WiFi 網絡技術應用淺析

陳彤善

（西安明德理工學院 信息工程學院，陜西 西安 710124）

0 引 言

目前，電腦、手機、IPAD 平板等終端設備全部配置了WiFi 功能，使得WiFi 網絡得到廣泛普及，特別是以WiFi 網絡為主體的物聯網技術以其技術優勢在社會各界得到了有效應用[1]。如WiFi Halow 等技術，以獨特的優點被應用到智能家居、智慧工業和智慧城市建設中[2]，這些都更能激發我們的研究熱情。本文主要就WiFi 網絡技術原理和相關技術應用進行分析。隨著5G、6G 等高速通信技術的進一步發展，傳統低附加值電話服務對移動通信的收益日趨下滑[3]，同時，隨著通信企業越來越多，其單用戶平均收入對通信企業的收入貢獻率已經越來越低，所以，對通信企業來說，不得不以數字多媒體服務和物聯網應用為突破口，幫助其穩固更多客戶，促進業務增值，提高網絡利用率，爭取最大收益；另外，5G 技術雖然看起來頻譜跨度大，但在當中有一部分頻譜已經被占用，可用的頻譜資源不多[4]，因此，WiFi 網絡技術必將在這一領域發揮巨大的作用。通過本課題的研究，旨在使WiFi 網絡技術得到更大的發展。

1 WiFi 網絡的發展現狀及趨勢

現代信息社會，科學技術迅猛發展，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的生活模式，尤其電子信息技術快速發展，在經濟和社會領域發揮著越來越重要的作用。當前，在移動通信系統之外，模擬調頻技術、數字擴頻技術、數字電話技術等無線接入技術不斷出現，帶動了通信行業的發展。WiFi、藍牙、UWB、無線局域網、ZigBee 等無線接入技術在農業、通信、商業、軍事、科研、智能家居、城市建設等領域已得到廣泛應用。

目前，公共接入服務發展迅速，Email、局域網、云服務、英特網、衛星遙感、智能家居、智慧城市，等等，已經越來越符合公眾的消費需求。從通信發展的百年歷史看，任何一種技術都不能包羅萬象，不能容納通信網絡全部的功能，只有融合接入技術，共同發揮協同作用，才能達到相關技術在經濟性、可靠性和有效性方面的共同提升。近年來的5G、6G 通信技術已經有了較快的發展，它們在技術層面、業務能力和實用性上較以往低層次的通信系統都有了更大突破。WiFi 作為一種可以將個人電腦、IPDA、手機等終端以無線方式互相連接的技術，可與5G、6G 相互補充，充分發揮其無線網絡傳輸的特有優勢和強大功能，與5G、6G 甚至更高級別通信技術相互融合必定會有廣闊的發展前景。

2 WiFi 網絡原理及技術分析

2.1 WiFi 工作原理

WiFi 網絡頻段為2.4 GHz，其可在一定范圍內將終端設備所需數據信號和通信基站以無線形式連接。其中，“data link layer”以“Ethernet protocol”為核心，發送數據信號并完成定位和驗證，最終將一定距離內的多種終端設備以無線組網模式實現網絡共享。

WiFi 是現有通信系統的補充，更是對3G 技術的互補。一般來說，WPAN 僅僅是一種小范圍、低功率的個人連接局域網，WMAN 是能解決城區網絡覆蓋問題的無線城域網，WBMA 具有高速可移動性及較好的覆蓋能力[5]，WiFi 則具有無線電波覆蓋范圍廣、無需布線，安裝使用簡單、綠色健康等特點[6]。

WiFi 是Wireless Fidelity 的縮寫，又稱為802.11b 標準，是世界通信行業無線網絡技術802.11 系列規格的代表，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，且可根據實際需求隨時調節信號強弱和傳輸范圍。

2.2 WiFi 網絡技術特點

2.2.1 無線信號覆蓋范圍廣

藍牙技術無線通信覆蓋半徑最大超不過15 m，而WiFi信號半徑最大能夠擴展到100 m 以上，幾乎目前大部分中高層建筑物都可覆蓋。近年來，國外研發出的功能強大的網絡交換機，將WiFi 覆蓋半徑延長至4 ～6.5 km，美國研制出的超級WiFi 設備的信號傳輸距離超500 km。

2.2.2 傳輸速度快

隨著WiFi 網絡標準的不斷優化升級，其服務功能也越來越強大，特別在傳輸速度方面，完全可以和5G、6G 等網絡技術媲美。目前使用的802.11b、802.11g 速率分別達到11 Mb/s、54 Mb/s，802.11n 可以達到600 Mb/s（4×4，40 MHz，SGI），隨著技術的升級，802.11ac 速率可以達到6.9 Gb/s（8×8，160 MHz，SGI），802.11ad 可以達到7 Gb/s，符合個人和社會信息化的需求。

2.2.3 服務商較易滿足用戶對WiFi 網絡的需求

服務商只需在學校、辦公樓、書店、商超等人群密集地點布設“Hot point”，并根據規定的網絡設定要求，將Internet 連接到以上地點即可。由“Hot point”將網絡信號傳遞到盡可能大的區域，該地手機、Aipai 等終端使用者只需開啟無線LAN 功能，即可高速入網，根據需求開展網上辦公、交友、娛樂等活動。即廠商無需花費過多經費即可實現無線網絡公共接入服務。

2.2.4 無需架線

WiFi 在使用過程中能夠突破實體網絡對硬件環境和地域條件的要求，無需布線[7]，可根據工作、生活、學習需要，在商場、大樓、商超、火車、客輪等終端使用者所在的地方布設網絡。目前，WiFi 已經被廣泛擴展到環境監測、安防監控、智能醫療、智能家居、物流管理、人流監控等領域，應用前景廣闊。

2.2.5 安全環保

WiFi 網絡IEEE802.11 發射功率不超過100 mW，正常情況下，WiFi 網絡的功率約為60 ～70 mW，遠遠低于手機（200 mW ～1 W）或對講機（5 W），使用安全且環保。

3 WiFi 網絡技術應用

3.1 WiFi 與5G 的融合

3.1.1 WiFi 網絡技術的發展前景

隨著移動網絡帶寬、時延的不斷提升，WiFi 一直是室內網絡連接的首選。一方面，從WiFi 的基礎寬帶網絡看，在數據下載速率方面，寬帶網絡相較于4G 網絡更佳；另一方面，從使用成本來看，使用WiFi 上網，終端使用者僅向運營商支付寬帶費用即可使用終端設備上網，即在以室內終端消耗流量作為用戶主要流量的情況下，WiFi 網絡具有較好地穩定性和可使用性。

3.1.2 WiFi 與5G 技術優勢互補

基于技術層面，5G 以Massive Machine Type Communication （簡稱mMTC）、Enhanced Mobile Broadband（簡稱eMBB）、Ultra Reliable & LowLatency Communication（簡稱URLLC）作為其技術標準，同樣，WiFi 網絡將802.11ax、802.11bb、802.11g、802.11n、802.11ac 作為其技術標準，WiFi 標準802.11ax（WiFi6）、802.11bb、802.11ac等與5G 標準eMBB、mMTC、URLLC 相對應，均能夠達到高速率、多鏈接、高可靠、低時延的信號傳輸效果。由此不難發現，WiFi 網絡技術的發展緊跟移動通信的發展而發展，在技術方面，WiFi 和5G 可以相互融合，互補互進。

從頻段層面考慮，網絡流量已成為網絡技術最大的載體，面對爆炸式增長的網絡數據，信號傳輸的道路愈加“擁堵”，網絡頻段資源愈發緊張，特別是移動網絡在這方面將更加突出。WiFi 網絡頻段資源豐富，今后的發展基本不會受到影響。

3.2 WiFi 與衛星的集成應用

衛星與WiFi 的集成應用已將應用單項技術不能完成服務的新型市場全面啟動。WiFi 可以大大降低衛星用戶的應用成本，提高價格敏感的市場進入率（傳統的衛星業務市場價格昂貴）。

3.3 在公眾場所的應用

當前全國各地智慧城市的建設是WiFi 無線網絡在公共場所應用的強有力例證。作為通信運營企業，其業務范圍將得到更大地擴展，創新性戰略手段將得到更好地實現；作為政府，這將是親民、便民、樂民的新作為；作為車站、碼頭、飛機場等公共場所，能夠提高工作效率、提升行業競爭力、增加經濟收入。新建成的首都國際機場T3 航站樓，為了全面提升機場運轉效率、方便商旅人士移動辦公、提高機場工作人員的工作效率，早已將無線局域網建設納入規劃，并已實施完成[8]。另外，我國已在部分高速行駛的列車上實現了WiFi 網絡的覆蓋，甚至居民小區也開始部署無線網絡，為全面打造智慧小區奠定了基礎。

3.4 在醫療領域的應用

應用WiFi 無線局域網可以將醫院內的監控設備、視頻設備、AI 設備、檢驗檢測設備等連接起來，從而實現醫院內無線網絡的整體覆蓋。醫院內安裝的監控、儀器設備、檢測數據庫等均可無縫連接，對于出現的堵點和盲點可以根據需要增加設備，提高監控和醫療資源共享效果。WiFi 無線網絡無需架設網線，可隨時隨地靈活變換，大大降低了設施設備因架設網線而造成對實體網絡的依賴，實現了對病人的實時監護、移動跟蹤，與醫院內醫療資源共享互通，讓病人最大程度體驗人性化關懷，讓醫生和病人的診療效率得到更大提升[9]。

4 WiFi 網絡存在的安全問題

無線WiFi 網絡在帶給人們方便的同時，由于其自身存在的安全缺陷，成為了攻擊者首要攻擊的對象[10]。

4.1 釣魚攻擊

商超、企業、酒店等經營者為方便客戶，常常在一定范圍內提供WiFi 網絡接入服務，供終端持有者自動搜索，免費使用。黑客事先設置好虛假的DNS 服務器，當網民連接搭載此服務器的WiFi時，其上傳的數據會被攻擊者截留下載；更嚴重的是，網民在不知情的情況下，會按照黑客設置的陷阱，一步步輸入網關密碼等敏感信息，最終造成不可挽回的損失。

4.2 更換接入點

黑客在消費場所附近創設一個與該場所開放WiFi 域名一樣的接入點，當消費者與該黑客在相近區域內消費時，消費者的終端設備在WiFi 信號不穩定且網絡打開的情況下，會自動連接到虛擬接入點，從而使消費者在毫不知情的狀況下受到黑客的攻擊。

4.3 病毒攻擊

黑客將設置的特洛伊木馬等病毒加載到WiFi 網絡上，攻擊沒有防火墻或安全防護程序不完備的終端設施，入侵到設備程序中。當設備系統啟動時，病毒程序自動啟動，并對硬件端口、參數等進行修改，最終達到偷窺、竊取用戶信息的目的。

4.4 更改路由器

當用戶的VPN 密碼較弱時，黑客采用自行設置的程序強力破解，控制路由器，達到“蹭網”的目的。同時，黑客將進一步侵入到無線路由器后臺，通過控制管理系統肆意獲取信息數據。

5 WiFi 網絡安全措施

5.1 警惕公共熱點

官方WiFi 熱點一般都由專人進行后臺管理，連接該熱點必須通過必要的認證。對于無須認證且隨意連接的WiFi熱點，我們要特別提高警惕，其后面極有可能存在釣魚陷阱，特別是網上轉賬或消費時更要小心，以免造成不必要的損失。

5.2 改善連網習慣

終端設備會“記住”多次連接的WiFi 熱點，如果不及時關閉WiFi，終端設備將自動連接周邊曾經連接過的熱點，如果該熱點恰好是被攻擊者篡改的熱點，那么我們的網絡系統就會受到攻擊，信息被泄露。

5.3 更改admin

及時更改路由器的admin，按照密碼設置的要求，盡可能設置由多位特殊字符、數字和大小寫英文混合使用的密碼，提高密碼強度，而且不定期更換設置的密碼，提高WiFi 網絡的安全性。

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備之外，有效防止終端設備系統受到黑客軟件的攻擊和侵擾。同時，還可以對不明程序的攻擊隨時予以警示，及時提醒網絡使用者采取措施，防止網絡“劫持”事件發生。

5.5 WPA3 加密

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

6 結 語

隨著全球5G、6G 甚至更加先進通信技術的普及，WiFi作為無線網絡傳輸的主流標準已無可替代，目前，家庭和小型辦公網絡用戶日益劇增，智慧城市、電子商務和移動辦公系統進一步普及，廉價高速的WiFi 已經成為網絡連接用戶的首選。WiFi 技術與5G、6G 甚至更高級別通信技術相結合，其發展前景將更加廣闊。