项目三智能物流WIFI传输网方案设计与实践.docx
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项目三智能物流WIFI传输网方案设计与实践
项目三智能物流WIFI传输网方案设计与实践
一、教学目标
1、掌握WIFI相关基础知识。
2、自行组建WIFI数据传输的流程和方法。
3、完成WIFI数据传输的流程和方法。
二、教学内容
3.1WIFI基础知识
1、WIFI概述
Wifi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。
它是一个无线网路通信技术的品牌，由Wifi联盟所持有，目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。
它是一种短程的无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。
随着技术的发展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等标准的出现，现在IEEE802.11这个标准已被统称作Wifi。
2、Wifi的组成
一个Wifi联接点网络成员和结构站点（Station），是网络最基本的组成部分。
基本服务单元（BasicServiceSet，BSS）：
网络最基本的服务单元。
最简单的服务单元可以只由两个站点组成。
站点可以动态地联接（associate）到基本服务单元中。
分配系统（DistributionSystem，DS）：
分配系统用于连接不同的基本服务单元。
分配系统使用的媒介（Medium）逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的，尽管它们物理上可能会是同一个媒介，例如同一个无线频段。
接入点（AccessPoint，AP）：
接入点既有普通站点的身份，又有接入到分配系统的功能。
拓展服务单元（ExtendedServiceSet，ESS）：
由分配系统和基本服务单元组合而成。
这种组合是逻辑上的，并非物理上的。
不同的基本服务单元物有可能在地理位置上相去甚远。
分配系统也可以使用各种各样的技术。
关口（Portal）：
也是一个逻辑成分。
用于将无线局域网和有线局域网或其他网络联系起来。
3、Wifi的特点
IEEE802.11只负责在站点使用的无线媒介上的寻址（Addressing），分配系统和其他局域网的寻址不属于无线局域网的范围。
IEEE802.11没有具体的定义分配系统，只是定义了分配系统应该提供的服务（Service）。
整个无线局域网定义了9种服务：
●5种服务属于分配系统的任务，分别为：
联接（Association），结束联接（Dissociation），分配（Distribution），集成（Integration），再联接（Reassociation）。
●4种服务属于站点的任务，分别为：
鉴权（Authentication），结束鉴权（Deauthentication），隐私（Privacy），MAC数据传输（MSDUdelivery）。
4、Wifi的应用
由于Wifi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的，因此WLAN无线设备提供
了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。
用户可以在Wifi覆盖区域内快速的浏览网页，随时随地的接听拨打电话。
而其他一些基于WLAN的宽带数据应用，如流媒体、网络游戏等功能更是值得用户期待。
有了Wifi功能，我们可以打长途电话（包括国际长途），浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等，而无需担心速度慢和花费高的问题。
Wifi在掌上设备上应用越来越广泛，而智能手机就是其中一份子。
与早前应用于手机上的蓝牙技术不同，Wifi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，因此Wifi手机成为了目前移动通信业界的时尚潮流。
3.2WIFI传感网实践
3.2.1WIFI接入
1、接入设备
●天线
●ARM网关（EBA）
2、WIFI接入原理
（1）UDP
UDP是一个面向数据报和无连接的简单传输层协议．它不像TCP那样通过握手过程建立服务器与客户端的连接才可以工作。
在网络通信质量较好的情况下，UDP体现出高效率，这适合于传送少量报文的应用。
linux系统是通过套接字结构来进行网络编程的，应用程序通过对套接字的几个函数调用，会返回一个用于通信的套接字描述符，而Linux应用程序在进行任何形式的I／O操作时，程序实际上是在读写一个文件描述符。
因此Linux下的套接字编程，可以看成是对普通文件描述符的操作，这些操作与被使用的硬件平台无关，这是linux设备无关性的优点。
（2）Socket
常用的Socket类型有两种：
流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。
流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；应用流式Socket可以保证数据传输中的完整性、正确性和单一性,可类比于现实生活中的打电话。
数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
数据报式Socket可以象流式Socket一样进行数据的双向传输，但无法保证传输数据的完整性、正确性和单一性。
可以类比于现实生活中的寄信。
Socket并不是以面向对象的方式提供的。
Socket事实上并不是留给编程开发的，而是留给网络操作系统实现协议栈的一个支持模型。
例如berkeleySocket和windowsSocket。
至于编程开发时使用的Socket模型和相应的API，则是操作系统服务API。
事实上Socket也不是tcp/udp服务的全部而是部分。
如果用电话来对应网络会话的话，端口应该正好比分机号。
rawSocket其实就是跳过TCP，UDP这一层。
用Socket我们不光是只发数据了，还要TCP和UDP的头。
大家也可以自己一个字节一个字节来构建自己的IP数据报文，并非一定需要通过Socket接口。
（通过流行的winpcap，你可以抛开Socket，发送自己构建的任意的IP报文）。
Socket是一个大家都认为好用的构建和解析IP协议的接口而已（当然Socket并非仅仅能够构建和解析ip协议），其实有很多嵌入式设备还有其他的网络通讯接口（比如LWIP）。
只不过在大部分操作系统上Socket更加通用而已。
3、WIFI接入步骤
（1）ARM网关断电。
将天线插入wifi模块的SMA_WIFI部分，如图3-1所示：
图3-1wifi插入天线位置
（2）ARM网关上电，启动Linux系统。
（3）本小节中是一个WIFI连接路由的示例。
由于网络环境的不同，所以在您做本实验时，请根据实际情况进行设置。
（4）在终端内依次执行下面的命令连接路由器。
#ifconfig–a（检测开发板所有网卡状况）
#ifconfigeth0down（关闭dm9000网卡）
#ifconfigwlan0up（启动SDIOWIFI）
#iwlistwlan0scan（使用SDIOWIFI扫描无线网络设备）
#iwconfigwlan0essid“E-Box”（设置essid）
如果路由器不支持自动获取IP功能，则输入命令：
#ifconfigwlan0192.168.0.232（设置SDIOWIFI的IP）
若路由器支持自动获取IP功能，那么无需设置SDIOWIFI的IP，输入下面的命令：
#udhcpc–iwlan0
设置路由器访问密码，若路由器无密码则无需此命令。
#iwconfigwlan0key“123456789”
#routeadddefaultgw192.168.0.201（设置网关，路由器支持自动获取IP则无需此命令）
#ping192.168.0.201（ping网关）
本小节测试的路由器可以访问互联网，所以可以使用QTOPIA浏览器上网冲浪。
3.2.2WIFI数据交互
1、WIFI数据交互设备
●天线
●ARM网关（EBA）两个
●SD卡
2、WIFI数据交互实践原理
（1）Socket
TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。
在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
TCP/IP仅仅是一套协议、规范，并没有实体存在，是完全抽象的；Socket模型则是清晰而具体的。
而大部分情况下，门面模型是可有可无的，只是为了满足封装一个简单的外部门面而存在的，TCP/IP和Socket并没有相提并论的前提，根本是为了解决同一个问题的两个步骤，是完全分离的。
抓包程序基本上是使用rawSocket（原始套接字）实现的,这是Socket的高级功能，并不是因为对TCP/IP协议很了解，而是对Socket很了解（当然不了解TCP/IP也无法理解高级的Socket）。
离开特定操作系统（或者虚拟机）讨论TCP/IP的编程是没有意义的。
Socket在其中的位置如图3-2所示：
图3-2Socket在网络协议中的位置
服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定（bind），对端口进行监听（listen），调用accept阻塞，等待客户端连接。
在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器（connect），如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。
客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
如图3-3所示：
图3-3服务器与客户端之间交互过程
1）1Socket建立
为了建立Socket，程序可以调用Socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。
Socket函数原型为：
intSocket（intdomain,inttype,intprotocol）;
domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定Socket的类型：
SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值"0"。
Socket（）调用返回一个整型Socket描述符，你可以在后面的调用使用它。
两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：
通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。
Socket数据结构中包含这五种信息。
Bind函数将Socket与本机上的一个端口相关联，随后你就可以在该端口监听服务请求。
Bind函数原型为：
intbind（intsockfd,structsockaddr*my_addr,intaddrlen）；
Sockfd是调用Socket函数返回的Socket描述符,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；addrlen常被设置为sizeof（structsockaddr）。
structsockaddr结构类型是用来保存Socket信息的：
structsockaddr
{
unsignedshortsa_family;/*地址族，AF_xxx*/
charsa_data[14];/*14字节的协议地址*/
};
sa_family一般为AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data则包含该Socket的IP地址和端口号。
另外还有一种结构类型：
structsockaddr_in
{
shortintsin_family;/*地址族*/
unsignedshortintsin_port;/*端口号*/
structin_addrsin_addr;/*IP地址*/
unsignedcharsin_zero[8];/*填充0以保持与structsockaddr同样大小*/
};
这个结构更方便使用。
sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与structsockaddr同样的长度，可以用bzero（）或memset（）函数将其置为零。
指向sockaddr_in的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你可以在函数调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或者相反。
使用bind函数时，可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号：
my_addr.sin_port=0;/*系统随机选择一个未被使用的端口号*/
my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;/*填入本机IP地址*/
通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。
同样，通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。
注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则不需要转换。
面向连接的客户程序使用Connect函数来配置Socket并与远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：
intconnect（intsockfd,structsockaddr*serv_addr,intaddrlen）;
Sockfd是Socket函数返回的Socket描述符；serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是远端地质结构的长度。
Connect函数在出现错误时返回-1，并且设置errno为相应的错误码。
进行客户端程序设计无需调用bind（），因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，Socket执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序数据什么时候到打断口。
Connect函数启动和远端主机的直接连接。
只有面向连接的客户程序使用Socket时才需要将此Socket与远端主机相连。
无连接协议从不建立直接连接。
面向连接的服务器也从不启动一个连接，它只是被动的在协议端口监听客户的请求。
Listen函数使Socket处于被动的监听模式，并为该Socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。
intlisten（intsockfd，intbacklog）;
Sockfd是Socket系统调用返回的Socket描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept（）它们。
Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。
如果一个服务请求到来时，输入队列已满，该Socket将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。
当出现错误时listen函数返回-1，并置相应的errno错误码。
accept（）函数让服务器接收客户的连接请求。
在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。
intaccept（intsockfd,void*addr,int*addrlen）;
sockfd是被监听的Socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为sizeof（structsockaddr_in）的整型指针变量。
出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。
首先，当accept函数监视的Socket收到连接请求时，Socket执行体将建立一个新的Socket，执行体将这个新Socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始Socket仍可以继续在以前的Socket上监听，同时可以在新的Socket描述符上进行数据传输操作。
数据传输
Send（）和recv（）这两个函数用于面向连接的Socket上进行数据传输。
Send（）函数原型为：
intsend（intsockfd,constvoid*msg,intlen,intflags）;
Sockfd是你想用来传输数据的Socket描述符；msg是一个指向要发送数据的指针；Len是以字节为单位的数据的长度；flags一般情况下置为0。
recv（）函数原型为：
intrecv（intsockfd,void*buf,intlen,unsignedintflags）;
Sockfd是接受数据的Socket描述符；buf是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。
Flags也被置为0。
Recv（）返回实际上接收的字节数，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。
如果你对数据报Socket调用了connect（）函数时，你也可以利用send（）和recv（）进行数据传输，但该Socket仍然是数据报Socket，并且利用传输层的UDP服务。
但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。
结束传输：
当所有的数据操作结束以后，你可以调用close（）函数来释放该Socket，从而停止在该Socket上的任何数据操作：
close（sockfd）;
（1）服务器端代码分析
服务器端一直在监听是否有客户端连接，如有连接，处理客户端的请求，给出回应，然后继续监听。
因为IP地址，端口号等信息需要自己输入，所以main函数需要参数。
intmain（intargc,char**argv）
将第一个输入的字符串参数转化为整形数后，作为端口号赋值给myport，默认参数为7838
if（argv[2]）myport=atoi（argv[2]）;
elsemyport=7838;
printf（"Portisok!
\n"）;
创建Socket，如果返回值为-1，则创建成功，否则创建失败
if（（sockfd=Socket（PF_INET,SOCK_STREAM,0））==-1）
{printf（"CreatSocketsucceed!
\n"）;
perror（"Socket"）;
exit
（1）;}
else
printf（"CreatSocketfailed!
\n"）;
将my_addr空间清空，且包括“、0”
bzero（&my_addr,sizeof（my_addr））;
设置地址族
my_addr.sin_family=PF_INET;
设置端口号，以大端方式赋值（htons（）：
把16位值从主机字节序转换成网络字节序）
my_addr.sin_port=htons（myport）;
设置IP地址，将IP地址字符参数3，转换为32位网络序列的IP地址，如果没有参数3，则自动填入本机IP地址
if（argv[3]）
my_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr（argv[1]）;
else
my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
printf（"SetIPsucceed!
\n"）;
调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定
if（bind（sockfd,（structsockaddr*）&my_addr,sizeof（structsockaddr））==-1）
{
printf（"Failtobind!
\n"）;
perror（"bind"）;
exit
（1）;
}
printf（"Succeedtobind!
\n"）;
下面是收发程序的主体，为了实现循环收发，使用了while死循环，需要断开时按ctrl+C
charrecv[30];
char*send=“hello,thisisserver!
”;
while
（1）
{
memset（recv,0,sizeof（recv））;
recvfrom（sockfd,recv,sizeof（recv）,0,（structsockaddr*）&client_addr,&addr_len）;
printf（“%s\n”,recv）;
sendto（sockfd,send,strlen（send）,0,（structsockaddr*）&client_addr,&addr_len）;
}
关闭Socket，返回
close（sockfd）;
return0;
（2）客户端代码分析
因为IP地址，端口号等信息需要自己输入，所以main函数需要参数
intmain（intargc,char**argv）
如果输入参数不够，则退出
if（argc!
=3）
{
printf（"Peremetererro！
Forexample：
\n\t\t%sIPport\n\t:
\t%s127.0.0.180\n",argv[0],argv[0]）;
exit（0）;
}
elseprintf（"\nProgramstartsnormally!
\n"）;
创建一个Socket用于tcp通信
if（（sockfd=Socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0））<0）
{
printf（"FailtocreatSocket!
\n"）;
perror（"Socket"）;
exit（errno）;
}
elseprintf（"CreatSocketsucceed!
\n"）;
初始化服务器端（对方）的地址和端口信息
bzero（&dest,sizeof（dest））;
dest.sin_family=AF_INET;
dest.sin_port=htons（atoi（argv[2]））;
if（inet_aton（argv[1],（structin_addr*）&dest.sin_addr.s_addr）==0）
{
printf（"Failtoinitialipaddressandport!
\n"）;
perror（argv[1]）;
exit（errno）;
}
elseprintf（"Initialipaddressandportsucceed!
\n"）;
连接服务器
printf（"\nConnecting......\n"）;
connum=connect（sockfd,（structsockaddr*）&dest,sizeof（dest））;
printf（"Connectfailbecasueof%d%d\n",connum,errno）;
if（connum!
=0）
{
printf（"Connectfail!
\n"）;
perror（"Connect"）;
exit（errno）;
}
elseprintf（"Connectsucceed!
\n"）;
printf（"\nEverything
升级会员 