嵌入式環(huán)境中的WiFi通信設(shè)計(jì)方案

　　嵌入式WiFi技術(shù)是當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。本文介紹IEEE802.11b的基本技術(shù)，給出一種在嵌入式環(huán)境中的WiFi通信設(shè)計(jì)方案;通過一個(gè)移動(dòng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，說明方案的有效性。 關(guān)鍵詞 IEEE802.11b嵌入式WiFi TCP/IP 移動(dòng)監(jiān)護(hù) 目前，IEEE802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在語音通信、無線辦公等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但主要還是局限在PC機(jī)、筆記本電腦等通用平臺(tái)的無線通信。無線局域網(wǎng)在信息家電、工業(yè)控制、移動(dòng)手持設(shè)備等嵌入式環(huán)境中的應(yīng)用需求日益增多。如何在嵌入式系統(tǒng)中整合WLAN寬帶通信，成為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的一個(gè)熱點(diǎn)。

　　1 IEEE802.11b無線局域網(wǎng) IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段 IEEE802.11b的產(chǎn)品比較多。本文主要針對IEEE802.1lb標(biāo)準(zhǔn)，介紹嵌入式WiFi 的實(shí)現(xiàn)。 IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)是在IEEE802.11的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，工作在2.4 GHz頻段，采用CCK調(diào)制技術(shù)，最高傳輸率能夠達(dá)到11 Mbps，具有部署方便、通信可靠、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、靈活性好、移動(dòng)性強(qiáng)、高吞吐量等特點(diǎn)。它使得無線用戶可以得到以太網(wǎng)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)性能、速率和可用性，并且可以無縫地將多種LAN技術(shù)集成起來，形成一種能夠最大限度地滿足用戶需求的網(wǎng)絡(luò)。WiFi是Wireless Fidelity的縮寫，專指IEEE802.11b無線標(biāo)準(zhǔn)。在介紹IEEE802.11b的工作模式之前，首先介紹幾個(gè)基本的概念。

　　1.1 IEEE802.11b基本概念 STA是指接入無線媒介的部分，常被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器或者網(wǎng)絡(luò)接口卡。STA可以是移動(dòng)的，也可以是固定的。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)取?基本服務(wù)集BSS（Basic Service Set）是IEEES02.11b 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。BSS基本服務(wù)集都有一個(gè)覆蓋范圍。在該覆蓋范圍內(nèi)基本服務(wù)集的成員STA可以保持相互通信，每個(gè)BSS有一個(gè)基本服務(wù)集識(shí)別碼BSSID。 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。在這種模式下，STA能夠直接通信。因?yàn)檫@種類型的IEEES02.11b局域網(wǎng)通常在需要的時(shí)候才安排，所以這種網(wǎng)絡(luò)工作模式通常被稱為ad hoc（拉丁語，可譯為“自組網(wǎng)”）模式。站點(diǎn)（STA）與基本服務(wù)集（BSS）之間的相互關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，STA可以自由地開機(jī)、關(guān)機(jī)、進(jìn)入或離開BSS 覆蓋范圍。 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。為了解決這個(gè)問題，引入 DS（Distribution System），它可以把多個(gè)BSS構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。 AP是Access Point簡稱，一般翻譯為“無線訪問節(jié)點(diǎn)”或“橋接器”。主要在媒介訪問控制層MAC中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。 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)。

　　IEEE802.11b把這種網(wǎng)絡(luò)稱為擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)。同樣，ESS也有一個(gè)標(biāo)識(shí)的名稱，即ESSID。

　　1.2 IEEE802.11b的工作模式 IEEE 802.1lb有兩種工作模式：Ad-hoe和Infra—structure模式。IEEE標(biāo)準(zhǔn)以獨(dú)立的基本服務(wù)集（IBSS）來定義Ad-hoc模式工作的客戶端集合，以基本服務(wù)集（BSS）定義以Infrastructure模式工作的客戶端集合。 在Ad-hoc模式中，客戶端不能直接和網(wǎng)絡(luò)外其他的客戶端通信。Ad-hoc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) Ad—hoc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。 而在Infrastructure模式中，每一個(gè)客戶將其通信報(bào)文發(fā)向AP.AP轉(zhuǎn)發(fā)所有的通信報(bào)文。這些報(bào)文可以是發(fā)往以太網(wǎng)的，也可以是發(fā)往無線網(wǎng)絡(luò)的。這是一種整合以太網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的應(yīng)用模式。無線訪問節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)頻段管理及漫游等指揮工作。一個(gè)AP最多可連接1024個(gè)站點(diǎn)。

　　2 嵌入式WiFi的設(shè)計(jì) 嵌入式WiFi的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)PC/OS平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)有所不同。要在普通的微處理器/微控制器上實(shí)現(xiàn)WiFi通信，其硬件結(jié)構(gòu)、軟件層次都必須進(jìn)行裁減。下面以Prism MAC為例說明嵌入式WiFi的軟、硬件設(shè)計(jì)。

　　2.1 嵌入式WiFi的硬件設(shè)計(jì) 嵌入式環(huán)境中WiFi的硬件接口如圖1所示。與標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)相比，中間沒有PCMCIA橋。圖1是嵌入式環(huán)境中的PC2MCIA接口的網(wǎng)卡與總線開放MCU的連接。