（计算机应用技术专业论文）嵌入式wifi技术研究及其在语音通信中的应用.pdf

华东师范大学硕士学位论文 嵌入式w i f i 技术研究及其在语音通信中的应用 摘要 8 0 2 ”b ( w i - f i ) 标准的成熟以及无线局域网的方便快捷使基于w _ 开的应用以惊人的 速度发展，但主要还是局限在标准的系统平台上。目前，w i - f - 技术在语音通信、监控、数 据采集等嵌入式方面的应用也都得到了广泛的重视，研究嵌入式w _ f i 技术具有重要的意 义。 本论文的主要目标是研究嵌入式w i f i 技术及其在瘦嵌入式系统中的实现方法，设计一 个嵌入式w i - f i 的基础开发平台_ e m w i f i 。e m w i f i 包括具体的软硬件实现方案，提供底层 嵌入式w - f i 驱动及网络协议栈，能够非常方便地进行二次应用开发。并以此为基础，给出 了一个无线语音通信的应用实例。 论文首先分析了i e e e 8 0 2 1 1 b 的基本技术，介绍了8 0 2 1 1 b 网络的体系结构和不同的 网络工作方式以及在嵌入式系统上和标准o s 上实现w i f i 的差异：然后介绍了p r i s mm a c 控伟4 器的特点及其驱动的开发，并给出了无线网络接口层的实现；接下来分析、实现一个嵌 入式t cp l p 协议栈。结合这些基础工作，本文设计实现了e m w i r 基础开发平台。该平台 具有硬件结构简单、代码效率高、性能稳定、可移植性强的特点。 本文最后介绍了如何基于e m w i f i 实现一个嵌入式w i f i 数字语音系统。通过了解i p 语音技术及相关技术标准，设计一个简单的w i - f i 语音终端设备。同时也介绍了t l t m s 3 2 0 v c 5 5 0 9d s p 处理器和嵌入式实时内核d s p 引o s 在多任务调度系统的使用。 本论文主要的主要成果是： 1 研究、综合多种嵌入式披术，设计实现了一个嵌入式w i f i 的基础开发平台e m w i f i 这项工作具有一定的原创性； 2 以e m w i f i 为基础结合d s p 技术给出一个w f i 语音通信终端的应用实例 关键字 嵌入式系统，8 0 2 1 1 b ，t c p i p e m w i f i 。i p 语音技术 华东师范大学硕士学位论文底入式w i f l 技术研究及其在语音通信中的应用 a b s t r a c t b a s e do nt h es o p h i s t i c a t e d8 0 2 1 1b 0 n i f i lp r o t o c o la n dt h ef a c i l i t a t e dw i r e l e s sl o c a l a r e an e t w o r k ，t h ea p p l i c a t i o n so fw i - f ia r ed e v e l o p i n gv e r yr a p i d l y , w h i c ha r el i m i t e do n s t a n d a n dp l a t f o r m sy e t n o w ，t h eu s eo fw i f it e c h n o l o g yi nv o i c ec o m m u n i c a t i o n ， m o n i t o r i n g ，a n dd a t as a m p l i n gi sa t t a c h e dm o r ea n dm o r ei m p o r t a n c e i ti sw o r t h r e s e a r c h i n gw i - f it e c h n o l o g yi ne m b e d d e da p p l i c a t i o n s t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ee m b e d d e dw i - f it e c h n o l o g ya n di t si m p l e m e n ti nt h e s m a l l e m b e d d e ds y s t e m s t h e naf o u n d a t i o n a ld e v e l o p m e n tp l a t f o r mc e l l e de m w i f ii s d e s i g n e d ，w h i c hc o n t a i n sa c t u a ls o f t w a r ea n dh a r d w a r ei m p l e m e n tm e t h o d s 1 0 w - l e v e l e m b e d d e dw i - f id r i v e ra n dn e t w o r kp r o t o c o ls t a c k i tc a nb e u s e di ns e c o n d a r y d e v e l o p m e n te a s i l y f i n a l l y , a ne x a m p l ea p p l i c a t i o no fw i r e l e s sv o i c ec o m m u n i c a t i o n ，t a k e a d v a n t a g eo fe m w i f i ，i sp r o v i d e d f i r s tt h ep a p e rd i s c u s s e st h ef u n d a m e n t a lt e c h n o l o g yo fi e e e 8 0 2 1 1ba n di n t r o d u c e s t h ea r c h i t e c t u r eo f8 0 2 11bn e t w o r ka n di t sd i f f e r e n tw o r km o d e sa sw e l ia st h ed i f f e r e n c e s b e t w e e ni m p l e m e n t a t i o no fw i - f ii ne m b e d d e ds y s t e ma n di ns t a n d a n do s a n dt h e nt h e f e a t u r e so ft h ep r i s mm a cc o n t r o l l e ra n dt h ed e v e l o p m e n to fi t sd r i v e ra r ed i s c u s s e d ，w i t h t h ep r o v i d e dr e a l i z a t i o no fw i r e l e s sn e t w o r ki n t e r f a c el a y e r a ne m b e d d e dt c p i ps t a c ki s a n a l y s e da n di m p l e m e n t e da tl a s t w i t ht h e s ef u n c t i o n a lw o r k ，af o u n d a t i o n a lp l a t f o r m c a l l e de m w i f ii si m p l e m e n t e d w h i c hh a sf e a t u r e ss u c ha ss i m p l eh a r d w a r es t r u c t u r e ， h i g hc o d ee f f i c i e n c y , s t a b l ep e r f o r m a n c e a n de a s i l yp o r t i n g a tl a s t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e sh o wt oi m p l e m e n ta ne m b e d d e dw i f id i g i tv o i c es y s t e m u s i n ge m w i f i b yu n d e r s t a n d i n gt h et e c h n o l o g yo f i pv o i c ea n dc o r r e l a t i v et e c h n o l o g y s t a n d a r d as i m p l ew i - f iv o i c et e r m i n a ld e v i c ei sd e s i g n e d t i sd s pt m s 3 2 0 v c 5 5 0 9a n d t h eu s eo fr e a l - t i m ek e r n e ld s p b 1 0 sa r ea l s oi n t r o d u c e dh e r e t h em a i nw o r ko ft h ep a p e ra r e 1 b ys t u d y i n ga n ds y n t h e s i z i n gm a n ye m b e d d e dt e c h n o l o g i e s ，af o u n d a t i o n a l d e v e l o p m e n tp l a t f o r mc a l l e de m w i f ii sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d ，w h i c hh a s s o m eo r i g i n a l i t y 2 a ne x a m p l ea p p l i c a t i o no fw i f iv o i c ec o m m u n i c a t i o nu s i n ge m w i f ii sp r o v i d e d k e y w o r d s ：e m b e d e ds y s t e m ，w i f i ，t c p i p , e m w i f i ，i pv o i c et e c h n o l o g y 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 。心。 - s e t 期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论 日期； 。- t f 名：死童缪 目期：) 坐：! ，rp 匿 o r i g i n a l i t yn o t i c e i np r e s e n t i n gt h i st h e s i si np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h em a s t e r s d e g r e ea te a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y , 1w a r r a n tt h a tt h i st h e s i si so r i g i n a la n da n y o ft h e t e c h n i q u e sp r e s e n t e di nt h et h e s i sh a v eb e e nf i g u r e do u tb ym e a n yo ft h er e f e r e n c e st o t h ec o p y r i g h t ，t r a d e m a r k ，p a t e n t ，s t a t u t o r yr i g h t ，o rp r o p r i e t yr i g h to fo t h e r sh a v eb e e n e x p l i c i t l ya c k n o w l e d g e da n di n c l u d e di nt h er e f e r e n c e ss e c t ，i o na tt h ee n do ft h i st h e s i s 艺 吁厂吁沽- f f c o p y r i g h tn o t i c e h e r e i na g r e et h a tt h el i b r a r yo fe c n us h a l lm a k ei t sc o p i e sf r e e l ya v a i l a b l e f o ri n s p e c t i o n if u r t h e ra g r e et h a te x t e n s i v ec o p y i n go ft h et h e s i si sa l l o w a b l eo n l yf o r s c h o l a r l yp u r p o s e s ，i np a r t i c u l a r s t o r i n gt h ec o n t e n to ft h i st h e s i si n t or e l e v a n td a t a b a s e s ， a sw e l la sc o m p i l i n ga n d p u b l i s h i n gt h et i t l ea n da b s t r a c to ft h i st h e s i s ，c o n s i s t e n tw i t h f a i r u s e “a sp r e s c r i b e di nt h ec o p y r i g h tl a wo ft h ep e o p l e sr e p u b l i co fc h i n a s i g d a t e 驰s l t 3 华东师范大学硕士学位论文嵌入式w i f i 技术研究及其在语音通信中的应用 引言 嵌入式技术的广泛应用使得信息家电、工业控制、医疗器械、智能楼字、交通运输乃至 军事应用中的电子设备都产生了革命性的变化。首先，由于微处理器的性能不断提高，今天 的嵌入式设备已经有可能做很多以前只有p c 上才能完成的工作了。例如：音频、图像、视 频相关的嵌入式应用已经大量出现。其次，计算机软硬件技术的飞速发展，也促进了嵌入式 设备对这些技术的吸收融合。例如：嵌入式i n t e r n e t ，嵌入式l i n u x 等都是把计算机技术应 用到嵌入式系统中的典型例子。 近些年来，无线通信技术领域发展相当快。其中，采用i e e e 8 0 2 1 1 系列标准的无线局 域网技术已经在应用中占据主导地位。w i - f i 是w i r e l e s s f i d e l i t y 的缩写，指任何一种8 0 2 1 1 网络。w i f i 除了在通用领域的广泛应用外，在嵌入式系统领域也得到广泛的重视。例如在 数据采集领域，可以使用w i f i 把数据从采集终端使用无线的方式传送到上位机系统。在语 音通信、数据采集、数字监控、信息家电等领域嵌入式w i 一开技术都会有非常好的应用前 景。研究嵌入式w i f i 技术具有较大的现实意义和实际应用价值。 本论文针对w i - f i 技术及其在嵌入式平台上的使用进行了研究和分析，设计并实现嵌入 式w - f i 的基础平台e m w i f i 。最后使用e m w i f i ，设计一个基于w i - f i 技术的无线语音通信 终端。 华东师范大学硕士学位论文嵌入式w i f i 技术研究及其在语音通信中的应用 第1 章概述 1 。1 嵌入式设备通信接口 计算机系统根据其应用可以分为两大类别：通用计算机系统和嵌入式计算机系统。通用 计算机系统一般在硬件上都是以标准形态( 如p c 、便携式电脑) 出现，针对各类应用配置不 同的软件，供用户使用；而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和 系统中。 嵌入式系统一般定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪的专用 计算机系统。从这个定义也可以看出，嵌入式系统和标准的计算机系统往往都使用了同样的 计算机技术。因此分析嵌入式设备通信接口，我们可以先了解一下在标准的计算机系统上经 常使用的一些通信技术。 通用计算机系统有多种通信技术。例如：r s 2 3 2 、红外、以太网、u s b 、无线局域网 等。这些通信方式的通信距离和负载能力各不相同，但都给计算机在信息交换、数据共享等 应用方面提供了可能。r s - 2 3 2 技术较早就在嵌入式应用中出现。随着微处理器性能的不断 提离和通信技术在软硬件上的逐渐成熟，u s b 和以太网技术都在嵌入式系统领域得到了广 泛的使用。 今天，无处不在的i n t e r n e t 给我们的世界带来了大量机遇，然而它同时也带来了巨大的 挑战。传统工业大量应用了r s - 2 3 2 等较为简单的通信方式，i n t e r r l e t 的高速发展似乎和传 统工业这种现状相互矛盾。然而嵌入式以太网技术的出现，使工业界和i n t e m e t 找到了完 美的结台点。嵌入式以太网技术使得嵌入式设备可以简单、高速地接入计算机网络中。近年 来无线局域网技术的出现，则为嵌入式设备的通信方式从有线到无线的转变提供了契机。 1 2 嵌入式w l - f i 嵌入式w i f i 和嵌入式以太网技术一样，是嵌入式软硬件技术和通信技术相结合的产 物，嵌入式w i - f i 设拜同一个标准的8 0 2 1 1 站点( s t a t i o n ) 一样，具有白己的i p 地自l 有 比较完整的t c p i p 协议支持，可以币无线网络中的其他站点进行通信共至可以提供标准 的t c p i p 服务。例如：提供h t t p 服务等。 由丁涉及剑无线射频，嵌入式w i f i 硬件要从芯片级实现要求较高。本论文将使用通_ j w i f i 埂件进行研究。通刖w i - f l 设备主要包括p c i 、u s b 、p c m c 慵、c f 等接口的标准无 线适配器波薪提供商会提供庄不同操作系统上面的殴备驱动软什。但是，嵌入式w i - f i | l l | j 需要根据w i f i 设备使刚的控制器芯片组实现底层的驱动软p ：。 嵌入_ 式w i f i 匠人的特点就址它可以睨离操作系统由硬外亩接驱动。当然世存住育些 赢性能的l 跌入式平台如远行w i n c e 蛾l i n u x 的节上设矫可以支持使剧部分w i f i 殴符但对 ：多数嵌入式平台酞入式w - f i 的驱动平协议都是要住极受5 制的埂件资源f 实现的。 2 。# 东师范大学硕士学位论文 嵌入式w i f i 技术研究及其在语音通信中的应用 嵌入式w i f i 的第二个特点是其硬件架构的极大灵活性，由于嵌入式系统多是直接针对 特定应用设计的，它的硬件结构往往差异性很大。嵌入式w i - f i 允许开发者根据的应用需求 设计自己的硬件电路和设备结构。图1 1 是嵌入式w i f i 基本硬件结构。 基于p c m c n基于u s b 图1 - 1 嵌入式w i - f i 的基本硬件结构 嵌入式w f f l 的第三个特点是软件可裁剪。w f i 基本上都是通过t c p ，i 户向用户提供 服务，对于标准系统的w _ _ f i 来说，t c p ，i p 是操作系统的一部分，用户很难进行裁剪或优 化。但在嵌入式w i - f i 中，开发人员可以看到所有层次的软件。嵌入式w i 同的软件架构也 具备更大的灵活性。当然，对于嵌入式w i - f i 来讲，最大的难度和工作量也是在这里。研究 嵌入式w i - f i 需要解决无线设备驱动、协议栈实现等问题。 应用程序 协泌栈 ， 0 操作系统 设备驱动 总线接口驱动 应用程序 ， 协议栈 硬件驱动 剀1 2 通h w i f i 基本软竹缩陶幽1 3 嵌入式w i - f i 基本软 ， ：结陶 幽1 2 午1 3 是基于操作系统的w i _ f i 和嵌入式w i - f i 的基本软件结构的比较情况。从 幽中也可以看出，往通州设备中，操作系统一股部包括了总线接口驱动和协议栈，设备提供 商提供殴备驱动对开发者来说，只需要实现应用程序；而嵌入式w i f i 关键是要解决无线 设备驱动、协议栈实现等问题。 1 。3 嵌入式w i f i 的研究意义 移动计算地近年来计算机l 一业增k 最映的领域。现人州川以通过g s m 、c d m a 、 i e e e 8 0 2 1 1 、b l u e t o o t h 等不同的技术求实现不同应f u 领域的无线通信的需求。征计算饥网 络方面，i e e e8 0 2 1 1 技术是最主流的技术，闪此一般= j e 线局域网都是指i e e e8 0 2 1 1 网络， 华东师范大学硕士学位论| 3 ：嵌入式w i - f i 技术研究及其在语音通信中的应用 现在w i f i 相关的设备、软件、应用已经非常普及。使用便携式计算机或个人数字助理 p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 的用户可以随时随地进j 亍移动办公，用户可以用便携式电子 设备发送或接收e m a i l ，阅读远程文件，浏览网页等。 w i - f i 除了在通用领域的广泛应用外，在嵌入式系统领域也得到广泛的重视。例如在数 据采集领域，可以使用w i f i 把数据从采集终端使用无线的方式传送到上位机系统。在语音 通信、数据采集、数字监控、信息家电等领域，嵌入式w f i 技术都有非常好的应用前景。 研究嵌入式w i - f i 技术具有较大的现实意义和实际应用价值。 1 3 嵌入式w i f i 的技术基础 嵌入式w i - f i 涉及到嵌入式软硬件和通信等方面的技术。下面简要描述嵌入式w h f i 的 相关技术基础。 1 、嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器分为嵌入式微处理器，嵌入式微 控制器，数字信号处理器( d s p ) 和嵌入式片上系统( s o c ) 等。 嵌入式微处理器：基于通用计算机的c p u 技术其电路板是根据特定应用而定制 的母扳。 嵌入式微控制器：即单片机，以微处理器内核为核心，在芯片内部集成 r o m e p r o m ，r a m ，总线，定时，计数器，i 0 等外围设备。 数字信号处理器：d s p 对系统结构和指令进行了特殊设计，适合执行信号处理相 关运算，编译效率和指令执行速度高。d s p 在生物信息、终端识别、语音系统等 领域广泛使用。 嵌入式片上系统：是指集成系统性能于一块芯片上的极太型集成电路。它通常含有 一个微处理器核，以及多个特殊功能外设。 嫩入式处理器在运算速度、处理能力、总线带宽等方面的进步，使得嵌入式w i f i 的研 究、实现希l 应h j 成为可能。特别是在无线语音通信方面高i 生能d s p 不汉可以执行硬件驱 动、协议棱等，还可以做语音乐缩、解压等复杂运算。 2 、无线局域网技术 书i 文研究的嵌入式w i f i ，不涉及m a c 层和物理层的内容。但研究无线局域网基本 技术是必要的。包括无线局域网的特点，i e e e8 0 2 1 1b 体系结构，j i 怍疗式等。 3 、w h f i 接口 w i f i 接口是指i e e e8 0 2 1 1 b 的m a c 控制器。m a c 控制器提供8 0 2 1 1 b 无线站点的 配置接口，以及如f 呵接收或转发8 0 2 1 1 帧格式的数据报文。 4 、t c p i p 网络曲泌 通信协议使得应删开发者不必了解具体的网络硬什就可以描述干理解网络通信的细1 ，。 4 华东师范大学硕士学位论文嵌入式w i - f i 技术研究及其在语音通信中的应用 t c p l p 是嵌入式w i f i 的重要组成部分。 5 、嵌入式软件技术 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。另外，嵌入式系统往往对实时性要求较高，需 要对有关事件进行及时的响应。在复杂的嵌入式实时系统中，多任务的调度是比较难处理的 问题，软件设计的要求是响应及时、功能正确、高可靠性。 1 4 本论文研究的内容 本论文的主要研究内容包括： 1 、无线局域网技术，包括i e e e8 0 2 1 1 b 的体系结构和工作方式； 2 、p r i s mm a c 无线网络控制器的使用和无线网络接口层的实现； 3 、t c p i p 协议栈分析和实现： 4 、提出并设计实现了e m w i f i 。提供一个嵌入式w i - f i 应用开发的基础平台； 5 、使用e m w i f i 设计实现w i f i 语音通信终端。同时研究l p 语音技术的基本知识，详细分 析了系统的软硬件实现和嵌入式实时内核d s p b i o s 的应用。 华东师范大学硕上学位论文嵌入式w i r 技术研究及其在语音通信中的戍用 第2 章le e e8 0 2 11b 的基本概念 i e e e 8 0 2 1 1 b 有一些不同于以太网的特点，同时由于这些特点，也导致了它以太网有 很多的不同点。这一章将介绍i e e e 8 0 2 1 1b 的特点，及相关的概念和术语，另外还要解释 些相关的协议构件之间的关系。 2 1 无线局域网简介 2 1 1 无线局域网的传输方式 无线局域网w l a n ) 的传输方式包括采用的传输媒介、选择的频段及调制方式。目前 w l a n 采用的传输媒介主要有两种，即微波与红外线。采用微波作为传输媒介的w l a n 技 术根据调制方式不同，又可以分为扩频方式与窄带调制方式。 1 扩频方式 在扩频方式中数据基带信号的频谱被扩展至几倍到几十倍之后再被搬移至射频前端发 射出去。采用扩频方式的w l a n 一般选择所谓的i s m ( i n d u s t r i a l s c i e n t i f i c ，m e d i c a l ) 频段。 很国国家的无线电管理机构都设置了i s m 频段，使用这个频段一般无需提出专门的申请。 2 窄带调制方式 在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频前端发射出 去。这种调制方式一般选用专门盼频段，需要经过有关部门的批准才可以位用。 2 1 2 无线局域网的特点 无线局域网具有通信可靠、抗干扰能力强、成本低、灵活性好、移动性强、高吞吐量等 特点。另外，在安全性方面，无线局域网通过使用额外的安全机制使其安全性等同于有线系 统的安全性。这些机制包括：d s s s 扩频技术，f h s s 扩频技术，在单个丁作站一级实现访 问控制，使用网络标识平一种基rr c 4 加密技术的叮选加密机制等。 2 2 无线局域网相关标准 1 9 9 2 年工作在2 4 g h z 频段上的w l a n 产品问世之后人多数的w l a n 产晶乜都在 这个频段上运行。目前的w l a n 产品所采珥j 的技术标准主要包括：i e e e 8 0 2 1 1 、 i e e e 8 0 21 1 b 、i e e e 8 0 2 1 1 a 、i e e e 8 0 2 1 1g 和h o m e r f 、i r d a 、篮牙等。 1 i e e e s 0 2 1 1 1 9 9 7 年6 月，i e e e 摊出了第一代w l a n 际准一一i e e e 8 0 21 1 该际准定义了物理层 和媒介访问控制子层( m a c ) 的技术规范，f c 许w l a n 硬无线蹬器制造商存一定范罔内建t 互操作网络设备。任何局域网应埘、剐络操作系统或协议( 包描t c p i p 羊“n o v e l ln e t w a r e ) 在遵守i e e e 8 0 2 1 1 ；准的光线l a n ：运仃时，札慷运“亿以爪叫一f t 存埸。 6 华东师范大学硕士学位论义嵌入式w i f i 技术研究及其在语音通信中的应用 i e e e 8 0 2 1 1 采用直接序列扩频( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m d s s s ) 和跳频 扩频技术( f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m f h s s ) 两种射频传输方式。通信速率 有1 m b s 和2 1 m b s 两种。由于在无线网络中冲突检测比较困难，i e e e 8 0 2 ”规定媒介访 问控制( m a c ) 子层采用冲突回避( c a ) 协议。w l a n 采用了和以太网c s m a c d 相类似的 c s m a c a 协议，通过采用能量检测( e d ) 、载波检测( c s ) 和能量载波混合检测三种检测 信道空闲的方式。 2 i e e e 8 0 2 1 1b i e e e 于1 9 9 9 年批准了i e e e 8 0 2 1 1 b 标准。该标准对i e e e 8 0 2 ”标准进行了修改和 补充，其中最重要的改进就是在i e e e 8 0 2 1 1 的基础上增加了两种更高的通信速率5 5 m b s 和1 1 m b s 。因此有了i e e e s 0 2 1 1 b 标准之后，移动用户将可以得到以太网级的网络睫能、 速率和可用性，管理者也可以无缝地将多种ta n 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。i e e e 8 0 2 1 1 b 只影响i e e e 8 0 2 1 1 的物理层，它提供了更高的数据传 输速率和更稳定的连接性。 3 i e e e 8 0 2 11a 和i e e e 8 0 2 11g i e e e 8 0 2 1 1 a 是i e e e 8 0 2 1 1 b 无线网络标准的后续标准。i e e e 8 0 2 1 1 a 工作在5 g h z u n i l 频段，物理层速率可达5 4 m b s ，传输层可以达到2 5m b s 。 i e e e 8 0 2 ”g 是为i e e e 8 0 2 1 1b 到i e e e 8 0 2 1 1 a 的过渡阶段所发展的规范，它构建在 i e e e 8 0 2 ”b 物理层与介质层标准基础上，选择2 4 g h z 频段，传输速率较1 1 m b s 高。 在上面的四种标准中现阶段i e e e 8 0 2 1 1 b 的产品比较多。本文研究的嵌入式w _ - h 也是针对i e e e 8 0 2 1 1 b 的设备。， 2 3i e e e8 0 2 1 1b 体系结构的组成部分 i e e e8 0 2 1 1 b 体系结构包括几个组成部分，这几个部分相互作用，达到提供能够对网 络上层进行站点( s t a ) 移动性透明支持的无线局域网。f 面首先介绍两个最基本的慨念： s t a 平b s s ( b a s i cs e r v i c es e t 基本睢；集) 。 s 1 a 是指接入无线媒介的部分，它包岔m a c 实体平p h y 实体。千以太网相对应s t a 也常被称为网络适配器或者网络接 】 。 s 1 a 可以是穆动的也可以是l 州定的，每个s 1 a 都支持站点服务，这些服务包括鉴权 ( a u t h e n t i c a t i o n ) ，土鉴权( d e a u t h e n 铂c a “o n ) 加密羊数据传输葛：， b s s 是i e e e8 0 2 1 1 b 局域网的基本均成单元，幽2 - 1 显示了两个b s s ，每个服务集 含宵两个作为成员的s t a 。通常我们把基本服务巢的覆箍范用石成一个躺圆。在该椭圆的 范围山基本服务集的成员s t a 可以保持相互通言。如果个s 1 r a 移动训垫本服务集的外面， 它就不能再与该基本服务集的其他成员直接通信。每个b s s 有一个基本强筹集识别码，称 华东师范人学硕士学位论立嵌八式w i f i 技术研，t 及其在语音通信中的啦用 为b s s i d 。 b s s l 图2 18 0 2 1 1 b 组成部分一b s s 2 3 1 独立的基本服务集( i b s s ) b s s 2 独立的基本服务集( i n d e p e n d e n tb s s ，i b s s ) 是虽基本的i e e e8 0 2 1 1 b 局域网类型。 一个最小的i e e e8 0 2 1 1b 局域网也许仅仅包含两个g r a 。 图2 - 2 显示了两个i b s s 。在i e e e8 0 2 1 1 bs t a 能够直接通信的时候，是可能存在这 种网络模式的。因为这种类型的i e e e8 0 2 1 1 b 局域网通常不是事先规划好的，而是只有在 需要的时候才安排这种类型的i e e e8 0 2 1 1 b 局域网，所以这种网络工作模式通常被称为a d h o c 网络。 站点( s 1 a ) 与基本服务集( b s s ) 之间的相互关系是动态的( s 1 a 可以自由地开机、 关机、进入或离开b s s 覆盖范围) 。为了成为b s s 的组成员，s t a 必须与该b s s 进行相 互关系的沟通。这种相互关系是动态的，而且包含使用分发系统服务( d i s t r i b u t i o ns y s t e m s e r v i c e d s s ) b s s l 图2 2 分发系统服务( d s s ) 羊l l 访问点( a p ) b s s 2 华东师范大学硕： 学位论文嵌入式w i - f i 技术研究及儿在语音通信中的应用 2 3 2 分发系统服务( d s s ) 1 分发系统和访问点 物理层覆盖范围的限制决定了所能支持的s t a 与s t a 之间的直接通信距离。对有些网 络，该距离是足够的：而对于有些应用，则可能需要增加其物理层的覆盖范围。 为了解决覆盖范围的问题，b s s 可以不以单个的形式出现，而是由多个b s s 构成一个 扩展的网络。连接多个b s s 的这个网络构件被称为分发系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m 。d s ) 。 i e e e8 0 2 1 1 b 逻辑上把无线媒介( w i r e l e s sm e d i u m 。w m ) 和分发系统媒介 ( d i s t r i b u t i o ns y s t e mm e d i u m ，d s m ) 分开。每种逻辑媒介被不同的体系结构构件用于不 同的目的。i e e e8 0 2 ”b 定义既不排除也没有要求多个媒介是一样，或者是不同的。 认识到这种媒介在逻辑上是不同的对于理解这种体系结构的灵活性是很关键的。这里详 细说明的i e e e8 0 2 ”b 局域网体系结构与任何一个具体实现的物理特征不相关。 o s 通过提供对处理地址到目的的映射和多个b s s 无缝综合所必要的逻辑服务，从而 提供对移动装置的支持。 a p 是a c c e s sp o i n t 简称，一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。它主要在媒 介访问控制层m a c 中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了a p ，就像一般有线网 络的h u b 一般，无线站点可以快速地与网络相连。a p 也是一个s 1 a 。该s _ r a 除了作为一 个普通的s 1 _ a 工作外，它还通过提供分发服务来提供对d s 的访问。图2 - 2 在i e e e8 0 2 1 1 b 的体系结构中加入了d s 和a p 。 数据通过a p 在b s s 和d s 之问传输。值得注意的是所有访问点都是s 1 _ a ，所以它们 也是可编址单元。用于a p 在w m 上的通信地址和在d s m 上的通信地址可以不必相同。 - f 2 扩展服务集 d s 和多个b s s 允许i e e e8 0 2 ”构成一个任意大小和复杂的无线网络。i e e e8 0 2 1 1 b 把这种网络称为扩展服务集( e x t e n d e ds e r v i c e s e t e s s ) 网络。同样，e s s 也有一个标 识的名称，即e s s i d 。 一个芙键概念是：对丁- l l c 而言，e s s 网络显然等同ri b s s 网络。e s s 网络内的s 1 - a 可以通信，移动s 1 _ a 可以从一个b s s 移动主男一个b s s ( 这些b s s 住同一个e s s 网络 中) ，这对l l c 而言都是通明的。 对丁二e s s 网络存在以f 的可能性： 1 ) 、b s s 可以部分重叠。这通常庄一个人覆盖范f 嗣内“jr 宜排相邻覆盖区域。 2 ) 、再个b s s 尤物理上可以是1 r 迎接的。逻辑上对b s s 之间的通信距离没有任何限 制。 3 ) 、b s s 在物理上可以并排排剁庄+ 起，目的造增加冗余癌 毕东师范火学预士学位论文嵌入式w l f i 技术研究及其在语音通信中的应用 4 ) 、一个或多个i b s s 或e s s 网络可以作为一个或者多个e s s 网络出现在同一物理空 间位置上。这样做的原因有很多。其中最为普遍的原因有两个：一个a dh o c 网络工作在 e s s 网络的间一空间物理位置上，或者不同的团体开通了物理上相互重叠的i e e e8 0 2 1 1 网络。 2 3 3e s s 平口i b s s 的区另 在前面介绍了i b s s 局域网的概念，提到了i b s s 常常用于支持a dh o c 网络。在一个 b s s 网络中，一个s t a 直接与一个或者多个其他s t a 通信。 图2 3 所示的是一个完整的i e e e8 0 2 ”网络的体系结构。 幽2 - 3i e e e8 0 2 1 - 1 网络体系结构 一个i b s s 由直接且连的s t a 构成。因此根据定义，只有一个b s s 。另外因为没有 物理分发系统( d s ) 所队就没有入口、综合有线局域网或者d s s 。逻辑简化结构如图2 4 所示。 庄幽2 - 4 中，只表示了最小规模时的两个s t a 。一个i b s s 可以由任意个s 1 a 。在i b s s 中。只允许1 类和2 类帧悖输。田为，庄i b s s 中没有d s ，应州t - i b s s 的服务均为s 1 a 服务， 0 # 东师范大学硕士学位论文嵌入式w i f i 技术研究及韩在语音通信中豹应用 8 0 2 1 1 碍 s s 图2 4 独立基本服务集( i b s s ) 的逻辑结构 2 4l e e e8 0 2 1 1 网络的工作方式 i e e e8 0 2 1 1 b 定义了两种类型的设备，一种是无线站点( 或无线终端) ，通常是通过一 台p c 机或笔记本电脑加上一块无线网络接口卡构成：另一种称为无线访问节点a p ，它的 作用是提供无线和有线网络之间的桥梁。一个a p 点通常由一个无线接口和一个以太网接口 构成。无线访问节点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线终端站聚合到以太网上。 i e e e8 0 2 1 1b 有两种工作模式：a d h o c 和i n f r a s t r u c t u r e 模式。i e e e 标准以独立的基 本服务集( i b s s ) 来定义a d - h o c 模式工作的客户端集合，以基本服务集( b s s ) 定义以 i n f r a s t r u c t u r e 模式工作的客户端集台。 在a d h o c 模式中，客户端不能直接和网络外其他的客户端通信。a d - h o c 模式的设计 目的是使在同一个频谱覆盖范围内的客户闻能够互相通信。如果一个a d h o c 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芙并执行路由功能。 而在i n f r a s t r u c t u r e 模式中，每一个客户将其通信报文发向a p 。a p 转发所有的通信报 文，这些报文可以是发往以太阿的，也可以是发往无线网络的。这是一种整合以太网和无线 网络架构的应用模式。无线访问节点负责频段管理及漫游等指挥工作，个a p 最多可连接 1 0 2 4 个站点。 2 5m a c 层服务 2 5 1 异步数据服务 异步数据服务给对等的l l c 实体提供相互交换媒介访问控制服备数据单元( m a c s e r v i c e d a t a u n i t m s d u l 能力。为了支持异步数据服务，本地m a c 民使其f 层一一物 理层服务来把m s d u 传输剑对筲m a c 实体，然后由对苫m a c 实体将该m s d u 交给对等 l l c 。这种异步m s d u