基于IEEE802.11无线局域网标准的嵌入式WiFi技术及应用

目前，IEEE802.11无线局域网标准在语音通信、无线办公等领域广泛应用，但主要还是局限在PC机、笔记本电脑等通用平台的无线通信。无线局域网在信息家电、工业控制、移动手持设备等嵌入式环境中的应用需求日益增多。如何在嵌入式系统中整合WLAN宽带通信，成为嵌入式系统应用中的一个热点。

1 IEEE802.11b无线局域网

IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四个标准。现阶段IEEE802.11b的产品比较多。本文主要针对IEEE802．1lb标准，介绍嵌入式WiFi的实现。

IEEE802.11b标准是在IEEE802.11的基础上发展起来的，工作在2.4 GHz频段，采用CCK调制技术，最高传输率能够达到11 Mbps，具有部署方便、通信可靠、抗干扰能力强、成本低、灵活性好、移动性强、高吞吐量等特点。它使得无线用户可以得到以太网级的网络性能、速率和可用性，并且可以无缝地将多种LAN技术集成起来，形成一种能够最大限度地满足用户需求的网络。WiFi是Wireless Fidelity的缩写，专指IEEE802.11b无线标准。在介绍IEEE802.11b的工作模式之前，首先介绍几个基本的概念。

1.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入无线媒介的部分，常被称为网络适配器或者网络接口卡。STA可以是移动的，也可以是固定的。每个STA都支持鉴权（authentication），取消鉴权（deauthentication），加密和数据传输等。

基本服务集BSS（Basic Service Set）是IEEES02.11b局域网的基本构成单元，基本服务集中可以包含多个STA。BSS基本服务集都有一个覆盖范围。在该覆盖范围内基本服务集的成员STA可以保持相互通信，每个BSS有一个基本服务集识别码BSSID。

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。在这种模式下，STA能够直接通信。因为这种类型的IEEES02.11b局域网通常在需要的时候才安排，所以这种网络工作模式通常被称为ad hoc（拉丁语，可译为“自组网”）模式。站点（STA）与基本服务集（BSS）之间的相互关系是动态的，STA可以自由地开机、关机、进入或离开BSS覆盖范围。

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。为了解决这个问题，引入DS（Distribution System），它可以把多个BSS构成一个扩展的网络。

AP是Access Point简称，一般翻译为“无线访问节点”或“桥接器”。主要在媒介访问控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。

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。IEEE802.11b把这种网络称为扩展服务集网络。同样，ESS也有一个标识的名称，即ESSID。

目前，IEEE802.11无线局域网标准在语音通信、无线办公等领域广泛应用，但主要还是局限在PC机、笔记本电脑等通用平台的无线通信。无线局域网在信息家电、工业控制、移动手持设备等嵌入式环境中的应用需求日益增多。如何在嵌入式系统中整合WLAN宽带通信，成为嵌入式系统应用中的一个热点。

1 IEEE802.11b无线局域网

IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四个标准。现阶段IEEE802.11b的产品比较多。本文主要针对IEEE802．1lb标准，介绍嵌入式WiFi的实现。

IEEE802.11b标准是在IEEE802.11的基础上发展起来的，工作在2.4 GHz频段，采用CCK调制技术，最高传输率能够达到11 Mbps，具有部署方便、通信可靠、抗干扰能力强、成本低、灵活性好、移动性强、高吞吐量等特点。它使得无线用户可以得到以太网级的网络性能、速率和可用性，并且可以无缝地将多种LAN技术集成起来，形成一种能够最大限度地满足用户需求的网络。WiFi是Wireless Fidelity的缩写，专指IEEE802.11b无线标准。在介绍IEEE802.11b的工作模式之前，首先介绍几个基本的概念。

1.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入无线媒介的部分，常被称为网络适配器或者网络接口卡。STA可以是移动的，也可以是固定的。每个STA都支持鉴权（authentication），取消鉴权（deauthentication），加密和数据传输等。

基本服务集BSS（Basic Service Set）是IEEES02.11b局域网的基本构成单元，基本服务集中可以包含多个STA。BSS基本服务集都有一个覆盖范围。在该覆盖范围内基本服务集的成员STA可以保持相互通信，每个BSS有一个基本服务集识别码BSSID。

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。在这种模式下，STA能够直接通信。因为这种类型的IEEES02.11b局域网通常在需要的时候才安排，所以这种网络工作模式通常被称为ad hoc（拉丁语，可译为“自组网”）模式。站点（STA）与基本服务集（BSS）之间的相互关系是动态的，STA可以自由地开机、关机、进入或离开BSS覆盖范围。

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。为了解决这个问题，引入DS（Distribution System），它可以把多个BSS构成一个扩展的网络。

AP是Access Point简称，一般翻译为“无线访问节点”或“桥接器”。主要在媒介访问控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。

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。IEEE802.11b把这种网络称为扩展服务集网络。同样，ESS也有一个标识的名称，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）用于在系统启动或者系统需要复位时，复位Prism MAC，同时对驱动使用的变量进行初始化。inh_mac（void）函数完成初始化网络控制器和固件，同时向网卡控制器申请使用的buffer，保存需要用到的RID。wc_write（W0RD*burf，W0RD len）函数把buff中的len个字节写入到MAC的发送缓冲区，然后写发送命令到网卡的命令寄存器发送数据，函数返回实际发送的数据长度。wc_read（WORD*buff，WoRD maxlen）函数接收输入数据。返回实际收到的数据长度，对上层协议来讲，调用wc_read以后，可以对buff中的数据做协议分析。对于TCP/IP来讲，实际上取出的可能是IP、ARP等类型的报文。get_wlan（void）通过访问EvStat寄存器判断是否有数据被接收，返回判断结果。若有，则把PrismMAC数据帧收入到共享数据区中。本函数只是把PrismMAC的数据帧首部读出，相当于是以太网帧的首部。读出的数据格式为

上层协议调用get_wlan以后，如果返回值是TRUE，就可以访问目的地址、源地址、帧类型等变量，以判断是否处理收到的数据。如果是需要接收的数据，可以调用wc—read读取数据。

3 嵌入式WiFi在医疗监护中的应用

嵌入式WiFi在许多领域有着广泛的应用。这里介绍一个嵌入式WiFi的具体实现——移动监护系统。该监护系统用于医院病人监护，采用嵌入式WiFi技术，可在移动环境下，对被测对象进行数字分组、实时监测。

3.1 硬件结构

移动监护系统由服务器和多个移动监护器组成。服务器端包括1台PC或者笔记本电脑、1个无线AP和1个报警器，硬件结构和连接方式都比较简单，在此不再说明。移动监护器的硬件结构框图如图3所示。

图3中，移动监护器的硬件结构包括电源模块、压力传感器模块、加速度传感器模块和无线网卡模块。

移动监护器使用Ti的超低功耗微控制器MSP430F148作为CPU。加速度传感器模块使用AD公司的加速度传感器ADXL202，用于运动加速度测试，或重力加速度的测量，分析倾斜度，即用于病人跌倒测试。压力传感器使用Motorola医疗专用的MPX2300DT，具有良好的低电压工作特性和线性输出，用于脉搏测量。

电源使用3．6 V电池供电，经过简单电压变换即可满足移动监护器电源要求。无线网卡采用基于IntersilPrism2芯片集的PCMCIA网卡。它是一款IEEE802．11b兼容网络适配器。

3．2 软件结构

ad-hoc模式下，移动监护器和服务器间的距离很短。为了增大监护范围，移动监护系统工作在Infrastructure模式，服务器端的AP和移动监护器都相当于一个STA，移动监护器与服务器可以在不同的BSS中。移动监护器、AP所在的BSS共同构成一个ESS，使用DSS通信。

服务器端软件模块主要用于从网络接收到的数据中分离出斜度、移动监护器配置信息、脉搏信息，并根据信息报警，对移动监护器进行控制。

移动监护器的软件模块如图4所示。移动监护器主要完成加速度（斜度）数据的采集、脉搏信号的采集、数据的收发、传感器的启停控制。其软件可划分为两个层次：应用层和驱动层。阴影部分为硬件驱动层，驱动层以上为应用层。

移动监护系统由于采用嵌入式WiFi技术，支持数字分组，可以根据需要对被测对象分组检测，同时进行实时数据传输；保证了监护的可靠性与准确性，在实际使用中有很好的效果。

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