嵌入式WiFi技術研究與通信設計探討

劉勇

【摘要】 近些年來，無線通信技術領域發展相當快。其中，采用lEEE802.11系列標準的無線局域網技術己經在應用中占據主導地位。Wi-Fi是wirelessfidelity的縮寫，指任何一種802.11網絡。Wi-Fi除了在通用領域的廣泛應用外，在嵌入式系統領域也越來越受到重視。【關鍵詞】 嵌入式Wi-Fi IEEE802.11技術 通信設計

一、嵌入式Wi-Fi的研究意義

移動計算是近年來計算機行業增長最快的領域。現在人們可以通過GSM，CDMA，IEEE802.11，Bluetooth等不同的技術來實現不同應用領域的無線通信需求。在計算機網絡方面，IEEE802.11技術是最主流的技術，因此一般無線局域網都是指IEEE802.11網絡，現在Wi-Fi相關的設備、軟件、應用己經非常普及。使用便攜式計算機或個人數字助理，PDA（Personal Digital Assistant）的用戶可以隨時隨地進行移動辦公，用戶可以用便攜式電子設備發送或接收E-Mail，閱讀遠程文件，瀏覽網頁等。

Wi-Fi從通用領域的廣泛應用到在嵌入式系統領域深入發展。例如在數據采集領域，可以使用Wi-Fi把數據從采集終端使用無線網絡傳播的方式傳送到上位機系統。嵌入式Wi-Fi技術應用領域廣泛，如Wi-Fi遙控器、航模、遙控汽車，物流運輸等領域，由此看來，嵌入式Wi-Fi已經開始深入生活中的方方面面，極大地促進了科技的進步，也提示我們有必要進一步深入研究。

二、無線局域網特點簡析

（1）使用方便：由于沒有線纜的限制，用戶可以在網絡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）移動性好：隨著越來越多的地方開通無線網，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接入Internet。

（3）部署靈活：與有線網絡相比，無線網絡不需要布線，因此不會受到周圍環境的影響。

（4）擴展性好：在原有網絡基礎之上，通過添加AP即可擴展網絡。而有線網絡除了添加交換機等設備外，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制WEP（有線等效加密），WPA，WPA2CWi-Fi網絡安全存取等加密機制。無線局域網的網絡類型有：點到點、橋接和分布式三種。

（6）橋接（Bridging），相當于一個中間過程，充當橋梁的作用，對網絡數據進性相應包裝并轉發的過程，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化測試接口，用來優化測試平臺。每個STA都支持鑒權（authentication），取消鑒權（deauthentication），加密和數據傳輸等功能。

基本服務集BSS（Basic Service Set）是IEEE802.11b局域網的基本構成單元，基本服務集中可以包含多個STA。STA是BBS基本服務集的基本成員，在BBS基本服務集的覆蓋范圍內，STA之間相互保持聯系。

獨立的基本服務集IBSS（Independent BSS）是最基本的IEEE802.11b局域網類型，一個最小的IEEE802.11b局域網可以僅僅包含兩個STA。如此一來，IEEE802.11b的運行就變得比較靈活，這種局域網不用隨時進行安排，這就使得高效得以實現。站點（STA）動態聯系于基本服務集（BBS），其開機關機都是自由的，甚至可以自由地進入或離開BBS的覆蓋范圍，具有靈活的運行模式。DSS（Distribution System Service），用于連接多個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BSS構成一個擴展的網絡，從而解決這一問題。

ESS（Extended Service Set），DS和多個BSS允許IEEE802.11構成一個任意大小和復雜的無線網絡。因此可以很方便地擴展，形成擴展服務集網絡，其服務功能也會雖其規模的擴大而增強。

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集來定義，其中Adhoc由IBSS定義，infrastructure由基本服務集（BBS）定義。

在Adhoc模式中，客戶端不能直接和網絡外其他的客戶端通信。Adhoc模式的設計目的是使在同一個頻譜覆蓋范圍內的客戶間能夠互相通信。如果一個Adhoc網絡模式中的客戶想要和該網絡外的客戶通信，則該網絡中必須有一個客戶做網關并執行路由功能。

四、基于嵌入式WiFi技術的通信設計

嵌入式WiFi結構比傳統有較大改變，為了滿足其通信設計的要求，需要在各種處理器上進行不同程度的處理，來實現所要求的功能。所以其結構要滿足設計要求，不同于標準的PC有多層次的微處理。

第一，嵌入式WiFi通信的硬件設計。為了兼顧各種需求，更方便地設計好的傳感器，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，有兩個負責通訊處理的模塊，這兩個模塊是相互獨立的，同是由MPC8247集成。這種獨立的關系使得信息處理更加高效，系統運行穩定。通訊處理模塊負責聯絡2個快速通訊器、2個串行通訊器、2個串行管理器、1個串行接口電路以及1個I2C接口。由于CPM主要負責嵌入式WiFi通信網絡的外圍工作任務，使用這種雙處理器架構的設計功耗比較低，要遠遠低于常規處理器架構的設計功耗，能很好的節省功耗。選擇使用高功率的無線PCI網卡，其無線網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通信的軟件設計。Mpc8247CPU有著比較優異的時鐘總線，可以在滿足存儲器容量的同時，更好地負責Linux系統的運行，這樣既能夠使用無線網卡企業提供的驅動來應用WiFi網卡，也能夠為其他應用軟件提供理想性能平臺，從而給嵌入式WiFi通信系統的開發帶來很大便利。主要的系統軟件包括通信數據采集軟件、實時監控軟件以及無線路由軟件等。不同的系統軟件采用不同的語言編寫，其中數據采集以及無線路由程序使用Linux下的C語言來進行編寫，而監控中心則使用VisualBasic編寫。通信數據采集軟件方面，微串行二線接口應用于微處理器和傳感器進行數據采集工作。

五、總結

嵌入式系統軟件開發的一個重要特點是硬件相關性，其軟件系統必須是高效的，需要針對有限的處理器和存儲資源的使用進行優化。

除此之外，嵌入式系統對時間限度上的要求比較高，要求能夠及時反應時間，做出相關處理。不同的系統其簡易程度不同，對于簡單的，其要求較低，設計簡單。而對于復雜的系統，為了更好地實現其功能，其架構要嚴謹，設計精密，還有其他更高的要求。

參 考 文 獻

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

[2]潘翔，高澤華，劉鯤漢，等.IEEE802.11ac物理層關鍵技術研究[J].數據通信，2013（5）：23-27.

[3]郭正躍.下一代WLAN技術IEEE802.11ac[J].電信工程技術與標準化，2013（10）：31-35.