基于開(kāi)源路由技術(shù)的低功耗無(wú)線(xiàn)路由器研究

摘要：移動(dòng)終端通過(guò)基于IEEE 802．11協(xié)議的Wi-Fi無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相連。本文深入研究了IEEE802．11協(xié)議，利用開(kāi)源路由技術(shù)對無(wú)線(xiàn)路由器刷入第三方開(kāi)源固件Open-WRT，并對該固件進(jìn)行相應的協(xié)議修改來(lái)降低Wi-Fi功耗，并且將降低功耗后的無(wú)線(xiàn)路由器應用于具體的智慧旅游項目。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；Wi-Fi；無(wú)線(xiàn)路由器；開(kāi)源路由技術(shù)

引言
Wi-Fi無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)基于IEEE802．11協(xié)議，是目前無(wú)線(xiàn)通信中最常用的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)。然而，Wi-Fi無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)有一個(gè)致命弱點(diǎn)——功耗高。因此，如何降低Wi-Fi無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的功耗成為了急需解決的問(wèn)題。移動(dòng)終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由器提供的Wi-Fi信號接入互聯(lián)網(wǎng)或者進(jìn)行定位服務(wù)，然而由于Wi-Fi的高功耗使得無(wú)線(xiàn)路由器必須一直連接電源才能保持正常工作，這就嚴重限制了人們的使用范圍。我們希望在沒(méi)有電源接入的地方(比如古老景區、歷史遺跡)也可以使用無(wú)線(xiàn)路由器，為移動(dòng)終端提供服務(wù)。

1 IEEE802．11協(xié)議
IEEE802．11協(xié)議是由美國電氣與電子工程師學(xué)會(huì )(IEEE)開(kāi)發(fā)的一組無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議。這些協(xié)議定義了無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)(或接入點(diǎn))之間兩個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)之間的通信的接口。該協(xié)議主要包含物理層和MAC層，主要工作在ISO協(xié)議的最低兩層上，本文主要研究該協(xié)議的MAC層。
IEEE802．11協(xié)議定義幀包含以下幾個(gè)部分：
◆MAC頭部。包含幀控制、持續時(shí)間、地址和排隊控制信息。
◆有效長(cháng)度的幀體。包含幀信息、幀類(lèi)型。
◆FCS。包含CRC校驗的信息。
控制幀：主要用于協(xié)助數據幀的傳遞，所有控制幀都使用相同的Frame Control字段。
管理幀：負責在工作站和AP之間建立初始的通信，提供認證和連接服務(wù)，包括連接請求／響應、輪詢(xún)請求／響應、Beacon幀等。
Beacon幀：主要聲明網(wǎng)絡(luò )的存在。定期傳送的信標可以讓移動(dòng)式工作站得知該網(wǎng)絡(luò )的存在，從而調整加入該網(wǎng)絡(luò )所必需的參數。在基礎結構網(wǎng)絡(luò )中，接入點(diǎn)負責傳送Beacon幀。

由圖1的IEEE802．11協(xié)議幀結構可以看出，如果僅僅保留IEEE802．11協(xié)議廣播Beacon幀功能的話(huà)，則只需發(fā)送很少的數據，可以大大地降低功耗，而且我們還可以通過(guò)開(kāi)源路由技術(shù)修改IEEE802．11協(xié)議來(lái)達到降低功耗的目的。

2 開(kāi)源路由技術(shù)
圖2為T(mén)CP／IP與OSI參考模型的對應關(guān)系，可以看出路由器是工作在OSI模型中的第3層，即網(wǎng)絡(luò )層。同時(shí)也是TCP／IP協(xié)議的第3層，即網(wǎng)際層。路由器利用網(wǎng)絡(luò )層定義的“邏輯”網(wǎng)絡(luò )地址(即IP地址)來(lái)區別不同的網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的百聯(lián)和隔離，保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò )的獨立性。路由器不轉發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò )內部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò )的數據均被送到路由器，再由路由器轉發(fā)出去。

無(wú)線(xiàn)路由器是基于開(kāi)源的Linux操作系統，然而商業(yè)路由器為了保護自己的技術(shù)是不會(huì )把固件源碼公開(kāi)的，因此不能由第三方軟件開(kāi)發(fā)者直接對其固件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。自從Linksys釋放WRT54G／GS的源碼后，開(kāi)源軟件愛(ài)好者開(kāi)發(fā)出很多不同版本的固件，以增強原有的功能或者增加原來(lái)沒(méi)有的功能。下面是主流的無(wú)線(xiàn)路由的Linux發(fā)行版：
①Open-WRT。國內最早興起刷固件行動(dòng)的人基本上都是將自己的設備刷新成Open-WRT，由此可見(jiàn)Open-WRT具有極大的影響力。該固件通過(guò)SSH加密協(xié)議來(lái)配置，與Cisco設備在很多指令和操作上類(lèi)似。
②DD-WRT。該固件是國內外目前最為流行的固件之一，它是在Open-WRT固件的基礎上改進(jìn)后發(fā)布的，很多功能都是取自Open-WRT。存應用范同上DD-WRT支持極多的硬件平臺，并且新版本的發(fā)布也很及時(shí)。
③Hyper-WRT。該固件是以穩定著(zhù)稱(chēng)的第三方同件，不過(guò)功能上要比前兩種稍遜一籌。從核心代碼上看，它是最接近Linksys官方固件的固件。對很多用戶(hù)來(lái)說(shuō)，新功能、新應用的出現是他們刷新同件的主要動(dòng)力，如果只是要求單一的穩定，那么直接使用官方默認固件即可。
④Tomato。這是一款逐漸流行的固件，個(gè)頭比較小，實(shí)際使用起來(lái)非常穩定，而且基于SVG的圖形化流量圖非常有特色。它是由Hyper-WRT研發(fā)團隊中的一個(gè)組員開(kāi)發(fā)的。
本文選用的第三方固件是Open-WRT，之所以選擇Open-WRT是因為它是完全開(kāi)源的，方便編譯和配置，有對應路由器所需要的固件，重新刷固件也很方便。