無線局域網絡簡介

無線局域網：
無線局域網絡(WirelessLocalAreaNetworks；WLAN)是相當便利的數據傳輸系統，它利用射頻(RadioFrequency；RF)的技術，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線(Coaxial)所構成的局域網絡，使得無線局域網絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過它，達到「信息隨身化、便利走天下」的理想境界。



為何使用無線局域網絡

對于局域網絡管理主要工作之一，對于鋪設電纜或是檢查電纜是否斷線這種耗時的工作，很容易令人煩躁，也不容易在短時間內找出斷線所在。再者，由于配合企業及應用環境不斷的更新與發展，原有的企業網絡必須配合重新布局，需要重新安裝網絡線路，雖然電纜本身并不貴，可是請技術人員來配線的成本很高，尤其是老舊的大樓，配線工程費用就更高了。因此，架設無線局域網絡就成為最佳解決方案。



什么情形需要無線局域網絡

無線局域網絡絕不是用來取代有線局域網絡，而是用來彌補有線局域網絡之不足，以達到網絡延伸之目的，下列情形可能須要無線局域網絡

◆無固定工作場所的使用者

◆有線局域網絡架設受環境限制

◆作為有線局域網絡的備用系統



無線局域網絡存取技術

目前廠商在設計無線局域網絡產品時，有相當多種存取設計方式，大致可分為三大類：窄頻微波(NarrowbandMicrowave)技術、展頻(SpreadSpectrum)技術、及紅外線(Infrared)技術，每種技術皆有其優缺點、限制、及比較，接下來是這些技術方法的詳細探討。

展頻技術

展頻技術的無線局域網絡產品是依據FCC(FederalCommunicationsCommittee；美國聯邦通訊委員會)規定的ISM(IndustrialScientific,andMedical)，頻率范圍開放在902M~928MHz及2.4G~2.484GHz兩個頻段，所以并沒有所謂使用授權的限制。展頻技術主要又分為「跳頻技術」及「直接序列」兩種方式。而此兩種技術是在第二次世界大戰中軍隊所使用的技術，其目的是希望在惡劣的戰爭環境中，依然能保持通信信號的穩定性及保密性。

一、跳頻技術(FHSS)

跳頻技術(Frequency-HoppingSpreadSpectrum；FHSS)在同步、且同時的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對于一個非特定的接受器，FHSS所產生的跳動訊號對它而言，也只算是脈沖噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設計來規避噪聲或One-to-Many的非重復的頻道，并且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求，使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔(DwellTime)為400ms。

二、直接序列展頻技術(DSSS)

直接序列展頻技術(DirectSequenceSpreadSpectrum；DSSS)是將原來的訊號「1」或「0」，利用10個以上的chips來代表「1」或「0」位，使得原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率。而每個bit使用多少個chips稱做Spreadingchips，一個較高的Spreadingchips可以增加抗噪聲干擾，而一個較低SpreadingRation可以增加用戶的使用人數。

基本上，在DSSS的SpreadingRation是相當少的，例如在幾乎所有2.4GHz的無線局域網絡產品所使用的SpreadingRation皆少于20。而在IEEE802.11的標準內，其SpreadingRation大約在100左右。

三、FHSSVSDSSS調變差異

無線局域網絡在性能和能力上的差異，主要是取決于所采用的是FHSS還是DSSS來實現、以及所采用的調變方式。然而，調變方式的選擇并不完全是隨意的，像FHSS并不強求某種特定的調變方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK，但是，IEEE802.11草案規定要使用GFSK。至于DSSS則過使用可變相位調變(如：PSK、QPSK、DQPSK)，可以得到最高的可靠性以及表現高數據速率性能。

在抗噪聲能力卜方面，采用QPSK調變方式的DSSS與采用FSK調變方式的FHSS相比，可以發現這兩種不同技術的無線局域網絡各自擁有的優勢。FHSS系統之所以選用FSK調變方式的原因是因為FHSS和FSK內在架構的簡單性，FSK無線訊號可使用非線性功率放大器，但這卻犧牲了作用范圍和抗噪聲能力。而DSSS系統需要稍為貴一些的線性放大器，但卻可以獲得更多的回饋。

四、DSSSVSFHSS之優劣

截至目前，若以現有的產品參數詳加比較，可以看出DSSS技術在需要最佳可靠性的應用中具有較佳的優勢，而FHSS技術在需要低成本的應用中較占優勢。雖然我們可以在網際網絡內看到各家廠商各說各話，但真正需要注意的是廠商在DSSS和FHSS展頻技術的選擇，必須要審慎端視產品在市場的定位而定，因為它可以解決無線局域網絡的傳輸能力及特性，包括：抗干擾能力、使用距離范圍、頻寬大小、及傳輸資料的大小。

一般而言，DSSS由于采用全頻帶傳送資料，速度較快，未來可開發出更高傳輸頻率的潛力也較大。DSSS技術適用于固定環境中、或對傳輸品質要求較高的應用，因此，無線廠房、無線醫院、網絡社區、分校連網等應用，大都采用DSSS無線技術產品。FHSS則大都使用于需快速移動的端點，如行動電話在無線傳輸技術部分即是采用FHSS技術；且因FHSS傳輸范圍較小，所以往往在相同的傳輸環境下，所需要的FHSS技術設備要比DSSS技術設備多，在整體價格上，可能也會比較高。以目前企業需求來說，高速移動端點應用較少，而大多較注重傳輸速率、及傳輸的穩定性，所以未來無線網絡產品發展應會以DSSS技術為主流。





消費者選購無線局域網絡時需要特別注意下列的特性，以決定自己合適的產品，包括：



◎涵蓋范圍；

◎傳輸率；

◎受Multipath影響程度；

◎提供資料整合程度；

◎和有線的基礎設施之間的互操性；

◎和其它無線的基礎設施之間的互操性；

◎抗干擾程度；

◎簡單、易操作；

◎保密能力；

◎低成本；

◎電流消耗情況。



IEEE802.11之相關信息

因應無線局域網絡的強烈需求，美國的國際電子電機學會于1990年11月召開了802.11委員會，開始制定無線局域網絡標準。

承襲IEEE802系列，802.11規范了無線局域網絡的介質存取控制(MediumAccessControl；MAC)層及實體(Physical；PHY)層。此較特別的是由于實際無線傳輸的方式不同，IEEE802.11在統一的MAC層下面規范了各種不同的實體層，以因應目前的情況及未來的技術發展。目前802.11中制訂了三種介質的實體，為了未來技術的擴充性，也都提供了多重速率(MulitipleRates)的功能。這三個實體分別是：

一、2.4GHzDirectSequenceSpreadSpectrum

速率1Mbps時用DBPSK調變(DifferenceByPhaseShiftKeying)

速率2Mbps時用DQPSK調變(DifferenceQuarterPhaseShiftKeying)

接收敏感度–80dbm

用長度11的Barker碼當展頻PN碼

二、2.4GHzFrequencyHoppingSpreadSpectrum

速率1Mbps時用2-levelGFSK調變，接收敏感度–80dbm,

速率2Mbps時用4-levelGFSK調變，接收敏感度–75dbm,

每秒跳2.5個hops

HoppingSequence在歐美有22組，在日本有4組

三、DiffusedIR

速率1Mbps時用16ppm調變，接收敏感度2×10-5mW/平方公分

速率2Mbps時用4ppm調變，接收敏感度8×10-5mW/平方公分

波長850nm~950nm

其中前兩種在2.4GHz的射頻方式是依據ISM頻段以展頻技術可做不須授權使用的規定，這個頻段的使用在全世界包含美國、歐洲、日本及臺灣等主要國家都有開放。第三項的紅外線由于目前使用上沒有任何管制(除了安全上的規范)，因此也是自由使用的。

IEEE802.11MAC的基本存取方式稱為CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)，與以太網絡所用的CSMA/CD(CollisionDetection)變成了碰撞防止(CollisionAvoidance)，這一字之差是很大的。因為在無線傳輸中感測載波及碰撞偵測都是不可靠的，感測載波有困難。另外通常無線電波經天線送出去時，自己是無法監視到的，因此碰撞偵測實質上也做不到。在802.11中感測載波是由兩種方式來達成，第一是實際去聽是否有電波在傳，及加上優先權的觀念。另一個是虛擬的感測載波，告知大家待會有多久的時間我們要傳東西，以防止碰撞。



無線局域網絡之產品簡介

AccessPoint
一般俗稱為網絡橋接器，顧名思義即是當作傳統的有線局域網絡與無線局域網絡之橋梁，因此任何一臺裝有無線網卡之PC均可透過AP去分享有線局域網絡甚至廣域網絡之資源。除此之外，AP本身又兼具有網管之功能，可針對接有無線網絡卡之PC作必要之控管。

WirelessLANCard
一般稱為無線網絡卡，其與傳統之Ethernet網絡卡的差別是在于前者之資料傳送乃是藉由無線電波，而后者則是透過一般的網絡線。

目前無線網絡卡的規格大致可分成2M,5M,11M,三種，而其適用之界面可分為PCMCIA,ISA,PCI三種界面。

Antenna

一般稱為天線，此天線與一般電視，火腿族，大哥大所用之天線不同，其原因乃是因為頻率不同所致，WLAN所用之頻率為較高2.4GHz之頻段。

天線之功能乃是將source之信號，藉由天線本身的特性而傳送至遠處，至于能傳多遠，一般除了考慮source的outputpower強度之外，其另一重要因素乃是天線本身之dBi值，即俗稱的增益值，dB值愈高，相對所能傳達之距離也更遠。通常每增加8dB則相對之距離可增至原距離的一半。

一般天線有所謂指向性(Uni-direction)與全向性(Omni-direction)兩種，前者較適合于長距離使用，而后者則較適合區域性之應用。



產品Q&A

Q1：何謂無線網絡?

ANS：一般來講，所謂無線，顧名思義就是利用無線電波來作為資料的傳導，而就應用層面來講，它與有線網絡的用途完全相似，兩者最大不同的地方是在于傳輸資料的媒介不同。除此之外，正因它是無線，因此無論是在硬件架設或使用之機動性均比有線網絡要優勢許多。



Q2：無線網絡與有線網絡相較之下，有那些優點?

ANS：就使用上它的機動性，便利性，是有線網絡所不及，就成本上，它可省下一筆可觀的布線費用，修改裝潢費用，基本上使用的空間較為彈性許多。



Q3：無線網絡對人體是否有所影響?

ANS：因無線網絡的發射功率較一般的大哥大手機要微弱許多，無線網絡發射功率約60~70mW，而大哥大手機發射功率約200mW左右，而且使用的方式亦非像手機一般直接接觸于人體，因此較無安全上之考量。



Q4：若要架構一個無線網絡，其最基本之配備需要有那些?

ANS：一般架設無線網絡的基本配備就是一片無線網絡卡及一臺橋接器(AP)，如此便能以無線的模式，配合既有的有線架構來分享網絡資源。



Q5：無線網絡就使用是否會被干擾或影響其它設備運作?

ANS：基本上無線網絡所使用之頻段是屬于ISM2.4GHz的高頻率范圍，就日常生活，或辦公室等等所用之電器設備是不會相互干擾，因頻率差異甚多，而且無線網絡本身共有12個信道可供調整，自然干擾的現象就不必擔心。



Q6：何謂ISM頻段?

ANS：ISM(IndustrialScientificMedical)Band，此頻段(2.4~2.4835GHz)主要是開放給工業，科學、醫學，三個主要機構使用，該頻段是依據美國聯邦通訊委員會(FCC)所定義出來，屬于FreeLicense，并沒有所謂使用授權的限制。



Q7：何謂展頻(SpreadSpectrum)?

ANS：展頻技術主要又分為「跳頻技術」及「直接序列」兩種方式。而此兩種技術是在第二次世界大戰中軍隊所使用的技術，其目的是希望在惡劣的戰爭環境中，依然能保持通信信號的穩定性及保密性。對于一個非特定的接受器，SpreadSpectrum所產生的跳動訊號對它而言，只算是脈沖噪聲。因此對整體而言是一種較具安全性的通訊技術。



Q8：何謂跳頻(Frequency-HoppingSpreadSpectrum)?

ANS：跳頻技術(Frequency-HoppingSpreadSpectrum；FHSS)在同步、且同時的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對于一個非特定的接受器，FHSS所產生的跳動訊號對它而言，只算是脈沖噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設計來規避噪聲或One-to-Many的非重復的頻道，并且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求，使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔(DwellTime)為400ms。



Q9：何謂直接序列展頻(DirectSequenceSpreadSpectrum)?

ANS：直接序列展頻技術(DirectSequenceSpreadSpectrum；DSSS)是將原來的訊號「1」或「0」，利用10個以上的chips來代表「1」或「0」位，使得原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率。而每個bit使用多少個chips稱做Spreadingchips，一個較高的Spreadingchips可以增加抗噪聲干擾，而一個較低SpreadingRation可以增加用戶的使用人數。

基本上，在DSSS的SpreadingRation是相當少的，例如在幾乎所有2.4GHz的無線局域網絡產品所使用的SpreadingRation皆少于20。而在IEEE802.11的標準內，其SpreadingRation只有11，但FCC的規定是必須大于10，而實驗中，最佳的SpreadingRation大約在100左右。



Q10：無線網絡所能含蓋的范圍有多廣?

ANS：一般無線網絡所能含蓋的范圍應視環境的開放與否而定，若不加外接天線而言，在視野所及之處約250M，若屬半開放性空間，有隔間之區域，則約35~50M左右，當然若加上外接天線，則距離可達更遠，此關系到天線本身之增益而定，因此需視客戶之需求而加以規劃之。



Q11：無線網絡于使用之過程其保密性為何?

ANS：基本上GEMPLEX之無線網絡技術采DSSS系統，本身就具有防竊聽之功能，另外再加上資料加密功能(WEP40bits)的雙重防護下，因此其安全性是相當周全。



Q13：何謂橋接器(AccessPoint)?

ANS：AccessPoint，一般俗稱為網絡橋接器，顧名思義即是當作傳統的有線局域網絡與無線局域網絡之橋梁，因此任何一臺裝有無線網卡之PC均可透過AP去分享有線局域網絡甚至廣域網絡之資源。除此之外，AP本身又兼具有網管之功能，可針對接有無線網絡卡之PC作必要之控管。



Q14：AccessPoint在使用上可同時支持多少工作站?

ANS：理論上是可以支持到一個CLASSC，但為了讓工作站本身有足夠之頻寬可利用，一般建議一臺AP約支持20~30左右之工作站為最佳狀態。



Q15：何謂漫游(Roaming)功能?

ANS：如同大哥大一般，可漫游在不同的基地臺之間，無線網絡工作站亦可漫游在不同的AP之間，只要AP群的ESSID定義一樣，則自然無線網絡工作站可自由的漫游于無線電波所能含蓋之區域。



Q16：若無線網絡之設備架設于室外，其如何防止雷擊?

ANS：基本上無線網絡可配置避雷器之設備，此設備可選購裝設于無線網絡設備上，以利外來之突波造成系統損壞。



Q17：何謂AccessControl?

ANS：基本上每張無線網卡上都有一組獨一無二的硬件地址，即所謂的MACaddress，經由AccessControltable可定義某些卡可登入此AP，某些卡被拒絕登入，如此便能達到控管的機制，可避免非相關人員隨意登入網絡，竊取資源。



Q18：何謂ASBF?

ANS：ASBF(AutomaticScaleBackFunctionality)，此項功能是GemplexAP特有之功能，保證WLAN始終處于最佳的聯機品質，除此之外，并提供支持多重廠商的無線網卡，但其網卡必須是符合IEEE802.11之規范而設計。



Q19：何謂PowerManagement?

ANS：由于Notebook使用約2小時左右后便必須充電，若又同時使用其它外圍設備，則必定更加耗電，因此此項功能乃在于有效的管理無線網絡卡所消耗之電量，換句話說，它能適時控制當有DATAsendingorreceiving時，是處于”Wakeupstatus”，反之則處于powerdownmode。



Q20：天線所使用之導線的長度是否有影響傳輸品質?

ANS：一般來講，天線所使用之導線的長度，材質，阻抗匹配，均會對訊號造成某程度之影響，而最明顯的就是增益衰減。通常以20feet之長度而言就會讓訊號衰減約1.2dBi左右，而平均每衰減8dBi就會讓原傳輸之距離約縮減一半，因此導線之長度與品質在無線產品的應用上是不容忽視的。



Q21：架設指向性天線時，是否有工具可提供指示，讓訊號品質達到最佳化?

ANS：Gemplex之Bridge本身有提供一套軟件聯機品質校正程序，其中是以圖形曲線的方式呈現于屏幕上，使用者可明顯看出該訊號目前強弱之狀況，而加以調整天線的位置，已達最佳狀態。



Q22:何謂Ad-hoc?

ANS:構成一種特殊的無線網絡應用模式，一群計算機接上無線網絡卡，即可相互連接，資源共享，無需透過AccessPoint.



Q23:何謂Infrastructure?

ANS:一種整合有線與無線局域網絡架構的應用模式，透過此種架構模式，即可達成網絡資源的共享，此應用需透過AccessPoint.



Q24:何謂BSS?

ANS:一種特殊的Ad-hocLAN的應用，稱為BasicServiceSet(BSS)，一群計算機設定相同的BSS名稱，即可自成一個group，而此BSS名稱，即所謂BSSID。



Q25:何謂ESS?

ANS:一種infrastructure的應用，一個或多個以上的BSS，即可被定義成一個ExtendedServiceSet(ESS)，使用者可于ESS上roaming及存取BSSs中的任何資料，其中AccessPoints必須設定相同的ESSID及channel才能允許roaming.



Q26:何謂SNMP?

ANS:“SimpleNetworkManagementProtocol“，一種網管的通信協議，透過SNMP的軟件可以連接至可支持SNMP的裝置并可收集該裝置所有的信息并做其它整合性的應用，GemplexWirelessLANproduct就有support此功能。



Q27:何謂WEP?

ANS:“WiredEquivalentProtection“，一種將資料加密的處理方式，WEP40bits的encryption乃是IEEE802.11的標準規范。透過WEP的處理便可讓我們的資料于傳輸中更加安全。



無線局域網絡之應用

大樓之間



大樓之間建構網絡的連結，取代專線，簡單又便宜。



餐飲及零售



餐飲服務業可使用無線局域網絡產品，直接從餐桌即可輸入并傳送客人點菜內容至廚房、柜臺。零售商促銷時，可使用無線局域網絡產品設置臨時收銀柜臺。



醫療



使用附無線局域網絡產品的手提式計算機取得實時信息，醫護人員可藉此避免對傷患救治的遲延、不必要的紙上作業、單據循環的遲延及誤診等，而提升對傷患照顧的品質。



企業



當企業內的員工使用無線局域網絡產品時，不管他們在辦公室的任何一個角落，有無線局域網絡產品，就能隨意地發電子郵件、分享檔案及上網絡瀏覽。



倉儲管理



一般倉儲人員的盤點事宜，透過無線網絡的應用，能立即將最新的資料輸入計算機倉儲系統。



貨柜集散場



一般貨柜集散場的橋式起重車，可于調動貨柜時，將實時信息傳回office，以利相關作業之逐行。



監視系統



一般位于遠方且需受監控現場之場所，由于布線之困難，可藉由無線網絡將遠方之影像傳回主控站。



展示會場



諸如一般的電子展，計算機展，由于網絡需求極高，而且布線又會讓會場顯得凌亂，因此若能使用無線網絡，則是再好不過的選擇。

DSSSvsFHSS




DSSS
FHSS

展頻特性
將原信號“1”或“0”利用10個以上的chips代表“1”或“0”，使得原來較高功率，較窄頻率變成具有較寬頻的低功率。
同步，同時接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號。對于一個非特定的reveiver，FHSS所產生的跳動訊號對它而言，只能算是脈沖噪聲而已。



調變差異
PSK，DBPSK，DQPSK
GFSK



抗噪聲能力
DSSS之DQPSK調變方式是采線性放大器組成，其作用范圍和抗噪聲能力效果佳。
FHSS之FSK調變方式架構簡單，采非線性功率放大器組成

。



差異性
HighSpeed

LongDistance

EasyIntegration

適用于較固定環境中使用

作用范圍較大
LowSpeed

ShortRange

CarrierDataVoice

BetterSecurity






DSSS與FHSS之取決端視產品在市場定位而定，因為它可以解決無線局域網絡的傳輸能力及特性，包括抗干擾能力，使用距離范圍，頻寬大小及傳輸資料的大小。DSSS技術適用于固定環境中，或對傳輸品質要求較高的應用，因此，無線廠房，無線醫院，網絡社區，大都采用DSSS無線技術產品。而FHSS則大都使用于需快速移動的端點，如行動電話，其無線傳輸的技術部份即采用FHSS展頻技術。

無線網絡技術比較表



Item
Specification
WirelessLAN

802.11
HOMERF

1.09
BLUETOOTH

ApplicationHighspeedwirelessdatanetworking(longdistance)
Wirelesscommunicationinhome&SOHO
Wirelesscommunicationinshortrange

Technology
FHSS,DSSS
FHSS
FHSS

Frequency
RF2.4GHz
RF2.4GHz
RF2.4GHz

Power
+18dbm
+18dbm
+18dbm

Datarate
11Mbps
11Mbps
1Mbps

Distance
150M
50M
10M

Transmission
DSSS:Data

FHSS:Data&Voice
Data&Voice
Data&Voice

Specification
IEEE
HomeRFgroup
BluetoothSIG

Interface
USB,ISA,PCI,PCMCIA
N/A
Module

Mainstructure
MAC,RF,Baseband
MAC,RF,Baseband
RF,Baseband,HCI,Lingmanager

Power

consumption
250mA
100mA
40mA

Cost
High
Middle
Low

原文轉自：http://www.kjueaiud.com