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作者：北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室 徐暢
杭州東信北郵信息技術有限公司 沈奇威
移動通信網消息(MSCBSC)
Wi-Fi是當今日常生活中使用十分廣泛的無線傳輸技術，隨處可見的Wi-Fi網絡大大促進了移動互聯(lián)網的發(fā)展。網絡覆蓋范圍小是智能路由的一個缺點，但是在某些特定情景下，利用其覆蓋面積小的特點，可以滿足特殊的需求。例如需要監(jiān)控某個終端是否處于一定范圍內時，我們可以通過監(jiān)控該終端是否處于某個Wi-Fi覆蓋區(qū)域內來實現(xiàn)。本文根據(jù)這一思路，設計并實現(xiàn)了一套旅游團脫團預警系統(tǒng)，通過基于OpenWrt的智能路由器實現(xiàn)Wi-Fi探針，監(jiān)控路由器信號范圍內的終端，并由基于Android系統(tǒng)實現(xiàn)的手機客戶端進行分析比對，最終達到脫團預警的目的。
Wi-Fi是一種短程無線傳輸技術，能夠在一定范圍內支持互聯(lián)網接入的無線電信號。它的最大優(yōu)點是傳輸速度較高，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整，有效地保障了網絡的穩(wěn)定性和可靠性。另外它的傳輸有效距離也很長，在開放性區(qū)域通信距離可達305米，使用特殊的天線技術可以達到1000米左右，在封閉性區(qū)域通信距離為76米～122米，加入功率放大電路可以增加其傳輸距離。近年來，Wi-Fi技術在智能家居、工業(yè)控制、移動手持設備等嵌入式環(huán)境中需求日益增多。
如今隨著智能終端設備的普及、智能路由器的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了一系列結合智能終端和智能路由器的應用系統(tǒng)。隨著旅游業(yè)的迅速發(fā)展、旅游人數(shù)的增多，經常有“游客脫團”現(xiàn)象的發(fā)生，導游需要時刻關注旅行團中人員數(shù)量，這對于導游來說是種負擔。利用Wi-Fi的探測功能可以開發(fā)一套脫團預警系統(tǒng)，在旅游團中，導游可根據(jù)該系統(tǒng)查看團員是否脫團。其優(yōu)勢在于搭建成本小、使用方便。但由于智能路由器是依據(jù)終端設備與人的映射來建立監(jiān)控，其準確性可能會差于傳感器的檢測。
本文以基于Android系統(tǒng)的智能手機和基于OpenWrt的智能路由為例，設計實現(xiàn)了一套監(jiān)控系統(tǒng)，其使用場景為前文所述的旅游團導游監(jiān)控團員是否脫團。該套系統(tǒng)具有簡單易用、簡易部署的特點，十分符合上述使用場景。
系統(tǒng)模塊設計
該系統(tǒng)主要由3部分內容構成：搭載在Android系統(tǒng)上的脫團預警APP客戶端、智能路由器上的編程、服務器端。圖1展示了3個組件的不同職能和相互之間的聯(lián)系。
圖1 系統(tǒng)示意圖
1.Android客戶端設計 Android客戶端供團隊中的導游或領隊使用，主要具有以下兩個方面功能。
第一，導游可以方便地通過客戶端連接智能路由，連接完畢后可以通過認證系統(tǒng)獲取用戶身份，完善相應權限的鑒權操作。通過了鑒權的用戶可以查看所連接路由的信息，并且對路由進行操作。由于智能終端和智能路由的可交互操作，在該應用場景下，用戶無需連接互聯(lián)網即可獲得流量統(tǒng)計的相關數(shù)據(jù)。
第二，導游在連接互聯(lián)網之后，可以新建旅游團，完善旅游團信息，等待團員的簽到，流程如圖2所示。導游新建旅游團完畢后，團員可通過簽到網址進行簽到，此操作是為了獲取團員的手機MAC地址，為后續(xù)的脫團監(jiān)測所用。游客簽到的流程如圖3所示。游客簽到完畢后，導游可開啟脫團預警功能，脫團預警的流程如圖4所示。
圖2 新建旅游團流程圖
圖3 游客簽到流程圖
2．智能路由器端功能設計智能路由器上需要進行以下兩個模塊的開發(fā)。
（1）需要開發(fā)數(shù)據(jù)采集模塊，采集連接到路由器上手機的MAC地址。該功能采用Wi-Fi探針技術實現(xiàn)，原理是利用智能設備商Wi-Fi模塊發(fā)出的無線廣播信號進行設備的感知。
（2）保存采集到的MAC地址、連接時間等數(shù)據(jù)，存儲在本地，以供客戶端進行分析和展現(xiàn)。
由于OpenWrt系統(tǒng)的長足發(fā)展，其支持的路由芯片越來越多，通過簡單易用的方式降低了嵌入式Linux開發(fā)的門檻。因此本課題中的智能路由器基于OpenWrt進行開發(fā)。
圖4 脫團預警流程圖
3.服務器端功能設計服務器端的主要職能是負責與客戶端的通信，在后臺備份旅游團數(shù)據(jù)。服務器提供了接口可供客戶端調用，客戶端通過提供的接口進行旅游團的創(chuàng)建。同時，服務器端維護了簽到的入口，游客通過簽到入口將個人信息上報至服務器，服務器將對應信息同步給客戶端，本文中的服務器端基于Play框架進行開發(fā)。
智能路由器端實現(xiàn)原理
1.數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊是智能路由器端的核心，該模塊通過以下3個子模塊進行數(shù)據(jù)采集。
（1）數(shù)據(jù)搜集。數(shù)據(jù)搜集子模塊工作在路由器的驅動層。路由器硬件接收到當前信道上的數(shù)據(jù)幀之后上報硬件終端。終端處理函數(shù)通過幀頭信息判斷幀的類型，并將相關信息提取出來，然后調用數(shù)據(jù)廣播子模塊提供的數(shù)據(jù)發(fā)送接口，發(fā)送給用戶層的數(shù)據(jù)接收子模塊。
（2）數(shù)據(jù)廣播。數(shù)據(jù)廣播子模塊實時監(jiān)聽數(shù)據(jù)搜集子模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)搜集子模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)接收子模塊，這些是主要的探針數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)廣播子模塊與其他子模塊之間的數(shù)據(jù)交互如圖5所示。
圖5 數(shù)據(jù)廣播子模塊交互示意圖
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編 輯：劉婷宜
