎn)恰好是被攻擊者篡改的熱點(diǎn)，那么我們的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就會(huì)受到攻擊，信息被泄露。

5.3 更改admin

及時(shí)更改路由器的admin，按照密碼設(shè)置的要求，盡可能設(shè)置由多位特殊字符、數(shù)字和大小寫英文混合使用的密碼，提高密碼強(qiáng)度，而且不定期更換設(shè)置的密碼，提高WiFi 網(wǎng)絡(luò)的安全性。

5.4 安裝防火軟件

防火軟件可以較好地將病毒程序阻隔在硬件設(shè)備之外，有效防止終端設(shè)備系統(tǒng)受到黑客軟件的攻擊和侵?jǐn)_。同時(shí)，還可以對(duì)不明程序的攻擊隨時(shí)予以警示，及時(shí)提醒網(wǎng)絡(luò)使用者采取措施，防止網(wǎng)絡(luò)“劫持”事件發(fā)生。

5.5 WPA3 加密

該技術(shù)可有效杜絕信息偽造、篡改等問(wèn)題，不可被暴力破解，并一次性解決密鑰管理、密鑰分發(fā)等難題[11]。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著全球5G、6G 甚至更加先進(jìn)通信技術(shù)的普及，WiFi作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹髁鳂?biāo)準(zhǔn)已無(wú)可替代，目前，家庭和小型辦公網(wǎng)絡(luò)用戶日益劇增，智慧城市、電子商務(wù)和移動(dòng)辦公系統(tǒng)進(jìn)一步普及，廉價(jià)高速的WiFi 已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)連接用戶的首選。WiFi 技術(shù)與5G、6G 甚至更高級(jí)別通信技術(shù)相結(jié)合，其發(fā)展前景將更加廣闊。