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基于IEEE802.11無線局域網標準的嵌入式WiFi技術及應用

電子設計 ? 2021-06-11 17:16 ? 次閱讀

目前,IEEE802.11無線局域網標準在語音通信、無線辦公等領域廣泛應用,但主要還是局限在PC機、筆記本電腦等通用平臺的無線通信。無線局域網在信息家電、工業控制、移動手持設備等嵌入式環境中的應用需求日益增多。如何在嵌入式系統中整合WLAN寬帶通信,成為嵌入式系統應用中的一個熱點。

1 IEEE802.11b無線局域網

IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四個標準?,F階段IEEE802.11b的產品比較多。本文主要針對IEEE802.1lb標準,介紹嵌入式WiFi的實現。

IEEE802.11b標準是在IEEE802.11的基礎上發展起來的,工作在2.4 GHz頻段,采用CCK調制技術,最高傳輸率能夠達到11 Mbps,具有部署方便、通信可靠、抗干擾能力強、成本低、靈活性好、移動性強、高吞吐量等特點。它使得無線用戶可以得到以太網級的網絡性能、速率和可用性,并且可以無縫地將多種LAN技術集成起來,形成一種能夠最大限度地滿足用戶需求的網絡。WiFi是Wireless Fidelity的縮寫,專指IEEE802.11b無線標準。在介紹IEEE802.11b的工作模式之前,首先介紹幾個基本的概念。

1.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入無線媒介的部分,常被稱為網絡適配器或者網絡接口卡。STA可以是移動的,也可以是固定的。每個STA都支持鑒權(authentication),取消鑒權(deauthentication),加密和數據傳輸等。

基本服務集BSS(Basic Service Set)是IEEES02.11b局域網的基本構成單元,基本服務集中可以包含多個STA。BSS基本服務集都有一個覆蓋范圍。在該覆蓋范圍內基本服務集的成員STA可以保持相互通信,每個BSS有一個基本服務集識別碼BSSID。

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。在這種模式下,STA能夠直接通信。因為這種類型的IEEES02.11b局域網通常在需要的時候才安排,所以這種網絡工作模式通常被稱為ad hoc(拉丁語,可譯為“自組網”)模式。站點(STA)與基本服務集(BSS)之間的相互關系是動態的,STA可以自由地開機、關機、進入或離開BSS覆蓋范圍。

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。為了解決這個問題,引入DS(Distribution System),它可以把多個BSS構成一個擴展的網絡。

AP是Access Point簡稱,一般翻譯為“無線訪問節點”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絡的橋梁。

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。IEEE802.11b把這種網絡稱為擴展服務集網絡。同樣,ESS也有一個標識的名稱,即ESSID。

目前,IEEE802.11無線局域網標準在語音通信、無線辦公等領域廣泛應用,但主要還是局限在PC機、筆記本電腦等通用平臺的無線通信。無線局域網在信息家電、工業控制、移動手持設備等嵌入式環境中的應用需求日益增多。如何在嵌入式系統中整合WLAN寬帶通信,成為嵌入式系統應用中的一個熱點。

1 IEEE802.11b無線局域網

IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四個標準?,F階段IEEE802.11b的產品比較多。本文主要針對IEEE802.1lb標準,介紹嵌入式WiFi的實現。

IEEE802.11b標準是在IEEE802.11的基礎上發展起來的,工作在2.4 GHz頻段,采用CCK調制技術,最高傳輸率能夠達到11 Mbps,具有部署方便、通信可靠、抗干擾能力強、成本低、靈活性好、移動性強、高吞吐量等特點。它使得無線用戶可以得到以太網級的網絡性能、速率和可用性,并且可以無縫地將多種LAN技術集成起來,形成一種能夠最大限度地滿足用戶需求的網絡。WiFi是Wireless Fidelity的縮寫,專指IEEE802.11b無線標準。在介紹IEEE802.11b的工作模式之前,首先介紹幾個基本的概念。

1.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入無線媒介的部分,常被稱為網絡適配器或者網絡接口卡。STA可以是移動的,也可以是固定的。每個STA都支持鑒權(authentication),取消鑒權(deauthentication),加密和數據傳輸等。

基本服務集BSS(Basic Service Set)是IEEES02.11b局域網的基本構成單元,基本服務集中可以包含多個STA。BSS基本服務集都有一個覆蓋范圍。在該覆蓋范圍內基本服務集的成員STA可以保持相互通信,每個BSS有一個基本服務集識別碼BSSID。

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。在這種模式下,STA能夠直接通信。因為這種類型的IEEES02.11b局域網通常在需要的時候才安排,所以這種網絡工作模式通常被稱為ad hoc(拉丁語,可譯為“自組網”)模式。站點(STA)與基本服務集(BSS)之間的相互關系是動態的,STA可以自由地開機、關機、進入或離開BSS覆蓋范圍。

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。為了解決這個問題,引入DS(Distribution System),它可以把多個BSS構成一個擴展的網絡。

AP是Access Point簡稱,一般翻譯為“無線訪問節點”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絡的橋梁。

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。IEEE802.11b把這種網絡稱為擴展服務集網絡。同樣,ESS也有一個標識的名稱,即ESSID。

void init_mac(void)

void reset_mac(void)

WORD wc_write(WORD*buff,WORD len)

WORDwc_read(WORD*buff,WORDmaxlen)

B00L get_wlan(void)

reset_mac(void)用于在系統啟動或者系統需要復位時,復位Prism MAC,同時對驅動使用的變量進行初始化。inh_mac(void)函數完成初始化網絡控制器和固件,同時向網卡控制器申請使用的buffer,保存需要用到的RID。wc_write(W0RD*burf,W0RD len)函數把buff中的len個字節寫入到MAC的發送緩沖區,然后寫發送命令到網卡的命令寄存器發送數據,函數返回實際發送的數據長度。wc_read(WORD*buff,WoRD maxlen)函數接收輸入數據。返回實際收到的數據長度,對上層協議來講,調用wc_read以后,可以對buff中的數據做協議分析。對于TCP/IP來講,實際上取出的可能是IP、ARP等類型的報文。get_wlan(void)通過訪問EvStat寄存器判斷是否有數據被接收,返回判斷結果。若有,則把PrismMAC數據幀收入到共享數據區中。本函數只是把PrismMAC的數據幀首部讀出,相當于是以太網幀的首部。讀出的數據格式為

上層協議調用get_wlan以后,如果返回值是TRUE,就可以訪問目的地址、源地址、幀類型等變量,以判斷是否處理收到的數據。如果是需要接收的數據,可以調用wc—read讀取數據。

3 嵌入式WiFi在醫療監護中的應用

嵌入式WiFi在許多領域有著廣泛的應用。這里介紹一個嵌入式WiFi的具體實現——移動監護系統。該監護系統用于醫院病人監護,采用嵌入式WiFi技術,可在移動環境下,對被測對象進行數字分組、實時監測。

3.1 硬件結構

移動監護系統由服務器和多個移動監護器組成。服務器端包括1臺PC或者筆記本電腦、1個無線AP和1個報警器,硬件結構和連接方式都比較簡單,在此不再說明。移動監護器的硬件結構框圖如圖3所示。

圖3中,移動監護器的硬件結構包括電源模塊、壓力傳感器模塊、加速度傳感器模塊和無線網卡模塊。

移動監護器使用Ti的超低功耗微控制器MSP430F148作為CPU。加速度傳感器模塊使用AD公司的加速度傳感器ADXL202,用于運動加速度測試,或重力加速度的測量,分析傾斜度,即用于病人跌倒測試。壓力傳感器使用Motorola醫療專用的MPX2300DT,具有良好的低電壓工作特性和線性輸出,用于脈搏測量。

電源使用3.6 V電池供電,經過簡單電壓變換即可滿足移動監護器電源要求。無線網卡采用基于IntersilPrism2芯片集的PCMCIA網卡。它是一款IEEE802.11b兼容網絡適配器。

3.2 軟件結構

ad-hoc模式下,移動監護器和服務器間的距離很短。為了增大監護范圍,移動監護系統工作在Infrastructure模式,服務器端的AP和移動監護器都相當于一個STA,移動監護器與服務器可以在不同的BSS中。移動監護器、AP所在的BSS共同構成一個ESS,使用DSS通信。

服務器端軟件模塊主要用于從網絡接收到的數據中分離出斜度、移動監護器配置信息、脈搏信息,并根據信息報警,對移動監護器進行控制。

移動監護器的軟件模塊如圖4所示。移動監護器主要完成加速度(斜度)數據的采集、脈搏信號的采集、數據的收發、傳感器的啟??刂?。其軟件可劃分為兩個層次:應用層和驅動層。陰影部分為硬件驅動層,驅動層以上為應用層。

移動監護系統由于采用嵌入式WiFi技術,支持數字分組,可以根據需要對被測對象分組檢測,同時進行實時數據傳輸;保證了監護的可靠性與準確性,在實際使用中有很好的效果。

責任編輯:gt

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的頭像 電子設計 發表于 06-26 11:42 ? 313次 閱讀
電信級以太網的應用場景和測試方案

中國廣電啟動700MHz無線網主設備集中采購招標工作

近日,中國廣電發布公告稱經與中國移動商定,正式啟動700MHz無線網主設備和多頻道天線產品的集中采購....
的頭像 通信世界 發表于 06-26 10:39 ? 371次 閱讀
中國廣電啟動700MHz無線網主設備集中采購招標工作

TS3L110 四路 SPDT 寬頻帶 10/100 base-T 局域網開關差動 8 到 4 多路復用器/多路解復用器

TI TS3L110 LAN開關是一個4位1:2多路復用器/多路分解器,帶有一個開關使能(E)\輸入。當E \為低電平時,開關啟用,I端口連接到Y端口。當E \為高電平時,開關被禁用,I和Y端口之間存在高阻態。選擇(S)輸入控制多路復用器/多路分解器的數據路徑。 該設備可用于替換LAN應用中的機械繼電器。該器件具有低且扁平的r on ,寬帶寬和低串擾,適用于10 Base-T,100 Base-T和各種其他LAN應用。該設備可用于將信號從10/100 Base-T以太網收發器路由到筆記本電腦或擴展塢中的RJ-45 LAN連接器。該器件專為低通道至通道偏斜和低串擾而設計。 該器件完全適用于使用I off 的部分關斷應用。 I off 功能可確保損壞的電流在斷電時不會回流通過器件。器件在斷電期間具有隔離功能。 為了確保上電或斷電期間的高阻態,E \應通過上拉電阻連接到V CC ;電阻的最小值由驅動器的電流吸收能力決定。 特性 寬帶寬(BW = 500 MHz典型值) 低串擾(X TALK = ?? 30 dB(典型值) 具有接近零傳播延遲的雙向數據流 低...
發表于 09-07 17:41 ? 303次 閱讀
TS3L110 四路 SPDT 寬頻帶 10/100 ba<x>se-T 局域網開關差動 8 到 4 多路復用器/多路解復用器
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