linux設備驅動-wifi驅動詳解1基礎知識


1 wifi的定義

Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備(如pad、手機)等終端以無線方式互相連接的技術,事實上它是一個高頻無線電信號。[1]  無線保真是一個無線網絡通信技術的品牌,由Wi-Fi聯盟所持有。目的是改善基於IEEE 802.11標准的無線網路產品之間的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列協議的局域網就稱為無線保真。甚至把無線保真等同於無線網際網路(Wi-Fi是WLAN的重要組成部分)。

wifi 英文全稱是WIreless-FIdelity,翻譯成中文就是無線保真,英文簡稱WiFi。

2 wlan的定義

無線局域網絡英文全名:Wireless Local Area Networks;簡寫為: WLAN。它是相當便利的數據傳輸系統,它利用射頻(Radio Frequency; RF)的技術,使用電磁波,取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線(Coaxial)所構成的局域網絡,在空中進行通信連接;該技術的出現絕不是用來取代有線局域網絡,而是用來彌補有線局域網絡之不足,以達到網絡延伸之目的,使得無線局域網絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過它,實現無網線、無距離限制的通暢網絡。

其實很多時候,人們將二者混用,其實wifi是實現wlan的一種技術(藍牙、wimax等);

3 無線網和有線網

無線網絡相比有線網絡,還是有許多的缺點的:

(1) 通信雙方因為是通過無線進行通信,所以通信之前需要建立連接;而有線網絡就直接用線纜連接,不用這個過程了。

(2)通信雙方通信方式是半雙工的通信方式;而有線網絡可以是全雙工。

(3)通信時在網絡層以下出錯的概率非常高,所以幀的重傳概率很大,需要在網絡層之下的協議添加重傳的機制(不能只依賴上面TCP/IP的延時等待重傳等開銷來保證);而有線網絡出錯概率非常小,無需在網絡層有如此復雜的機制。

(4)數據是在無線環境下進行的,所以抓包非常容易,存在安全隱患。

(5)因為收發無線信號,所以功耗較大,對電池來說是一個考驗。

(6)相對有線網絡吞吐量低,這一點正在逐步改善,802.11n協議可以達到600Mbps的吞吐量

4 wifi 模塊定義

Wi-Fi模塊又名串口Wi-Fi模塊,屬於物聯網傳輸層,功能是將串口或TTL電平轉為符合Wi-Fi無線網絡通信標准的嵌入式模塊,內置無線網絡協議IEEE802.11b.g.n協議棧以及TCP/IP協議棧。傳統的硬件設備嵌入Wi-Fi模塊可以直接利用Wi-Fi聯入互聯網,是實現無線智能家居、M2M等物聯網應用的重要組成部分。

5 wifi模塊主要分類

wifi模塊可分為三類:

(1)通用wifi模塊

比如手機、筆記本、平板電腦上的USBorSDIO接口模塊,Wi-Fi協議棧和驅動是在安卓、Windows、IOS的系統里跑的,是需要非常強大的CPU來完成應用;

(2)路由器方案wifi模塊

典型的是家用路由器,協議和驅動是借助擁有強大Flash和Ram資源的芯片加Linux操作系統;

(3)嵌入式wifi模塊

32位單片機,內置wifi驅動和協議,接口為一般的MCU接口如UART等。適合於各類智能家居或智能硬件單品。

通用Wi-Fi模塊與嵌入式Wi-Fi模塊的區別:

我們都知道筆記本、手機、平板電腦等這類產品具有強大的CPU和大容量的存儲器進行網絡通信數據的處理和存儲,因此在使用WIFI時不需要額外的MCU,完全借助其高速處理器和龐大的軟件系統。但是對於家電,儀表,LED燈等智能家居產品,因為該類產品的主控芯片可能是成本很低、功能簡單的MCU,因此這類產品無法支持普通Wi-Fi的功能。同時,還有一個重要的原因就是普通WIFI的功耗比較高,而嵌入式WIFI在功耗上做了很大的改善,比較適合對功耗要求高的無線家電設備。

基於上述原因,各個無線廠商相繼推出了嵌入式WIFI模塊。嵌入式WIFI模塊的特點是軟硬件集成度高,整個嵌入式WIFI模塊集成了射頻收發器、MAC、WIFI驅動、所有WIFI協議、無線安全協議、一鍵連接等。總之,一句話:嵌入式WIFI應物聯網而生。

6 EEE 802.11協議

Ethenet和Wifi采用的協議都屬於IEEE 802協議集。其中,Ethenet以802.3協議做為其網絡層以下的協議;而Wifi以802.11做為其網絡層以下的協議。無論是有線網絡,還是無線網絡,其網絡層以上的部分,基本一樣。IEEE802家族是由一系列局域網絡(Local Area Network,LAN)技術規格所組成,802.11屬於其中一員。雖然WI-FI使用了802.11的媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY),但是兩者並不完全一致。

IEEE802.11協議族成員如下:

802.11基本規格涵蓋了802.11 MAC 以及兩種物理層(physical layer):一是跳頻展頻(frequency-hopping spread-spectrum,簡稱FHSS)物理層,另一是直接序列展頻(direct-sequence spread-spectrum,簡稱DSSS)物理層。802.11a所規范的物理層,主要是以正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing,簡稱OFDM)技術為基礎.802.11將PHY進一步划分為兩個組成元件:一是物理層收斂程序(Physical Layer ConvergenceProcedure,簡稱PLCP),負責將MAC幀對映到傳輸介質;另一是實際搭配介質Physical Medium Dependent,簡稱PMD),負責傳送這些幀。

6.1 802.11b

IEEE802.11b是無線局域網的一個標准。其載波的頻率為2.4GHz,傳送速度為11Mbit/s。IEEE802.11b是所有無線局域網標准中最著名,也是普及最廣的標准。它有時也被錯誤地標為Wi-Fi。實際上Wi-Fi是無線局域網聯盟(WLANA)的一個商標,該商標僅保障使用該商標的商品互相之間可以合作,與標准本身實際上沒有關系。在2.4-GHz-ISM頻段共有14個頻寬為22MHz的頻道可供使用。IEEE802.11b的后繼標准是IEEE802.11g,其傳送速度為54Mbit/s。

6.2 802.11網絡包含四種主要實體原件

 

(1)工作站(Station)

具有無線網絡接入功能的電子設備(筆記本,手持設備等).。

(2)基站(Access Point)

802.11網絡所使用的幀必須經過轉換才能被傳到其它不同類型的網絡,具有無線至有線橋接功能的設備稱為基站(Access Point,AP).此外基站還有其它功能.。

(3)無線介質(Wireless Medium)

802.11標准以無線介質(Wireless medium)在工作站之間傳遞幀.其所定義的物理層不只一種.。

(4)傳輸系統(Distribution System)

傳輸系統是基站間轉送幀的骨干網絡,通常就稱為骨干網絡(backbone network)當幾部基站串連以覆蓋較大區域時,彼此之間必須相互通信,才能夠掌握移動式工作站的行蹤。而傳輸系統(distribution system )屬於802.11的邏輯元件,負責將幀(frame)轉送至目的地。大多數商用產品,是以橋接引擎(bridging engine)和傳輸系統介質(distribution system medium)共同組成傳輸系統.。

 6.3 wifi頻譜划分

WiFi總共有14個信道,如下圖所示:

 

(1)IEEE 802.11b/g標准工作在2.4G頻段,頻率范圍為2.400—2.4835GHz,共83.5M帶寬。

(2)划分為14個子信道。

(3)每個子信道寬度為22MHz。

(4)相鄰信道的中心頻點間隔5MHz。

(5)相鄰的多個信道存在頻率重疊(如1信道與2、3、4、5信道有頻率重疊)。

(6)整個頻段內只有3個(1、6、11)互不干擾信道。

6.4 無線接入過程三個階段

STA(工作站)啟動初始化、開始正式使用AP傳送數據幀前,要經過三個階段才能夠接入(802.11MAC層負責客戶端與AP之間的通訊,功能包括掃描、接入、認證、加密、漫游和同步等功能):

(1)掃描階段(SCAN);

(2)認證階段 (Authentication);

(3)關聯(Association)。

7 SSID和BSSID

(1)基本服務集(BSS)

基本服務集是802.11 LAN的基本組成模塊。能互相進行無線通信的STA可以組成一個BSS(Basic Service Set) 。如果一個站移出BSS的覆蓋范圍,它將不能再與BSS的其它成員通信。

(2)擴展服務集(ESS)

多個BSS可以構成一個擴展網絡,稱為擴展服務集(ESS)網絡,一個ESS網絡內部的STA可以互相通信,是采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛擬BSS。連接BSS的組件稱為分布式系統(Distribution System,DS)。

(3)SSID

服務集的標識,在同一SS內的所有STA和AP必須具有相同的SSID,否則無法進行通信

SSID是一個ESS的網絡標識(如:TP_Link_1201),BSSID是一個BSS的標識,BSSID實際上就是AP的MAC地址,用來標識AP管理的BSS,在同一個AP內BSSID和SSID一一映射。在一個ESS內SSID是相同的,但對於ESS內的每個AP與之對應的BSSID是不相同的。如果一個AP可以同時支持多個SSID的話,則AP會分配不同的BSSID來對應這些SSID。

參考博文:https://blog.csdn.net/zqixiao_09/article/list/4


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