智能网络组网技术 课件 项目7 wifi通信技术

项目七wifi通信技术

任务一WIFI概述Wifi概述无处不在的Wi-Fi无线网络Wifi概述无处不在的Wi-Fi无线网络Wifi概述WLAN是什么Wifi概述WLAN：WirelessLocalAreaNetwork广义的WLAN，是指通过无线通信技术将计算机设备互联起来，构成通信网络。狭义的WLAN，是指采用IEEE802.11无线技术进行互连的通信网络。目前的WLAN一般指802.11无线网络。IEEE802.11，是国际电工电子委员会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）下负责WLAN标准制定的工作组。Wi-Fi：WirelessFidelity是最大的WLAN工业组织Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）的商标，该组织致力于对WLAN设备进行兼容性认证测试。Wi-Fi是指Wi-Fi联盟认证，通过认证的产品，可以使用Wi-Fi的LOGO。通常，Wi-Fi作为WLAN的同义词使用，尽管并非所有WLAN设备都进行Wi-Fi认证。Wifi概述WLAN标准化：IEEE802.111990年，IEEE802.11标准工作组成立1997年，IEEE802.11标准发布（2Mbit/s，工作在2.4GHz）1999年，IEEE802.11a标准发布（54Mbit/s，工作在5GHz）1999年，IEEE802.11b标准发布（11Mbit/s工作在2.4GHz）2003年，IEEE802.11g标准发布（54Mbit/s，工作在2.4GHz）2007年，IEEE802.11ndraft2发布（300Mbit/s，工作在2.4GHz/5.8GHz）WLAN产业化：Wi-FiAlliance1999年，WirelessEthernetCompatibilityAlliance(WECA)成立，后来WECA更名为Wi-FiAlliance（Wi-Fi联盟），现总部设在美国德州，成员单位超过300个。2000年，Wi-Fi联盟启动了Wi-Fi认证计划（Wi-FiCERTIFIED），对WLAN产品进行802.11兼容性认证测试。2007年，Wi-Fi联盟启动IEEE802.11ndraft2认证测试。2008年截止，累计超过4000种WLAN设备通过Wi-Fi认证（Wi-FiCERTIFIED）2008年底，累计超过10亿的Wi-Fi芯片出货量；2012年，预计Wi-Fi芯片的年出货量达到10亿Wifi大事记Wifi概述Wifi标准族主要的IEEE802.11标准：IEEE802.11a-54Mbit/s,5GHzstandard(1999,shippingproductsin2001)IEEE802.11b-Enhancementsto802.11tosupport5.5and11Mbit/s(1999)IEEE802.11d-International(country-to-country)roamingextensions(2001)IEEE802.11e-Enhancements:QoS,includingpacketbursting(2005)IEEE802.11g-54Mbit/s,2.4GHzstandard(backwardscompatiblewithb)(2003)IEEE802.11h-SpectrumManaged802.11a(5GHz)forEuropeancompatibility(2004)IEEE802.11i-Enhancedsecurity(2004)IEEE802.11j-ExtensionsforJapan(2004)Wifi概述Wifi标准族主要的IEEE802.11标准：IEEE802.11k-Radioresourcemeasurementenhancements(2008)IEEE802.11n-HigherthroughputimprovementsusingMIMO(multipleinput,multipleoutputantennas)(November2009)IEEE802.11p-WAVE-WirelessAccessfortheVehicularEnvironment(suchasambulancesandpassengercars)(working-2009?)IEEE802.11r-FastroamingWorking"TaskGroupr"-(2008)IEEE802.11s-MeshNetworking,ExtendedServiceSet(ESS)(working-Jul.2010?)IEEE802.11T-WirelessPerformancePrediction(WPP)-testmethodsandmetricsRecommendation(2008)IEEE802.11y-3650-3700MHzOperationintheU.S.(2008)Wifi概述Wifi概述Wifi概述Wi-Fi标准族802.11模式发布时间频段(GHz)最大可用带宽(Mbit/s)物理层最大带宽(Mbit/s)调整模式室内覆盖半径1(m)室外覆盖半径2(m)a199952354OFDM~35~120b19992.44.311DSSS~38~140g20032.41954OFDM~38~140ndraft2.020072.4

574300OFDM~70~250与墙的数目和类型有关考虑了一堵墙的损耗IEEE802.11a/b/g/n制式的比较Wifi概述Wi-Fi标准族Wi-Fi强制认证：Wi-Fi产品无线认证：802.11a/b/g单模认证，802.11b/g双模认证，802.11a/b/g多频段（2.4G和5G）认证。本认证目前是手持设备CTIA认证的一部分。Wi-Fi无线网络安全认证：包括WPA/WPA2认证。EAP(ExtensibleAuthenticationProtocol)认证：EAP是一种网络设备身份认证的安全机制。

Wi-Fi可选认证：下一代Wi-Fi认证：IEEE802.11ndraft2.0无线标准认证。

Wi-FiProtectedSetup认证：快速完成安全配置的功能认证。Wi-FiMultimedia认证：无线QoS认证。WMMPowerSave认证：语音和多媒体业务时省电功能的认证测试。Wi-Fi手机认证

：对Wi-Fi手机中Wi-Fi与蜂窝系统的相互影响进行认证。Wi-Fi认证标准Wifi概述Wi-Fi网站IEEE802.11官方网站：/11/Wi-Fi联盟官方网站：/Wi-Fi论坛：/Wifi概述Wi-Fi技术的特点速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达300米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

Wifi概述

其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右约合15米，而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前WiFi无线网络300英尺接近100米的通信距离扩大到4英里约6.5公里。

Wi-Fi技术的特点Wifi概述其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙好一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11mbps，符合个人和社会信息化的需求。Wi-Fi技术的特点Wifi概述其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。Wi-Fi技术的特点Wifi概述其四，无须布线，Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。Wi-Fi技术的特点Wifi概述

（1）应用范围迅速扩大近年来，Wi-Fi无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。国外已经出现以Wi-Fi无线标准来建设城域网的先例，Wi-Fi的无线地位将会日益牢固。Intel还计划未来采用该标准来建设无线广域网络Wi-Fi技术的发展趋势Wifi概述

（2）传输能力大幅优化Wi-Fi是目前无线网络的一个主流标准，在Intel的强力支持下，Wi-Fi已经有了接班人。它就是全面兼容现有Wi-Fi的WiMAX，相对于Wi-Fi的802.11x，WiMAX就是802.16x。与前者相比，WiMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高的接入速度等等，预计会在未来几年内取代Wi-Fi成为无线网络的主流标准之一。Wi-Fi技术的发展趋势Wifi概述

（3）技术定位逐渐清晰虽然目前业界纷纷传出Wi-Fi出现生存危机的消息。一方面是受制于Wi-Fi技术自身的限制，比如其漫游性、安全性和如何计费等问题都还没有得到妥善的解决，另一方面由于Wi-Fi的赢利模式不明确，如果将Wi-Fi作为单一网络来经营，商业用户的不足会使网络建设的投资收益比较低。但从Wi-Fi技术的定位来看，对于电信运营商而言，Wi-Fi技术的定位主要是作为高速有线接入技术的补充，将来也会成为蜂窝移动通信的补充。Wi-Fi技术的发展趋势Wifi概述

（4）工作生活密切相关随着802.11x技术的逐步完善，企业将可以应用无线局域网作为他们有限局域网的延伸。这一应用将大大提高雇员在移动中的工作效率。无线局域网技术将应用于公司的每一个角落。小企业和家庭用户也将使用无线局域网代替有线网络，从而获得无线局域网提供的在“无线”安装和维护方面带来的节约。Wi-Fi技术的发展趋势Wifi概述

（1）路由设备负荷过重频繁掉线可能是由于路由器散热问题引起的。这时需要注意用外部散热器进行辅助散热，长时间不使用的路由器需要关闭电源，路由器使用时间过长需要定时重新启动，以避免路由器温度过高而损坏。安装和维护方面带来的节约。WiFi信号不稳定原因分析Wifi概述

（2）信号穿越障碍能力不足Wi-Fi信号属于无线电波中的微波。优点是频率较高，适合大量数据传输，满足语音视频传输需求，缺点为波长小，绕过障碍物体的能力较弱。普通家用产品Wi-Fi信号一般只能穿越2～3层普通砖墙。当然，通过加大Wi-Fi设备功率的方法可以提高Wi-Fi信号穿越障碍能力，但我国对普通家用Wi-Fi设备的功率做了限制，原因是WiFi设备属于低功率无线设备，容易受到高功率信号的干扰。WiFi信号不稳定原因分析Wifi概述

（3）其他同频设备干扰2.4GHz频段在我国是公共频段，很多常见设备如微波炉、无绳电话、蓝牙设备等均会对其产生频率干扰，在网络设计时应注意远离此类设备。WiFi信号不稳定原因分析Wifi概述WiFi信号穿透损耗估测Wifi概述（4）WLAN网络信道干扰IEEE802.11b指定WLAN必须在2.4GHz至2.48GHz的ISM频率下运行。在这个频率范围内可以划分出13个信道，每个信道的带宽是22MHz，两个相邻信道的中心距仅为5MHz，相邻信道之间重叠频率较为严重，将同一地区的两个WLAN网络信道设置在相同或相邻信道，会导致严重的信号干扰。WiFi信号不稳定原因分析作业总结WIFI（WiFi1——Wifi6）技术标准对比。查询自己手机的Wifi模块支持的Wifi标准。7/18/2024项目七wifi通信技术

任务二WiFi的关键技术WIFI的关键技术1.Wi-Fi系统组成WiFi是用无线通信技术将计算机设备互联WiFi局域网的本质特点：不再使用通信电缆将计算机与网络进行连接，而是用无线的方式，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。WIFI的关键技术网络拓扑结构协议架构2.Wi-Fi系统组成WIFI的关键技术2.1网络拓扑结构WIFI的关键技术需设置信道、密钥（如WEP）、网络协议（如DHCP）、桥接等客户端为台式、笔记本、掌上电脑等用户设备AP：有线无线互联的设备2.1网络拓扑结构WIFI的关键技术WIFI的关键技术WIFI的关键技术基于AP组建的基础无线网络由AP创建，众多STA加入所组成AP是整个网络的中心各STA间不能直接通信，需经AP转发2.1网络拓扑结构——基础网（Infrastructure）WIFI的关键技术2.1网络拓扑结构——基础网（Infrastructure）WLAN网络的基本元素——BSS(BasicServiceSet)ServiceSetID(服务集识别码)WIFI的关键技术Infrastructure网络--BSSBSS（BasicServiceSet）网络BSS是WLAN网络的基本单位，包括一个基站（AP）和若干个终端（STA），通讯必须通过AP来完成。网络标识：BSSID，使用AP的MAC地址。WIFI的关键技术Infrastructure网络--ESSESS（ExtendedServiceSet）网络由多个BSS组成，多个BSS的AP通过DS(DistributionSystem)网络互联，终端能在不同BSS之间漫游。网络标识：SSID，AP上统一配置的一个字符串。WIFI的关键技术2.1网络拓扑结构——自组网（Ad-hoc）仅由两个及以上STA组成，网络中不存在AP。各设备自发组网，设备之间是对等的。网络中所有的STA之间都可以直接通信，不需要转发。Ad-hoc模式也称为对等模式，允许一组具有无线功能的计算机或移动设备之间为数据共享而迅速建立起无线连接。WIFI的关键技术2.1网络拓扑结构——自组网（Ad-hoc）IBSS（IndependentBSS）WIFI的关键技术Adhoc网络IBSS（IndependentBasicServiceSet）网络若干Wi-Fi站点之间对等、临时的组网，俗称adhoc网络。站点之间地位平等，两两进行通讯。网络标识：BSSID，自动选择某个站点的MAC地址作为ID。WIFI的关键技术2.2协议架构与蓝牙一样，W-iFi的协议体系遵循OSI参考模型：

物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层比特流传输提供介质访问、链路管理等寻址和路由选择建立主机端到端连接建立、维护和管理会话处理数据格式、数据加密等提供应用程序间通信OSI参考模型WIFI的关键技术2.2协议架构Wi-Fi协议体系软件实现硬件实现WIFI的关键技术2.2协议架构物理层：802.11b定义了工作在2.4GHzISM频段上数据传输率为11Mbps的物理层，使用跳频扩频传输技术（Frequency-HoppingSpread、Spectrum，FHSS）和直接序列扩频传输技术（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）。MAC层：MAC层提供了支持无线网络操作的多种功能。通过MAC层站点可以建立网络或接入已存在的网络，并传送数据给LLC层。LLC层：IEEE802.11使用与IEEE802.2完全相同的LLC层和48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。但MAC地址只对WLAN唯一确定。WIFI的关键技术2.2协议架构网络层：采用IP协议，是互联网中最重要的协议，规定了在互联网上进行通信时应遵守的准则。传输层：采用TCP/UDP协议，TCP是面向连接的协议，可以提供IP环境下的可靠传输；UDP是面向非连接的协议，不为IP提供可靠性传输。对于高可靠的应用，传输层一般采用TCP协议。应用层：根据应用需求实现，如HTTP协议、DNS（Domainnamesystem，域名解析系统）协议。作业总结自组网和基础网各自的特点。项目7wifi通信技术

任务三wifi的模组及AT指令集wifi模组及AT指令集WiFi模块Wi-Fi模块又名串口Wi-Fi模块，属于物联网传输层，功能是将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议协议栈以及TCP/IP协议栈。传统的硬件设备嵌入Wi-Fi模块可以直接利用Wi-Fi联入互联网，是实现无线智能家居、M2M等物联网应用的重要组成部分。wifi模组及AT指令集WiFi模块可在串口转WiFi、TTL转WiFi；WiFi监控、TCP/IP和Wi-Fi协处理器；WiFi遥控飞机、车等玩具领域；WiFi网络收音机、摄像头、数码相框；医疗仪器、数据采集、手持设备；WiFi脂肪称、智能卡终端；家居智能化；仪器仪表、设备参数监测、无线POS机；现代农业、军事领域等其他无线相关二次开发应用。WIFI模块发展前景wifi模组及AT指令集通用Wi-Fi模块路由器方案Wi-Fi模块嵌入式Wi-Fi模块7/18/2024wifi模组及AT指令集智能WIFI模块组成结构是：站点，网络最基本的组成部分。基本服务单元。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的联结到基本服务单元中。分配系统。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的，尽管它们物理上可能会是同一个媒介，例如同一个无线频段。接入点。接入点即有普通站点的身份，又有接入到分配系统的功能。或其它网络联系起来。WIFI模块核心部件是：分配系统、接入点。7/18/2024wifi模组及AT指令集7/18/2024带WIFI功能的设备（包括手机、PSP、本本等等），只要在有网络热点的地方就可以免费上网（前提是打开WIFI功能自动搜索，如果有限制还需要提供热点方提供密码），或者在有无线宽带路由覆盖的范围内（一般是100-300米，视环境而定）也可以免费上网。WIFI还可以连接各种智能家电及智能电子设备。wifi模组及AT指令集兼容问题效率慢须插线使用技术尚不成熟7/18/2024wifi模组及AT指令集WiFi模块工作方式介绍

串口型模块的工作方式主要有两种：主动型串口设备联网和被动型串口设备联网。主动型串口设备联网指的是由设备主动发起连接，并与后台服务器进行数据交互的方式。典型的主动型设备如无线POS机，在每次刷卡交易完成后即开始连接后台服务器，并上传交易数据。wifi模组及AT指令集WiFi模块工作方式介绍

被动型串口设备联网指的是在系统中所有设备一直处于被动的等待连接状态，仅由后台服务器主动发起与设备的连接，并进行请求或下传数据的方式。典型的被动型串口设备如某些无线传感器网络，每个传感器终端始终实时的在采集数据，但是采集到的数据并没有马上上传，而是暂时保存在设备中,而后台服务器则周期性的每隔一段时间主动连接设备，并请求上传或下载数据。wifi模组及AT指令集WiFi模块工作方式介绍新力维（Seanywell）WM001S模块WM001S模块是新力维推出的全新的第一代嵌入式Uart-Wifi模块产品。该产品基于Uart(通用异步收发器)接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。WM001S全面支持串口透明数据传输模式，真正实现串口的即插即用，更加完备的TCP/IP协议栈，支持DHCP协议动态IP地址分配和DNS域名解析功能，内置WEB服务器，实现使用IE浏览器通过无线网络远程配置模块参数，串口更高的传输性能，最高可达921.6Kbps的发送速率。wifi模组及AT指令集WiFi模块工作方式介绍上海迅瞻SSC-WiFi-05模块SSC-WiFi-05是上海迅瞻电子科技有限公司在结合前两代产品基础上开发的一款高性能串口转无线WiFi/有线以太网的嵌入式模块，硬件平台采用Marvell的WiFi芯片组+MIPS架构的ARM级CPU，最高主频高达360MHz，产品通过FCC/CE标准认证，是目前国内外最先进的设计方案。25*40*8mm的超小体型方便嵌入到用户的设备之中去，让设备瞬间具有无线WiFi/有线以太网的连接功能。wifi模组及AT指令集WiFi模块工作方式介绍深圳九汉M-600模块M-600是九汉科技推出的全新的第三代嵌入式Uart-WiFi模块产品。Uart-WiFi是基于Uart接口的符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，內置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。wifi模组及AT指令集WiFi模块工作方式介绍深圳海凌科HLK-WIFI-M03模块HLK-WIFI-M03是海凌科电子推出的全新的第三代嵌入式Uart-Wifi模块产品。Uart-Wifi是基于Uart接口的符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。wifi模组及AT指令集在WiFi设计中，有的工程师直接把WiFi部分设计到PCB主板上，这样的设计需要勇气和技术，因为模块本身的价格不高，但主板对应的产品却价格不菲，当有WiFi部分产生的问题，调试更换比较麻烦，直接报废可惜。所以很多设计都愿意采用模块化的WiFi部分，这样可以直接让WiFi部分模块化，处理起来方便，而且模块可以直接拆卸，对于产品的设计风险和具体的耗损也有很大帮助。WiFi模块的种类繁多，且WiFi模块仅仅是一个无线的数据收发而已，很多刚接触WiFi模块的设计人员或者用户，只知道需要使用WiFi模块，却不知道需要那种型号的WiFi模块。由于WiFi模块是一种高频性质的产品，它不象普通的消费类电子产品，生产设计的时候会有一些莫名其妙的现象和问题，让一些没有高频设计经验的工程师费劲心思，即使是