AP功能、硬件組成及工作原理

1、學(xué)習(xí)匯報(bào)AP功能、硬件組成及工作原理一、 AP 的功能二、AP硬件組成及工作原理根據(jù)組網(wǎng)原理， 安全無線局域網(wǎng)中主要包括以下幾種實(shí)體： STA 、AP 、 AC 和 AS 。一、 AP 的功能無線接入點(diǎn) AP 是 BSS 的核心， 也是一個(gè)具有中心控制功能的特殊站點(diǎn)，它能為 BSS 中的其他站點(diǎn)提供分布式系統(tǒng)服務(wù)諸如通過AP 對 DS 進(jìn)行訪問，與BSS 中的其他站點(diǎn)通信，獲取和維護(hù)管理信息等 。AP 只有在無線局域網(wǎng)采用中心式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Infrastructure 時(shí)才被使用。在自組織網(wǎng)絡(luò) AdHoc 中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)即終端設(shè)備 都有義務(wù)擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的責(zé)任， 各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是完全獨(dú)立的

2、，不存在邏輯上相互依賴的關(guān)系。 而在中心式的網(wǎng)絡(luò)中， AP 不但要負(fù)責(zé)把移動(dòng)終端發(fā)來的信息轉(zhuǎn)發(fā)到有線網(wǎng)絡(luò)或是其管轄的無線站點(diǎn)，還要負(fù)責(zé)信標(biāo)幀的發(fā)送，完成移動(dòng)站點(diǎn)的認(rèn)證連接過程，對發(fā)送到無線信道上的信息進(jìn)行加密/ 解密，管理移動(dòng)站點(diǎn)在各小區(qū)間的漫游等，并且要在無線和有線網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行幀格式的轉(zhuǎn)換。在中， AP 完成的主要功能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 對小區(qū)內(nèi)移動(dòng)站點(diǎn)的管理，包括移動(dòng)站點(diǎn)的連接、認(rèn)證等的處理。完成數(shù)據(jù)幀從有線網(wǎng)絡(luò)到 BSS 的橋接過程， 實(shí)現(xiàn)地址過濾以及地址的學(xué)習(xí)功能。 完成移動(dòng)站點(diǎn)在不同BSS間的切換管理。簡單的網(wǎng)絡(luò)管理功能實(shí)現(xiàn) WEP或改進(jìn)的加密算法。實(shí)現(xiàn)無線幀和有線幀之間的相互轉(zhuǎn)換，

3、通常是IEEE 802.11幀格式和IEEE 802.3幀格式間的相互轉(zhuǎn) 換。、AP硬件組成及工作原理從外部觀察，AP主頁包括：，04（1）天載AP的天縫有1 -a條（圖氏2】），天線的軍少取決于所采用的圖員工I LSK5Y5外司的技術(shù)和應(yīng)用環(huán)境。大多數(shù)他EEM）2. l】b林唯的AP往往只連接WAP44WW1條天靚，而IEEE80N. l】x標(biāo)袱的AP則同時(shí)連接2條或3條天線a具有中繼功能的4P也可以 連接兩條天線（2）有線網(wǎng)蝌接口有縫網(wǎng)絡(luò)接口包括局域網(wǎng)端口（LAN和廣凰網(wǎng)端口（WAN）,有些AP還有PhjnMlSDN諭 口，USB端口（用來連接打印機(jī)或USB存儲設(shè)備）和配置端口.也于目前X

4、級局域向所能達(dá)到的速率還比較低，所以AP上最常地的君線局域網(wǎng)接H是 10/H用Mhp似太網(wǎng)接0（借稱10/10QM臼適應(yīng)端口）”不同廠商設(shè)著上的端口類型和數(shù)麻配置 可能會有所不同二一觸情況卜FP只由1個(gè)以太內(nèi)接口,而龍城路由器則大多有J個(gè)廣域網(wǎng)得 口和4個(gè)以太網(wǎng)得口.分別實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)的接人和局域網(wǎng)的在接口具育無線打印服務(wù)器功能的AP 還會提供打印機(jī)連接端口（通常是U5H接口或并行接口），AP作為連接DS通常為10/100 M bps以太網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)的 橋梁，一方面要通過 WLAN的無線接口與無線網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)通 信，另一方面還必須與 DS中的其他節(jié)點(diǎn)通信因此，通常 AP可以認(rèn) 為是一個(gè)同時(shí)具有

5、 WLAN接口和有線接口的嵌入式系統(tǒng)，其硬件構(gòu)成 如下列圖圖3-2 AP物理組成框圖AP的邏輯組成根據(jù)前面的分析，我們將 AP劃分為以下幾個(gè)功能模塊：無線網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議接口一一實(shí)現(xiàn)IEEE 802.11中的物理層標(biāo)準(zhǔn)，提供訪問無線媒體的接口。加密/解密模塊一一對無線 MAC幀進(jìn)行加密和解密操作， 提高網(wǎng)絡(luò)的安全性能。無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)協(xié)議模塊實(shí)現(xiàn) IEEE 802.11中MAC 層標(biāo)準(zhǔn)定義的接入控制功能。有線網(wǎng)絡(luò)接口模塊一一實(shí)現(xiàn)IEEE 802.3協(xié)議，提供訪問有線以太網(wǎng)的接口。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn) IEEE 802.3 和IEEE 802.11 之間 的幀格式轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)間的

6、轉(zhuǎn)發(fā)。認(rèn)證和密鑰管理模塊，實(shí)現(xiàn)安全接入功能。AP的邏輯組成框圖如圖 3-3所示。認(rèn)證和常釗 管理模塊1EBEBD2. 11M&C層為議 模埃排議轉(zhuǎn)換哽塊IEEEB02.3 協(xié)議根埃IEEES02.11 物理快接口r= 加密/解郴模塊AP的工作原理AP的軟件是構(gòu)建在無線網(wǎng)絡(luò)接口和有線網(wǎng)絡(luò)接口之間的。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)終端發(fā)來一個(gè)信息幀的時(shí)候，此幀先到達(dá)AP的無線物理層接口。在安全無線局域網(wǎng)的無線接口上傳遞的數(shù)據(jù)幀都應(yīng)首先經(jīng)過加密處理，因此在信息幀被提交給無線網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議模塊之前應(yīng)由解密模塊對其做解密操作。信息幀到達(dá) MAC協(xié)議模塊之后，AP先判斷這個(gè)幀的類型是數(shù)據(jù)幀還是管理幀。如果是數(shù)據(jù)幀，則交給協(xié)

7、議轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成有線網(wǎng)絡(luò)的幀格式然后交給有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊發(fā)向有線網(wǎng)絡(luò)；如果是管理幀，則由MAC層協(xié)議模塊及認(rèn)證和密鑰管理模塊根據(jù)幀中所提供的信息來進(jìn)行認(rèn)證、連接或越區(qū)切換等操作，并且向移動(dòng)終端提供反饋信息成功或失敗等。而對于從有線網(wǎng)絡(luò)接口來的信 息幀則直接交給協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理，由協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊決定是丟棄 還是發(fā)往無線端。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)交給無線物理層接口之前，加密操作也是必不可少的。圖為 AP的工作示意圖夜游圖3 4 AF工作小意圖防說月?lián)Q模設(shè)上線乜域M MAC腰的議根快軟件部分硬件部分嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 嵌入式電腦系統(tǒng)與通用型電腦系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，嵌入式CPU

8、與通用CPU的最大不同就是嵌入式 CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把 通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也 越來越緊密。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的電腦技術(shù)、 半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù) 與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。 這一點(diǎn)就決定了它必然是 一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散及不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁 衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才 能在具體應(yīng)用中更具有競爭力。嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地

9、結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具 有較長的生命周期。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性， 嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身中， 而不是存貯于磁盤等載體中。嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力， 即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的， 必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)的硬件組成在嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中，應(yīng)包括CPU 、存儲器和輸入/輸出三大組成部分。*PU嵌入式系統(tǒng)中的 CPU 往往是 RISC 簡約指令集電腦結(jié)構(gòu)的，采用流水線技術(shù)， 帶有高速緩存， 一般都不采用微程序。 與 CISC 復(fù)雜指令集電

10、腦結(jié)構(gòu)相比，在同樣的集成規(guī)模下， RISC 的 CPU 內(nèi)核在芯片上占的面積要小的多，這樣就可以將一些外圍模塊集成在同一塊芯片上。同時(shí)， RISC 結(jié)構(gòu)也有利于減小芯片的尺寸和功耗。對于嵌入式系統(tǒng)，這些都是很有意義的。而且，由于結(jié)構(gòu)簡單， RISC 芯片的開發(fā)成本和生產(chǎn)成本也比 CISC 芯片低，對于一些特殊用途的專用芯片，這無疑也是很重要的。最后，對于實(shí)時(shí)應(yīng)用， RISC 指令具有均勻劃一并且較小的執(zhí)行長度，因此有利于中斷延遲的可預(yù)測性，并且還有利于縮短中斷延遲。在嵌入式系統(tǒng)中，傾向于采用分別用于程序和數(shù)據(jù)的兩個(gè)存儲器、兩條總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱為“哈佛結(jié)構(gòu) HarvardArchitectur

11、e ”。 在哈佛結(jié)構(gòu)中， 即使數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)內(nèi)存被占用， CPU 也能繼續(xù)從程序內(nèi)存中取指令并加以執(zhí)行，這就可以在CPU 操作和外設(shè)的 DMA 操作之間引入某種并行度，從而提高系統(tǒng)的 效率。另外，使用哈佛結(jié)構(gòu)還可以保證流水線工作的連續(xù)性。一般而言，嵌入式系統(tǒng)中采用的 CPU 可以分成四類：、微控制器或SoC ，這是最為典型的。常用的有基于 PowerPC PowerPC 是一種 RISC 架構(gòu)的 CPU ，其基本的設(shè)計(jì)源自 IBM 的 POWER Performance Optimized With Enhanced RISC 的縮寫 架 構(gòu)。內(nèi)核的芯片，基于 ARM ARM Advanced

12、 RISC Machines 是 微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的 RISC 精簡指令集電腦 處理器、 相關(guān)技術(shù)及軟件。 技術(shù)具有性能高、 成本低和能耗省的特點(diǎn)。 內(nèi)核的芯片， 還有各種基于 SPARC 和 MIPS 內(nèi)核的微控制器芯片。這些內(nèi)核大都是 RISC 的，不過也有CISC 的芯片，如傳統(tǒng)的 Intel 8051 等。、 由內(nèi)核或類似內(nèi)核構(gòu)成的、 體積和功耗都比較小的 RISC 微處 理器芯片。、流行的 CISC 結(jié)構(gòu) CPU 芯片的“移動(dòng)版”，這些芯片本來是用于筆記本電腦的，體積和功耗都比較小，所以也常用于嵌入式系統(tǒng)。、普通的 CPU 芯片。此類CPU

13、有 CISC 的， 如 Pentium ， 也有RISC 的，如 PowerPC 。存儲器由于嵌入式系統(tǒng)一般都不采用磁盤，其操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的映象以及必要的數(shù)據(jù)都必須存儲在某種“不揮發(fā)”即斷電后內(nèi)容不會喪失的內(nèi)存中。所以，與通用電腦相比，嵌入式系統(tǒng)往往配備更多的不揮發(fā)存儲器。近代基于半導(dǎo)體技術(shù)的不揮發(fā)存儲器都是只讀或接近于只讀的，所以一般泛稱為“只讀存儲器”，即 ROM ，其中主要有掩膜式 ROM 、可編程 ROM PROM 、可擦除 ROM EPROM 和閃存 Flash Memory 。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，閃存是最理想的不揮發(fā)存儲器，可以對它在正常的工作電壓和電流下進(jìn)行擦除和重寫但是對閃

14、存的寫入比讀出要慢的多 ，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在線軟件更新。另外，近年來閃存芯片的容量增長很快而價(jià)格則大幅下降。所以，現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)中一般都采用閃存。由于迄今為止的不揮發(fā)存儲器要么不能在線寫入，或者寫入的速度很慢、很麻煩，因而系統(tǒng)中還必須有 RAM ，即“隨即存取存儲器”。按工作機(jī)理的不同， RAM 存儲器可以分為兩種。一種是常規(guī)的“動(dòng)態(tài)”RAM ，即 DRAM ，對 DRAM 必須動(dòng)態(tài)的、周期性的加以刷新。另一種是“靜態(tài) RAM ”，即 SRAM ， SRAM 不需要刷新，速度也比較快，但價(jià)格比較昂貴。另外，由于嵌入式系統(tǒng)中一般沒有磁盤，需要常規(guī)意義上的文件系統(tǒng)時(shí)就得以 RAM 為載體建立文件系

15、統(tǒng)。 RAMDisk 是一種常用的實(shí)現(xiàn)基于 RAM 的文件系統(tǒng)的技術(shù)， 可以用一塊RAM 空間來模擬一個(gè)邏輯磁盤，并在此基礎(chǔ)上利用原來以磁盤為載體的文件系統(tǒng)的高層代碼。外圍芯片與總線接口嚴(yán)格說來，嵌入式系統(tǒng)中使用的外圍芯片都是有針對性的，是面向特定應(yīng)用或特定行業(yè)的，但大致上還是可以分成兩種。一種是比較通用的芯片，例如常用的 A/D 、 D/A 轉(zhuǎn)換芯片， Ethernet 網(wǎng)絡(luò)接口芯片等等。另一種則是特制的、專用的芯片。專用外圍芯片一般都是一些專為特定應(yīng)用而開發(fā)和生產(chǎn)的專用集成電路， 即 ASIC 專用集成電路 ，其中又可分為掩膜式 ASIC 、可編程邏輯器件 PLD 、現(xiàn)場可編程門陣列 FP

16、GA 等。根據(jù)具體應(yīng)用和規(guī)模的不同，有些嵌入式系統(tǒng)需要采用外設(shè)總線，有些則不需要。一般而言， PCI 總線是目前采用最多的外設(shè)總線，但是在嵌入式系統(tǒng)中采用的大多是一種變形的、經(jīng)過改進(jìn)的 PCI 總線，稱為緊湊PCI 總線，縮寫為 cPCI 。這種總線主要是為需要在工業(yè)環(huán)境下長期不斷運(yùn)行的設(shè)備而設(shè)計(jì)的， 有其自己的標(biāo)準(zhǔn)。在邏輯上， cPCI 總線是 PCI 總線的擴(kuò)充，其基本部分與PCI 總線是一致的，為 PCI 總線開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序不加修改就可用于 cPCI 總線。二者的不同之處主要在物理上。 另一種常用的外設(shè)總線稱為 CardBus ，就是筆記本電腦上用于 Modem 卡等外設(shè)的插槽。插在Ca

17、rdBus 上的接口卡通稱為 PCMCIA 卡，所以這種總線又稱為 PCMCIA 總線。2.5 嵌入式操作系統(tǒng)用于嵌入式電腦的操作系統(tǒng)稱為嵌入式操作系統(tǒng)。與常規(guī)操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)有以下的特點(diǎn)：對嵌入式操作系統(tǒng)常常有實(shí)時(shí)要求；許多嵌入式操作系統(tǒng)是微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的；許多嵌入式操作系統(tǒng)不采用存儲管理技術(shù)，甚至不劃分系統(tǒng)空間和用戶空間；可移植性十分重要。從商業(yè)的角度看，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為兩種：商用嵌入式操作系統(tǒng)和公開源碼的嵌入式操作系統(tǒng)。以下介紹幾種有代表性的嵌入式操作系統(tǒng)。RxWorks美國 WindRiver 公司的產(chǎn)品。這是一個(gè)典型的嵌入式操作系統(tǒng)，所有進(jìn)程的代碼與內(nèi)核的代碼靜態(tài)的連接

18、在一起也可以動(dòng)態(tài)裝入 ，并且在同一個(gè)空間中運(yùn)行。其主要特點(diǎn)有：可剝奪進(jìn)程調(diào)度；基本上為不帶存儲器管理部件的處理器設(shè)計(jì)；對網(wǎng)絡(luò)支持相當(dāng)全面；“微內(nèi)核加靜態(tài)庫”的結(jié)構(gòu)；富有特色的人機(jī)界面。4QNX加拿大 QNX Software System 公司的產(chǎn)品。 這是一個(gè)典型的類似于 MACH 的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，采用“微內(nèi)核加服務(wù)進(jìn)程”的結(jié)構(gòu)，除內(nèi)核外還包括進(jìn)程管理進(jìn)程、文件系統(tǒng)管理進(jìn)程、設(shè)備管理進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程。4PSOS原來是美國 Integrated System 公司的產(chǎn)品，后來該公司被WindRiver 公司收購。從結(jié)構(gòu)上看，這是一個(gè)比較接近一體化內(nèi)核的微內(nèi)核。Windows CEMicrosoft 推出的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)。主要特點(diǎn)有：采用頁式存儲管理，并且采用頁面換入技術(shù)；進(jìn)程調(diào)度是基于優(yōu)先級的可剝奪調(diào)度；不支持嵌套中斷；圖形用戶界面；可以方便的移植 Windows操作系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件。 C/OS最小的操作系統(tǒng)內(nèi)核之一，主要用 ANSI C 語言編寫，源代碼有逐行注釋，可讀性好，并且穩(wěn)定性和可靠性有保障。4Mach由卡耐基梅隆大學(xué)研制的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，源代碼公開并在很長一段時(shí)間里對