IEEE802.11b無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展和電信市場(chǎng)的開(kāi)放，目前各種高速率的寬帶接入方式不斷涌現(xiàn)，特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地增長(zhǎng)。而基于IEEE 802.11無(wú)線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)則憑借其高達(dá)11M~54Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，及其建網(wǎng)速度快、運(yùn)營(yíng)成本低和投資成本回報(bào)快等特點(diǎn)，正逐漸受到電信制造和運(yùn)營(yíng)商的青睞。

IEEE802.11規(guī)范包括介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)和物理層的操作，它定義了MAC子層、MAC服務(wù)和協(xié)議以及由跳頻擴(kuò)頻(FHSS)、直接序列擴(kuò)頻(DSSS)及紅外(IR)構(gòu)成的三類(lèi)物理層。FHSS可以同時(shí)使用多達(dá)4個(gè)頻率來(lái)發(fā)送信息，并且一個(gè)頻率在跳到新的頻率之前保持較短時(shí)間。DSSS的工作方式是把數(shù)據(jù)分成幾個(gè)碼片(chip)，并以盡可能多的不同頻率同時(shí)發(fā)送這些碼片，此種方式更容易受到較多的干擾影響。

目前WLAN的兩種流行規(guī)范分別是802.11b和802.11a，在應(yīng)用中分別采用DSSS和OFDM的編碼方式。802.11b通信頻帶為2.4GHz，數(shù)據(jù)率為11Mbps，物理層采用高速直接序列擴(kuò)頻技術(shù)HR-DSSS。調(diào)制方式有兩種：一種是采用補(bǔ)碼鍵控(CCK)調(diào)制，從而達(dá)到11Mbps的數(shù)據(jù)率，另一種則采用信息包二進(jìn)制回轉(zhuǎn)式編碼(PBCCTM)調(diào)制，并具有3dB的編碼增益，從而延伸了通信的實(shí)用距離，可優(yōu)化5.5~11Mpbs的速率。802.11a的頻帶為5.2GHz，數(shù)據(jù)率高達(dá)54Mbps。與單個(gè)載波系統(tǒng)的802.11b不同，它運(yùn)用了提高頻率信道利用率的正交頻分多址(OFDM)的多載波調(diào)制技術(shù)，在低移動(dòng)性無(wú)線條件下提供更高的數(shù)據(jù)率、更好的頻譜效應(yīng)，改進(jìn)的信道多徑效應(yīng)和更低的干擾。

802.11體系結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)互聯(lián)單元來(lái)描述：無(wú)線設(shè)備或電臺(tái)、接入點(diǎn)、無(wú)線介質(zhì)、分布式系統(tǒng)(DS)、基本服務(wù)裝置(BBS)、擴(kuò)展服務(wù)裝置(ESS)以及工作站和分布服務(wù)。所有這些設(shè)備完成一個(gè)無(wú)縫鏈接，可使無(wú)線設(shè)備在WLAN區(qū)域自由漫游。

接入點(diǎn)的三種實(shí)現(xiàn)形式

主機(jī)AP方式。主機(jī)AP方式是軟件程序通過(guò)主機(jī)的CPU來(lái)運(yùn)行并完成幾乎所有的802.11b控制功能，例如Neesus Datacom公司的11Mb 802.11b軟AP方案和Absolute Value Systems公司的Linux AP方案。Neesus公司的程序通過(guò)主機(jī)AP固件的應(yīng)用編程接口(API)將呼叫調(diào)用至用戶卡。這種方式需要主機(jī)的CPU不低于486處理器的性能，并且至少具有100MHz的時(shí)鐘，另加一個(gè)操作系統(tǒng)，如Windows, VXWorks, Linux, Nucleus等。應(yīng)用軟件和主機(jī)AP程序可執(zhí)行所有的802.11b功能并附帶路由、網(wǎng)橋協(xié)議和管理等功能。

主機(jī)AP產(chǎn)品主要有Neesus公司的軟件AP，Cisco 公司的AP340和350系列，Nokia、 Absolute Value Systems Linux AP(Power PC專(zhuān)用) 和ZoomAir AP等產(chǎn)品。大多數(shù)的無(wú)線AP產(chǎn)品至今仍以主機(jī)式AP為主。這種方式必須占有較強(qiáng)的CPU資源。其中多數(shù)AP產(chǎn)品主要采用以下幾種CPU： x486或更高、Elan450、MediaGx處理器、Power PC或68360系列，這種方式因其軟件程序較易更改而具有很強(qiáng)的靈活性。要執(zhí)行IEEE802.11e的EDCF和EPCF的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，主機(jī)必須采用更快的CPU和更加實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)(RTOS)。

采用第三代碼(Tertiary Code)的固件方式AP。固件方式AP采用第三代碼在用戶轉(zhuǎn)換卡上執(zhí)行802.11b功能，主機(jī)CPU僅需完成802.11b的參數(shù)設(shè)定，如信道、網(wǎng)絡(luò)模式、同步序列和WEP等，以及路由、網(wǎng)橋協(xié)議和管理等功能。此方式可降低AP的主機(jī)CPU成本，并占用較少的系統(tǒng)資源。在系統(tǒng)處于機(jī)站模式時(shí)，用戶卡功率消耗會(huì)有所上升，第三代碼由主機(jī)CPU上的初級(jí)和第二級(jí)碼生成并被下載到用戶卡的SRAM內(nèi)，然后再將它轉(zhuǎn)換而成802.11b識(shí)別的AP代碼。幾乎所有802.11b的功能都可在此用戶卡上完成。主機(jī)CPU僅用于控制設(shè)置和管理功能(非時(shí)實(shí)性)，發(fā)送來(lái)自于MAC控制器的發(fā)射和接收數(shù)據(jù)包以及路由、網(wǎng)橋等協(xié)議。

第三代碼固件方式非常適于單點(diǎn)的AP。Lucent和Enterasys(Cabletron)公司采用它制造單點(diǎn)AP，Apple Airport公司的產(chǎn)品也為T(mén)ertiary AP產(chǎn)品。這種方法的缺點(diǎn)在于用戶必須從Intersil公司獲得第三代碼的固化軟件，在沒(méi)有固化程序的源碼和專(zhuān)門(mén)技術(shù)支持的情況下，不可以寫(xiě)入和修改程序代碼。

在現(xiàn)有的CHOICE MAC平臺(tái)上，這類(lèi)用戶卡轉(zhuǎn)換的AP可能沒(méi)有可高達(dá)每秒百萬(wàn)條指令(MIPS)的足夠速率執(zhí)行AP下的EDCF或EPCF等服務(wù)質(zhì)量(QoS)。它們較適用于嵌入式的設(shè)計(jì)，可用于PCMCIA、MiniPCI甚至USB卡。

帶自身固化程序的固件方式AP。此AP方式帶有自身固件程序和硬件設(shè)計(jì)，并采用了特定AP功能的固件。AP的無(wú)線裝置通常采用固定式設(shè)備。例如Intersil公司的1148A參考設(shè)計(jì)便所用了這種AP方式。它為自備裝置提供了最低成本的方案。采用該方式目前的缺點(diǎn)在于用戶即使采用了ARM內(nèi)核，仍不能修改固件指令。但將來(lái)可部分開(kāi)放固化程序，以便于用戶開(kāi)發(fā)并增強(qiáng)AP的性能和管理功能。

PRISM 接入點(diǎn)芯片方案

PRISM系列無(wú)線局域網(wǎng)的接入點(diǎn)控制芯片為ISL3856，它有一個(gè)ARM940內(nèi)核，可執(zhí)行IEEE 802.11b MAC協(xié)議并具有以太網(wǎng)網(wǎng)橋功能，OEM用戶可用該款芯片制造低成本、高性能的AP產(chǎn)品。

圖為典型的PRISM 2系列AP原理方框圖，其中的芯片組如下圖所示分別為：

ISL3856 - WLAN 接入點(diǎn)(AP)控制器；

HFA3863 - 帶耙子(Rake)接收和均衡器的基帶處理器；

HFA3783 - I/Q 調(diào)制/解制器和混頻器；

HFA3683A - 2.4GHz 射頻/中頻轉(zhuǎn)換器和混頻器；

HFA3983 -2.4GHz 內(nèi)置功率放大器的檢測(cè)器。

性能指標(biāo)：

可變數(shù)據(jù)率 11, 5.5, 2和1Mbps；

頻率寬度 2.4GHz ISM帶寬；

靈敏度 (誤碼率8xE-5)，-83dBm (11Mbps)；

發(fā)射功率輸出 最小值為14.8dBm，典型值為16.2dBm，最大值為17.0dBm；

雙模式 IEEE 802.11b - 2, 5.5及11Mbps；

通信距離 125英尺室內(nèi)距離(11Mbps)。

PRISM系列的AP芯片解決方案包括參考設(shè)計(jì)、評(píng)估板套件、固件程序指令等。該系列產(chǎn)品已獲得無(wú)線以太網(wǎng)兼容聯(lián)盟(WECA)認(rèn)證，能確保不同制造商的產(chǎn)品間相互的兼容性。ISL36356A高集成的接入點(diǎn)(AP)設(shè)計(jì)適合家庭、小型辦公室及企業(yè)等無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的場(chǎng)所。

這款A(yù)P產(chǎn)品可為用戶提供兩個(gè)變體軟件包。一種是AP的主體軟件開(kāi)發(fā)包，其中包含可執(zhí)行AP的密匙，用戶可以根據(jù)它進(jìn)行全面的測(cè)試和快速地對(duì)軟件模塊進(jìn)行整合。

第二種為AP的開(kāi)發(fā)套件，可方便用戶開(kāi)發(fā)實(shí)際的產(chǎn)品。此套件基于Linux開(kāi)發(fā)平臺(tái)，拓展和增強(qiáng)了應(yīng)用編程接口(API)的功能，從而滿足專(zhuān)用市場(chǎng)的需求，并且因其極高的靈活性在市場(chǎng)上獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

ARM940內(nèi)核的MAC處理器采用開(kāi)放式的Linux操作系統(tǒng)，為AP產(chǎn)品的功能開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)靈活的和擴(kuò)展性的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。由于Linux操作系統(tǒng)具有超強(qiáng)的源碼區(qū)開(kāi)放特性，因此更便于用戶在AP上開(kāi)發(fā)新增功能。

ISL3856采用uClinux這種專(zhuān)用的Linux嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化程序的大小。uClinux的應(yīng)用程序接口(API)與標(biāo)準(zhǔn)的Linux API一樣。

AP的開(kāi)發(fā)平臺(tái)套件包含以下幾個(gè)基本功能：

DHCP用戶、自動(dòng)和固定IP模式；

Web結(jié)構(gòu)的界面及簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)；

方便Web升級(jí)，故障保護(hù)(failsafe)功能固件；

802.1x 安全標(biāo)準(zhǔn)；

無(wú)線分布式系統(tǒng) (WDS)；

核心程序支持路由、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)和防火墻；

802.1d 標(biāo)準(zhǔn)的樹(shù)狀子圖協(xié)議(STP)。

開(kāi)發(fā)平臺(tái)可由源代碼區(qū)開(kāi)放的應(yīng)用程序通過(guò)導(dǎo)出文件協(xié)助加入以上這些功能。當(dāng)然，用戶也可以自行編寫(xiě)應(yīng)用程序，這時(shí)的源程序可以保持關(guān)閉狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

1.Designing a Wireless Network - Written By: Jeffrey Wheat (USA)

2.Wireless Local Area Network - Written By: Jim Geier (USA)

3.INTERSIL PRISM WLAN chips datasheet - Web Site: http://www.intersil.com