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天天用WiFi,但你真的了解它吗?

Wi-Fi在中文里又称作“行动热点”,是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证,是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。基于两套系统的密切相关,也常有人把Wi-Fi当做IEEE 802.11标准的同义术语。“Wi-Fi”常被写成“WiFi”或“Wifi”,但是它们并没有被Wi-Fi联盟认可。

并不是每样匹配IEEE 802.11的产品都申请Wi-Fi联盟的认证,相对地缺少Wi-Fi认证的产品并不一定意味着不兼容Wi-Fi设备。

IEEE 802.11的设备已安装在市面上的许多产品,如:个人计算机、游戏机、MP3播放器、智能手机、平板电脑、打印机、笔记本电脑以及其他可以无线上网的周边设备。

无线网络在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是一种无线联网技术,以前通过网线连接电脑,而Wi-Fi则是通过无线电波来连网;常见的就是一个无线路由器,那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网,如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路,则又被称为热点。

无线网络是IEEE定义的无线网技术,在1999年IEEE官方定义802.11标准的时候,IEEE选择并认定了CSIRO发明的无线网技术是世界上最好的无线网技术,因此CSIRO的无线网技术标准,就成为了2010年Wi-Fi的核心技术标准。无线网络技术由澳洲政府的研究机构CSIRO在90年代发明并于1996年在美国成功申请了无线网技术专利。(US Patent Number 5,487,069)

发明人是悉尼大学工程系毕业生Dr John O'Sullivan领导的一群由悉尼大学工程系毕业生组成的研究小组 。

IEEE曾请求澳洲政府放弃其无线网络专利,让世界免费使用Wi-Fi技术,但遭到拒绝。澳洲政府随后在美国通过官司胜诉或庭外和解,收取了世界上几乎所有电器电信公司(包括苹果、英特尔、联想、戴尔、AT&T、索尼、东芝、微软、宏碁、华硕,等等)的专利使用费。2010年我们每购买一台含有Wi-Fi技术的电子设备的时候,我们所付的价钱就包含了交给澳洲政府的Wi-Fi专利使用费。

组成结构

一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP,如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源,架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网,也可不要AP,只需要每台电脑配备无线网卡。AP为Access Point简称,一般翻译为“无线访问接入点”,或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP,就像一般有线网络的Hub一般,无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用,Wi-Fi更显优势,有线宽带网络(ADSL、小区LAN等)到户后,连接到一个AP,然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够,甚至用户的邻里得到授权后,则无需增加端口,也能以共享的方式上网。

硬件设备

随着无线网络的不断兴起和发展,2010年无线网络模块的应用领域相当广泛!

但是Wi-Fi模块毕竟是高频性质的产品,它不像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尽心思,有相关经验的从业人员,往往也是需要借助昂贵的设备来协助分析。

对于无线网络部分的处理,有直接把Wi-Fi部分Layout到PCB主板上去的设计,这种设计,需要勇气和技术,因为本身模块的价格不高,主板对应的产品价格不菲,当有Wi-Fi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Wi-Fi部分,这样可以直接让Wi-Fi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。

具体的硬件设计应该和相关Wi-Fi模块咨询时,要考虑清楚以下方面:

通信接口方面:2010年基本是采用USB接口形式,PCIE和SDIO的也有少部分,PCIE的市场份额应该不大,多合一的价格昂贵,而且实用性不强,集成的很多功能都不会使用,其实也是一种浪费。

供电方面:多数是用5V直接供电,有的也会利用主板设计中的电源共享,直接采用3.3V供电。

天线的处理形式:可以有内置的PCB板载天线或者陶瓷天线;也可以通过I-PEX接头,连接天线延长线,然后让天线外置。

规格尺寸方面:这个可以根据具体的设计要求,最小的有nano型号(可以直接做nano无线网卡);有可以做到迷你型的12*12左右(通常是外置天线方式采用);通常是25*12左右的设计多点(基本是板载天线和陶瓷天线多,也有外置天线接头)。

跟主板连接的形式:可以直接SMT,也可以通过2.54的排针来做插件连接(这种组装/维修方便)。

软件的调试要结合具体的方案主控,毕竟Wi-Fi部分仅仅是一个无线的收发而已。很多用户在咨询的时候,很容易混淆!可以说,2013年Wi-Fi模块应用最火爆的领域就是MID市场,同时传统的一些网络领域应用市场也有渗透,比如一些工业控制领域/网络播放领域/甚至一些遥控领域也有在考虑的,基本上是能用到网络的部分都希望尝试无线化!

网络协议

一个Wi-Fi联接点网络成员和结构站点(Station),网络最基本的组成部分。

基本服务单元(Basic Service Set,BSS)是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。站点可以动态地联结(Associate)到基本服务单元中。

分配系统(Distribution System,DS)。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(Medium)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(Access Point,AP)。接入点既有普通站点的身份,又有接入到分配系统的功能。

扩展服务单元(Extended Service Set,ESS)。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上的--不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。

关口(Portal),也是一个逻辑成分。用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。

这儿有3种媒介,站点使用的无线的媒介,分配系统使用的媒介,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的媒介。物理上它们可能互相重叠。

IEEE802.11只负责在站点使用的无线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。

IEEE802.11没有具体定义分配系统,只是定义了分配系统应该提供的服务(Service)。整个无线局域网定义了9种服务,

5种服务属于分配系统的任务,分别为,联接(Association),结束联接(Diassociation),分配(Distribution),集成(Integration),再联接(Reassociation)。

4种服务属于站点的任务,分别为,鉴权(Authentication),结束鉴权(Deauthentication),隐私(Privacy), MAC数据传输(MSDU delivery)。

认证种类

前Wi-Fi联盟所公布的认证种类有:

1、WPA/WPA2:WPA/WPA2是基于IEEE802.11a、802.11b、802.11g的单模、双模或双频的产品所建立的测试程序。内容包含通讯协定的验证、无线网络安全性机制的验证,以及网络传输表现与相容性测试。

2、WMM(Wi-Fi MultiMedia):当影音多媒体透过无线网络的传递时,要如何验证其带宽保证的机制是否正常运作在不同的无线网络装置及不同的安全性设定上是WMM测试的目的。

3、WMM Power Save:在影音多媒体透过无线网络的传递时,如何透过管理无线网络装置的待命时间来延长电池寿命,并且不影响其功能性,可以透过WMM Power Save的测试来验证。

4、WPS(Wi-Fi Protected Setup):这是一个2007年年初才发布的认证,目的是让消费者可以透过更简单的方式来设定无线网络装置,并且保证有一定的安全性。当前WPS允许透过Pin Input Config(PIN)、Push Button Config(PBC)、USB Flash Drive Config(UFD)以及Near Field Communication 、Contactless Token Config(NFC)的方式来设定无线网络装置。

5、ASD(Application Specific Device):这是针对除了无线网络存取点(Access Point)及站台(Station)之外其他有特殊应用的无线网络装置,例如DVD播放器、投影机、打印机等等。

6、CWG(Converged Wireless Group):主要是针对Wi-Fi mobile converged devices 的RF 部分测量的测试程序。

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