劉勇

【摘要】 近些年來，無線通信技術(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，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)算是近年來計(jì)算機(jī)行業(yè)增長最快的領(lǐng)域?，F(xiàn)在人們可以通過GSM，CDMA，IEEE802.11，Bluetooth等不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用領(lǐng)域的無線通信需求。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，物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，由此看來，嵌入式Wi-Fi已經(jīng)開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、無線局域網(wǎng)特點(diǎn)簡析

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

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

（3）部署靈活：與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線網(wǎng)絡(luò)不需要布線，因此不會受到周圍環(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。無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型有：點(diǎn)到點(diǎn)、橋接和分布式三種。

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

三、IEEE802.11b

3.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入無線媒介的部分，STA提供了一系列新的自動(dòng)化測試接口，用來優(yōu)化測試平臺。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，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），其開機(jī)關(guān)機(jī)都是自由的，甚至可以自由地進(jìn)入或離開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線PCI網(wǎng)卡，其無線網(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，這樣既能夠使用無線網(wǎng)卡企業(yè)提供的驅(qū)動(dòng)來應(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，從而給嵌入式WiFi通信系統(tǒng)的開發(fā)帶來很大便利。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)控軟件以及無線路由軟件等。不同的系統(tǒng)軟件采用不同的語言編寫，其中數(shù)據(jù)采集以及無線路由程序使用Linux下的C語言來進(jìn)行編寫，而監(jiān)控中心則使用VisualBasic編寫。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，需要針對有限的處理器和存儲資源的使用進(jìn)行優(yōu)化。

除此之外，嵌入式系統(tǒng)對時(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)其簡易程度不同，對于簡單的，其要求較低，設(shè)計(jì)簡單。而對于復(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.