嵌入式WiFi技术研究与通信设计探讨

刘勇

【摘要】 近些年来，无线通信技术领域发展相当快。其中，采用lEEE802.11系列标准的无线局域网技术己经在应用中占据主导地位。Wi-Fi是wirelessfidelity的缩写，指任何一种802.11网络。Wi-Fi除了在通用领域的广泛应用外，在嵌入式系统领域也越来越受到重视。【关键词】 嵌入式Wi-Fi IEEE802.11技术 通信设计

一、嵌入式Wi-Fi的研究意义

移动计算是近年来计算机行业增长最快的领域。现在人们可以通过GSM，CDMA，IEEE802.11，Bluetooth等不同的技术来实现不同应用领域的无线通信需求。在计算机网络方面，IEEE802.11技术是最主流的技术，因此一般无线局域网都是指IEEE802.11网络，现在Wi-Fi相关的设备、软件、应用己经非常普及。使用便携式计算机或个人数字助理，PDA（Personal Digital Assistant）的用户可以随时随地进行移动办公，用户可以用便携式电子设备发送或接收E-Mail，阅读远程文件，浏览网页等。

Wi-Fi从通用领域的广泛应用到在嵌入式系统领域深入发展。例如在数据采集领域，可以使用Wi-Fi把数据从采集终端使用无线网络传播的方式传送到上位机系统。嵌入式Wi-Fi技术应用领域广泛，如Wi-Fi遥控器、航模、遥控汽车，物流运输等领域，由此看来，嵌入式Wi-Fi已经开始深入生活中的方方面面，极大地促进了科技的进步，也提示我们有必要进一步深入研究。

二、无线局域网特点简析

（1）使用方便：由于没有线缆的限制，用户可以在网络资源附近的便利场所访问这些资源，如家庭、办公室等场所。

（2）移动性好：随着越来越多的地方开通无线网，用户甚至可以在工作场所之外随意接入Internet。如：咖啡厅等地方即可便利的通过无线网接入Internet。

（3）部署灵活：与有线网络相比，无线网络不需要布线，因此不会受到周围环境的影响。

（4）扩展性好：在原有网络基础之上，通过添加AP即可扩展网络。而有线网络除了添加交换机等设备外，还要额外布线，不仅成本提高，而且灵活性差。

（5）安全：使用共享密钥加密机制WEP（有线等效加密），WPA，WPA2CWi-Fi网络安全存取等加密机制。无线局域网的网络类型有：点到点、桥接和分布式三种。

（6）桥接（Bridging），相当于一个中间过程，充当桥梁的作用，对网络数据进性相应包装并转发的过程，是用于其中的桥接作用。

三、IEEE802.11b

3.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入无线媒介的部分，STA提供了一系列新的自动化测试接口，用來优化测试平台。每个STA都支持鉴权（authentication），取消鉴权（deauthentication），加密和数据传输等功能。

基本服务集BSS（Basic Service Set）是IEEE802.11b局域网的基本构成单元，基本服务集中可以包含多个STA。STA是BBS基本服务集的基本成员，在BBS基本服务集的覆盖范围内，STA之间相互保持联系。

独立的基本服务集IBSS（Independent BSS）是最基本的IEEE802.11b局域网类型，一个最小的IEEE802.11b局域网可以仅仅包含两个STA。如此一来，IEEE802.11b的运行就变得比较灵活，这种局域网不用随时进行安排，这就使得高效得以实现。站点（STA）动态联系于基本服务集（BBS），其开机关机都是自由的，甚至可以自由地进入或离开BBS的覆盖范围，具有灵活的运行模式。DSS（Distribution System Service），用于连接多个BSS。由于物理层覆盖范围的限制决定了所能支持的STA与STA之间的直接通信距离。DS（Distribution System），可以组合多个BSS构成一个扩展的网络，从而解决这一问题。

ESS（Extended Service Set），DS和多个BSS允许IEEE802.11构成一个任意大小和复杂的无线网络。因此可以很方便地扩展，形成扩展服务集网络，其服务功能也会虽其规模的扩大而增强。

3.2 IEEE802.11b的工作模式

IEEE802.11b有两种工作模式：Adhoc和Infrastructure模式。两种模式工作的客户端集合由不同的基本服务集来定义，其中Adhoc由IBSS定义，infrastructure由基本服务集（BBS）定义。

在Adhoc模式中，客户端不能直接和网络外其他的客户端通信。Adhoc模式的设计目的是使在同一个频谱覆盖范围内的客户间能够互相通信。如果一个Adhoc网络模式中的客户想要和该网络外的客户通信，则该网络中必须有一个客户做网关并执行路由功能。

四、基于嵌入式WiFi技术的通信设计

嵌入式WiFi结构比传统有较大改变，为了满足其通信设计的要求，需要在各种处理器上进行不同程度的处理，来实现所要求的功能。所以其结构要满足设计要求，不同于标准的PC有多层次的微处理。

第一，嵌入式WiFi通信的硬件设计。为了兼顾各种需求，更方便地设计好的传感器，还要考虑到之后的问题。在嵌入式的微处理器选择方面可以考虑使用PC8247处理器，其CPU工作的主频率是266-400MHz。另外，有两个负责通讯处理的模块，这两个模块是相互独立的，同是由MPC8247集成。这种独立的关系使得信息处理更加高效，系统运行稳定。通讯处理模块负责联络2个快速通讯器、2个串行通讯器、2个串行管理器、1个串行接口电路以及1个I2C接口。由于CPM主要负责嵌入式WiFi通信网络的外围工作任务，使用这种双处理器架构的设计功耗比较低，要远远低于常规处理器架构的设计功耗，能很好的节省功耗。选择使用高功率的无线PCI网卡，其无线网卡工作频率可以选择2.4GHz或者是5.8GHz，并且支持PCI插槽接口。

第二，嵌入式WiFi通信的软件设计。Mpc8247CPU有着比较优异的时钟总线，可以在满足存储器容量的同时，更好地负责Linux系统的运行，这样既能够使用无线网卡企业提供的驱动来应用WiFi网卡，也能够为其他应用软件提供理想性能平台，从而给嵌入式WiFi通信系统的开发带来很大便利。主要的系统软件包括通信数据采集软件、实时监控软件以及无线路由软件等。不同的系统软件采用不同的语言编写，其中数据采集以及无线路由程序使用Linux下的C语言来进行编写，而监控中心则使用VisualBasic编写。通信数据采集软件方面，微串行二线接口应用于微处理器和传感器进行数据采集工作。

五、总结

嵌入式系统软件开发的一个重要特点是硬件相关性，其软件系统必须是高效的，需要针对有限的处理器和存储资源的使用进行优化。

除此之外，嵌入式系统对时间限度上的要求比较高，要求能够及时反应时间，做出相关处理。不同的系统其简易程度不同，对于简单的，其要求较低，设计简单。而对于复杂的系统，为了更好地实现其功能，其架构要严谨，设计精密，还有其他更高的要求。

参 考 文 献

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