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        嵌入式WiFi技術(shù)研究與通信設(shè)計(jì)探討

        2017-03-08 18:24:53劉勇
        中國(guó)新通信 2016年24期
        關(guān)鍵詞:網(wǎng)卡局域網(wǎng)嵌入式

        劉勇

        【摘要】 近些年來(lái),無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展相當(dāng)快。其中,采用lEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)己經(jīng)在應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。Wi-Fi是wirelessfidelity的縮寫(xiě),指任何一種802.11網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi除了在通用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用外,在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域也越來(lái)越受到重視?!娟P(guān)鍵詞】 嵌入式Wi-Fi IEEE802.11技術(shù) 通信設(shè)計(jì)

        一、嵌入式Wi-Fi的研究意義

        移動(dòng)計(jì)算是近年來(lái)計(jì)算機(jī)行業(yè)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。現(xiàn)在人們可以通過(guò)GSM,CDMA,IEEE802.11,Bluetooth等不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用領(lǐng)域的無(wú)線通信需求。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面,IEEE802.11技術(shù)是最主流的技術(shù),因此一般無(wú)線局域網(wǎng)都是指IEEE802.11網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)在Wi-Fi相關(guān)的設(shè)備、軟件、應(yīng)用己經(jīng)非常普及。使用便攜式計(jì)算機(jī)或個(gè)人數(shù)字助理,PDA(Personal Digital Assistant)的用戶可以隨時(shí)隨地進(jìn)行移動(dòng)辦公,用戶可以用便攜式電子設(shè)備發(fā)送或接收E-Mail,閱讀遠(yuǎn)程文件,瀏覽網(wǎng)頁(yè)等。

        Wi-Fi從通用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用到在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域深入發(fā)展。例如在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域,可以使用Wi-Fi把數(shù)據(jù)從采集終端使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳播的方式傳送到上位機(jī)系統(tǒng)。嵌入式Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,如Wi-Fi遙控器、航模、遙控汽車(chē),物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域,由此看來(lái),嵌入式Wi-Fi已經(jīng)開(kāi)始深入生活中的方方面面,極大地促進(jìn)了科技的進(jìn)步,也提示我們有必要進(jìn)一步深入研究。

        二、無(wú)線局域網(wǎng)特點(diǎn)簡(jiǎn)析

        (1)使用方便:由于沒(méi)有線纜的限制,用戶可以在網(wǎng)絡(luò)資源附近的便利場(chǎng)所訪問(wèn)這些資源,如家庭、辦公室等場(chǎng)所。

        (2)移動(dòng)性好:隨著越來(lái)越多的地方開(kāi)通無(wú)線網(wǎng),用戶甚至可以在工作場(chǎng)所之外隨意接入Internet。如:咖啡廳等地方即可便利的通過(guò)無(wú)線網(wǎng)接入Internet。

        (3)部署靈活:與有線網(wǎng)絡(luò)相比,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不需要布線,因此不會(huì)受到周?chē)h(huán)境的影響。

        (4)擴(kuò)展性好:在原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上,通過(guò)添加AP即可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。而有線網(wǎng)絡(luò)除了添加交換機(jī)等設(shè)備外,還要額外布線,不僅成本提高,而且靈活性差。

        (5)安全:使用共享密鑰加密機(jī)制WEP(有線等效加密),WPA,WPA2CWi-Fi網(wǎng)絡(luò)安全存取等加密機(jī)制。無(wú)線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型有:點(diǎn)到點(diǎn)、橋接和分布式三種。

        (6)橋接(Bridging),相當(dāng)于一個(gè)中間過(guò)程,充當(dāng)橋梁的作用,對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)性相應(yīng)包裝并轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程,是用于其中的橋接作用。

        三、IEEE802.11b

        3.1 IEEE802.11b基本概念

        STA是指接入無(wú)線媒介的部分,STA提供了一系列新的自動(dòng)化測(cè)試接口,用來(lái)優(yōu)化測(cè)試平臺(tái)。每個(gè)STA都支持鑒權(quán)(authentication),取消鑒權(quán)(deauthentication),加密和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

        基本服務(wù)集BSS(Basic Service Set)是IEEE802.11b局域網(wǎng)的基本構(gòu)成單元,基本服務(wù)集中可以包含多個(gè)STA。STA是BBS基本服務(wù)集的基本成員,在BBS基本服務(wù)集的覆蓋范圍內(nèi),STA之間相互保持聯(lián)系。

        獨(dú)立的基本服務(wù)集IBSS(Independent BSS)是最基本的IEEE802.11b局域網(wǎng)類(lèi)型,一個(gè)最小的IEEE802.11b局域網(wǎng)可以僅僅包含兩個(gè)STA。如此一來(lái),IEEE802.11b的運(yùn)行就變得比較靈活,這種局域網(wǎng)不用隨時(shí)進(jìn)行安排,這就使得高效得以實(shí)現(xiàn)。站點(diǎn)(STA)動(dòng)態(tài)聯(lián)系于基本服務(wù)集(BBS),其開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)都是自由的,甚至可以自由地進(jìn)入或離開(kāi)BBS的覆蓋范圍,具有靈活的運(yùn)行模式。DSS(Distribution System Service),用于連接多個(gè)BSS。由于物理層覆蓋范圍的限制決定了所能支持的STA與STA之間的直接通信距離。DS(Distribution System),可以組合多個(gè)BSS構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò),從而解決這一問(wèn)題。

        ESS(Extended Service Set),DS和多個(gè)BSS允許IEEE802.11構(gòu)成一個(gè)任意大小和復(fù)雜的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。因此可以很方便地?cái)U(kuò)展,形成擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò),其服務(wù)功能也會(huì)雖其規(guī)模的擴(kuò)大而增強(qiáng)。

        3.2 IEEE802.11b的工作模式

        IEEE802.11b有兩種工作模式:Adhoc和Infrastructure模式。兩種模式工作的客戶端集合由不同的基本服務(wù)集來(lái)定義,其中Adhoc由IBSS定義,infrastructure由基本服務(wù)集(BBS)定義。

        在Adhoc模式中,客戶端不能直接和網(wǎng)絡(luò)外其他的客戶端通信。Adhoc模式的設(shè)計(jì)目的是使在同一個(gè)頻譜覆蓋范圍內(nèi)的客戶間能夠互相通信。如果一個(gè)Adhoc網(wǎng)絡(luò)模式中的客戶想要和該網(wǎng)絡(luò)外的客戶通信,則該網(wǎng)絡(luò)中必須有一個(gè)客戶做網(wǎng)關(guān)并執(zhí)行路由功能。

        四、基于嵌入式WiFi技術(shù)的通信設(shè)計(jì)

        嵌入式WiFi結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)有較大改變,為了滿足其通信設(shè)計(jì)的要求,需要在各種處理器上進(jìn)行不同程度的處理,來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的功能。所以其結(jié)構(gòu)要滿足設(shè)計(jì)要求,不同于標(biāo)準(zhǔn)的PC有多層次的微處理。

        第一,嵌入式WiFi通信的硬件設(shè)計(jì)。為了兼顧各種需求,更方便地設(shè)計(jì)好的傳感器,還要考慮到之后的問(wèn)題。在嵌入式的微處理器選擇方面可以考慮使用PC8247處理器,其CPU工作的主頻率是266-400MHz。另外,有兩個(gè)負(fù)責(zé)通訊處理的模塊,這兩個(gè)模塊是相互獨(dú)立的,同是由MPC8247集成。這種獨(dú)立的關(guān)系使得信息處理更加高效,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。通訊處理模塊負(fù)責(zé)聯(lián)絡(luò)2個(gè)快速通訊器、2個(gè)串行通訊器、2個(gè)串行管理器、1個(gè)串行接口電路以及1個(gè)I2C接口。由于CPM主要負(fù)責(zé)嵌入式WiFi通信網(wǎng)絡(luò)的外圍工作任務(wù),使用這種雙處理器架構(gòu)的設(shè)計(jì)功耗比較低,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)處理器架構(gòu)的設(shè)計(jì)功耗,能很好的節(jié)省功耗。選擇使用高功率的無(wú)線PCI網(wǎng)卡,其無(wú)線網(wǎng)卡工作頻率可以選擇2.4GHz或者是5.8GHz,并且支持PCI插槽接口。

        第二,嵌入式WiFi通信的軟件設(shè)計(jì)。Mpc8247CPU有著比較優(yōu)異的時(shí)鐘總線,可以在滿足存儲(chǔ)器容量的同時(shí),更好地負(fù)責(zé)Linux系統(tǒng)的運(yùn)行,這樣既能夠使用無(wú)線網(wǎng)卡企業(yè)提供的驅(qū)動(dòng)來(lái)應(yīng)用WiFi網(wǎng)卡,也能夠?yàn)槠渌麘?yīng)用軟件提供理想性能平臺(tái),從而給嵌入式WiFi通信系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大便利。主要的系統(tǒng)軟件包括通信數(shù)據(jù)采集軟件、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件以及無(wú)線路由軟件等。不同的系統(tǒng)軟件采用不同的語(yǔ)言編寫(xiě),其中數(shù)據(jù)采集以及無(wú)線路由程序使用Linux下的C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫(xiě),而監(jiān)控中心則使用VisualBasic編寫(xiě)。通信數(shù)據(jù)采集軟件方面,微串行二線接口應(yīng)用于微處理器和傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。

        五、總結(jié)

        嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要特點(diǎn)是硬件相關(guān)性,其軟件系統(tǒng)必須是高效的,需要針對(duì)有限的處理器和存儲(chǔ)資源的使用進(jìn)行優(yōu)化。

        除此之外,嵌入式系統(tǒng)對(duì)時(shí)間限度上的要求比較高,要求能夠及時(shí)反應(yīng)時(shí)間,做出相關(guān)處理。不同的系統(tǒng)其簡(jiǎn)易程度不同,對(duì)于簡(jiǎn)單的,其要求較低,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。而對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng),為了更好地實(shí)現(xiàn)其功能,其架構(gòu)要嚴(yán)謹(jǐn),設(shè)計(jì)精密,還有其他更高的要求。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]呂婷,呂召彪.IEEE802.11ad的增強(qiáng)技術(shù)及其在智能家居中的應(yīng)用[J].世界電信,2011(9):64-68.

        [2]潘翔,高澤華,劉鯤漢,等.IEEE802.11ac物理層關(guān)鍵技術(shù)研究[J].數(shù)據(jù)通信,2013(5):23-27.

        [3]郭正躍.下一代WLAN技術(shù)IEEE802.11ac[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2013(10):31-35.

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