WiFi

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WiFi(Wireless Fidelity：無線網路技術、IEEE 802．11b標準)

　　WiFi全稱Wireless Fidelity，又稱802．11b標準，它的最大優點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps；另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802．11DSSS設備兼容。

　　WiFi是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)擁有，目的是改善基於IEEE 802．11標準的無線網路產品之間的互通性。Wi-Fi聯盟成立於1999年，當時的名稱叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)，2002年10月正式改名為Wi-Fi Alliance。

　　1.WiFi技術發展現狀

　　WiFi第—個版本發表於1997年，其中定義了介質訪問接入控制層(MAC層)和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的2種無線調頻方式和一種紅外傳輸的方式，總數據傳輸速率設計為2Mbit／s。2個設備之間的通信可以自由直接(ad hoc)的方式進行，也可以在基站BS(Base Station)或訪問點AP(Aceess Point)的協調下進行。

　　1999年增加了2個補充版本：802．11a定義了在5GHz ISM頻段上的數據傳輸速率可達54 Mbit／s的物理層；802．11b定義了在2．4GHz的ISM頻段上但數據傳輸速率高達11 Mbit／s的物理層。2．4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數國家通用，因此802．11b得到了最為廣泛的應用。蘋果公司把自己開發的802．11標準起名為AirPort。1999年工業界成立了WiFi聯盟，致力解決符合802．11標準的產品的生產和設備兼容性問題。

　　802．1 l標準及補充標準的制定情況如下：802．11，原始標準(2Mbit／s工作在2．4GHz)；802．11a，物理層補充(54Mbit／s工作在5GHz)；802．11b，物理層補充(11Mbit／s工作在2．4GHz)；802．11c，符合802．1D的媒體接入控制層(MAC)橋接(MAC Layer Bridging)；802．11d，根據各國無線電規定所做的調整；802．11e，對服務等級QoS(Quality of Service)的支持；802．11f基站的互連性(Interoperability)；802．11g，物理層補充(54Mbit／s工作在2．4GHz)；802．11h，無線覆蓋半徑的調整，室內(indoor)和室外(outdoor)通道(5GHz頻段)；802．11i，安全和鑒權(Authentifieation)方面的補充；802．11n，導入多重輸入輸出MIMO)技術，基本上是802.11a的延伸版。

　　除了上面的IEEE標準，另外有一個被稱為IEEE802．11b+的技術，通過PBCC技術(PacketBinary Convolutional Code)在IEEE802．11b(2．4GH頗段)基礎上提供22Mbit／s的數據傳輸速率。事實上這並不是IEEE的公開標準，而是一項產權私有的技術(產權屬於美國德州儀器，Texas Instruments)。也有一些被稱為802．1 lg+的技術，在IEEE802．11g的基礎上提供108Mbit／s的傳輸速率，與802．11b+一樣，同樣是非標準技術，由無線網路晶元生產商Atheros所提倡的則為SuperG。

　　WiFi技術突出的優勢在於：較廣的區域網覆蓋範圍：WiFi的覆蓋半徑可達100米左右，相比於藍牙技術覆蓋範圍較廣，可以覆蓋整棟辦公大樓；傳輸速度快：WiFi技術傳輸速度非常快，可以達到llmbps(802．11b)或者54mbps(802．11a)，適合高速數據傳輸的業務；無須佈線：WiFi主要的優勢在於不需要佈線，可以不受佈線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要。在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點”，並通過高速線路將網際網路接入上述場所。用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入網際網路；健康安全：IEEE802．11規定的發射功率不可超過100毫瓦，實際發射功率約60～70毫瓦，而手機的發射功率約200毫瓦—1瓦間，手持式對講機高達5瓦。與後者相比，WiFi產品的輻射更小。

　　2.WiFi產品及應用情況

　　wiFi技術自從誕生以來，已經走過了十幾年的歷程，其間經歷過高潮，也經歷了寒冬，現在WiFi正在逐步的成為生活的時尚名詞，應用也越來越廣泛。

　　WiFi首先在筆記本電腦中頑強地站穩了腳跟，筆記本電腦快速上升的保有量和移動辦公模式的逐漸深入人心奠定了WiFi進一步流行的基調。而之前在英特爾、IBM、AT&T等眾多UT和電信運營商的努力下，WiFi在全球機場、酒店、咖啡館等場所已經擁有超過l萬個公共熱點。儘管以目前的情況，希望通過公共服務來盈利還不夠現實，但這些熱點的存在無疑對WiFi的推廣起到了至關重要的作用。

　　國外的Skype、D-LINK以及國內的UT斯達康、多普達等公司已經推出了自己的WiFi手機。另外從PDA、游戲機到錄音播放器、數位相機等大量的數位產品也採用了WiFi的技術。隨著這些產品的面世，WiFi的玩家也迅速增加，更多的功能和應用也在廠家和玩家的手中誕生。像WiFi家庭安全監控功能、WiFi信息交流功能、wiFi游戲功能等被廠家和玩家大量的發掘，日本的任天堂甚至正在針對WiFi設備開發更多兼容的游戲。

　　以Skype為代表的VoIP軟體運行的平臺不僅可運行在Windows操作系統，還可在Linux、Mac OS、Pocket PC等平臺下使用，由此Skype可以擴展或集成到更多的移動終端，例如支持嵌入式Linux、Symbian等智能平臺的操作系統。也正是這樣，目前市場上一些廠家已推出了特色各異的WiFi電話。2005年第一季度美國UT斯達康就開始供應採用2．4GHz頻段802．11b通信方式的手機F1000；2006年暑期，Belkin、Edgecore、Netgeat和SMC 4家網路大廠均證實已推出預裝Skype軟體的WiFi電話。除此以外，飛利浦、華碩等重量級廠家也推出了Skype專用手機產品，以華碩即將推出的Skype專用電話為例。此外，還有其他集成有WiFi功能的智能手機或PDA，如諾基亞、三星、摩托羅拉、多普達等產品都具備或可具備類似的功能。

　　目前在wiFi且艮務比較多的地方，主要在機場、體育場、酒店等熱點地區，但從實際的效果來看，用戶對此項業務的需求量並不大。導致需求不大的原因除了安全因素之外，還有使用不方便和實際需求不足的原因。另外，真正需要隨時隨地進行寬頻無線上網的人很少，除了少數商務旅行者需要實時與辦公室進行網路聯繫之外，其他大多數人都會找個更合適的地方上網。最近中國移動的—份報告顯示，目前使用中國移動WLAN網路的人員90％以上為公司內部員工，真正的客戶數量很少。此外，從當前WiFi技術的應用看，其中熱點公共接人在運營商的推動下發展較快，但用戶數少並缺乏有效的盈利模式，使WiFi呈現虛熱現象。所以，WiFi通然是通信業中發展的新亮點，但主要應定位於現有通信系統的補充。如果炒作過熱，面對相對狹小的市場可能出現投資過度和資源閑置的狀況。據報道，在美國T-Mobile移動通訊公司經營的遍佈2000多家星巴克咖啡廳的“熱點”網路，平均每天只有不到兩個人使用，而運營商為此每個月就要花費數百美元。

　　另外目前公共接入服務的應用，除了上網、接收Email等既有應用之外，並未出現對使用者而言具有獨占性、迫切性、必要性的應用服務，令消費者產生新的使用需求，這也是它難以大量吸引用戶族群的原因。

　　3.WiFi與WlMax、3G的關係

　　WiFi、WiMax、3G都屬於寬頻無線技術，由於各自的技術特點，其技術的側重點各有不同，以下分別對WiFi與WiMax的關係、WiFi與3G的關係進行比較說明。

　　WiFi與WiMax的關係：兩者不屬於同一個範疇，WiFi是無線區域網的標準IEEE 802．11x相關的互操作性組織，而wiMax則是無線城域網的標準IEEE 802．16x相關的互操作性組織。WiFi主要作為無線區域網範疇使用，而WiMax主要作為無線城域網範疇使用，兩者存在互補關係，不存在替代關係。可以認為Wi喊合在城市室內使用，而wiMax更適合在城市室外使用。兩者的比較如表所示。

　　WiFi與3G的關係：對於WiFi和3G的關係，從覆蓋區域、速率能力、基本業務類別、可移動速率、前向擴展演進走向等多方面綜合分析，都可以得出3G與WiFi是一種優良的互補組合，不是正面競爭關係。3G和WiFi的比較如表。

　　從以上比較可以看出WiFi討支術更傾向於對有線區域網的替代，同時可以在一定範圍內達到對3G網路的補充，承載低移動性的高速數據業務。

　　(1)無線電波的覆蓋範圍廣。基於藍牙技術的電波覆蓋範圍非常小，半徑大約只有50 in約合15 m，而WiFi的半徑則可達300 in約合100 m，在整棟大樓中也可使用。

　　(2)雖然WiFi技術傳輸的無線通信質量不是最好，其數據安全性能比藍牙差一些，傳輸質量也有待改進，但傳輸速度非常快，可以達到11 Mbps。

　　(3)廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點”，並通過高速線路將網際網路接入上述場所即可。這樣，由於“熱點”所發射出的電波可以達到距接入點半徑數十米至100m的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入網際網路。也就是說，廠商不用耗費資金來進行網路佈線接入，從而節省了大量的成本。

　　根據無線網卡使用的標準不同，WiFi速度也有所不同。其中IEEE802．1lb最高為11 Mbps(部分廠商在設備配套的情況下可以達到22 Mbps)，IEEE 802．1la為54 Mbps、IEEE 802．1lg也是54 Mbps。

　　WiFi是由AP(Access Point)和無線網卡組成的無線網路。AP一般稱為網路橋接器或接入點，它是當作傳統的有線區域網絡與無線區域網絡之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網卡的PC均可透過AP去分享有線區域網絡甚至廣域網路的資源，其工作原理相當於一個內置無線發射器的HUB或者是路由，而無線網卡則是負責接收由AP所發射信號的CLIENT端設備。

　　wirelessb／g表示網卡的型號，按照其速度與技術的新舊可分為IEEE 802．1la、IEEE 802．1lb和IEEE 802．1lg。WiFi代表了“無線保真”，指具有完全兼容性的IEEE 802．11標準IEEE 802．1lb子集，它使用開放的2．4 GHz直接序列擴頻，最大數據傳輸速率為11 Mbps，也可根據信號強弱把傳輸率調整為5．5 Mbps、2 Mbps和1 Mbps帶寬。無需直線傳播傳輸範圍為室外最大300 m，室內有障礙的情況下最大100 m，是目前使用最多的傳輸協議。它與有線網路相較之下，有許多優點：

　　1．無需佈線

　　WiFi最主要的優勢在於不需要佈線，可以不受佈線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要，具有廣闊市場前景。目前它已經從傳統的醫療保健、庫存控制和管理服務等特殊行業向更多行業拓展開去，甚至開始進入家庭以及教育機構等領域。

　　2．健康安全

　　IEEE 802．11規定的發射功率不可超過100 mW，實際發射功率約60～70 mW，這是一個什麼樣的概念呢?手機的發射功率約為200 mW～1 W，手持式對講機高達5 W，而且無線網路使用方式並非如手機一般直接接觸人體，因此是相對安全的。

　　3．WiFi組建方法

　　一般來說，架設無線網路的基本配備就是無線網卡及一臺AP，如此便能以無線的模式配合既有的有線架構來分享網路資源，架設費用和複雜程度遠遠低於傳統的有線網路。如果只是幾臺電腦的對等網，也可不要AP，只需要每臺電腦配備無線網卡。AP為Access Point的簡稱，一般翻譯為“無線訪問節點”或“橋接器”。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工作站及有線區域網絡的橋梁。

　　有了AP，就像一般有線網路的Hub一般，無線工作站可以快速且輕易地與網路相連。特別是對於寬頻的使用，WiFi更顯優勢，有線寬頻網路(ADSL、小區LAN等)到戶後，連接到一個AP，然後在電腦中安裝一塊無線網卡即可。

　　4．長距離工作

　　別看無線WiFi工作距離不大，在網路建設完備的情況下，IEEE 802．1lb的真實工作距離可以達到100 m以上，而且解決了高速移動時數據糾錯問題、誤碼問題，WiFi設備與設備、設備與基站之間的切換和安全認證也都得到了很好的解決。

　　近兩年無線AP的數量呈迅猛的增長趨勢，無線網路的方便與高效使其能夠得到迅速的普及。目前，除了在一些公共場所有AP之外，國外已經有以無線標準來建設城域網的先例，因此，WiFi的無線地位將會日益牢固。

　　WiFi是目前無線接入的主流標準，在Intei的強力支持下，已經有了全面兼容現有WiFi的WiMAX，對比於WiFi的IEEE 802．11x標準，WiMAX就是使用的IEEE 802．16x規範。

　　與前者相比，WiMAX具有更遠的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度等，預計會在未來幾年間成為無線網路的一個主流標準，Intel計劃將來採用該標準來建設無線廣域網路。這相比於現時的無線區域網或無線城域網是質的變革，而且現有設備仍能得到支持。

　　總而言之，家庭和小型辦公網路用戶對移動連接的需求是無線區域網市場增長的動力。雖然到目前為止，美國、日本等發達國家仍然是目前WiFi用戶最多的地區，但隨著電子商務和移動辦公的進一步普及，廉價的WiFi必將成為那些隨時需要進行網路連接用戶的必然之選。

　　1．高速有線接入技術的補充

　　目前，有線接入技術主要包括乙太網、XDSL等。WiFi技術作為高速有線接入技術的補充，具有為可移動性、價格低廉的優點。WiFi技術廣泛應用於有線接入需無線延伸的領域，如臨時會場等。由於數據速率、覆蓋範圍和可靠性的差異，WiFi技術在寬頻應用上將作為高速有線接入技術的補充。

　　而關鍵技術無疑決定著WiFi的補充力度。現在OFDM、MIMO(多入多出)、智能天線和軟體無線電等，都開始應用到無線區域網中以提升WiFi性能，比如說IEEE 802．1ln計劃採用MIMO與OFDM相結合，使數據速率成倍提高。另外，天線及傳輸技術的改進使得無線區域網的傳輸距離大大增加，可以達到幾千米。

　　2．蜂窩移動通信的補充

　　WiFi技術的次要定位是作為蜂窩移動通信的補充。蜂窩移動通信可以提供廣覆蓋、高移動性和中低等數據傳輸速率，它可以利用WiFi高速數據傳輸的特點彌補自己數據傳輸速率受限的不足。而WiFi不僅可利用蜂窩移動通信網路完善的鑒權與計費機制，而且可結合蜂窩移動通信網路廣覆蓋的特點進行多接入切換功能。這樣就可實現WiFi與蜂窩移動通信的融合。

　　3．WiFi是現有通信系統的補充

　　無線接入技術主要包括IEEE 802．11、IEEE 802．15、IEEE 802．16和IEEE 802．20標準，分別指WLAN、無線個域網WPAN(藍牙與UWB)、無線城域網WMAN(WIMAX)和寬頻移動接入WBMA等。一般地說，WPAN提供超近距離的無線高數據傳輸速率連接；WMAN提供城域覆蓋和高數據傳輸速率；WBMA提供廣覆蓋、高移動性和高數據傳輸速率；WiFi則可以提供熱點覆蓋、低移動性和高數據傳輸速率。

　　WiFi連接點的網路成員和結構

　　(1)站點(Station)：網路最基本的組成部分。

　　(2)基本服務單元(Basic Service Set，BSS)：網路最基本的服務單元。最簡單的服務單元可以只由兩個站點組成，站點可以動態地連接(associate)到基本服務單元中。

　　(3)分配系統(Distribution System，DS)：分配系統用於連接不同的基本服務單元。分配系統使用的媒介(Medium)邏輯上和基本服務單元使用的媒介是截然分開的，儘管它們物理上可能會是同一個媒介，例如同一個無線頻段。

　　(4)接入點(Access Point，AP)：接入點即有普通站點的身份，又有接入到分配系統的功能。

　　(5)擴展服務單元(Extended Service Set，ESS)：由分配系統和基本服務單元組合而成。這種組合是邏輯上，並非物理上的。不同的基本服務單元有可能在地理位置相去甚遠。分配系統也可以使用各種各樣的技術。

　　(6)關口(Portal)：也是一個邏輯成分。用於將無線區域網和有線區域網或其他網路聯繫起來。

　　這裡有3種媒介，站點使用的無線的媒介、分配系統使用的媒介以及和無線區域網集成一起的其他區域網使用的媒介。物理上它們可能互相重疊。

　　IEEE 802．11只負責在站點使用的無線的媒介上定址(Addressing)。分配系統和其他區域網的定址不屬無線區域網的範圍。

　　IEEE802．11沒有具體定義分配系統，只是定義了分配系統應該提供的服務(Service)。整個無線區域網定義了9種服務，其中：

　　5種服務屬於分配系統的任務，分別為：連接(Association)、結束連接(Disassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再連接(Resuscitation)。

　　4種服務屬於站點的任務，分別為：鑒權(Authentication)、結束鑒權(Deauthentication)、隱私(Privacy)、MAC數據傳輸(MSDU delivery)。

　　目前，WiFi聯盟所公佈的認證種類有：

　　(1)WPA／WPA2：WPA／WPA2是基於IEEE 802．11a、IEEE 802．11b、IEEE 802．11g的單模、雙模或雙頻的產品所建立的測試程式。內容包含通信協定的驗證、無線網路安全性機制的驗證，以及網路傳輸表現與相容性測試。

　　(2)WMM(WiFi Multi Media)：當影音多媒體透過無線網路的傳遞時，要如何驗證其帶寬保證的機制是否正常運作在不同的無線網路裝置及不同的安全性設定上是WMM測試的目的。

　　(3)WMM Power Save：在影音多媒體透過無線網路的傳遞時，如何透過管理無線網路裝置的待命時間來延長電池壽命，並且不影響其功能性，可以透過WMM Power Save的測試來驗證。

　　(4)WPS(WiFi Protected Setup)：2007年年初才發佈的認證，目的是讓消費者可以透過更簡單的方式來設定無線網路裝置，並且保證有一定的安全性。目前WPS允許透過Pin Input Config(PIN)、Push Button Config(PBC)、USB Flash Drive Config(UFD)以及Near Field Communication Contactless Token Config(NFC)的方式來設定無線網路裝置。

　　(5)ASD(Application Specific Device)：這是針對除了無線網路存取點(Access Point)及站臺(Station)之外其他有特殊應用的無線網路裝置，如DVD播放器、投影機、印表機等。

　　(6)CWG(Converged Wireless Group)：主要是針對WiFi Mobile Converged Devices的RF部分測量的測試程式。

　　WiFi可以歸結為兩大體制，就是“胖”AP(FAT AP)體制和“瘦”AP(FIT AP)體制。

　　所謂“胖”AP，就是傳統的無線WiFi網路，沒有集中治理的控制器設備，所有的AP都是通過交換機連接，每個AP單獨負擔RF、通信、身份驗證、加密等工作，因此需要對每一個AP進行獨立配置，難以實現全局的統一治理和集中的RF、接入和安全策略設置。在基於無線控制器的新型解決方案中，所有的AP都減肥了(Fit AP)，每個AP只單獨負責RF和通信的工作，其作用就是一個簡單的，基於硬體的RF底層感測設備，所有Fit AP接收到的RF信號，經過802．11編碼之後，隨即通過不同廠商簽訂的加密隧道協議穿過乙太網絡並傳送到無線控制器，進而由無線控制器集中對編碼流進行加密、驗證、安全控制等更高層次的工作。因此，基於Fit AP和無線控制器的無線網路解決方案，具有統一治理的特性，並能夠出色地完成自動RF規劃、接入和安全控制策略等工作。兩種無線網路解決方案的功能比較如表所示。

　　1.WiFi網路的承載能力

　　WiFi是由AP(Access Point)和無線網卡組成的無線網路。AP一般稱為網路橋接器或接入點，它是當作傳統的有線區域網絡與無線區域網絡之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網卡的PC均可透過AP去分享有線區域網絡甚至廣域網路的資源。它的工作原理相當於—個內置無線發射器的HUB或路由，而無線網卡則是負責接收由AP所發射信號的CLIENT端設備。WiFi技術針對的是傳輸數據，不是語音之類的實時通訊，所以通訊質量不佳。只有在網路使用率低，而且附近無干擾的情況下通話質量才比較好。而網路使用率低這一點與服務商的一般商業模型有衝突。新的802．11e標準有助於解決這個問題。另一點就是WiFi基站覆蓋面積小，也就是說要建網就要建更多基站，這樣會帶來很多問題，尤其是費用方面。當然可以只是有選擇的在幾小塊地方建熱點，但使用起來不方便，因為用戶不知道自己要去的地方有無覆蓋，所以還得帶手機。

　　在商務市場，現在時髦的是所謂的無縫移動(seamless mobility)，即用一臺手機或PDA，同時帶WiFi和手機收發功能。在有WiFi的地方用WiFi打電話，沒有WiFi的地方自動轉接到手機網，通話不中斷。現在市面上賣的兩用手機還都無法實現無縫移動。

　　2.WiFi網路上的增值業務

　　在WiFi網路上可以開展多種增值業務。隨著市場需求的不斷變化，將有更多的業務層出不窮的出現，就目前可能的業務大致歸納有：VoIP話音業務、即時通信業務、上網瀏覽業務、視頻點播、電視直播、搜索、MP3下載、無線視頻監控等。

　　增值業務能夠得以推廣和普及，還需要好的包裝、好的切入點和適用的實際應用。如結合RFID技術，通過WiFi無線網路實現無線支付系統，比較適合超市、商場。針對WiFi網路增值業務具體應用的研究也是運營商面臨的一大課題，還需進一步的調研和分析。

　　3.業務對網路的能力要求

　　WiFi技術提供了一種無線的接入方式，用戶的PC、手機、PDA以及其他終端都可以通過無線的方式接入到寬頻網路中。但接入到網路不是最後的目的，用戶最終需要的還是能夠通過方便的無線接入來使用各種各樣的業務。目前基於寬頻網路的業務大致分為：話音業務、數據業務(網頁瀏覽等)、流媒體業務。每種業務對承載網路的要求不同：數據業務對承載網的要求主要是能夠保證網路的傳輸速度，對其他方面的要求不高；話音業務和流媒體業務對承載網的要求包括網路傳輸的實時性、網路傳輸速度、安全性、QoS保證等。