IEEE802.11b無線局域網接入點的設計

隨著計算機技術和網絡技術的蓬勃發(fā)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(guī)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(fā)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(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(yōu)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(qū)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(zhí)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(zhí)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(zhí)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(fā)送來自于MAC控制器的發(fā)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(zhí)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(fā)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(zhí)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。

PRISM 2系列AP原理，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(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(yè)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(fā)包，其中包含可執(zhí)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(fā)套件，可方便用戶開發(fā)實際的產品。此套件基于Linux開發(fā)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(fā)提供了一個靈活的和擴展性的開發(fā)平臺。由于Linux操作系統具有超強的源碼區(qū)開放特性，因此更便于用戶在AP上開發(fā)新增功能。

ISL3856采用uClinux這種專用的Linux嵌入式操作系統來優(yōu)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(fā)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(fā)平臺可由源代碼區(qū)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(tài)。