工业网络技术 课件 15 Wi-Fi通信及应用

Wi-Fi通信及应用一、Wi-Fi基本原理二、生产监控与应用一、Wi-Fi基本原理任何数据都能被分解为二进制数码，0、1、声音、图片、任何数据。Wi-Fi和有线网不同的地方在于传输数据的方式，有线网通过将数据转化为电子信号，通过物理线路传输。Wi-Fi使用无线电波进行传输。1.Wi-Fi基本概念Wi-Fi的全称为WirelessFidelity，是基于IEEE802.11标准创建的无线局域网技术。Wi-Fi的原意是一种认证标志，指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网技术，能和其他使用802.11协议的通讯相互兼容。全球的认证机构是Wi-Fi联盟（WFA），其前身是WECA（无线以太网兼容性联盟，WirelessEthernetCompatibilityAlliance）。一、Wi-Fi基本原理Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。既看不到，摸不到，也听不到，但它对当今世界已经产生巨大的影响并将持续进行。从我们家庭的无线网络到办公室和公共场所，无需依赖电缆的高速无线连接。可以毫不夸张地说，由于有了随时可用的Wi-Fi，我们因而可以拥有更好的生活，能够更直接、更简单并具备高移动性的方式使用我们的笔电本电脑、平板电脑和便携式电子产品，再也不用担心身边有一堆杂乱的电线。一、Wi-Fi基本原理2.Wi-Fi工作原理（1）工作模式常见的两种Wi-Fi工作模式是桥接模式和路由模式。表1为两种工作模式比较图。桥接模式下，所有设备都通过主路由获取IP地址。桥接设备转发所有数据包给路由设备。路由模式下，所有下级终端设备发往上级网络的数据包都将转发给默认网关进行处理。一、Wi-Fi基本原理表1工作模式比较图

桥接模式路由模式AP管理地址手工配置，与上级设备DHCP地址段不同通过DHCP从上级设备获取Wi-Fi终端地址通过DHCP从上级设备获取（桥接AP对于Wi-Fi）终端透明由AP通过DHCP分配，地址段与上级设备DHCP地址段不同多AP情况多AP管理地址段不同多AP的DHCP地址段不同优点1.多AP接入时，同属一个网段，局域网应用不受限制2.终端在AP间漫游后地址不变1.即插即用2.AP的管理地址不易遗忘缺点1.如果通过桥模式直接接入家庭网关，接入设备数有限制1.AP的DHCP地址段可能和上联设备有冲突（有的AP支持上联冲突检测，但多AP；接入时还是有冲突可能）2.多AP接入时，局域网应用受到限制一、Wi-Fi基本原理（2）Wi-Fi技术参数Wi-Fi主要有五类参数，分别是：频段、速率、频宽、空间流数量、MU-MIMO。①频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz2.4GHz是ISM频段（工业/科学/医用频段，IndustrialScientificandMedicalBand）中的一段，各国都开放，因此许多无线技术都采用该频段（主要有微波炉、蓝牙和ZigBee、Wi-Fi、车库门控制器、无绳电话、无线鼠标、一些无线家用设备）5GHz：目前我国开放了5.8GHz和5.1GHz两个频段。②速率：在实际传输时，由于有Beacon帧（信标）类的短报文、传输延迟、竞争避让等因素，最大的有效吞吐量只有关联速率的50%。2、3个设备以最大关联速率发送数据时，整个无线网络利用率最高；设备数量再增加，无线网络整体的吞吐量就会极速下降。一、Wi-Fi基本原理③频宽：802.11n开始引入，指成倍提升频宽，在实际操作中即同时占用相邻信道。802.11n支持40MHz和20MHz两种频宽。802.11ac支持更高的80MHz和160MHz频宽。④空间流数量802.11n协议最多支持四条空间流；802.11ac协议最多支持八条空间流；802.11acwave2最大的特点是支持MU-MIMO（多用户多入输出，Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output），能进一步提高无线网络的利用率。⑤MU-MIMOMU-MIMO（多用户多入输出，Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output）一、Wi-Fi基本原理技术实现描述：上行MU-MIMO：不同终端使用相同的时频资源进行上行发送。（终端侧基本不用做改动，设备侧需要识别各终端并加以区隔，避免干扰）下行MU-MIMO：设备使用相同的时频资源向不同终端进行下行发送。（终端侧通过消除/零陷（ZeroForcing）算法，分离不同发送给不同终端的数据流；也可以通过在设备侧采用波速赋形（BF,Beamforming）的方法，提前分离不同用户的数据流，从而简化设备侧的操作）。一、Wi-Fi基本原理3.Wi-Fi技术优点（1）网络覆盖范围大，移动便捷Wi-Fi的热点覆盖而积较大，可达到直径200米，随着技术的进一步发展，这个而积还在不断地扩大之中。Wi-Fi连接点网络不同于有线网络，它不依赖于物理上的有线骨干网，用户在其热点覆盖范围内可以任意移动而不至于断开连接，并可随时根据需要组建网络，连接更加便捷，这也进一步扩大了Wi-Fi的使用范围。（2）传输速度快Wi-Fi的传输速度虽根据无线网卡的标准不同而有所差异，但整体速度较快，能够适应个人和社会对信息化发展的需求。但是限于技术水平，口前Wi-Fi的传输质量和数据安全性都还有较大的提升空间。一、Wi-Fi基本原理（3）安装简单由于Wi-Fi连接点网络不依赖于物理上的有线骨干网，因此在构建网络时，不再需要对线缆的铺设工作进行安排，大大节省了安装费用，简化了安装工作。用户只需在Wi-Fi的热点覆盖而积使用搭载无线网卡的笔记本电脑或其他终端，即可连上网络，而不再需要将电话线或网线直接连在电脑上，在很大程度上节省了空间，简化了上网过程。（4）健康安全Wi-Fi连接点网络使用的IEEE802.11协议对辐射功率有着明确的规定，要求必须低于100mW，而在实际使用中，Wi-Fi的辐射仅在60-70mW，对人体造成的辐射要远远低于手机和对讲机。并且Wi-Fi的使用设备离人体尚有一段距离，并不需要像手机一样与使用者身体进行直接接触，因此对人体造成的伤害较低，使用起来比较安全。一、Wi-Fi基本原理4.Wi-Fi技术的缺点（1）由于Wi-Fi不依赖物理上的有线骨干网，因此它的传输速率尚不稳定，容易受到频率干扰，进而显著降低传输速率。另外，虽然Wi-Fi的传输速率较高，但是相对的，要求的系统开销也较高，这样会减少将近一半的应用层带宽，也会明显影响速度。（2）无线电波在传输时，会受到相似频段电波的干扰，同时在传输过程中，也难免会有折射、反射、衍射等现象，在遇上屏蔽能力较强的阻隔时，甚至会出现信号无法穿透的情况，严重影响传输质量。（3）由于Wi-Fi的用户认证加密技术尚不成熟，从数据的安全性和保密性来看，Wi-Fi传输远不及有线传输方式。二、生产监控与应用近年来，随着信息技术的普及和深化发展，各行各业的信息化建设不断深入。视频监控系统原来只是作为一种技防手段，为工厂安全生产保驾护航。但随着视频监控技术的飞速发展，工厂经营管理者对视频监控系统的要求不断提高，如无人操作车间要求实现远程监管，重要设备、危机设备远程巡查，员工工作状态及车间流水线生产状况远程观看等，更有的企业还将监控用于工作流程实时记录。二、生产监控与应用基于安全防护要求和生产质量标准的提高，某企业决定建立一套完善的工厂视频监控系统来满足当前需求。如图所示，企业计划在原有监控系统中，利用Wi-Fi通信的方式增添1个球型摄像头，以实时查看当前工位的生产状况。同时还需要将当前监控系统联网，以保证在移动客户端和PC客户端可以远程查看视频内容。图1二、生产监控与应用硬件/软件系统：球型监控摄像头Wi-Fi版、手机、PC、萤石云视频APP、iVMS-4200客户端、萤石云客户端工具/辅件准备：网络搜索工具SADPTool准备操作：连接萤石云需要上次连接账号删除设备二、生产监控与应用1.激活/查看/修改监控设备参数（1）首先网线连接监控网口与PC机网口。备注：需要了解监控设备当前的网段，然后连接网线，通过助手来查找监控设备具体的IP地址。若不清楚网端，则需要按下监控设备的Reset按键进行初始化操作。图2二、生产监控与应用（2）修改PC的IP地址，为0（同网段即可）图3二、生产监控与应用（3）安装设备网络搜索软件SADPTool.exe，此时可以先关闭PC的Wi-Fi功能，即可搜索到当前监控设备，亦可查看/修改当前监控设备的IP等信息图4二、生产监控与应用（4）选择该监控设备，可以修改监控设备的IP和端口号（管理密码：hhws8888）备注：管理员密码即为网页（4）登陆密码图5二、生产监控与应用2.监控连接至Wi-Fi（1）修改PC的IP地址，为0（保持与监控设备的新IP为同一网段即可）图6二、生产监控与应用（2）使用浏览器搜索监控设备的IP，此示例中为4。（首次登陆会强制修改密码，当前设置的账号：admin；密码：hhws8888）图7二、生产监控与应用（3）在网页中，根据路径【配置】-【网络】-【高级配置】中，接入萤石云的云平台，并记录已经设置的验证码。注意：初始验证码在监控设备顶盖的标签中有所记录。验证码也可以修改，当前为：hhws8888。修改后，点击保存图8二、生产监控与应用（4）在【高级配置】中的Wi-Fi界面，点击“启用”。点击查找，稍等片刻，在列表中会显示出当前可以连接的Wi-Fi图9二、生产监控与应用（5）点击要连接的Wi-Fi（选择强度最好的）。Wi-Fi中的密钥即为Wi-Fi密码。点击“保存”。再次点击查找，即可刷新连接状态，显示连接成功图10二、生产监控与应用（6）在基本配置中，可以查看当前监控设备的无线IP地址。（图中显示为03）图11二、生产监控与应用3.手机端添加监控设备（1）手机端先下载“萤石云视频”app，也可直接扫描右侧二维码进行下载图12二、生产监控与应用（2）利用萤石云视频手机app，扫描监控设备顶部二维码连接（账号admin密码hhws8888验证码hhws8888）图13二、生产监控与应用（3）扫描之后，app中显示当前设备编号，点击“添加”，然后输入设备验证码（验证码hhws8888），随后设备即可添加成功图14二、生产监控与应用（4）点击下一步，可以设置当前设备的名称与监控的场景名。下图所示即为添加成功图15二、生产监控与应用4.PC端添加监控设备（1）安装PC客户端iVMS-4200V_C.exe图16二、生产监控与应用（2）本软件支持PC不连接外网，但需要本机与监控设备同局域网，先设置超级管理员admin密码hhws8888，登录即可二、生产监控与应用（3）在设备管理-设备界面，刷新当前局域网在线的设备。选择当前的监控设备，然后点击“添加”图17二、生产监控与应用（4）在弹出的添加页面中，定义设备的名称，输入其IP地址03（Wi-Fi局域网），账号admin；密码hhws8888，然后确认添加备注：添加设备时，也可输入有线IP地址（本体例4），即构成有线局域网。备注：当前公司Wi-Fi网段为192.168.5.XXX+子网掩码，监控设备网段为192.168.7.XXX+子网掩码。两者目前处于同一网段，求解释（涉及计算机网络技术，待调研）图18二、生产监控与应用（5）添加完成后，可以看到当前监控设备的网络状态为“在线”图19二、生产监控与应用（6）点击主预览，即可在本地观察到当前监控的画面图20二、生产监控与应用5.PC端添加监控设备（云模式，需通过外网上传至云端）（1）安装萤石云PC客户端EzvizStudio.exe。或登录网页版也可，网址如下。/signIn?from=392f743db8514040b395&r=3985959550&returnUrl=https%3A%2F%2F%2Fconsole%2Fhome.html&host=图21二、生产监控与应用（2）使用手机号注册登陆