WiFi技術(shù)簡介PPT課件(PPT 95頁)

1、- 1 -第4章WiFi技術(shù)第1頁，共95頁。- 2 -本章目標了解WiFi技術(shù)標準掌握WiFi拓撲結(jié)構(gòu)掌握WiFi協(xié)議架構(gòu)理解WiFi網(wǎng)絡(luò)加入過程了解WiFi-M03模塊的工作模式掌握WiFi-M03模塊的配置方法和流程第2頁，共95頁。- 3 -4.1 WiFi技術(shù)概述4.2 WiFi系統(tǒng)組成4.3 WiFi信道4.4 TCP/IP協(xié)議4.5 WiFi網(wǎng)絡(luò)安全機制4.6 WiFi模塊4.7 WiFi應(yīng)用開發(fā)第3頁，共95頁。- 4 -4.1 WiFi技術(shù)概述WiFi是一個國際無線局域網(wǎng)（WLAN）標準，全稱為Wireless Fidelity，又稱IEEE802.11b標準。WiFi最早是

2、基于IEEE802.11協(xié)議，發(fā)表于1997年，定義了WLAN的MAC層和物理層標準。繼802.11協(xié)議之后，相繼有眾多版本被推出，最典型的是IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、 IEEE802.11n第4頁，共95頁。- 5 -4.1 WiFi技術(shù)概述標準描述IEEE802.11發(fā)表于1997年，原始標準，支持速率2Mbps，工作在2.4GHz ISM頻段。定義了物理層數(shù)據(jù)傳輸方式：DSSS（直接序列擴頻，1Mbps）、FHSS（跳頻擴頻，2Mbps）和紅外線傳輸，在MAC層采用了類似于有線以太網(wǎng)CSMA/CD協(xié)議的CSMA/CA協(xié)議。IEEE802.11

3、a1999年推出，802.11b的后繼標準，又稱高速WLAN標準，工作在5GHz ISM頻段，采用OFDM調(diào)制方式，速率可高達54Mbps，但與802.11b不兼容，并且成本也比較高。IEEE802.11b1999年推出，最初的WiFi標準，工作在2.4GHz ISM頻段，兼容802.11。802.11b修改了802.11物理層標準，使用DSSS和CCK調(diào)制方式，速率可達11Mbps。是目前的主流標準。IEEE802.11d根據(jù)各國無線電規(guī)定做了調(diào)整，所用頻率的物理層電平配置、功率電平、信號帶寬可遵從當?shù)豏F規(guī)范，有利于國際漫游業(yè)務(wù)。IEEE802.11e增強了802.11的MAC層，規(guī)定所有

4、IEEE802.11無線接口的服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）要求，能保證提供網(wǎng)絡(luò)電話（Voice over Internet Protocol，VoIP）等業(yè)務(wù)。提供TDMA的優(yōu)先權(quán)和糾錯方法，從而提高時延敏感型應(yīng)用的性能。IEEE802.11f定義了推薦方法和公用接入點協(xié)議，使得接入點之間能夠交換需要的信息，以支持分布式服務(wù)系統(tǒng)，保證不同生產(chǎn)廠商的接入點的互聯(lián)性，例如支持漫游。IEEE802.11g2003年推出，工作在2.4GHz ISM頻段，組合了802.11b和802.11a標準的優(yōu)點，在兼容802.11b標準的同時，采用OFDM調(diào)制方式，速率可高達54Mbp

5、s。IEEE802.11h5GHz頻段的頻譜管理，使用動態(tài)頻率選擇和傳輸功率控制，滿足歐洲對軍用雷達和衛(wèi)星通信的干擾最小化的要求。第5頁，共95頁。- 6 -IEEE802.11i指出了用戶認證和加密協(xié)議的安全弱點，在安全和鑒權(quán)方面作了補充，采用高級加密標準和IEEE802.1x認證。IEEE802.11j日本對IEEE802.11a的擴充，在4.95.0GHz之間增加RF信道。IEEE802.11k通過信道選擇、漫游和TPC來進行網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。通過有效加載網(wǎng)絡(luò)中的所有接入點，包括信號強度強弱的接入點，來最大化整個網(wǎng)絡(luò)吞吐量。IEEE802.11n工作在2.4GHz和5GHz ISM頻段，兼容

6、IEEE802.11b/a/g，采用MIMO（導(dǎo)入多重輸入輸出）無線通信技術(shù)和OFDM等技術(shù)、更寬的RF信道及改進的協(xié)議棧，傳輸速率可高達300Mbps甚至600Mbps，完全符合絕大多數(shù)個人和社會信息化的需求。IEEE802.11o802.11o針對VoWLAN(Voice over WLAN)而制定，更快速的無限跨區(qū)切換，以及讀取語音比讀取數(shù)據(jù)有更高的傳輸優(yōu)先權(quán)。IEEE802.11p車輛環(huán)境無線接入，提供車輛之間的通信或車輛的路邊接入點的通信，使用工作在5.9GHz的授權(quán)智能交通系統(tǒng)。IEEE802.11q實現(xiàn)對VLAN的支持，可以使用一個AP向不同用戶提供不同業(yè)務(wù)及權(quán)限。IEEE802

7、.11r支持移動設(shè)備從基本業(yè)務(wù)區(qū)到基本業(yè)務(wù)區(qū)的快速切換，支持時延敏感服務(wù)，如VoIP在不同接入點之間的站點漫游。IEEE802.11s擴展了IEEE802.11MAC來支持擴展業(yè)務(wù)區(qū)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。IEEE802.11s協(xié)議使得消息在自組織多跳網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中傳遞。IEEE802.11T評估IEEE802.11設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的性能測量、性能指標及測試過程的推薦方法，大寫字母T表示推薦而不是技術(shù)標準。4.1 WiFi技術(shù)概述第6頁，共95頁。- 7 -4.1 WiFi技術(shù)概述802.11的技術(shù)轉(zhuǎn)變第7頁，共95頁。- 8 -4.2 WiFi系統(tǒng)組成WiFi是用無線通信技術(shù)將計算機設(shè)備互聯(lián)WiFi局域網(wǎng)的

8、本質(zhì)特點：不再使用通信電纜將計算機與網(wǎng)絡(luò)進行連接，而是用無線的方式，從而使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和終端的移動更加靈活。第8頁，共95頁。- 9 -4.2 WiFi系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)協(xié)議架構(gòu)第9頁，共95頁。- 10 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)WiFi可以通過不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行組網(wǎng)，其發(fā)現(xiàn)和接入網(wǎng)絡(luò)也有自身的要求和步驟。WiFi無線網(wǎng)絡(luò)包括兩種類型的拓撲形式：基礎(chǔ)網(wǎng)（Infrastructure）和自組網(wǎng)（Ad-hoc）。兩個重要的基本概念：站點(Station，STA)：網(wǎng)絡(luò)最基本的組成部分，每一個連接到無線網(wǎng)絡(luò)中的終端（如筆記本電腦、PDA及其它可以聯(lián)網(wǎng)的用戶設(shè)備）、都可稱之為一個站點。無線接入點

9、(Access Point，AP)：無線網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者，也是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點。一般家庭或辦公室使用的無線路由器就一個AP。第10頁，共95頁。- 11 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)AP：有線無線互聯(lián)的設(shè)備需設(shè)置信道、密鑰（如WEP）、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如DHCP）、橋接等客戶端為臺式、筆記本、掌上電腦 等用戶設(shè)備第11頁，共95頁。- 12 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)網(wǎng)（Infrastructure）基于AP組建的基礎(chǔ)無線網(wǎng)絡(luò)由AP創(chuàng)建，眾多STA加入所組成AP是整個網(wǎng)絡(luò)的中心各STA間不能直接通信，需經(jīng)AP轉(zhuǎn)發(fā)第12頁，共95頁。- 13 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)網(wǎng)（Infrastructur

10、e）WLAN網(wǎng)絡(luò)的基本元素BSS(Basic Service Set)Service Set ID(服務(wù)集識別碼)第13頁，共95頁。- 14 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)網(wǎng)（Infrastructure）第14頁，共95頁。- 15 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)網(wǎng)（Infrastructure）集 中 控 制 式第15頁，共95頁。- 16 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)自組網(wǎng)（Ad-hoc）僅由兩個及以上STA組成，網(wǎng)絡(luò)中不存在AP。各設(shè)備自發(fā)組網(wǎng)，設(shè)備之間是對等的。網(wǎng)絡(luò)中所有的STA之間都可以直接通信，不需要轉(zhuǎn)發(fā)。Ad-hoc模式也稱為對等模式，允許一組具有無線功能的計算機或移動設(shè)備之間

11、為數(shù)據(jù)共享而迅速建立起無線連接。第16頁，共95頁。- 17 -4.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)自組網(wǎng)（Ad-hoc）IBSS（Independent BSS）第17頁，共95頁。- 18 -4.2.2 協(xié)議架構(gòu)與藍牙一樣，WiFi的協(xié)議體系遵循OSI參考模型： 物理層數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 會話層 表示層 應(yīng)用層比特流傳輸提供介質(zhì)訪問、鏈路管理等尋址和路由選擇建立主機端到端連接建立、維護和管理會話處理數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)加密等提供應(yīng)用程序間通信OSI參考模型第18頁，共95頁。- 19 -4.2.2 協(xié)議架構(gòu)WiFi協(xié)議體系軟件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)第19頁，共95頁。- 20 -4.2.2 協(xié)議架構(gòu)物理層：8

12、02.11b定義了工作在2.4GHz ISM頻段上數(shù)據(jù)傳輸率為11Mbps的物理層，使用跳頻擴頻傳輸技術(shù)（Frequency-Hopping Spread 、Spectrum，F(xiàn)HSS）和直接序列擴頻傳輸技術(shù)（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）。MAC層：MAC層提供了支持無線網(wǎng)絡(luò)操作的多種功能。通過MAC層站點可以建立網(wǎng)絡(luò)或接入已存在的網(wǎng)絡(luò)，并傳送數(shù)據(jù)給LLC層。LLC層：IEEE802.11使用與IEEE802.2完全相同的LLC層和48位MAC地址，這使得無線和有線之間的橋接非常方便。但MAC地址只對WLAN唯一確定。第20頁，共95頁。- 21

13、-4.2.2 協(xié)議架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層：采用IP協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)中最重要的協(xié)議，規(guī)定了在互聯(lián)網(wǎng)上進行通信時應(yīng)遵守的準則。傳輸層：采用TCP/UDP協(xié)議，TCP是面向連接的協(xié)議，可以提供IP環(huán)境下的可靠傳輸；UDP是面向非連接的協(xié)議，不為IP提供可靠性傳輸。對于高可靠的應(yīng)用，傳輸層一般采用TCP協(xié)議。應(yīng)用層：根據(jù)應(yīng)用需求實現(xiàn)，如HTTP協(xié)議、DNS（Domain name system，域名解析系統(tǒng)）協(xié)議。第21頁，共95頁。- 22 -4.3 WiFi信道信道也稱作通道、頻段，是以無線信號作為傳輸載體的數(shù)據(jù)信號傳送通道。無線信道不是獨占的，而是所有通信中的AP公用的。相同信道上工作的AP會降低吞吐量。IE

14、EE802.11n就是在IEEE802.11g的基礎(chǔ)上，把馬路的寬度增加一倍，同時又縮短了前后車輛的車距，才獲得了更高的數(shù)據(jù)吞吐量。第22頁，共95頁。- 23 -4.3 WiFi信道實際的2.4GHz WiFi信道使用規(guī)定因國家不同而有所差異：美國標準11信道歐洲標準13信道日本標準14信道第23頁，共95頁。- 24 -4.3 WiFi信道常用的一種2.4GHz信道劃分如下：信道中心頻率（MHz）頻率范圍（MHz）12412240124232241724062428324222411243342427241624385243224212443624372426244872442243124

15、538244724362458924522441246310245724462468112462245124731224672456247813247224612483第24頁，共95頁。- 25 -4.3 WiFi信道第25頁，共95頁。- 26 -4.3 WiFi信道從圖中可以看出：每個信道帶寬為22MHz，其中有效寬度是20MHz，另外還有2MHz的強制隔離頻帶。相鄰的信道間有重疊，盡量不要同時使用，以免造成干擾。3個不重疊的信道：1、6、11；2、7、12；3、8、131-13個信道的中心頻率：2414+（n-1）*5MHz第26頁，共95頁。- 27 -2.4GHz頻段由于使用ISM

16、頻段，干擾較多。目前很多WiFi設(shè)備開始使用5.8GHz附近（5.7255.850GHz）的頻帶，可用帶寬為125MHz。該頻段共劃分為5個信道，每個信道寬度為20MHz，每個信道與相鄰信道都不發(fā)生重疊，因而干擾較小。缺點：5.8GHz頻率較高，在空間傳輸時衰減較為嚴重。如果距離稍遠，性能會嚴重降低。4.3 WiFi信道第27頁，共95頁。- 28 -4.4 TCP/IP協(xié)議TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議)TCP/IP協(xié)議是Internet最基本的協(xié)議，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP

17、協(xié)議組成TCP/IP協(xié)議是WiFi協(xié)議體系的重要組成部分在WiFi中，TCP/IP協(xié)議用來完成數(shù)據(jù)的裝包和拆包過程，并保證數(shù)據(jù)的正確性。第28頁，共95頁。- 29 -4.4 TCP/IP協(xié)議 TCP連接及確認傳送機制 TCP為保證數(shù)據(jù)的正確，每發(fā)出一個包，都要求接收方收到后返回一個確認包。同時，發(fā)送端也要對所有接收到的包進行確認。 第29頁，共95頁。- 30 -4.4 TCP/IP協(xié)議 TCP的可靠傳輸控制方法 TCP協(xié)議采用確認機制和流量控制等機制保證數(shù)據(jù)傳送的正確性。采用TCP進行傳送時，發(fā)送端通過發(fā)送計時器控制數(shù)據(jù)包的確認。如果特定時間內(nèi)沒有接收到數(shù)據(jù)發(fā)送確認信息，則發(fā)送端就認為數(shù)據(jù)

18、包已經(jīng)丟失，隨之進行數(shù)據(jù)包的重發(fā)。在接收端，錯誤的IP數(shù)據(jù)包將被重新排序，重復(fù)的數(shù)據(jù)包將被丟棄。從而保證正確的IP數(shù)據(jù)包序列傳送到應(yīng)用層。TCP還進行數(shù)據(jù)傳送過程中的流量控制，以防止數(shù)據(jù)傳送過程中接收緩存區(qū)的溢出。第30頁，共95頁。- 31 -4.4 TCP/IP協(xié)議 TCP的慢啟動與擁塞控制機制如果發(fā)送端所傳送的數(shù)據(jù)量過大，超出了網(wǎng)絡(luò)的傳送能力或者接收端的接收能力和處理能力，將可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，即數(shù)據(jù)包雖然被送上網(wǎng)絡(luò)，但大多數(shù)數(shù)據(jù)包本身或其相應(yīng)的確認在到達目的地之前被中間路由器丟棄，將引起發(fā)送端數(shù)據(jù)重傳，使擁塞問題惡化。在TCP/IP進行傳送數(shù)據(jù)時，使用的可靠傳輸和流量控制機制包括慢啟動機

19、制、擁塞避免機制和快速重傳與快速恢復(fù)機制。第31頁，共95頁。- 32 -4.4 TCP/IP協(xié)議 TCP/IP協(xié)議中的其他重要參量直接擁塞指示標志（ECN）通路最大傳輸單元（MTU）檢測機制頭壓縮有限傳送時間機制第32頁，共95頁。- 33 -4.5 WiFi網(wǎng)絡(luò)安全機制與有線網(wǎng)絡(luò)不同，理論上無線電波范圍內(nèi)的任何一個站 點都可以監(jiān)聽并登錄無線網(wǎng)絡(luò)，所有發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)、 都有可能被截取。為了使授權(quán)站點可以訪問網(wǎng)絡(luò)而非法用戶無法截取網(wǎng)絡(luò) 通信，無線網(wǎng)絡(luò)安全就顯得至關(guān)重要。安全性主要包括訪問控制和加密兩大部分保證只有授權(quán)用戶才能訪問敏感數(shù)據(jù)保證只有正確的接收方才能理解數(shù)據(jù)第33頁，共95頁。-

20、34 -4.5 WiFi網(wǎng)絡(luò)安全機制多SSID單獨設(shè)置的參數(shù)：加密方式SSID名稱接入限制隱藏SSID共用的參數(shù)：信道功率速率其他物理參數(shù)第34頁，共95頁。- 35 -4.5 WiFi網(wǎng)絡(luò)安全機制用戶接入過程認證和加密第35頁，共95頁。- 36 -4.5.1 用戶接入過程用戶加入網(wǎng)絡(luò)通常按下述幾個步驟進行：發(fā)現(xiàn)可用網(wǎng)絡(luò)選擇網(wǎng)絡(luò)認證關(guān)聯(lián)被動掃描主動掃描第36頁，共95頁。- 37 -4.5.1 用戶接入過程發(fā)現(xiàn)可用網(wǎng)絡(luò) 通過無線掃描的方式，可以發(fā)現(xiàn)可用網(wǎng)絡(luò)無線掃描有主動掃描和被動掃描兩種方式主動掃描：速度快被動掃描：耗時長，但STA節(jié)電第37頁，共95頁。- 38 -由用戶主機在每個信道上發(fā)

21、送探測請求（Probe request）幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP。AP發(fā)送探測響應(yīng)（Probe responce）幀回應(yīng)，其中包含的信息和信標幀類似。若找不到相同SSID的AP，則一直掃描。4.5.1 用戶接入過程發(fā)現(xiàn)可用網(wǎng)絡(luò)主動掃描：被動掃描：AP周期性地發(fā)送信標（Beacon）幀，其中包含AP的MAC地址、網(wǎng)絡(luò)名稱（SSID）、支持的速率、認證方式、加密算法等。用戶主機掃描信道，找出可能位于該區(qū)域的所有AP發(fā)出的信標幀。第38頁，共95頁。- 39 -4.5.1 用戶接入過程選擇網(wǎng)絡(luò)當STA找到與其具有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP 中，選擇一個網(wǎng)絡(luò)，然后進入認證

22、階段。一般選擇信號最強的或最近使用過的。根據(jù)接收到的信號強度，選擇一個信號最強的AP第39頁，共95頁。- 40 -4.5.1 用戶接入過程認證認證是STA向AP證明其身份的過程只有通過身份認證的站點才能進行無線接入訪問認證可以通過MAC地址進行，也可以通過用戶名/口令進行認證有開放系統(tǒng)認證和共享密鑰認證兩種STA和AP均可通過解除認證來終結(jié)認證關(guān)系第40頁，共95頁。- 41 -4.5.1 用戶接入過程認證允許任何用戶接入到無線網(wǎng)絡(luò)中來等同于不需要認證，沒有任何安全防護能力所有請求認證的STA都會通過認證開放系統(tǒng)認證（Open-system authentication）：第41頁，共95頁

23、。- 42 -4.5.1 用戶接入過程認證共享密鑰認證（shared-key authentication）：STA向AP發(fā)送認證請求AP隨機產(chǎn)生一個challenge包（即一個字符串）發(fā)送給STASTA將接收到的字符串拷貝到新的消息中，用密鑰加密后再發(fā)送給APAP接收到該消息后，用密鑰將該消息解密，然后對解密后的字符串和最初給STA的字符串進行比較。相同則通過認證，不相同則認證失敗。第42頁，共95頁。- 43 -4.5.1 用戶接入過程關(guān)聯(lián)（Association）當用戶通過網(wǎng)絡(luò)名稱選擇指定網(wǎng)絡(luò)并通過AP認證后，就可以向AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀。AP將用戶信息添加到數(shù)據(jù)庫，向用戶回復(fù)關(guān)聯(lián)響應(yīng)，此

24、過程也常被稱為注冊。關(guān)聯(lián)建立后，便可以傳輸數(shù)據(jù)。如果用戶想通過AP接入無線網(wǎng)絡(luò)，必須同特定的AP關(guān)聯(lián)。用戶每次只可以關(guān)聯(lián)到一個AP上，關(guān)聯(lián)總是由用戶發(fā)起第43頁，共95頁。- 44 -4.5.1 用戶接入過程關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)：STA和一個AP建立關(guān)聯(lián)后，后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸只能在兩者之間進行。再關(guān)聯(lián)：STA在從一個老的AP移動到新的AP時通過再關(guān)聯(lián)和新的AP建立關(guān)聯(lián)，再關(guān)聯(lián)前必須經(jīng)歷認證過程。去關(guān)聯(lián)：STA和AP均可以通過去關(guān)聯(lián)和AP解除關(guān)聯(lián)關(guān)系。當STA掃描到信號更強的信的AP時，需先和原來的AP去關(guān)聯(lián)，在才能和新的AP建立關(guān)聯(lián)。第44頁，共95頁。- 45 -4.5.2 認證和加密WiFi的網(wǎng)絡(luò)安全機制

25、有認證和加密機制兩種目前典型的認證和加密機制包括：Open SystemWPA/WPA2WPSMAC地址過濾WEP有線等效加密SNMP協(xié)議第45頁，共95頁。- 46 -4.5.2 認證和加密Open System：完全不認證也不加密，任何人都可以連到無線基地臺使用網(wǎng)絡(luò)。WEP(Wired Equivalent Privacy)：有線等效加密最基本的加密技術(shù)使用RC4算法保證數(shù)據(jù)的保密性有64位密鑰和128位密鑰兩種加密方式存在固有的缺陷：網(wǎng)絡(luò)上每個客戶或者計算機都使用了相同的保密字，網(wǎng)絡(luò)偷聽者能刺探到你的密鑰，偷走數(shù)據(jù)并在網(wǎng)絡(luò)上造成混亂。第46頁，共95頁。- 47 -4.5.2 認證和加密

26、WPA (WiFi Protected Access) ：WiFi保護訪問WiFi商業(yè)聯(lián)盟在IEEE802.11i草案基礎(chǔ)上制定的一項無線局域網(wǎng)安全技術(shù)目的在于替代傳統(tǒng)的WEP安全技術(shù)分為家用的WPA-PSK與企業(yè)用的WPA-Enterprise版本W(wǎng)PA-PSK使用臨時密鑰完整性協(xié)議(Temporal Key Integrity Protocol，TKIP)加密技術(shù)，很大程度上解決了WEP加密所隱藏的安全問題第47頁，共95頁。THANK YOUSUCCESS2022/7/2048可編輯第48頁，共95頁。- 49 -4.5.2 認證和加密WPA2是WPA的加強版采用高級加密協(xié)議(Advan

27、ced Encryption Standard，AES)比WPA更難被破解，更安全WPA2：CCMP第49頁，共95頁。- 50 -4.6 WiFi模塊在WiFi應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中，首先應(yīng)進行硬件系統(tǒng)的設(shè)計，包括WiFi模塊選型，外圍硬件電路搭建等。與藍牙類似，在實際的WiFi應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中，一般只需結(jié)合項目需求選擇合適的WiFi模塊，而不必關(guān)心具體的協(xié)議實現(xiàn)。第50頁，共95頁。- 51 -4.6 WiFi模塊概述本教材配套的實驗開發(fā)版上，選用的WiFi 模塊為HLK-WIFI-M03該模塊是符合WiFi無線網(wǎng)絡(luò)標準的UART-WiFi嵌入式模塊，具有雙排（24）插針式接口，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議

28、棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。通過UART-WiFi模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備也能輕松接入無線網(wǎng)絡(luò)。第51頁，共95頁。- 52 -4.6 WiFi模塊概述支持IEEE802.11b/g無線標準，頻率范圍：2.4122.484GHz可以作為STA，支持基礎(chǔ)網(wǎng)和自組網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)類型支持自動和命令兩種工作模式支持多種參數(shù)配置方式：串口/WEB服務(wù)器/無線連接內(nèi)置WEB服務(wù)器，可使用IE瀏覽器通過無線網(wǎng)絡(luò)遠程配置模塊參數(shù)支持軟件AP模式，最多支持4個STA連接支持硬件RTS/CTS流控支持WEP/WPA/WPA2等多種安全認證機制支持快速聯(lián)網(wǎng)和無線漫游全面支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸模式，真正實現(xiàn)串

29、口的即插即用支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/UDP/ICMP/DHCP/DNS/HTTP單3.3V供電模塊特點：第52頁，共95頁。- 53 -4.6 WiFi模塊概述模塊應(yīng)用領(lǐng)域：智能公交網(wǎng)絡(luò)，如無線刷卡機小額金融支付網(wǎng)絡(luò)，如無線POS機工業(yè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，如無線傳感器物聯(lián)網(wǎng)第53頁，共95頁。- 54 -4.6 WiFi模塊結(jié)構(gòu)及接口本模塊底層的物理層和MAC層通過硬件來實現(xiàn)，包括RF模塊和BB/MAC模塊，更高層的協(xié)議則通過軟件固化在硬件中。同時，模塊內(nèi)部也集成有Flash存儲器、CPU等。雙列直插8針引腳第54頁，共95頁。- 55 -4.6 WiFi模塊結(jié)構(gòu)及接口號碼功能方向說明1RTS/REA

30、DYO可選功能引腳READY：輸出，在命令工作模式下，表示模塊的無線網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，低電平表示已連接，高電平表示未連接。RTS：輸出，RTS信號，在自動工作模式下，本端的RTS信號可以直接與對端的CTS信號連接。2CTS/STARTMODE/GPIOI/O可選功能引腳CTS：輸入，CTS信號，在自動工作模式下，本端的CTS信號可以直接與對端的RTS信號連接。STARTMODE：輸入，模塊的啟動模式選擇。在模塊啟動階段，低電平進入正常工作模式，高電平進入配置模式。GPIO：雙向通用輸入、輸出管腳。3LinkO可選功能引腳，無線傳輸指示信號，同時連接至LED1（板上綠燈，開啟電源后閃爍），作為無線傳

31、輸指示燈。4nRSTI可選功能引腳，復(fù)位，低電平有效5VDDI3.3V電源輸入引腳，同時連接至LED2（板上紅燈，開啟電源后長亮）6RXI串口數(shù)據(jù)接收7TXO串口數(shù)據(jù)發(fā)送8GNDI接地第55頁，共95頁。- 56 -4.6 WiFi模塊外圍電路通過JP15使用跳線可選擇本模塊與PC或ATmega16之間進行串口通信第56頁，共95頁。- 57 -4.7 WiFi應(yīng)用開發(fā)在WiFi硬件模塊的基礎(chǔ)上，用戶可以通過軟件控制模塊，進行無線數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)訪問，以及其他的應(yīng)用開發(fā)等等。第57頁，共95頁。- 58 -4.7 WiFi應(yīng)用開發(fā)概述串口命令模式配置軟件配置軟件示例第58頁，共95頁。- 59

32、-4.7.1 概述參數(shù)配置方法本模塊主要基于預(yù)設(shè)的參數(shù)進行工作，配置參數(shù)保存在內(nèi)部的flash存儲器中，可以掉電保存，用戶可以使用多種方式對模塊的配置參數(shù)進行修改，包括：基于無線連接，使用配置管理程序。將模塊與專用的無線適配器無線連接，然后運行廠商提供的配置管理應(yīng)用程序。該方式無需連接互聯(lián)網(wǎng)和任何物理線纜，在批量配置，尤其是出廠設(shè)置時特別有用?；诖谶B接，使用配置管理程序。將模塊與PC機的串口連接，然后運行廠商提供的配置管理應(yīng)用程序。這種方式的優(yōu)點是界面直觀，操作簡便。第59頁，共95頁。- 60 -4.7.1 概述參數(shù)配置方法基于串口連接，使用Windows下的超級終端程序。將模塊與PC機

33、的串口連接，然后運行Windows下的超級終端程序，使用AT指令對參數(shù)進行配置。這種方式最為靈活，但是需要用戶對AT指令集比較熟悉?；诰W(wǎng)絡(luò)連接，使用IE瀏覽器程序。該方式需要模塊在已連接無線網(wǎng)絡(luò)時使用，在一臺連接到同一個無線網(wǎng)絡(luò)中的PC機上，使用IE瀏覽器連接本模塊內(nèi)置的WEB服務(wù)器即可。這種方式的優(yōu)點是操作簡便，界面直觀。第60頁，共95頁。- 61 -4.7.1 概述工作模式本模塊支持兩種工作模式：透明數(shù)據(jù)傳輸模式命令工作模式第61頁，共95頁。- 62 -4.7.1 概述工作模式透明數(shù)據(jù)傳輸模式又稱自動工作模式，在該模式下，WiFi模塊可看作一條虛擬的串口線，按照使用普通串口的方式發(fā)送

34、和接收數(shù)據(jù)即可。用戶只需預(yù)先設(shè)置好自動工作所必需的參數(shù)，以后每次模塊上電后即可自動連接到預(yù)設(shè)的無線網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器，能最大程度地降低用戶使用的復(fù)雜度。所需設(shè)置的參數(shù)包括：無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)名稱、安全模式、密鑰（如果需要）。默認的TCP/UDP連接參數(shù)，包括協(xié)議類型、連接類型、目的地址、目的端口。第62頁，共95頁。- 63 -4.7.1 概述工作模式命令工作模式在命令工作模式下，用戶可以通過串口下發(fā)AT指令，實現(xiàn)對模塊的完全控制，包括修改配置參數(shù)、控制聯(lián)網(wǎng)、控制TCP/IP連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。這種方式具有充分的靈活性，可以滿足用戶不同應(yīng)用場合的特殊需求。但該模式需要用戶對模塊的用戶控制協(xié)議有充分

35、的了解，并且具備基本的無線網(wǎng)絡(luò)以及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的使用知識。第63頁，共95頁。- 64 -4.7.2 串口命令模式本模塊使用AT指令協(xié)議作為用戶控制協(xié)議，內(nèi)置一套包含了40多條系統(tǒng)控制及參數(shù)配置指令的AT指令集，所有指令均基于ASCII編碼，使用Windows超級終端程序即可直接對模塊進行命令控制，方便用戶調(diào)試和使用。超級串口第64頁，共95頁。- 65 -4.7.2 串口命令模式AT指令集的一般格式1）命令消息格式AT+oppara1,para2,para3,para4其中：表示必須包含的部分， 表示可選的部分。AT+：命令消息前綴CMD：指令字符串op：指令操作符，當命令需要帶參數(shù)時，

36、可以指定參數(shù)的操作類型，有3種類型： =，參數(shù)/返回值前導(dǎo)符 =！，在設(shè)置參數(shù)類命令中，表示將修改同步至Flash =？，在設(shè)置參數(shù)類命令中，查詢當前設(shè)置：回車，ASCII字符0 x0d，每一條AT命令都以回車作結(jié)尾。第65頁，共95頁。- 66 -4.7.2 串口命令模式AT指令集的一般格式2）響應(yīng)消息格式+oppara1,para2,para3,para4其中：表示必須包含的部分， 表示可選的部分。+：響應(yīng)消息前綴RSP：響應(yīng)字符串，有兩種類型： OK：成功 ERR：失?。夯剀?，ASCII字符0 x0d：換行，ASCII字符0 x0a第66頁，共95頁。- 67 -4.7.2 串口命令模式

37、AT指令集的一般格式3）數(shù)據(jù)類型指令中的數(shù)據(jù)類型可有以下幾種：String：字符串，以雙引號包圍，內(nèi)容不含引號，如“this is a string”Dec：十進制數(shù)字，如10Hex：16進制數(shù)字，如aIP：IP地址串，如MAC：由12個16進制數(shù)字組成，如001EE3A80102第67頁，共95頁。- 68 -4.7.2 串口命令模式AT示例5）查詢模塊工作模式AT+ATM+OK=11）開啟回顯，返回成功AT+E+OK2）空指令，返回成功AT+OK3）加入/創(chuàng)建無線網(wǎng)絡(luò)，返回錯誤信息AT+WJION+ERR=-104）獲取模塊的物理地址，返回地址信息AT+QMAC+OK=002509030a

38、7d0測試連接命令在超級串口接收區(qū)顯示輸入的命令和響應(yīng)Mode=1，表明模塊當前處于命令工作模式加入網(wǎng)絡(luò)失敗第68頁，共95頁。- 69 -4.7.3 配置軟件WiFi模塊本身涉及到TCP/IP協(xié)議，其AT指令遠比藍牙模塊復(fù)雜的多。在實際的應(yīng)用開發(fā)中，可利用廠家提供的配套軟件完成對WiFi模塊的配置，方便快捷。找出UART-WiFi配置管理程序V2.12的存放路徑，雙擊，將開啟軟件界面。第69頁，共95頁。- 70 -4.7.3 配置軟件正確設(shè)置串口參數(shù)用于設(shè)置模塊的工作模式、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等是否開啟透傳模式，需先設(shè)置好下方的相關(guān)參數(shù)，再開啟是否動態(tài)分配IP地址第70頁，共95頁。- 71 -4.7

39、.3 配置軟件用于搜索路由、加入及斷開網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)測試第71頁，共95頁。- 72 -4.7.3 配置軟件正確設(shè)置串口參數(shù)搜索模塊，顯示成功退出透傳模式（本模塊出廠時的默認工作模式）在功能測試菜單下掃描網(wǎng)絡(luò)在配置參數(shù)菜單下設(shè)置好相關(guān)參數(shù)并提交進行其他相關(guān)功能測試操作步驟：第72頁，共95頁。- 73 -4.7.4 配置軟件示例任務(wù)描述4.D.1：用配置軟件實現(xiàn)WiFi模塊加入網(wǎng)絡(luò)，完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)收發(fā)測試。硬件：無線通信系統(tǒng)板無線路由PC機串口線5V電源軟件：超級串口、TCP通訊助手第73頁，共95頁。- 74 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.11. 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建開啟無線路由器，設(shè)置對應(yīng)的熱點名

40、稱和密碼。在本例中，將其熱點名稱設(shè)置為“Donghe”，密碼設(shè)置為1234567890。如此，便創(chuàng)建了名稱為“Donghe”的網(wǎng)絡(luò)。第74頁，共95頁。- 75 -2. 模塊準備4.7.4 配置軟件示例描述4.D.1將本模塊經(jīng)串口線連接至PC機，在設(shè)備管理器中查看串口的端口號（在本例中為COM14）。將實驗板連接+5V電源，開啟電源開關(guān)。第75頁，共95頁。- 76 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.13. 模塊配置開啟配置軟件，在彈出的對話框中將端口號設(shè)置為COM14，點擊設(shè)置按鈕，將波特率設(shè)置為9600第76頁，共95頁。- 77 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.13. 模塊配置

41、然后，點擊搜索模塊，在下方顯示區(qū)出現(xiàn)如下圖所示的結(jié)果。對不同的模塊，搜索到的ID號各不相同第77頁，共95頁。- 78 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.1根據(jù)所在無線網(wǎng)絡(luò)的無線AP/路由器設(shè)置參數(shù)，修改相關(guān)配置參數(shù)，包括無線設(shè)置中的參數(shù)（網(wǎng)絡(luò)名稱、加密方式、密鑰等），網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中的IP地址相關(guān)參數(shù)，以及工作模式設(shè)置等。3. 模塊配置第78頁，共95頁。- 79 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.13. 模塊配置該模塊支持的加密方式：第79頁，共95頁。- 80 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.13. 模塊配置然后，點擊上方的“提交修改”，彈出下圖所示的對話框，點擊立即復(fù)位。第80

42、頁，共95頁。- 81 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.14. 加網(wǎng)測試打開功能測試菜單，點擊“掃描”按鈕，掃描周圍的網(wǎng)絡(luò)名稱，可以看到在步驟1中創(chuàng)建的“donghe” 。第81頁，共95頁。- 82 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.14. 加網(wǎng)測試點擊“加網(wǎng)”按鈕，若出現(xiàn)如下圖(1)所示的結(jié)果，表示加入網(wǎng)絡(luò)未成功。再次點擊“加網(wǎng)”按鈕，出現(xiàn)如下圖(2)所示的結(jié)果，表示已成功加入網(wǎng)絡(luò)。第82頁，共95頁。- 83 -4.7.4 配置軟件示例描述4.D.14. 加網(wǎng)測試點擊狀態(tài)按鈕可查詢當前模塊的狀態(tài)，結(jié)果顯示為已連接，如下圖所示。點擊清空按鈕，可將信息提示窗口的信息清除。第83頁，共95頁。- 84 -4.7.4