基于Android系統(tǒng)和WIFI技術(shù)研究

孫永偉

摘 要：本文主要介紹了Android系統(tǒng)和WIFI技術(shù)。Android系統(tǒng)作為一款開(kāi)放性的第三方軟件，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單方便，兼容性和通用型強(qiáng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用智能家居行業(yè)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。WIFI技術(shù)主要簡(jiǎn)介了WIFI網(wǎng)絡(luò)的配置模式，在小區(qū)、商場(chǎng)等場(chǎng)所形成局域網(wǎng)絡(luò)，作為信息傳遞的媒介，也得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Android;系統(tǒng);WIFI技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）08-0052-02

1 Android系統(tǒng)簡(jiǎn)介

Android系統(tǒng)是一款開(kāi)源的手機(jī)操作系統(tǒng)，由Google公司在2007年的時(shí)候發(fā)布，是基于Linux平臺(tái)的，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、中間連接和用戶界面等部分構(gòu)成。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，到2010年，得到官方認(rèn)證的應(yīng)用數(shù)量已突破10萬(wàn)個(gè)，并且增長(zhǎng)非常迅速;2011年，日新增用戶數(shù)量達(dá)到30萬(wàn)部，總數(shù)則達(dá)到了1.35億，并成為市場(chǎng)占有率最高的智能手機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到48%;2012年，Android應(yīng)用商店有超過(guò)40萬(wàn)活躍應(yīng)用，且基本免費(fèi)，Android手機(jī)銷售總額占全球智能手機(jī)銷售總額的49.2%?？梢?jiàn)Android系統(tǒng)已以強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)智能手機(jī)市場(chǎng)，并且成為智能手機(jī)操作系統(tǒng)的首選。

Android系統(tǒng)的問(wèn)世，對(duì)于智能手機(jī)行業(yè)具有革命性的意義，甚至掀起了“Android風(fēng)暴”，在不久的將來(lái)還有可能應(yīng)用到微波爐、電冰箱等家用電器上，在智能家居行業(yè)占有重要地位，發(fā)展前景非常廣闊。Android系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)風(fēng)靡全球，與它的以下特性有很大關(guān)系：

（1）系統(tǒng)的開(kāi)放性：Android是一款對(duì)開(kāi)發(fā)者開(kāi)放的操作系統(tǒng)，基于Linux內(nèi)核，對(duì)消費(fèi)者應(yīng)用和廠商開(kāi)發(fā)都有巨大的吸引力。任何人無(wú)需繳納任何授權(quán)許可費(fèi)便可以獲得下至操作系統(tǒng)上到應(yīng)用程序的所有類別的軟件，Android開(kāi)發(fā)手機(jī)聯(lián)盟還允許任何移動(dòng)終端廠商的加入，并可以根據(jù)需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改和擴(kuò)展。

（2）系統(tǒng)易于開(kāi)發(fā)：Android平臺(tái)給開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)十分自由、開(kāi)放、多樣的開(kāi)發(fā)環(huán)境，最上層的用戶應(yīng)用軟件分別由各公司自行開(kāi)發(fā)，但是普遍采用JAVA語(yǔ)言，其作為面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)語(yǔ)言，代碼簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短、難度低，促進(jìn)了Android平臺(tái)的多樣化發(fā)展。

（3）硬件的豐富性：雖然Android系統(tǒng)的自由、開(kāi)放、多樣的特點(diǎn)導(dǎo)致不同廠商推出千變?nèi)f化、各具風(fēng)格的應(yīng)用程序，但是卻不會(huì)影響到不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)同步以及應(yīng)用程序的兼容性問(wèn)題，甚至可以將塞班中的一些優(yōu)秀應(yīng)用轉(zhuǎn)移到IPHONE上使用。

（4）與Google服務(wù)的無(wú)縫銜接：Google作為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的龍頭老大，擁有諸如Google地圖、搜索、郵件等方面的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，而Android系統(tǒng)具有相應(yīng)的成熟模塊，可以與這些服務(wù)進(jìn)行無(wú)縫銜接。

1.1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

Android系統(tǒng)架構(gòu)是一種與Linux操作系統(tǒng)類似的系統(tǒng)，采用了網(wǎng)絡(luò)分層的架構(gòu)，從低到高分別是Linux核心框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層、應(yīng)用程序架構(gòu)層、應(yīng)用程序?qū)铀膶?。Android系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

（1）Linux核心框架層：基于Linux2.6來(lái)提供核心系統(tǒng)服務(wù)，包括安全性、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和驅(qū)動(dòng)模型等。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層：Android的系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層由兩部分組成，一個(gè)是系統(tǒng)庫(kù)，另一個(gè)是Android程序庫(kù)。Android包含一套C/C++庫(kù)，Android系統(tǒng)的各個(gè)組件都在使用，這些功能是通過(guò)Android應(yīng)用框架暴露給Android開(kāi)發(fā)人員的。系統(tǒng)庫(kù)是應(yīng)用程序框架的支撐，是連接應(yīng)用程序框架層與Linux內(nèi)核層的重要紐帶。

（3）應(yīng)用程序架構(gòu)層：Android系統(tǒng)核心由多個(gè)Google公司發(fā)布的采用API框架制作的系統(tǒng)服務(wù)程序組成，各服務(wù)程序之間通過(guò)通信機(jī)制互相發(fā)送消息和傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)可被開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)應(yīng)用所用，但必須遵循框架開(kāi)發(fā)的基本原則。

（4）應(yīng)用程序?qū)樱篈ndroid系統(tǒng)的應(yīng)用層實(shí)際就是一個(gè)核心應(yīng)用程序集合，所有的系統(tǒng)應(yīng)用，比如瀏覽器、地圖、通訊錄、日歷等，以及后續(xù)安裝的第三方的應(yīng)用軟件，比如QQ、微信、美團(tuán)、支付寶等。

1.2 Android應(yīng)用組件

Android應(yīng)用組件是Android應(yīng)用程序的基本組成單元，每個(gè)組件都是系統(tǒng)程序進(jìn)入應(yīng)用程序的一個(gè)入口點(diǎn)。Android系統(tǒng)有四種不同類型的組件：活動(dòng)（Activity）、服務(wù)（Service）、廣播接收器（Broadcast Receive）、內(nèi)容提供商（Content Provider）等，各組件之間的關(guān)系和工作過(guò)程如圖2所示。

活動(dòng)（Activity）：一個(gè)Activity代表一個(gè)單獨(dú)的擁有用戶界面的屏幕，一個(gè)應(yīng)用程序可由多個(gè)Activity組成，它們之間互相獨(dú)立但又能相互跳轉(zhuǎn)，不同的應(yīng)用程序可以啟用這些中的任何一個(gè)，此時(shí)上一個(gè)屏幕被設(shè)置為暫停狀態(tài)而被壓入歷史堆棧中保存;

服務(wù)（Service）：Service是一種沒(méi)有用戶界面的長(zhǎng)生命周期、在后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程能處理一個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用或者長(zhǎng)時(shí)間操作，并且可以和其他組件進(jìn)行交互;

廣播接收器（Broadcast Receive）：Broadcast Receiver組件用于響應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的廣播通知，是一種普遍運(yùn)用在應(yīng)用程序之間用以傳輸信息的通信方式，沒(méi)有用戶界面但可以啟用其他組件來(lái)完成某些工作;

內(nèi)容提供商（Content Provider）：一種實(shí)用的應(yīng)用程序之間共享數(shù)據(jù)的方式，應(yīng)用程序在權(quán)限允許的情況下都可以通過(guò)Content Provider查詢或修改其他應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。

1.3 Windows下Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建

Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的安裝和配置是開(kāi)發(fā)Android應(yīng)用程序的前提，也是深入了解Android平臺(tái)的重要途徑。這里簡(jiǎn)要介紹在Windows下搭建Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的主要過(guò)程：

（1）安裝JDK和Eclipse工具，并配置JDK環(huán)境變量;

（2）下載SDK軟件開(kāi)發(fā)工具包;

（3）安裝Eclipse集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的ADT插件，為開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序提供完整和強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)環(huán)境;

（4）配置Android開(kāi)發(fā)環(huán)境并創(chuàng)建虛擬設(shè)備AVD模擬器，從而能在電腦上直接測(cè)試應(yīng)用程序;

配置開(kāi)發(fā)環(huán)境完成后運(yùn)行模擬器，運(yùn)行界面如圖3所示。

2 WIFI技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著用戶對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊的需求日益增長(zhǎng)，越來(lái)越多的無(wú)線通訊協(xié)議被制定出來(lái)，推動(dòng)了全球無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)，而WIFI作為一種新興的短距離無(wú)線傳輸技術(shù)，以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)備受各界關(guān)注。WIFI作為一種可以使手機(jī)、筆記本電腦等智能終端互相通信的高頻無(wú)線傳輸技術(shù)，基于802.11x協(xié)議建立，采用2.4GHz或5GHz的工作頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)54Mbps，覆蓋范圍30-300m，安全性略差于藍(lán)牙技術(shù)，基本能滿足社會(huì)發(fā)展的信息化要求，具有不受布線條件限制、電波覆蓋范圍廣、傳輸速度快、發(fā)射功耗低、健康安全等特點(diǎn)，因此近年來(lái)發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛，自1997年推出第一代WIFI技術(shù)協(xié)議802.11以來(lái)，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，無(wú)線傳輸速度從最初的2M提升到150M、300M、450M甚至是600M，智能手機(jī)、平板電腦、IPTV、游戲機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品甚至包括汽車(chē)等公共交通工具都已配置WIFI功能，到2014年，全球配備WIFI功能的智能電子終端已經(jīng)超過(guò)50億臺(tái)，第五代WIFI協(xié)議—802.11ac也應(yīng)運(yùn)而生。中國(guó)作為WIFI全球最大的市場(chǎng)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)三大電信運(yùn)營(yíng)商搶奪市場(chǎng)占有率的主戰(zhàn)場(chǎng)，成為學(xué)習(xí)生活、工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)辦公必不可少的通信手段。

WIFI的通常配置一般包括一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)AP（Access Point）和一個(gè)或多個(gè)客戶終端（無(wú)線網(wǎng)卡）。工作時(shí)，每個(gè)AP接入點(diǎn)每隔100ms將服務(wù)單元標(biāo)識(shí)SSID（即網(wǎng)絡(luò)名稱）通過(guò)beacons（信標(biāo)）封包后廣播，由于封包長(zhǎng)度很短并且傳輸速率為1Mbps，因此可以確保能接受到封包的客戶終端可以在最低1Mbps的速率下工作。接收到廣播后，客戶終端可以選擇是否接入該AP，或根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度判斷與同一SSID的哪個(gè)AP相連?；诓煌呐渲?，WIFI網(wǎng)絡(luò)有以下兩種工作模式：

（1）InfraStructure模式：由一個(gè)或多個(gè)與網(wǎng)絡(luò)連接的AP和一系列無(wú)線客戶終端組成，這些終端可以經(jīng)由AP實(shí)現(xiàn)互相通信。一個(gè)AP和若干終端組合可以構(gòu)成一個(gè)BSS（基本服務(wù)集合），兩個(gè)或多個(gè)相同無(wú)線頻率的BSS構(gòu)成一個(gè)ESS（擴(kuò)展服務(wù)集合），客戶終端通過(guò)AP訪問(wèn)有線網(wǎng)上內(nèi)容。

（2）Adhoc模式：由一些列無(wú)線客戶終端構(gòu)成，能在不需要AP的情況下實(shí)現(xiàn)同一IBSS（獨(dú)立基本服務(wù)單元）下終端的相互通信，如圖4所示。

針對(duì)本文擬設(shè)計(jì)的有手機(jī)業(yè)主通過(guò)WIFI模式實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證和電梯控制的功能，考慮到一個(gè)電梯控制器要與多臺(tái)手機(jī)終端進(jìn)行通信，因此采用InfraStructure工作模式，AP接入點(diǎn)位于電梯控制器，手機(jī)終端可以在所構(gòu)成的BSS下通過(guò)AP訪問(wèn)控制器，由控制器內(nèi)部算法驗(yàn)證身份并控制電梯運(yùn)行，同時(shí)把電梯運(yùn)行狀態(tài)等信息通過(guò)AP反饋至業(yè)主手機(jī)，從而在界面上顯示。

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