如何深入探讨嵌入式无线网络应用与开发的奥秘？

前言 无线网络是指通过无线电磁波进行数据传输的网络。其实我们每天都生活在各种电磁波的覆盖下，但是我们却很少能够感知到它。 嵌入式是一个很泛的专业，如果不是专门做底层通信开发或是通信专业人士，基本上也很少嵌入式开发人员会去关注无线通信的原理和机制。 出现这一现象，我觉得主要的原因有： 技术复杂：通信涉及复杂的协议，标准，和底层技术，入门较难 抽象层增加：高级语言和框架的出现，开发者已不再需要详细了解底层通信原理 专业化的需求：通信与硬件，网络，底层系统之间交互密切，通信开发需要特定背景和经验 (一)无线网络介绍 (1)生活中的无线网络应用 生活中我们接触到的多数是消费级无线产品，比如广播，电视，手机，平板电脑，无线鼠标、无线键盘、无线耳机、家用遥控等等。 在工业或是特殊行业使用比较多的有：应急与救援中的对讲，智慧停车中的地磁车位状态检测，智能抄表，环境检测与监控，汽车胎压检测等等。 (2)按覆盖范围分类 按照覆盖范围，无线网络可以分为广域网，城域网，局域网和个域网。 它们中间有些是重叠的。比如无线城域网中的WiMAX,它与LTE和5G有重叠部分，目前它只在韩国，俄罗斯，巴西等地方使用，随着LTE和5G的不断部署，WiMAX可能还会逐渐地减少。 (3)按频率分布分类 无线频率是一种稀缺资源，每个国家和地区允许使用的频段会存在一些差异。同样是4G模块，每个地方所使用的通信信道也存在一些差异。 我们的设备如果要出口到国外，都需要符合国外当地的无线规范。 常见的认证有： 美国的FCC认证 欧洲的CE认证(RED认证) 中国的3C认证 无线网络信号，按频率高低可以划分为： 类型 频率范围 主要应用 超低频（ULF） 300 Hz - 3 kHz 地球与潜艇通信，地震监测，科学研究等 极低频（ELF） 3 Hz - 30 Hz 海底通信，地球与潜艇通信，科学研究等 低频（LF） 30 kHz - 300 kHz 无线电频率标准，感应式识别，军事通信等 中频（MF） 300 kHz - 3 MHz AM广播，无线电导航，航空通信等 高频（HF） 3 MHz - 30 MHz 短波广播，海事通信，航空通信等 超高频（UHF） 300 MHz - 3 GHz 无线电广播，电视广播，手机通信等 极高频（VHF） 30 MHz - 300 MHz 航空通信，无线电广播，卫星通信等 甚高频（SHF） 3 GHz - 30 GHz 雷达，卫星通信，无线局域网（Wi-Fi）等 特高频（EHF） 30 GHz - 300 GHz 微波通信，无线电天文学，科学实验等 毫米波（Millimeter Wave） 30 GHz 及以上 5G移动通信，无线数据传输等 (4)频率与波长的关系 无线通信，实际是通过电磁波进行信息交互的通信，其中频率与波长的关系为： 速度 = 频率 × 波长 c = f × λ c 是光速，f 是电磁波的频率， λ 是电磁波的波长; 光速不变，频率与波长成反比。 在实际应用中，频率越高，穿透能力就越弱，传输距离就越短，但可以提供更大的带宽。传输距离与传输带宽之间存在较大制约。 比较直观的体验是家里的无线路由器，有些路由器它可以支持2.4G和5G频段。当只使用5G频段时，会发现WiFi的信号比使用2.4G频段较弱一些。 (二)以太网与无线网的区别 这里的以太网是指Ethernet，也就是有线网络。 (1)无线网的优点 与以太网相比较，无线网的优点有： 移动性好，不受物理连接的限制 安装灵活便捷 可节省布线成本 (2)无线网的难点 与以太网相比较，无线网需要面对的难点： 信号强度和覆盖范围:需要考虑距离，障碍物，电磁干扰等情况 干扰和频段拥塞：同频，多经干扰，电磁，天气等干扰 数据传输速率限制：难以同时兼顾距离和带宽 设备兼容性：需要适配不同的无线标准 能耗和电池寿命:低功耗物联网设备对能耗非常敏感 (3)在开发上的区别 这里主要描述以太网和无线Wifi网络在开发上的区别。 以太网和无线Wifi网络，它们都是使用TCP/IP协议栈，它们主要的区别在于物理层和数据链路层。 它们在协议栈的网络层，传输层，应用层是一样的，如果你是做应用软件开发，那么基本上也感知不到它们有什么区别。 从应用软件开发的角度看，主要是需要注意网络延迟与带宽限制上的区别。 (三)在嵌入式系统中的应用 无线电磁波除了可以作为通信使用，还可以在其它领域使用，比如激光，雷达测距测速等领域 在测距领域的应用，可以