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关于WiFi必须了解的基础知识

qinger0912 2019-6-12 12:04

  今天看了一下极客头条,偶然看到一篇关于Wi-Fi的文章,感觉写的还不错,所以把它记录下来便于自己日后深入的学习物联网技术!为了更好的理解WiFi,下面我对原文进行一下总结!以下大部分内容来自原文,在这里对其表示感谢。

  自从只需少量的话费就可以将笔记本、平板电脑连接到互联网,WiFi已成为我们熟知的网络,并无处不在。Wi-Fi对于一些物联网应用十分有用,比如楼宇自动化、内部能源管理。但对于另一些的物联网应用中,WiFi作用并不大。WiFi的重要性对于我们的日常生活和某些物联网应用不言而喻。

  (1)WiFi的发源地是夏威夷

  至少我们可以说,对于WiFi概念最早的尝试是在夏威夷的发生的。ALOHANET是一个在夏威夷大学开发的计算机网络系统,也是有史以来首次公开演示的提供无线分组数据网的计算机网络系统。

  最初在1971年提出了 WiFi的概念。20年后 NCR和AT&T公司联合发明了Wave LAN,这被认为是Wi-Fi真正的先驱。接而在1997年,无线协议的第一个版本IEEE 802.11才被发布。那么什么又是IEEE 802.11无线协议呢?

  (2)WiFi=IEEE 802.11

  当两台机器相互连通时,它们需要一定的标准和协议规定,以使他们能顺利沟通。IEEE 802.11是指一组为无线局域网通信所定义的标准(符合IEEE,电气和电子工程师协会)。

  所以在1999年,一个名为Interbrand的品牌咨询公司开始把这项技术推广到市场和消费者,后来,他们将一个无聊的“IEEE 802.11”协议名,改名为“Wi-Fi”。

  Interbrand同时也创造了Wi-Fi logo,这代表着Wi-Fi产品可互操作性的“阴”和“阳”两面。

  那么,WiFi到底是什么意思呢?

  (3)WiFi并不代表“无线”或“精准无线”

  与大家普遍认为的不同,Wi-Fi并不是无线保真(Wireless Fidelity)的意思。这种误解来自于早期使用的广告语——“无线保真的标准”。

  WiFi实际上并不代表什么,也不是任何事物的缩写。

  另外,根据Wi-Fi联盟(成立于1999年,作为一个拥有WiFi商标的行业协会),确定其正式的名称为“Wi-Fi”。Wi-Fi联盟不承认“WiFi”,“Wifi”,或“wifi”等字眼。

  但我更喜欢叫WiFi,因此我要在整篇文章中去使用它。

  综上所述,我们了解了 WiFi的背景,现在我们了解一下 WiFi到底是如何运作的呢?

  (4)WiFi使用无线电波

  如果你还没有忘记所学的知识,那么你应该记得无线电波是电磁辐射的一种,而电磁辐射包括从伽玛射线到可见光到无线电波的种种。

  笔记本、平板电脑使用无线适配器将数据转换成无线电波并使用天线发送该信号。这些无线电波从天线向外发出,并通过无线路由器被接收。然后,无线路由器把无线电波转换回数据形式,使用一个路由器的硬件设备连接数据到互联网并且发送。倘若想要从互联网获取数据传输到笔记本电脑、平板电脑等设备,只需逆转以上的过程即可。

  从更宏观的层面上来看,这是所有无线通信的工作方式。但是,WiFi与其它无线技术有着几个显着的差异。

  (5)WiFi在2.4GHz或者5GHz的频率下传递信息

  这两个频率比用来蜂窝传输的频率高得多。较高频率意味着信号可以携带更多的数据。

  然而,所有形式的无线通信必然要在功耗,范围和带宽之间权衡。因此,高数据速率的代价意味着WiFi将消耗大量的电力,并且它的范围也较小。

  (6)WiFi的最远能传输信息到260英里之外!

  这是真的,瑞典航天局曾使用WiFi来转移数据至260英里外的平流层上的气球。但是,他们使用了非常规标准的WiFi设备和6瓦特放大器。当然,在传输路径上根本没有物理屏障来阻拦、截断信号。

  对于一般的WiFi路由器,信号范围非常非常小,并且取决于许多因素——天线,反射和折射,以及无线电功率输出。

  不说260英里,我们谈谈100英尺(约30米)吧。为什么当你站在隔壁房间的时候,你接收不到信号呢?

  这可能是由于物理屏障导致的。无线电波穿过大多数种类的材料,但会被可导电的材料所阻挡或吸收。水可导电,这意味着我们的身体实际上可以对WiFi造成干扰。但别慌张! WiFi可不会引起细胞损伤。

  这也可能是电波干扰所导致的。由于WiFi使用无线电波(同时无线电波有很多很多的源头,包括空间中也会发射无线电波),这些电波会相互碰撞和干扰信号。事实上,你的微波炉以2.4 GHz的频率运行,这意味着它可以与WiFi干扰,这取决于你是用 2.4或5GHz哪种类型的WiFi。

  (7)WiFi有许多不同的种类

  在上文我们了解了802.11的意思,但是自1997年以来WiFi有了许多不同新的版本:

  802.11a
  802.11b
  802.11g
  802.11n
  802.11ac

  每一个协议标准都有好处和坏处:有些数据传速快,有些速度慢;有些对信号干扰的免疫强,有些抗干扰能力弱;有的成本较低,有些则较为昂贵。成本是个因素,因为虽然在协议上,新标准可以兼容旧标准,但是不同的标准总是需要不同的硬件来协同运作。

  (8)对于大多数物联网应用和设备来说,WiFi其实并不是个很好的选择

  现在市面上已经有数不尽的物联网应用和设备,而其中许多是需要电池供电数月甚至数年的小型传感器或设备。这些传感器和设备并不需要发送大量的数据,也许只是偶尔的这或那冒出来的几个字节。并且,他们可能还需要把数据传输到数英里之外,而不仅仅是短短几英尺之内。

  像之前提到的,WiFi可以在高能耗和短距离的前提下传速大量的数据。当你同时使用成千上万个传感器的时候,WiFi可不是一个很好的选择。

  WiFi可以很好地应用在不必担心功耗(比如插入插座的设备),需要发送大量的数据(如视频),而且并不需要太大传输范围的物联网应用中。家庭安全系统便是一个很好的例子。

  然而,对于大多数其它的物联网应用,还有更好的连接选项,比如蓝牙(Bluetooth),低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Networks, LPWANs),或移动物联网(Cellular IoT)。

  话虽这么说,现在已经有两种已经开发完成或正在开发的WiFi标准是专门针对物联网的——WiFi HaLow(802.11ah)和HEW(802.11ax)。

  WiFi HaLow在2016年被批准,旨在解决对于物联网的应用所需的数据传输范围和电力能量问题。HEW(高效无线)是即将发布的标准,在HaLow的基础上添加增加的对物联网便利的特征。

  原文地址:http://geek.csdn.net/news/detail/203893

  2017.8.14日更新:

  什么是无线AP?

  无线AP,即Access Point,也就是无线接入点。简单来说就是无线网络中的无线交换机,它是移动终端用户进入有线网络的接入点,主要用于家庭宽带、企业内部网络部署等,无线覆盖距离为几十米至上百米,目前主要技术为802.11X系列。一般的无线AP还带有接入点客户端模式,也就是说AP之间可以进行无线链接,从而可以扩大无线网络的覆盖范围。

  无线AP拥有的功能是什么?

  (1).AP的一个重要的功能就是中继,所谓中继就是在两个无线点间把无线信号放大一次,使得远端的客户端可以接受到更强的无线信号。例如我在a点放置一个AP,而在c点有一个客户端,之间有120米的距离,从a点到c点信号已经削弱很多,于是我在中途60米处的b点放一个AP做为中继,这样c点的客户端的信号就可以有效的增强,保证了传输速度和稳定性。

  (2).AP另外一个重要的功能是桥接,桥接就是链接两个端点,实现两个无线AP间的数据传输,想要把两个有线局域网连接起来,一般就选择通过AP来桥接,例如我在a点有一个15台电脑组成的有线局域网,b点有一个25台电脑组成的有线局域网,但是ab两点的距离很远,超过了100米,通过有线连接已不可能,那么怎么把两个局域网连接在一起呢?这就需要在a点和b点各设置一个AP,开启AP桥接功能,这样ab两点的局域网就可以互相传输数据了。需要提醒的是,没有WDS功能的AP,桥接后两点是没有无线信号覆盖的。

  (3).最后一个功能是“主从模式”,在这个模式下工作的AP会被主AP或者无线路由看做是一台无线客户端,比如无线网卡或者是无线模块。这样可以方便网管统一管理子网络,实现一点对多点的连接,AP的客户端是多点,无线路由或主AP是一点。这个功能常被应用在无线局域网和有线局域网的连接中,比如a点是一个20台电脑组成的有线局域网,b点是一个15台电脑组成的无线局域网,b点已经是有一台无线路由了,如果a想接入b,在a点加一个AP,并开启主从模式,并把AP接入a点的交换机,这样所有a点的电脑就可以连接b点的了。

  WDS啥?功能是?

  WDS,即无线热点分布系统,它是无线AP和无线路由中一个特别的功能,简单来说就是AP的中继加桥接功能,它可以实现两个无线设备通讯,也可以起到放大信号的作用,而产品的SSID也可以不同。这是一个非常实用的功能,比如有三户邻居,每户都有一个支持WDS的无线路由或AP,这样无线信号就可以在这三户同时覆盖了,使得相互的通信更加方便。但要注意的是,每个品牌的无线路由所支持的WDS设备是有限制的(一般可以支持4-8个设备),不同品牌的WDS功能不一定可以链接成功。

  什么是ADSL?

  ADSL属于DSL技术的一种,全称Asymmetric Digital Subscriber Line( 非对称数字用户线路),亦可称作非对称数字用户环路。是一种新的数据传输方式。

  ADSL技术提供的上行和下行带宽不对称,因此称为非对称数字用户线路。

  ADSL技术采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道,从而避免了相互之间的干扰。用户可以边打电话边上网,不用担心上网速率和通话质量下降的情况。理论上,ADSL 可在5 km 的范围内,在一对铜缆双绞线上提供最高1 Mbps的的上行速率和最高8Mbps的下行速率。

  什么是WiFi快连?实现的原理是?

  那什么是快连呢?如下图中,手机(设备B)已经接入了AP,而设备A是一个信息孤岛。手机将AP的信息直接发送给设备A,设备A就可以接入AP了。

  我们可以这样认为,WiFi快连就是接入AP的手机快速配置设备,使其接入AP的方式。

  实现原理是这样:手机通过UDP广播,将AP的相关信息组帧发出。而WiFi模块一直处于UDP监听状态。获取到AP信息之后,WiFi模块便可以接入AP了。

  什么是WLAN?

  WLAN无线上网,其全称是:Wireless Local Area Networks,中文解释为:无线局域网络,是一种利用射频(Radio Frequency RF)技术进行据传输的系统,该技术的出现绝不是用来取代有线局域网络,而是用来弥补有线局域网络之不足,以达到网络延伸之目的,使得无线局域网络能利用 简单的存取架构让用户透过它,实现无网线、无距离限制的通畅网络。WLAN 使用 ISM (Industrial、Scientific、Medical) 无线电广播频段通信。WLAN 的 802.11a 标准使用 5 GHz 频段,支持的最大速度为 54 Mbps,而802.11b 和 802.11g 标准使用 2.4 GHz 频段,分别支持最大11 Mbps 和 54 Mbps 的速度。目前WLAN所包含的协议标准有:IEEE802.11b协议、IEEE802.11a协议、IEEE802.11g协议、IEEE802.11E 协议、IEEE802.11i协议、无线应用协议(WAP)。


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