IEEE802.11b無線局域網接入點設計

隨著計算機技術和網絡技術的蓬勃發展和電信市場的開放，目前各種高速率的寬帶接入方式不斷涌現，特別是無線網絡的應用領域正在不斷地增長。而基于IEEE 802.11無線以太網標準的寬帶無線接入系統則憑借其高達11M~54Mbps的數據傳輸速率，及其建網速度快、運營成本低和投資成本回報快等特點，正逐漸受到電信制造和運營商的青睞。

IEEE802.11規范包括介質訪問控制(MAC)和物理層的操作，它定義了MAC子層、MAC服務和協議以及由跳頻擴頻(FHSS)、直接序列擴頻(DSSS)及紅外(IR)構成的三類物理層。FHSS可以同時使用多達4個頻率來發送信息，并且一個頻率在跳到新的頻率之前保持較短時間。DSSS的工作方式是把數據分成幾個碼片(chip)，并以盡可能多的不同頻率同時發送這些碼片，此種方式更容易受到較多的干擾影響。

目前WLAN的兩種流行規范分別是802.11b和802.11a，在應用中分別采用DSSS和OFDM的編碼方式。802.11b通信頻帶為2.4GHz，數據率為11Mbps，物理層采用高速直接序列擴頻技術HR-DSSS。調制方式有兩種：一種是采用補碼鍵控(CCK)調制，從而達到11Mbps的數據率，另一種則采用信息包二進制回轉式編碼(PBCCTM)調制，并具有3dB的編碼增益，從而延伸了通信的實用距離，可優化5.5~11Mpbs的速率。802.11a的頻帶為5.2GHz，數據率高達54Mbps。與單個載波系統的802.11b不同，它運用了提高頻率信道利用率的正交頻分多址(OFDM)的多載波調制技術，在低移動性無線條件下提供更高的數據率、更好的頻譜效應，改進的信道多徑效應和更低的干擾。

802.11體系結構由以下幾個互聯單元來描述：無線設備或電臺、接入點、無線介質、分布式系統(DS)、基本服務裝置(BBS)、擴展服務裝置(ESS)以及工作站和分布服務。所有這些設備完成一個無縫鏈接，可使無線設備在WLAN區域自由漫游。

接入點的三種實現形式

主機AP方式。主機AP方式是軟件程序通過主機的CPU來運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公司的程序通過主機AP固件的應用編程接口(API)將呼叫調用至用戶卡。這種方式需要主機的CPU不低于486處理器的性能，并且至少具有100MHz的時鐘，另加一個操作系統，如Windows, VXWorks, Linux, Nucleus等。應用軟件和主機AP程序可執行所有的802.11b功能并附帶路由、網橋協議和管理等功能。

主機AP產品主要有Neesus公司的軟件AP，Cisco 公司的AP340和350系列，Nokia、 Absolute Value Systems Linux AP(Power PC專用) 和ZoomAir AP等產品。大多數的無線AP產品至今仍以主機式AP為主。這種方式必須占有較強的CPU資源。其中多數AP產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的靈活性。要執行IEEE802.11e的EDCF和EPCF的服務質量(QoS)，主機必須采用更快的CPU和更加實時的操作系統(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換卡上執行802.11b功能，主機CPU僅需完成802.11b的參數設定，如信道、網絡模式、同步序列和WEP等，以及路由、網橋協議和管理等功能。此方式可降低AP的主機CPU成本，并占用較少的系統資源。在系統處于機站模式時，用戶卡功率消耗會有所上升，第三代碼由主機CPU上的初級和第二級碼生成并被下載到用戶卡的SRAM內，然后再將它轉換而成802.11b識別的AP代碼。幾乎所有802.11b的功能都可在此用戶卡上完成。主機CPU僅用于控制設置和管理功能(非時實性)，發送來自于MAC控制器的發射和接收數據包以及路由、網橋等協議。

第三代碼固件方式非常適于單點的AP。Lucent和Enterasys(Cabletron)公司采用它制造單點AP，Apple Airport公司的產品也為Tertiary AP產品。這種方法的缺點在于用戶必須從Intersil公司獲得第三代碼的固化軟件，在沒有固化程序的源碼和專門技術支持的情況下，不可以寫入和修改程序代碼。

在現有的CHOICE MAC平臺上，這類用戶卡轉換的AP可能沒有可高達每秒百萬條指令(MIPS)的足夠速率執行AP下的EDCF或EPCF等服務質量(QoS)。它們較適用于嵌入式的設計，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計，并采用了特定AP功能的固件。AP的無線裝置通常采用固定式設備。例如Intersil公司的1148A參考設計便所用了這種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在于用戶即使采用了ARM內核，仍不能修改固件指令。但將來可部分開放固化程序，以便于用戶開發并增強AP的性能和管理功能。

PRISM 接入點芯片方案

PRISM系列無線局域網的接入點控制芯片為ISL3856，它有一個ARM940內核，可執行IEEE 802.11b MAC協議并具有以太網網橋功能，OEM用戶可用該款芯片制造低成本、高性能的AP產品。

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(AP)控制器；

HFA3863 - 帶耙子(Rake)接收和均衡器的基帶處理器；

HFA3783 - I/Q 調制/解制器和混頻器；

HFA3683A - 2.4GHz 射頻/中頻轉換器和混頻器；

HFA3983 -2.4GHz 內置功率放大器的檢測器。

性能指標：

可變數據率 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英尺室內距離(11Mbps)。

PRISM系列的AP芯片解決方案包括參考設計、評估板套件、固件程序指令等。該系列產品已獲得無線以太網兼容聯盟(WECA)認證，能確保不同制造商的產品間相互的兼容性。ISL36356A高集成的接入點(AP)設計適合家庭、小型辦公室及企業等無線局域網絡應用的場所。

這款AP產品可為用戶提供兩個變體軟件包。一種是AP的主體軟件開發包，其中包含可執行AP的密匙，用戶可以根據它進行全面的測試和快速地對軟件模塊進行整合。

第二種為AP的開發套件，可方便用戶開發實際的產品。此套件基于Linux開發平臺，拓展和增強了應用編程接口(API)的功能，從而滿足專用市場的需求，并且因其極高的靈活性在市場上獨領風騷。

ARM940內核的MAC處理器采用開放式的Linux操作系統，為AP產品的功能開發提供了一個靈活的和擴展性的開發平臺。由于Linux操作系統具有超強的源碼區開放特性，因此更便于用戶在AP上開發新增功能。

ISL3856采用uClinux這種專用的Linux嵌入式操作系統來優化程序的大小。uClinux的應用程序接口(API)與標準的Linux API一樣。

AP的開發平臺套件包含以下幾個基本功能：

DHCP用戶、自動和固定IP模式；

Web結構的界面及簡單網絡管理協議(SNMP)；

方便Web升級，故障保護(failsafe)功能固件；

802.1x 安全標準；

無線分布式系統 (WDS)；

核心程序支持路由、網絡地址轉換(NAT)和防火墻；

802.1d 標準的樹狀子圖協議(STP)。

開發平臺可由源代碼區開放的應用程序通過導出文件協助加入以上這些功能。當然，用戶也可以自行編寫應用程序，這時的源程序可以保持關閉狀態。

參考文獻：

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