· 安控應用中相關 Wi-Fi 的知識

IEEE 802.11 Wireless Fidelity (Wi-Fi)

IPSECU

Wi-Fi 是無線保真度的縮寫，字面意思是「無線保真度」。現在我們所說的 Wi-Fi 一般是指無線局域網（WLAN）、無線局域網、無線熱點或無線網路。如果這個局域網透過路由器連接到外部網路，那麼 Wi-Fi 可以連接到網路。

Wi-Fi 是一種基於 IEEE 802.11 標準的無線局域網技術。Wi-Fi 聯盟（Wi-Fi Alliance）負責制訂相關的 Wi-Fi 標準。Wi-Fi 也是這個聯盟的商標。

需要注意的一點是，「Wi-Fi」通常寫成「WiFi」或「wifi」，但它們並不被 Wi-Fi 聯盟認可，因此唯一的標準寫法是 Wi-Fi。

標準

如前所述，Wi-Fi 是一種基於 802.11 標準的無線局域網技術。不要混淆兩者，IEEE 802.11 是無線局域網標準，Wi-Fi 是該標準下的實現。

不。	時間	姓名	標準	核心點
1	1997'		IEEE 802.11	2.4GHz 頻段，最高速率 2 Mbit/s
2	1999'	無線網路 1	IEEE 802.11b	2.4GHz 頻段，最高速率 11 Mbit/s
3	1999'	無線網路 2	IEEE 802.11a	5GHz 頻段，最高速率 54 Mbit/s
4	2003'	無線網路 3	IEEE 802.11g	2.4GHz 頻段，最高速率 54 Mbit/s
5	2009'	無線網路 4	IEEE 802.11n	2.4/5GHz 頻段，最高速率 600 Mbit/s
6	2014'	無線網路 5	IEEE 802.11ac	5GHz 頻段，最高速率 6.9 Gbit/s
7	2020'	無線網路 6	IEEE 802.11ax	2.4/5GHz頻段，最高速率9.6 Gbit/s

工作原理

Wi-Fi 設置需要至少一個接入點 (AP) 和一個或多個客戶端用戶。無線 AP 將每 100 毫秒通過信標數據包廣播 SSID。信標包的傳輸速率為1 Mbit/s，長度很短，所以這個廣播動作對網路性能影響不大。因此，Wi-Fi 規定其最小傳輸速率為 1 Mbit/s，以保證所有 Wi-Fi 客戶端都能接收到這個 SSID 廣播包，客戶端可以決定是否連接到這個 SSID AP。. 用戶可以設置要連接的 SSID。Wi-Fi系統對客戶端連接開放，支持漫遊，這是Wi-Fi的優勢。但這也意味著一個 Wi-Fi 在性能上可能比其他 Wi-Fi 更好，甚至會相互干擾，我稍後會談到。

安全中的 Wi-Fi

安全 Wi-Fi 產品

在安全方面使用 Wi-Fi 的產品和方法主要有以下幾種：

1. 普通家用 Wi-Fi 攝影機。我們經常使用百元左右的卡片機、搖頭機、球機。主要功能是透過手機配置將攝影機連接到家庭 Wi-Fi 路由器上網。然後可以透過相應的手機 APP 遠端訪問，實時監控，語音對講，影像播放等。有的還提供增值服務，比如雲端儲存，簡單的 AI 功能（人形檢測，人臉辨識等） .)。

常見的家用 Wi-Fi 攝影機第三方平台請參考 P2P 遠端訪問技術在安控影像監控中的應用。本文介紹常見的安控攝影機 P2P 平台（包括部分第三方平台）。除了海康的螢石雲和小米的米家，還有很多所謂的雜牌攝影機。當我們的攝影機發生故障，並且我們不知道如何操作時，了解這些資訊將很有幫助。

2. 普通網路攝影機，透過 USB Wi-Fi 模組擴展 Wi-Fi 功能。普通網路攝影機，默認為 RJ45 有線傳輸。如果支持 USB 擴展，我們可以在攝影機上接一個 USB Wi-Fi 模組，將有線攝影機擴展為 Wi-Fi 無線。當然，除了 USB 介面外，攝影機還必須內置對應 USB Wi-Fi 模組的驅動。
3. 普通 DVR/NVR，透過 USB Wi-Fi 模組擴展 Wi-Fi 功能。DVR 和 NVR 的擴展 Wi-Fi 功能與普通網路攝影機相同。除了具有 USB 介面外，還必須內置對應 USB Wi-Fi 模組的驅動程式。因此，一般支持擴展 Wi-Fi 功能的 DVR、NVR、網路攝影機都會標明晶片方案支持哪些 Wi-Fi 模組。
4. 無線 Wi-Fi NVR/攝影機套裝。無線 Wi-Fi 攝影機/ NVR 套件的要點在於，在出廠前，已經對 Wi-Fi 攝影機和 Wi-Fi NVR 進行了配置、綁定，並透過 Wi-Fi 連接成功。用戶只需打開設備電源，即可在 NVR 上顯示攝影機圖像。無需再進行繁瑣的 Wi-Fi 網路配置操作，即插即用，傻瓜式操作，更受消費者歡迎。
5. 項目中直接使用無線 AP 進行擴展。以上都是基於產品的 Wi-Fi 應用，Wi-Fi 傳輸距離有限。在實際項目中，只能無線傳輸，而且距離很遠，比如幾公里或者幾十公里。這時候就需要使用大功率的無線 AP 了。使用該設備，可以一對一，也可以多對一，即將一個點或多個地方的網絡攝影機無線傳輸到一個集中的匯聚管理點。無線 AP 產品有很多，可以根據需要進行選擇。傳輸距離從幾公里到幾十公里，支持 POE 供電、多種傳輸帶寬、天線模式等。

分銷通路

前面提到的家用 Wi-Fi 攝影機使用的關鍵，是攝影機需要透過手機 APP 連接到 Wi-Fi 路由器，即網路分佈式。目前比較成熟的配網方式主要有以下幾種：

1. AP模式有兩種方式，前提是攝影機自身產生 AP 熱點。手機先連接 Wi-Fi，然後在攝影機 APP 中搜索攝影機 AP 熱點，然後配置網路，將攝影機連接到 Wi-Fi。第二種方式，手機先連接攝影機熱點，然後在 APP 中，搜索要連接攝影機的 Wi-Fi，然後將攝影機連接到 Wi-Fi。
2. Over the airAP 方式配網在 IOS 端比較麻煩，對於普通用戶來說易用性很差。因此，就有了空氣承包的配送網路方式。簡單來說就是透過某種方式（通過空中）向攝影機發送 Wi-Fi 連接資訊（主要是 SSID 和密碼）。常見的方式有以下幾種：二維碼，手機生成包含 Wi-Fi 資訊的二維碼，提供給攝影機進行掃描。攝影機辨識二維碼中包含的 Wi-Fi 信號後，成功連接網路。掃描時注意角度和距離。聲波分銷網路，手機 APP 端將 Wi-Fi 資訊轉換為音頻，攝影機內置拾音器接收到音訊，再將音訊解碼為 Wi-Fi 資訊，連接成功，配網成功。需要注意音量和環境噪音不要太大。藍牙，Wi-Fi 資訊透過藍牙傳輸發送到攝影機。攝影機接收到 Wi-Fi 資訊後，成功配置網路。使用這種網路分發方式的前提是攝影機需要支持藍牙功能。

無線模組

安控行業主要使用的 Wi-Fi 晶片如下：

• 台灣雷凌（Ralink，被聯發科收購）RT3070、RT5370、RT5350等；
• 聯發科自有的 MT7610和 MT7601；
• Realtek 的 Realtek RTL8188；
• 雄邁 XM71x(OEM/ODM)。

Wi-Fi 信號傳輸

從電磁波譜來看，Wi-Fi 信號就是微波。微波信號的穿透能力不強，容易被金屬屏蔽；被材料吸收後，會產生熱效應。

2.4GHz 微波對各種材料的穿透損耗實測經驗值8mm 木板：1~1.8dB38mm 木板：1.5~3dB40mm 木門：2~3dB12mm 玻璃：2~3dB250mm 水泥牆：20dB~30dB磚牆: ~15dB樓層阻塞: ~30dB電梯阻塞: 20~40dB

由於穿透性能較差，Wi-Fi 信號遇到障礙物，如牆壁，主要依靠折射、反射、漫射和衍射（衍射）。

1. 折射，當 Wi-Fi 信號通過玻璃或水時，信號路徑發生偏轉；
2. 反射，當 Wi-Fi 信號通過金屬物體時，信號被反射；
3. 衍射（diffraction），Wi-Fi 信號穿過混凝土牆，因為不能穿過，一部分信號會向側面擴散，遇到可以穿過的區域時，會繼續在一個區域內傳播原方向的直線；
4. 漫射，Wi-Fi 信號遇到水泥牆，因為直線被擋住了，一部分信號會散開，繼續沿著牆上下左右延伸。

Wi-Fi 信號傳輸距離能力取決於信號接收端（手機）等具有低功耗能力的設備。

5G 的 Wi-Fi 穿透能力弱於 2.4G。波長越短，電磁波的穿透能力越強，但是一般的水泥牆 Wi-Fi 信號很難完全穿透，大部分都丟失了。更多的 Wi-Fi 信號透過反射、衍射和擴散穿過牆壁。

頻率越高，穿透（直線傳播）消耗的能量越大，造成信號浪費。相反，設備接收到的信號會被反射和衍射。2.4Ghz 下比 5Ghz 有更多的衍射和反射，所以設備接收到的信號更強。

另一方面，頻率越高，衰減越快，損耗越大。

Wi-Fi 天線

• 傳統的 Wi-Fi 天線。傳統的 Wi-Fi 天線有兩種類型：全向天線和定向天線。
• 全向天線提供室內外 Wi-Fi 信號覆蓋，360 度全方位覆蓋。三種常見的全向天線：戶外全向天線、塑料天線、陣列全向天線
• 定向天線，顧名思義，覆蓋一定角度和範圍的天線。定向天線的常見類型：八木天線、網格天線、平板天線、平面天線等。
• 安控產品使用的 Wi-Fi 天線
• OnBoard 板載天線
• SMD 貼片陶瓷天線
• FPC 外接軟板天線
• 外置塑料棒天線

大型場館 Wi-Fi 佈局

Wi-Fi 信號干擾問題

• 802.11 空中介面原理。當 AP 選擇某個頻率發射信號時，與該 AP 相連的相應用戶（STA）也會在該頻率上進行通信。由於 AP 和 STA 共用這個信道，所以雙方在發送數據包時很可能發生衝突，導致空口丟包率增加，傳輸品質下降。
• 信道干擾
• 接入點功率
• 高並發網路不穩定

解決方案思路

• 2.4G + 5G 融合
• 通道選擇 0.9*4>3 (1, 6, 11 到 1, 5, 9, 13)
• 使用小角度天線精確控制信號傳輸角度。
• 動態調整 AP 設備功率
• 控制每個 AP 的接入設備數量
• 限制連接設備的網路速度
• 用於訪問、冗餘和備份的頻寬

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