1、- 1 -第第4 4章章WiFiWiFi技术技术- 2 -本章目标本章目标了解了解WiFi技术标准技术标准掌握掌握WiFi拓扑结构拓扑结构掌握掌握WiFi协议架构协议架构理解理解WiFi网络加入过程网络加入过程了解了解WiFi-M03模块的工作模式模块的工作模式掌握掌握WiFi-M03模块的配置方法和流程模块的配置方法和流程- 3 -4.1 WiFi技术概述技术概述4.2 WiFi系统组成系统组成4.3 WiFi信道信道4.4 TCP/IP协议协议4.5 WiFi网络安全机制网络安全机制4.6 WiFi模块模块4.7 WiFi应用开发应用开发- 4 -4.1 WiFi技术概述技术概述WiFi是
2、一个国际无线局域网（是一个国际无线局域网（WLAN）标准，全称为）标准，全称为Wireless Fidelity，又称，又称IEEE802.11b标准。标准。WiFi最早是基于最早是基于IEEE802.11协议，发表于协议，发表于1997年，年，定义了定义了WLAN的的MAC层和物理层标准。层和物理层标准。继继802.11协议之后，相继有众多版本被推出，协议之后，相继有众多版本被推出，最最典型典型的是的是IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、 IEEE802.11n- 5 -4.1 WiFi技术概述技术概述标准标准描述描述IEEE802.11发表于1997年，
3、原始标准，支持速率2Mbps，工作在2.4GHz ISM频段。定义了物理层数据传输方式：DSSS（直接序列扩频，1Mbps）、FHSS（跳频扩频，2Mbps）和红外线传输，在MAC层采用了类似于有线以太网CSMA/CD协议的CSMA/CA协议。IEEE802.11a1999年推出，802.11b的后继标准，又称高速WLAN标准，工作在5GHz ISM频段，采用OFDM调制方式，速率可高达54Mbps，但与802.11b不兼容，并且成本也比较高。IEEE802.11b1999年推出，最初的WiFi标准，工作在2.4GHz ISM频段，兼容802.11。802.11b修改了802.11物理层标准，
4、使用DSSS和CCK调制方式，速率可达11Mbps。是目前的主流标准。IEEE802.11d根据各国无线电规定做了调整，所用频率的物理层电平配置、功率电平、信号带宽可遵从当地RF规范，有利于国际漫游业务。IEEE802.11e增强了802.11的MAC层，规定所有IEEE802.11无线接口的服务质量（Quality of Service，QoS）要求，能保证提供网络电话（Voice over Internet Protocol，VoIP）等业务。提供TDMA的优先权和纠错方法，从而提高时延敏感型应用的性能。IEEE802.11f定义了推荐方法和公用接入点协议，使得接入点之间能够交换需要的信息
5、，以支持分布式服务系统，保证不同生产厂商的接入点的互联性，例如支持漫游。IEEE802.11g2003年推出，工作在2.4GHz ISM频段，组合了802.11b和802.11a标准的优点，在兼容802.11b标准的同时，采用OFDM调制方式，速率可高达54Mbps。IEEE802.11h5GHz频段的频谱管理，使用动态频率选择和传输功率控制，满足欧洲对军用雷达和卫星通信的干扰最小化的要求。- 6 -IEEE802.11i指出了用户认证和加密协议的安全弱点，在安全和鉴权方面作了补充，采用高级加密标准和IEEE802.1x认证。IEEE802.11j日本对IEEE802.11a的扩充，在4.95
6、.0GHz之间增加RF信道。IEEE802.11k通过信道选择、漫游和TPC来进行网络性能优化。通过有效加载网络中的所有接入点，包括信号强度强弱的接入点，来最大化整个网络吞吐量。IEEE802.11n工作在2.4GHz和5GHz ISM频段，兼容IEEE802.11b/a/g，采用MIMO（导入多重输入输出）无线通信技术和OFDM等技术、更宽的RF信道及改进的协议栈，传输速率可高达300Mbps甚至600Mbps，完全符合绝大多数个人和社会信息化的需求。IEEE802.11o802.11o针对VoWLAN(Voice over WLAN)而制定，更快速的无限跨区切换，以及读取语音比读取数据有更
7、高的传输优先权。IEEE802.11p车辆环境无线接入，提供车辆之间的通信或车辆的路边接入点的通信，使用工作在5.9GHz的授权智能交通系统。IEEE802.11q实现对VLAN的支持，可以使用一个AP向不同用户提供不同业务及权限。IEEE802.11r支持移动设备从基本业务区到基本业务区的快速切换，支持时延敏感服务，如VoIP在不同接入点之间的站点漫游。IEEE802.11s扩展了IEEE802.11MAC来支持扩展业务区网状网络。IEEE802.11s协议使得消息在自组织多跳网状拓扑结构网络中传递。IEEE802.11T评估IEEE802.11设备及网络的性能测量、性能指标及测试过程的推荐
8、方法，大写字母T表示推荐而不是技术标准。4.1 WiFi技术概述技术概述- 7 -4.1 WiFi技术概述技术概述802.11的技术转变- 8 -4.2 WiFi系统组成系统组成WiFi是用无线通信技术将计算机设备互联WiFi局域网的本质特点：不再使用通信电缆将计算机与网络进行连接，而是用无线的方式，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。- 9 -4.2 WiFi系统组成系统组成网络拓扑结构协议架构- 10 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构WiFi可以通过不同的网络拓扑结构进行组网，其发现和接入网络也有自身的要求和步骤。WiFi无线网络包括两种类型的拓扑形式：基础网（Infrastruc
9、ture）和自组网（Ad-hoc）。两个重要的基本概念：站点(Station，STA)：网络最基本的组成部分，每一个连接到无线网络中的终端（如笔记本电脑、PDA及其它可以联网的用户设备）、都可称之为一个站点。无线接入点(Access Point，AP)：无线网络的创建者，也是网络的中心节点。一般家庭或办公室使用的无线路由器就一个AP。- 11 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构AP：有线无线互联的设备有线无线互联的设备需设置信道、密钥（如WEP）、 网络协议（如DHCP）、桥接等客户端为台式、笔记本、掌上电脑 等用户设备- 12 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构基础网（基础网（Inf
10、rastructure）基于AP组建的基础无线网络由AP创建，众多STA加入所组成AP是整个网络的中心各STA间不能直接通信，需经AP转发- 13 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构基础网（基础网（Infrastructure）WLAN网络的基本元素BSS(Basic Service Set)Service Set ID(服务集识别码)- 14 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构基础网（基础网（Infrastructure）- 15 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构基础网（基础网（Infrastructure）集集 中中 控控 制制 式式- 16 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓
11、扑结构自组网（自组网（Ad-hoc）仅由两个及以上STA组成，网络中不存在AP。各设备自发组网，设备之间是对等的。网络中所有的STA之间都可以直接通信，不需要转发。Ad-hoc模式也称为对等模式，允许一组具有无线功能的计算机或移动设备之间为数据共享而迅速建立起无线连接。- 17 -4.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构自组网（自组网（Ad-hoc）IBSS（Independent BSS）- 18 -4.2.2 协议架构协议架构与蓝牙一样，WiFi的协议体系遵循OSI参考模型： 物理层数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层比特流传输提供介质访问、链路管理等寻址和路由选择建立主机端到端
12、连接建立、维护和管理会话处理数据格式、数据加密等提供应用程序间通信OSI参考模型- 19 -4.2.2 协议架构协议架构WiFi协议体系软件实现硬件实现- 20 -4.2.2 协议架构协议架构物理层：802.11b定义了工作在2.4GHz ISM频段上数据传输率为11Mbps的物理层，使用跳频扩频传输技术（Frequency-Hopping Spread 、Spectrum，FHSS）和直接序列扩频传输技术（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）。MAC层：MAC层提供了支持无线网络操作的多种功能。通过MAC层站点可以建立网络或接入已存在的网络，并传送数据给
13、LLC层。LLC层：IEEE802.11使用与IEEE802.2完全相同的LLC层和48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。但MAC地址只对WLAN唯一确定。- 21 -4.2.2 协议架构协议架构网络层：采用IP协议，是互联网中最重要的协议，规定了在互联网上进行通信时应遵守的准则。传输层：采用TCP/UDP协议，TCP是面向连接的协议，可以提供IP环境下的可靠传输；UDP是面向非连接的协议，不为IP提供可靠性传输。对于高可靠的应用，传输层一般采用TCP协议。应用层：根据应用需求实现，如HTTP协议、DNS（Domain name system，域名解析系统）协议。- 22 -4
14、.3 WiFi信道信道信道也称作通道、频段，是以无线信号作为传输载体的数据信号传送通道。无线信道不是独占的，而是所有通信中的AP公用的。相同信道上工作的AP会降低吞吐量。IEEE802.11n就是在IEEE802.11g的基础上，把马路的宽度增加一倍，同时又缩短了前后车辆的车距，才获得了更高的数据吞吐量。- 23 -4.3 WiFi信道信道实际的2.4GHz WiFi信道使用规定因国家不同而有所差异：美国标准11信道欧洲标准13信道日本标准14信道- 24 -4.3 WiFi信道信道常用的一种2.4GHz信道划分如下：信道信道中心频率（中心频率（MHz）频率范围（频率范围（MHz）124122
15、40124232241724062428324222411243342427241624385243224212443624372426244872442243124538244724362458924522441246310245724462468112462245124731224672456247813247224612483- 25 -4.3 WiFi信道信道- 26 -4.3 WiFi信道信道从图中可以看出：每个信道带宽为22MHz，其中有效宽度是20MHz，另外还有2MHz的强制隔离频带。相邻的信道间有重叠，尽量不要同时使用，以免造成干扰。3个不重叠的信道：1、6、11；2、7、1
16、2；3、8、131-13个信道的中心频率：2414+（n-1）*5MHz- 27 -2.4GHz频段由于使用ISM频段，干扰较多。目前很多WiFi设备开始使用5.8GHz附近（5.7255.850GHz）的频带，可用带宽为125MHz。该频段共划分为5个信道，每个信道宽度为20MHz，每个信道与相邻信道都不发生重叠，因而干扰较小。缺点：5.8GHz频率较高，在空间传输时衰减较为严重。如果距离稍远，性能会严重降低。4.3 WiFi信道信道- 28 -4.4 TCP/IP协议协议TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协
17、议传输控制协议/因特网互联协议因特网互联协议)TCP/IP协议是协议是Internet最基本的协议，由网络层的最基本的协议，由网络层的IP协议协议和传输层的和传输层的TCP协议组成协议组成TCP/IP协议是协议是WiFi协议体系的重要组成部分协议体系的重要组成部分在在WiFi中，中，TCP/IP协议协议用来完成数据的装包和拆包用来完成数据的装包和拆包过程，过程，并保证数据的正确性。并保证数据的正确性。- 29 -4.4 TCP/IP协议协议 TCP连接及确认传送机制连接及确认传送机制 TCP为保证数据的正确，每发出一个包，都要求接收方收到后返回为保证数据的正确，每发出一个包，都要求接收方收到后
18、返回一个确认包。同时，发送端也要对所有接收到的包进行确认。一个确认包。同时，发送端也要对所有接收到的包进行确认。 - 30 -4.4 TCP/IP协议协议 TCP的可靠传输控制方法的可靠传输控制方法 TCP协议采用确认机制和流量控制等机制保证数据传送的正确性。协议采用确认机制和流量控制等机制保证数据传送的正确性。采用采用TCP进行传送时，发送端通过发送计时器控制数据包的确认。进行传送时，发送端通过发送计时器控制数据包的确认。如果特定时间内没有接收到数据发送确认信息，则发送端就认为数如果特定时间内没有接收到数据发送确认信息，则发送端就认为数据包已经丢失，随之进行数据包的重发。据包已经丢失，随之进
19、行数据包的重发。在接收端，错误的在接收端，错误的IP数据包将被重新排序，重复的数据包将被丢弃。数据包将被重新排序，重复的数据包将被丢弃。从而保证正确的从而保证正确的IP数据包序列传送到应用层。数据包序列传送到应用层。TCP还进行数据传送过程中的流量控制，以防止数据传送过程中接还进行数据传送过程中的流量控制，以防止数据传送过程中接收缓存区的溢出。收缓存区的溢出。- 31 -4.4 TCP/IP协议协议 TCP的慢启动与拥塞控制机制的慢启动与拥塞控制机制如果发送端所传送的数据量过大，超出了网络的传送能力或者接收如果发送端所传送的数据量过大，超出了网络的传送能力或者接收端的接收能力和处理能力，将可能
20、造成网络拥塞，即数据包虽然被端的接收能力和处理能力，将可能造成网络拥塞，即数据包虽然被送上网络，但大多数数据包本身或其相应的确认在到达目的地之前送上网络，但大多数数据包本身或其相应的确认在到达目的地之前被中间路由器丢弃，将引起发送端数据重传，使拥塞问题恶化。被中间路由器丢弃，将引起发送端数据重传，使拥塞问题恶化。在在TCP/IP进行传送数据时，使用的可靠传输和流量控制机制包括进行传送数据时，使用的可靠传输和流量控制机制包括慢启动机制、拥塞避免机制和快速重传与快速恢复机制。慢启动机制、拥塞避免机制和快速重传与快速恢复机制。- 32 -4.4 TCP/IP协议协议 TCP/IP协议中的其他重要参量
21、协议中的其他重要参量直接拥塞指示标志（直接拥塞指示标志（ECN）通路最大传输单元（通路最大传输单元（MTU）检测机制）检测机制头压缩头压缩有限传送有限传送时间机制时间机制- 33 -4.5 WiFi网络安全机制网络安全机制与有线网络不同，理论上无线电波范围内的任何一个站与有线网络不同，理论上无线电波范围内的任何一个站 点都可以监听并登录无线网络，所有发送或接收的数据、点都可以监听并登录无线网络，所有发送或接收的数据、 都有可能被截取。都有可能被截取。为了使授权站点可以访问网络而非法用户无法截取网络为了使授权站点可以访问网络而非法用户无法截取网络 通信，无线网络安全就显得至关重要。通信，无线网络
22、安全就显得至关重要。安全性主要包括访问控制和加密两大部分安全性主要包括访问控制和加密两大部分保证只有授权用户才能访问敏感数据保证只有正确的接收方才能理解数据- 34 -4.5 WiFi网络安全机制网络安全机制多SSID单独设置的参数：单独设置的参数：加密方式加密方式SSID名称名称接入限制接入限制隐藏隐藏SSID共用的参数：共用的参数：信道信道功率功率速率速率其他物理参数其他物理参数- 35 -4.5 WiFi网络安全机制网络安全机制用户接入过程用户接入过程认证和加密认证和加密- 36 -4.5.1 用户接入过程用户接入过程用户加入网络通常按下述几个步骤进行：用户加入网络通常按下述几个步骤进行
23、：1. 发现可用网络发现可用网络2. 选择网络选择网络3. 认证认证4. 关联关联被动扫描主动扫描- 37 -4.5.1 用户接入过程用户接入过程发现可用网络发现可用网络 通过无线扫描的方式，可以发现可用网络通过无线扫描的方式，可以发现可用网络无线扫描有主动扫描和被动扫描两种方式无线扫描有主动扫描和被动扫描两种方式主动扫描：速度快主动扫描：速度快被动扫描：耗时长，但被动扫描：耗时长，但STA节电节电- 38 -由用户主机在每个信道上发送探测请求（由用户主机在每个信道上发送探测请求（Probe request）帧，寻）帧，寻找与找与STA所属有相同所属有相同SSID的的AP。AP发送探测响应（发
24、送探测响应（Probe responce）帧回应，其中包含的信息和信标帧类似。若找不到相同）帧回应，其中包含的信息和信标帧类似。若找不到相同SSID的的AP，则一直扫描。，则一直扫描。4.5.1 用户接入过程用户接入过程发现可用网络发现可用网络主动扫描：被动扫描：AP周期性地发送信标（周期性地发送信标（Beacon）帧，其中包含）帧，其中包含AP的的MAC地址、地址、网络名称（网络名称（SSID）、支持的速率、认证方式、加密算法等。用户）、支持的速率、认证方式、加密算法等。用户主机扫描信道，找出可能位于该区域的所有主机扫描信道，找出可能位于该区域的所有AP发出的信标帧。发出的信标帧。- 39
25、-4.5.1 用户接入过程用户接入过程选择网络选择网络当当STA找到与其具有相同找到与其具有相同SSID的的AP，在，在SSID匹配的匹配的AP 中，选择一个网络，然后进入认证阶段。中，选择一个网络，然后进入认证阶段。一般选择信号最强的或最近使用过的。一般选择信号最强的或最近使用过的。根据接收到的信号强度，选择一个信号最强的AP- 40 -4.5.1 用户接入过程用户接入过程认证认证认证是认证是STA向向AP证明其身份的过程证明其身份的过程只有通过身份认证的站点才能进行无线接入访问只有通过身份认证的站点才能进行无线接入访问认证可以通过认证可以通过MAC地址进行，也可以通过用户名地址进行，也可以
26、通过用户名/口令进行口令进行认证有开放系统认证和共享密钥认证两种认证有开放系统认证和共享密钥认证两种STA和和AP均可通过解除认证来终结认证关系均可通过解除认证来终结认证关系- 41 -4.5.1 用户接入过程用户接入过程认证认证允许任何用户接入到无线网络中来允许任何用户接入到无线网络中来等同于不需要认证，没有任何安全防护能力等同于不需要认证，没有任何安全防护能力所有请求认证的所有请求认证的STA都会通过认证都会通过认证开放系统认证（开放系统认证（Open-system authentication）：）：- 42 -4.5.1 用户接入过程用户接入过程认证认证共享密钥认证（共享密钥认证（sh
27、ared-key authentication）：）：a) STA向向AP发送认证请求发送认证请求b) AP随机产生一个随机产生一个challenge包（即一个字符串）发送给包（即一个字符串）发送给STAc) STA将接收到的字符串拷贝到新的消息中，用密钥加密后再发送给将接收到的字符串拷贝到新的消息中，用密钥加密后再发送给APd) AP接收到该消息后，用接收到该消息后，用密钥将该消息解密，然后密钥将该消息解密，然后对解密后的字符串和最初对解密后的字符串和最初给给STA的字符串进行比较。的字符串进行比较。相同则通过认证，不相同相同则通过认证，不相同则认证失败。则认证失败。- 43 -4.5.1
28、用户接入过程用户接入过程关联（关联（Association）a) 当用户通过网络名称选择指定网络当用户通过网络名称选择指定网络并通过并通过AP认证后，就可以向认证后，就可以向AP发送发送关联请求帧。关联请求帧。b) AP将用户信息添加到数据库，向用将用户信息添加到数据库，向用户回复关联响应，此过程也常被称户回复关联响应，此过程也常被称为注册。为注册。c) 关联建立后，便可以传输数据。关联建立后，便可以传输数据。如果用户想通过如果用户想通过AP接入无线网络，必须同特定的接入无线网络，必须同特定的AP关联。关联。用户每次只可以关联到一个AP上，关联总是由用户发起- 44 -4.5.1 用户接入过程
29、用户接入过程关联关联关联：关联：STA和一个和一个AP建立关联建立关联后，后续的数据传输只能在两者后，后续的数据传输只能在两者之间进行。之间进行。再关联：再关联：STA在从一个老的在从一个老的AP移动到新的移动到新的AP时通过再关联和时通过再关联和新的新的AP建立关联，再关联前必建立关联，再关联前必须经历认证过程。须经历认证过程。去关联：去关联：STA和和AP均可以通过均可以通过去关联和去关联和AP解除关联关系。解除关联关系。当STA扫描到信号更强的信的AP时，需先和原来的AP去关联，在才能和新的AP建立关联。- 45 -4.5.2 认证和加密认证和加密WiFi的网络安全机制有认证和加密机制两
30、种的网络安全机制有认证和加密机制两种目前典型的认证和加密机制包括：目前典型的认证和加密机制包括：Open SystemWPA/WPA2WPSMAC地址过滤地址过滤WEP有线等效加密有线等效加密SNMP协议协议- 46 -4.5.2 认证和加密认证和加密Open System：完全不认证也不加密，任何人都可以连到无线基地台使用网络。完全不认证也不加密，任何人都可以连到无线基地台使用网络。WEP(Wired Equivalent Privacy)：有线等效加密有线等效加密最基本的加密技术最基本的加密技术使用使用RC4算法保证数据的保密性算法保证数据的保密性有有64位密钥和位密钥和128位密钥两种加
31、密方式位密钥两种加密方式存在固有的缺陷：网络上每个客户或者计算机都使用了相同的保密存在固有的缺陷：网络上每个客户或者计算机都使用了相同的保密字，网络偷听者能刺探到你的密钥，偷走数据并在网络上造成混乱。字，网络偷听者能刺探到你的密钥，偷走数据并在网络上造成混乱。- 47 -4.5.2 认证和加密认证和加密WPA (WiFi Protected Access) ：WiFi保护访问保护访问WiFi商业联盟在商业联盟在IEEE802.11i草案基础上制定的一项无线局域网安全草案基础上制定的一项无线局域网安全技术技术目的在于替代传统的目的在于替代传统的WEP安全技术安全技术分为家用的分为家用的WPA-P
32、SK与企业用的与企业用的WPA-Enterprise版本版本WPA-PSK使用临时密钥完整性协议使用临时密钥完整性协议(Temporal Key Integrity Protocol，TKIP)加密技术，很大程度上解决了加密技术，很大程度上解决了WEP加密所隐藏的安加密所隐藏的安全问题全问题- 48 -4.5.2 认证和加密认证和加密WPA2是是WPA的加强版的加强版采用高级加密协议采用高级加密协议(Advanced Encryption Standard，AES)比比WPA更难被破解，更安全更难被破解，更安全WPA2：CCMP- 49 -4.6 WiFi模块模块在在WiFi应用系统开发中，首
33、先应进行硬件系统的设计，包应用系统开发中，首先应进行硬件系统的设计，包括括WiFi模块选型，外围硬件电路搭建等。模块选型，外围硬件电路搭建等。与蓝牙类似，在实际的与蓝牙类似，在实际的WiFi应用系统开发中，一般只需结应用系统开发中，一般只需结合项目需求选择合适的合项目需求选择合适的WiFi模块，而不必关心具体的协议模块，而不必关心具体的协议实现。实现。- 50 -4.6 WiFi模块模块概述概述本教材配套的实验开发版上，选用的本教材配套的实验开发版上，选用的WiFi 模块为模块为HLK-WIFI-M03该模块是符合该模块是符合WiFi无线网络标准的无线网络标准的UART-WiFi嵌入式模嵌入式
34、模块，具有双排（块，具有双排（24）插针式接口，内置）插针式接口，内置TCP/IP协议栈，协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。通过能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。通过UART-WiFi模块，传统的串口设备也能轻松接入无线网络。模块，传统的串口设备也能轻松接入无线网络。- 51 -4.6 WiFi模块模块概述概述支持支持IEEE802.11b/g无线标准，频率范围：无线标准，频率范围：2.4122.484GHz可以作为可以作为STA，支持基础网和自组网两种网络类型，支持基础网和自组网两种网络类型支持自动和命令两种工作模式支持自动和命令两种工作模式支持多种参数配置方式：串口
35、支持多种参数配置方式：串口/WEB服务器服务器/无线连接无线连接内置内置WEB服务器，可使用服务器，可使用IE浏览器通过无线网络远程配置模块参数浏览器通过无线网络远程配置模块参数支持软件支持软件AP模式，最多支持模式，最多支持4个个STA连接连接支持硬件支持硬件RTS/CTS流控流控支持支持WEP/WPA/WPA2等多种安全认证机制等多种安全认证机制支持快速联网和无线漫游支持快速联网和无线漫游全面支持串口透明数据传输模式，真正实现串口的即插即用全面支持串口透明数据传输模式，真正实现串口的即插即用支持多种网络协议：支持多种网络协议：TCP/UDP/ICMP/DHCP/DNS/HTTP单单3.3V
36、供电供电模块特点：模块特点：- 52 -4.6 WiFi模块模块概述概述模块应用领域：模块应用领域：智能公交网络，如无线刷卡机智能公交网络，如无线刷卡机小额金融支付网络，如无线小额金融支付网络，如无线POS机机工业设备联网，如无线传感器工业设备联网，如无线传感器物联网物联网- 53 -4.6 WiFi模块模块结构及接口结构及接口本模块底层的物理层和本模块底层的物理层和MAC层通过硬件来实现，包括层通过硬件来实现，包括RF模块和模块和BB/MAC模块，更高层的协议则通过软件固化在硬件中。同时，模模块，更高层的协议则通过软件固化在硬件中。同时，模块内部也集成有块内部也集成有Flash存储器、存储器
37、、CPU等。等。双列直插8针引脚- 54 -4.6 WiFi模块模块结构及接口结构及接口号码号码功能功能方向方向说明说明1RTS/READYO可选功能引脚READY：输出，在命令工作模式下，表示模块的无线网络连接状态，低电平表示已连接，高电平表示未连接。RTS：输出，RTS信号，在自动工作模式下，本端的RTS信号可以直接与对端的CTS信号连接。2CTS/STARTMODE/GPIOI/O可选功能引脚CTS：输入，CTS信号，在自动工作模式下，本端的CTS信号可以直接与对端的RTS信号连接。STARTMODE：输入，模块的启动模式选择。在模块启动阶段，低电平进入正常工作模式，高电平进入配置模式。
38、GPIO：双向通用输入、输出管脚。3LinkO可选功能引脚，无线传输指示信号，同时连接至LED1（板上绿灯，开启电源后闪烁），作为无线传输指示灯。4nRSTI可选功能引脚，复位，低电平有效5VDDI3.3V电源输入引脚，同时连接至LED2（板上红灯，开启电源后长亮）6RXI串口数据接收7TXO串口数据发送8GNDI接地- 55 -4.6 WiFi模块模块外围电路外围电路通过通过JP15使用跳线可选择本模块与使用跳线可选择本模块与PC或或ATmega16之间进行串口通信之间进行串口通信- 56 -4.7 WiFi应用开发应用开发在在WiFi硬件模块的基础上，用户可以通过软件控制硬件模块的基础上，
39、用户可以通过软件控制模块，进行无线数据传输，网络访问，以及其他的模块，进行无线数据传输，网络访问，以及其他的应用开发等等。应用开发等等。- 57 -4.7 WiFi应用开发应用开发概述概述串口命令模式串口命令模式配置软件配置软件配置软件示例配置软件示例- 58 -4.7.1 概述概述参数配置方法参数配置方法本模块主要基于预设的参数进行工作，配置参数保存在内部的本模块主要基于预设的参数进行工作，配置参数保存在内部的flash存储存储器中，可以掉电保存，用户可以使用多种方式对模块的配置参数进行修改，器中，可以掉电保存，用户可以使用多种方式对模块的配置参数进行修改，包括：包括：基于无线连接，使用配置
40、管理程序。将模块与专用的无线适配器无线基于无线连接，使用配置管理程序。将模块与专用的无线适配器无线连接，然后运行厂商提供的配置管理应用程序。该方式无需连接互联连接，然后运行厂商提供的配置管理应用程序。该方式无需连接互联网和任何物理线缆，在批量配置，尤其是出厂设置时特别有用。网和任何物理线缆，在批量配置，尤其是出厂设置时特别有用。基于串口连接，使用配置管理程序。将模块与基于串口连接，使用配置管理程序。将模块与PC机的串口连接，然后机的串口连接，然后运行厂商提供的配置管理应用程序。这种方式的优点是界面直观，操运行厂商提供的配置管理应用程序。这种方式的优点是界面直观，操作简便。作简便。- 59 -4
41、.7.1 概述概述参数配置方法参数配置方法基于串口连接，使用基于串口连接，使用Windows下的超级终端程序。将模块与下的超级终端程序。将模块与PC机的机的串口连接，然后运行串口连接，然后运行Windows下的超级终端程序，使用下的超级终端程序，使用AT指令对参指令对参数进行配置。这种方式最为灵活，但是需要用户对数进行配置。这种方式最为灵活，但是需要用户对AT指令集比较熟悉。指令集比较熟悉。基于网络连接，使用基于网络连接，使用IE浏览器程序。该方式需要模块在已连接无线网浏览器程序。该方式需要模块在已连接无线网络时使用，在一台连接到同一个无线网络中的络时使用，在一台连接到同一个无线网络中的PC机
42、上，使用机上，使用IE浏览器浏览器连接本模块内置的连接本模块内置的WEB服务器即可。这种方式的优点是操作简便，界服务器即可。这种方式的优点是操作简便，界面直观。面直观。- 60 -4.7.1 概述概述工作模式工作模式本模块支持两种工作模式：本模块支持两种工作模式：透明数据传输模式透明数据传输模式命令工作模式命令工作模式- 61 -4.7.1 概述概述工作模式工作模式透明数据传输模式透明数据传输模式又称自动工作模式，在该模式下，又称自动工作模式，在该模式下，WiFi模块可看作一条虚拟的串口线，模块可看作一条虚拟的串口线，按照使用普通串口的方式发送和接收数据即可。用户只需预先设置好自按照使用普通串
43、口的方式发送和接收数据即可。用户只需预先设置好自动工作所必需的参数，以后每次模块上电后即可自动连接到预设的无线动工作所必需的参数，以后每次模块上电后即可自动连接到预设的无线网络及服务器，能最大程度地降低用户使用的复杂度。网络及服务器，能最大程度地降低用户使用的复杂度。所需设置的参数包括：所需设置的参数包括：无线网络参数，包括网络名称、安全模式、密钥（如果需要）。无线网络参数，包括网络名称、安全模式、密钥（如果需要）。默认的默认的TCP/UDP连接参数，包括协议类型、连接类型、目的地址、目连接参数，包括协议类型、连接类型、目的地址、目的端口。的端口。- 62 -4.7.1 概述概述工作模式工作模
44、式命令工作模式命令工作模式在命令工作模式下，用户可以通过串口下发在命令工作模式下，用户可以通过串口下发AT指令，实现对模块的完指令，实现对模块的完全控制，包括修改配置参数、控制联网、控制全控制，包括修改配置参数、控制联网、控制TCP/IP连接、数据传输连接、数据传输等。这种方式具有充分的灵活性，可以满足用户不同应用场合的特殊等。这种方式具有充分的灵活性，可以满足用户不同应用场合的特殊需求。但该模式需要用户对模块的用户控制协议有充分的了解，并且需求。但该模式需要用户对模块的用户控制协议有充分的了解，并且具备基本的无线网络以及具备基本的无线网络以及TCP/IP网络的使用知识。网络的使用知识。- 6
45、3 -4.7.2 串口命令模式串口命令模式本模块使用本模块使用AT指令协议作为用户控制协议，内置一套包含了指令协议作为用户控制协议，内置一套包含了40多条多条系统控制及参数配置指令的系统控制及参数配置指令的AT指令集，所有指令均基于指令集，所有指令均基于ASCII编码，编码，使用使用Windows超级终端程序即可直接对模块进行命令控制，方便用户超级终端程序即可直接对模块进行命令控制，方便用户调试和使用。调试和使用。超级串口- 64 -4.7.2 串口命令模式串口命令模式AT指令集的一般格式指令集的一般格式1）命令消息格式）命令消息格式AT+oppara1,para2,para3,para4其中
46、：其中：表示必须包含的部分，表示必须包含的部分， 表示可选的部分。表示可选的部分。AT+：命令消息前缀：命令消息前缀CMD：指令字符串：指令字符串op：指令操作符，当命令需要带参数时，可以指定参数的操作类：指令操作符，当命令需要带参数时，可以指定参数的操作类型，有型，有3种类型：种类型： =，参数，参数/返回值前导符返回值前导符 =！，在设置参数类命令中，表示将修改同步至！，在设置参数类命令中，表示将修改同步至Flash =？，在设置参数类命令中，查询当前设置？，在设置参数类命令中，查询当前设置：回车，：回车，ASCII字符字符0 x0d，每一条，每一条AT命令都以回车作结尾。命令都以回车作结
47、尾。- 65 -4.7.2 串口命令模式串口命令模式AT指令集的一般格式指令集的一般格式2）响应消息格式）响应消息格式+oppara1,para2,para3,para4其中：其中：表示必须包含的部分，表示必须包含的部分， 表示可选的部分。表示可选的部分。+：响应消息前缀：响应消息前缀RSP：响应字符串，有两种类型：响应字符串，有两种类型： OK：成功：成功 ERR：失败：失败：回车，：回车，ASCII字符字符0 x0d：换行，：换行，ASCII字符字符0 x0a- 66 -4.7.2 串口命令模式串口命令模式AT指令集的一般格式指令集的一般格式3）数据类型）数据类型指令中的数据类型可有以下几
48、种：指令中的数据类型可有以下几种：String：字符串，以双引号包围，内容不含引号，如：字符串，以双引号包围，内容不含引号，如“this is a string”Dec：十进制数字，如：十进制数字，如10Hex：16进制数字，如进制数字，如aIP：IP地址串，如地址串，如192.168.0.1MAC：由：由12个个16进制数字组成，如进制数字组成，如001EE3A80102- 67 -4.7.2 串口命令模式串口命令模式AT示例示例5）查询模块工作模式AT+ATM+OK=11）开启回显，返回成功AT+E+OK2）空指令，返回成功AT+OK3）加入/创建无线网络，返回错误信息AT+WJION+E
49、RR=-104）获取模块的物理地址，返回地址信息AT+QMAC+OK=002509030a7d0测试连接命令在超级串口接收区显示输入的命令和响应Mode=1，表明模块当前处于命令工作模式加入网络失败- 68 -4.7.3 配置软件配置软件WiFi模块本身涉及到模块本身涉及到TCP/IP协议，其协议，其AT指令远比蓝牙模块复杂的指令远比蓝牙模块复杂的多。多。在实际的应用开发中，可利用厂家提供的配套软件完成对在实际的应用开发中，可利用厂家提供的配套软件完成对WiFi模块模块的配置，方便快捷。的配置，方便快捷。找出找出UART-WiFi配置管理程序配置管理程序V2.12的存放路径，双击，将开启软的存
50、放路径，双击，将开启软件界面。件界面。- 69 -4.7.3 配置软件配置软件正确设置串口参数用于设置模块的工作模式、网络参数等是否开启透传模式，需先设置好下方的相关参数，再开启是否动态分配IP地址- 70 -4.7.3 配置软件配置软件用于搜索路由、加入及断开网络等相关测试- 71 -4.7.3 配置软件配置软件a) 正确设置串口参数正确设置串口参数b) 搜索模块，显示成功搜索模块，显示成功c) 退出透传模式（本模块出厂时的默认工作模式）退出透传模式（本模块出厂时的默认工作模式）d) 在功能测试菜单下扫描网络在功能测试菜单下扫描网络e) 在配置参数菜单下设置好相关参数并提交在配置参数菜单下设
