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基于Android的WiFi无线信号测量和分析软件的设计

摘要 无线网络技术对于提高人们生活水平以及办公效率有着极大的促进作用，而无线WIFI信号的稳定性和健壮性也成了影响网络使用的关键因素。在人员密集的区域，如办公区，休闲娱乐区等网络信号密密麻麻的地方，无线网络有时会很难连上或者连上之后也无法上网。这也就是在有限的网络频带范围之内，无线信道中的各种信号出现相互干扰和重叠的现象。

本文设计了一款基于安卓的WiFi信号检测软件，可以方便准确的测量出身边WiFi的接入点地址，网络名称（SSID），物理地址（MAC地址），网络连接速度等信息。在我们实际的路由器选择连接信道的过程中，该软件可以通过信号的频率获取已经存在的无线网络所占用的无线信道，从而得出空闲信道信息，设置路由器接入，可以提高网络速率，给予用户更好的操作体验。该软件通过后台线程扫描身边所有的接入点信息并以列表的形式表示出来，列表会按照信号强度由大到小进行排序。该软件设计运用了安卓中的Canvas技术，将XY坐标划分成单位小格，用不同的颜色来表示不同的无线网络，曲线越高代表信号强度越强，中心轴代表所在的信道号。每个折线图下面会显示相应的无线名称。本文设计的软件可以通过对无线网络部署情况的分析，给出用户选择无线信道最合理的参考。

关键词: WLAN; Android中WiFi模块; WiFi使用原理; Handler技术

 

目 录

第一章 概述 1

1.1设计背景及意义 1

1.2软件功能需求 2

1.3 研究目标 2

1.4 论文章节安排 3

第二章 相关技术及工具 4

2.1 移动终端操作系统的发展和使用现状 4

2.2安卓的发展和应用简介 5

2.2.1安卓发展简介 5

2.2.2安卓应用简介 5

2.3 WLAN技术的发展现状 6

2.4 WiFi相关知识 7

2.4.1 WiFi的相关属性 7

2.4.2 WiFi的带宽和信道分布 8

2.4.3无线接入过程的三个阶段 9

2.4.4WiFi工作原理和网络结构 10

第三章Android系统中的WiFi模块 12

3.1 Android系统中的WiFi模块组成 12

3.2安卓系统中WiFi的执行过程 13

3.2.1初始化 13

3.2.2连接接入点 14

3.2.3查找接入点 14

3.2.4配置接入点参数 14

3.2.5连接 14

3.2.6配置IP地址 15

3.3 安卓中的WiFi控制的三大组件 15

第四章 软件需求分析和设计流程 16

4.1 软件需求分析 16

4.1.1 可行性分析 16

4.1.2 功能需求分析 16

4.2 软件总体设计框架 17

4.3 设计流程 17

4.4 界面展示 19

4.4.1 程序主体界面 19

4.4.2 已连接的WiFi信息界面 19

4.4.3 搜索的WiFi信息列表界面 20

4.4.4 WiFi信号强度曲线图界面 21

4.5核心代码分析 22

4.5.1 扫描获取WiFi信息 22

4.5.2获取信道信息 22

4.5.3对信号强度的排序 23

4.5.4 Handler方法介绍和图像的更新 23

第五章  软件功能测试 26

5.1测试模块 26

5.2软件测试结果 26

第六章 总结和展望 29

6.1总结 29

6.2展望 30

致谢 31

参考文献 32

第一章 概述
1.1设计背景及意义

随着无线网络的发展和普及，WiFi热点遍布我们生活的方方面面，家庭、校园、购物中心、办公楼都有无线信号存在，人们的日常工作和WiFi有着千丝万缕的联系，要维护正常的便捷生活我们已经离不开无线网络。经常能看到白领们端着一杯咖啡在咖啡店里办公，年轻人拿着手机在休闲场所聊天，这都是公共无线网创造出来的条件。由于使用移动互联网的人群越来越多，WiFi的使用频率越来越高，各种名称的热点信息让人应接不暇，网速的快慢也成了人们更为关心的问题；更有些网络虽然信号很满，但是却无法连接。虽然有很多无线设备，但是他们工作的频段基本都集中在2.4G和5G，在同一频段的无线信号必然会产生相互干扰的现象，所以就出现上述的那些问题。
我们现在实际使用的主要无线WiFi设备有802.11b,802.11g,802.11n,它们基本工作在相近的频率范围内，由于信道是根据频率的不同来划分的，中国的信道一般都分为13个信道，所以相同信道内会分布很多不同的信号，从而出现信号重叠的现象，使信号的传输相互受到干扰而变慢。那为了避免信号之间的干扰，我们就可以让这些无线网络设备尽可能使用不同的信道。目前国内常用的信道划分是2.4GHz，它实际上共有14个信道；每个信道之间由强制隔离频带隔开，其所占有的有效网络带宽一共是20MHz。在现有的信道划分中，完全没有重叠的三个信道是1,6,11。虽然现今大部分路由设备有自动跳转信道的功能，但是由于设备数量的庞大，还是容易受到干扰；为了排除部分干扰，5GHz（5.15~5.85GHz）这一段附近的频带已经众多的路由设备使用了，这些设备在划分WiFi频段的时候，每个相邻信道之间重叠现象将变少，受到的干扰也因此减小；但是高频率的信号在信道传输过程中会受到较大的影响，导致信号衰落较快。就比如在长距离传输中，衰落会使得网络不稳定，数据丢包严重，大大影响它的性能。
目前作为主流的操作系统，安卓平台为我们提供了无线WiFi硬件网卡，我们可以直接通过无线WiFi模块对无线信道进行测量和评估，并通过测量结果来为无线网络的部署提供可靠的参考。本课题是基于Android的无线信号测量和分析软件，它能通过分析所有的无线网络信息从而选择出最佳的无线信道，给实际工作中的路由器工作频率设定提供了有效的参考价值。
1.2软件功能需求
无线热点的普及和广泛应用使得空间中存在的大量无线信号相互重叠和干扰，影响工作和生活中的正常使用。为了能挑选出最佳的信道进行信号传输，本课题就是要研究如何查找质量最佳的信道，能显示出信号的强度，实时进行动态监测并将信号强弱按顺序进行排序。
本系统需实现的主要功能需求如下：
1）通过安卓WiFi模块的实际应用，能显示连接到的热点的所有参数，包括WiFi名称，连接网络的IP地址，接入点端口的MAC地址，网关信息，网络传输速率以及上传下载的速度。
2）能查看搜索到的所有WiFi信息，能显示搜索到WiFi信息的参数，包括WiFi名称，接入点地址，信道频率，信号强度，认证，密钥管理以及加密方式。
3）绘制WiFi信号强度变化图。通过对信道占有情况的分析，给出最佳信道推荐列表。
1.3 研究目标
本课题是通过手机客户端，搜索到附近存在的WiFi信号源，并且能够将所得信息比较清晰的展现到前端。以下是本次设计的研究目标：
1）用户界面设计
此设备能够通过简单明了的排序方式，使信号强弱按从高到低排序，让用户能清晰明了的获取有用信息。
2）WiFi信号的测量
通过手机接入点AP应用，开启WiFi后，将该移动终端所能搜索到的WiFi信号信息都可以显示出来，并能进行实时的更新。
3）分析和呈现测量结果
现有的WiFi信号扫描仪在信道占用情况的呈现和表达方面太过于专业化，专有名词并不能使用户一目了然。针对这个问题，此设备能够通过简单明了的绘图方式，使信道强弱从曲线的高低可以表现出来，信道的占用情况也能通过观察有没有曲线存在来判断是否空闲，让用户能清晰明了的获取有用信息。
1.4 论文章节安排
第一章：对无线网络信号检测和分析的意义进行简单的阐述，明确了研究方向的背景和用途。列出了系统的功能需求和需要实现的功能，明确了研究目标，最后对本次毕业设计论文的章节进行简单的介绍。
第二章：首先介绍了移动终端操作系统的发展和现状以及WLAN的发展现状。然后对安卓的发展和应用进行了简单的介绍，最后简述了Eclipse的安装和环境的搭建的过程。通过对WLAN的介绍引出WiFi的概念，介绍了WiFi的属性以及使用时所需要的程序模块。着重介绍了WiFi的网络结构和实现的工作原理。其次介绍了WiFi信号的覆盖方式以及它的测试原理。
第三章：主要介绍封装在WiFi模块中的各种类所包含的方法，包括WiFi的获取和更新，也包括它的模块组成，执行过程和SDK中的WiFi应用开发包。
第四章：对本系统的需求进行了分析，介绍了此款接入点将要实现的所有功能，给出了设计过程，并简单介绍了系统的总体框架，，展示了所设计出的界面。最后对程序中的核心代码进行了简单的介绍。
第五章：对该软件进行了普通的应用测试，并通过实践统计数据，得到路由器接入的最佳信道。
第六章：对此次设计的总结和展望，感恩老师和同学的帮助。

第六章 总结和展望

6.1总结

本课题设计了一款基于Android的WiFi测试分析的应用软件。从本课题的研究背景和意义来说，确实是从我们生活出发；在无线互联网络迅猛发展的当下，人们的生活工作已离不开网络，无线网络显然成了保障生活品质的必须品，这款软件操作方便，使用简单，适用于任何非专业的人士来测量身边的无线信息，得到它们的接入地址，无线名称，网络速率，信号强度，信道频率等多种信息，可以自己通过观察图线所集中的信道找到相对空闲的信道做路由器的接入，从而避免网络信道的拥堵，降低网络传输速率。图像能简单明了的看出当前身边信号的强弱情况。Android系统，iOS系统，Windows phone系统作为世界三大主流移动端操作系统，通过对比他们的优缺点最终安卓以程序开源，操作语言Java易于掌握等优势作为这次的研究对象。系统的巩固了一遍安卓的布局，控件，进程，WiFi模块工作原理和使用过程的知识。对WiFi相关的属性有了更深入的了解，包括对信道的划分，BSS，BSSID，ESS等名词的理解。

通过对毕业设计需求的分析，该软件最终分为三大模块，系统框架分别有文字显示模块，图表显示模块和信道显示模块三部分组成。在中期的代码编写中，首先对布局文件进行编写，包括对WiFi图标的设置，上传下载速度的位置的确定，WiFi信号每个信息的图线分割，代表信号强度图标的设置，以及图像表格的设置。在编写具体方法的Java文件中，通过引用Android中的WiFi模块的内部方法获得WiFi信号的详细信息。

在本课题研究的过程中也确实遇到了很多问题，比如，获取的数据无法进行实时的更新，看不到更新的效果，后来通过学习Android中的Handler使用方法，实现了主线程和子线程之间的数据交换，让数据能够实时的更新。由于画图的需要，在网上查了很多关于Canvas画布的知识，画出的无线曲线不仅要能动态更新，而且能与在下方显示的无线名称一一对应。后期进行了对软件的美化操作，将按钮的位置颜色以及主页的背景图片进行了调整，在网上找了更 形象的小图标来替换了Android小机器人。让软件看起来更简洁大方。

6.2  展望

该毕业设计在最初的设计模块中，原本希望可以在得到所有信号所在信道的信息以后，通过和已有的所有信道编号比对，找出信号数量最少的信道，并依次排序，做出信道使用的推荐图。可以以分级的形式做推荐，没有信号的信道评分五颗星，有1-3个信号的评分4颗星，4-6评分3颗星，7-9评分2颗星，星星数越少信道信号越多越拥挤，推荐指数就较低。但是由于时间仓促和学习的不深入没有得到实现，在日后的学习中，还要继续努力，将功能去更好的完善。

参考文献

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[8]王继刚，谢鑫，顾国昌.计算机应用研究[D].2005:3-7

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