无线局域网简介 - 全文

　　无线局域网：
　　无线局域网络(Wireless Local Area Networks； WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频(Radio Frequency； RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到「信息随身化、便利走天下」的理想境界。

　　为何使用无线局域网络
　　对于局域网络管理主要工作之一，对于铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作，很容易令人烦躁，也不容易在短时间内找出断线所在。再者，由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业网络必须配合重新布局，需要重新安装网络线路，虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的成本很高，尤其是老旧的大楼，配线工程费用就更高了。因此，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。

     什么情形需要无线局域网络
　　无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的，下列情形可能须要无线局域网络
　　◆ 无固定工作场所的使用者
　　◆ 有线局域网络架设受环境限制
　　◆ 作为有线局域网络的备用系统
　　无线局域网络存取技术

　　目前厂商在设计无线局域网络产品时，有相当多种存取设计方式，大致可分为三大类：窄频微波(Narrowband Microwave)技术、展频(Spread Spectrum)技术、及红外线(Infrared)技术，每种技术皆有其优缺点、限制、及比较，接下来是这些技术方法的详细探讨。

      展频技术
　　展频技术的无线局域网络产品是依据FCC(Federal Communications Committee；美国联邦通讯委员会)规定的ISM(Industrial Scientific, and Medical)，频率范围开放在902M~928MHz及2.4G~2.484GHz两个频段，所以并没有所谓使用授权的限制。展频技术主要又分为「跳频技术」及「直接序列」两种方式。而此两种技术是在第二次世界大战中军队所使用的技术，其目的是希望在恶劣的战争环境中，依然能保持通信信号的稳定性及保密性。

　　一、 跳频技术 (FHSS)
　　跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。

　　二、 直接序列展频技术 (DSSS)
　　直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips，一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰，而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。

　　基本上，在DSSS的Spreading Ration是相当少的，例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE802.11的标准内，其Spreading Ration大约在100左右。

　　三、 FHSS VS DSSS调变差异
　　无线局域网络在性能和能力上的差异，主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调变方式。然而，调变方式的选择并不完全是随意的，像FHSS并不强求某种特定的调变方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK，但是，IEEE 802.11草案规定要使用GFSK。至于DSSS则过使用可变相位调变 (如：PSK、QPSK、DQPSK)，可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。
　　在抗噪声能力卜方面，采用QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相比，可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。FHSS系统之所以选用FSK调变方式的原因是因为FHSS和FSK内在架构的简单性，FSK无线讯号可使用非线性功率放大器，但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器，但却可以获得更多的回馈。

　　四、 DSSS VS FHSS之优劣
　　截至目前，若以现有的产品参数详加比较，可以看出DSSS技术在需要最佳可靠性的应用中具有较佳的优势，而FHSS技术在需要低成本的应用中较占优势。虽然我们可以在网际网络内看到各家厂商各说各话，但真正需要注意的是厂商在DSSS和FHSS展频技术的选择，必须要审慎端视产品在市场的定位而定，因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性，包括：抗干扰能力、使用距离范围、频宽大小、及传输资料的大小。

　　一般而言，DSSS由于采用全频带传送资料，速度较快，未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用，因此，无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用，大都采用DSSS无线技术产品。FHSS则大都使用于需快速移动的端点，如行动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术；且因FHSS传输范围较小，所以往往在相同的传输环境下，所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，在整体价格上，可能也会比较高。以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率、及传输的稳定性，所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。

　　消费者选购无线局域网络时需要特别注意下列的特性，以决定自己合适的产品，包括：
　　◎ 涵盖范围；
　　◎ 传输率；
　　◎ 受Multipath影响程度；
　　◎ 提供资料整合程度；
　　◎ 和有线的基础设施之间的互操性；
　　◎ 和其它无线的基础设施之间的互操性；
　　◎ 抗干扰程度；
　　◎ 简单、易操作；
　　◎ 保密能力；
　　◎ 低成本；
　　◎ 电流消耗情况。

　　IEEE 802.11之相关信息

　　因应无线局域网络的强烈需求，美国的国际电子电机学会于1990年11月召开了802.11委员会，开始制定无线局域网络标准。
　　承袭IEEE802系列，802.11规范了无线局域网络的介质存取控制 (Medium Access Control ； MAC)层及实体 (Physical ；PHY)层。此较特别的是由于实际无线传输的方式不同，IEEE802.11在统一的 MAC层下面规范了各种不同的实体层，以因应目前的情况及未来的技术发展。目前802.11中制订了三种介质的实体，为了未来技术的扩充性，也都提供了多重速率 (Mulitiple Rates)的功能。

这三个实体分别是：
　　一、2.4GHz Direct Sequence Spread Spectrum
　　速率1Mbps时用DBPSK调变 (Difference By Phase Shift Keying)
　　速率2Mbps 时用DQPSK调变 (Difference Quarter Phase Shift Keying)
　　接收敏感度 –80dbm
　　用长度11的Barker码当展频PN码
　　二、2.4GHz Frequency Hopping Spread Spectrum
　　速率1Mbps时用 2-level GFSK调变，接收敏感度 –80dbm,
　　速率2Mbps时用4-level GFSK调变，接收敏感度 –75dbm,
　　每秒跳2.5个 hops
　　Hopping Sequence在欧美有22组，在日本有4组
　　三、Diffused IR
　　速率1Mbps时用16ppm调变，接收敏感度2 ×10-5mW/平方公分
　　速率2Mbps时用4ppm调变，接收敏感度8 ×10-5mW/平方公分
　　波长850nm~950nm

　　其中前两种在2.4GHz的射频方式是依据ISM频段以展频技术可做不须授权使用的规定，这个频段的使用在全世界包含美国、欧洲、日本及中国***等主要国家都有开放。第三项的红外线由于目前使用上没有任何管制(除了安全上的规范)，因此也是自由使用的。

　　IEEE 802.11 MAC的基本存取方式称为 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)，与以太网络所用的CSMA/CD (Collision Detection)变成了碰撞防止(Collision Avoidance)，这一字之差是很大的。因为在无线传输中感测载波及碰撞侦测都是不可靠的，感测载波有困难。另外通常无线电波经天线送出去时，自己是无法监视到的，因此碰撞侦测实质上也做不到。在802.11中感测载波是由两种方式来达成，第一是实际去听是否有电波在传，及加上优先权的观念。另一个是虚拟的感测载波，告知大家待会有多久的时间我们要传东西，以防止碰撞。

　　无线局域网络之产品简介
　　Access Point
　　一般俗称为网络桥接器，顾名思义即是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之桥梁，因此任何一台装有无线网卡之PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络之资源。除此之外，AP本身又兼具有网管之功能，可针对接有无线网络卡之PC作必要之控管。

　　Wireless LAN Card
　　一般称为无线网络卡，其与传统之Ethernet网络卡的差别是在于前者之资料传送乃是藉由无线电波，而后者则是透过一般的网络线。
　　目前无线网络卡的规格大致可分成2M, 5M, 11M,三种，而其适用之界面可分为PCMCIA, ISA, PCI三种界面。

　　Antenna
　　一般称为天线，此天线与一般电视，火腿族，大哥大所用之天线不同，其原因乃是因为频率不同所致，WLAN所用之频率为较高2.4GHz之频段。

　　天线之功能乃是将source之信号，藉由天线本身的特性而传送至远处，至于能传多远，一般除了考虑source的output power强度之外，其另一重要因素乃是天线本身之dBi值，即俗称的增益值，dB值愈高，相对所能传达之距离也更远。通常每增加8dB则相对之距离可增至原距离的一半。
　　一般天线有所谓指向性(Uni-direction)与全向性(Omni-direction)两种，前者较适合于长距离使用，而后者则较适合区域性之应用。

　　产品Q & A
　　Q1：何谓无线网络?
　　ANS：一般来讲，所谓无线，顾名思义就是利用无线电波来作为资料