→無線網路介紹
近年來,由於網路服務的多樣化和行動計算需求的普及,無線通訊漸漸在現代科技生活中扮演重要的角色。現有無線通訊網路中,除了商業性服務的長距離無線電信系統 (如 GSM,GPRS) [1, 2, 8] 以外,還有運作於 2.4 GHz ISM 頻段 (The Industrial, Scientific, and Medical band; The ISM band) 的短距離無線通訊網路。後者又可概分為無線區域網路 (Wireless Local Area Network; WLAN) 和無線個人網路 (Wireless Personal Area Networking; WPAN) 兩類 [8] 。其中 WLAN 系統以 IEEE 802.11 為代表 [3, 5, 6, 7] ,實體層傳輸技術主要是直接序列展頻 (Direct-Sequence Spread Spectrum) , Medium Access Control (MCA) 層協定以 CSMA/CA 為基礎,多應用在網際網路的無線擷取服務。另外 WPAN 則以 Bluetooth [4] 為代表,以跳頻展頻 (Frequency Hopping Spread Spectrum) 為實體層傳輸技術,以取代近距離同質/異質性週邊的纜線連接為主要目的,亦可藉由跨越 Bluetooth 配備週邊,擷取遠距離的資料及語音服務,一群 Bluetooth 裝置亦可形成無線隨意網路 (Ad hoc networks) ,彼此互相進行通訊。
802.11
目前電腦市場上常見的無線網路產品,多為依照 802.11 規格所製作;「 802.11 」是由通稱 IEEE 的美國電子電機工程師協會 (the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 所制訂,專用於無線產品的頻寬與速率等規格規範。其特性如下:
Physical Layer
802.11 之實體層使用 2.4GB 頻帶,其包含 Fequency Hopping 與 Direct Sequence 兩種展頻技術
FHSS
跳頻技術 (Frequency Hopping Spread Spectrum) 在同步與同時的情況下,接受兩端以特定形式的窄頻載波來傳送訊號,對於一個非特定的接收器, FHSS 所產生的跳動訊號對他而言,只是脈衝雜訊。 FHSS 所展開的訊號可以特別設計來規避雜訊或一對多的非重複頻道,並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,跳頻至下一個頻率的最大時間間隔 (Dwell Time) 為 400 ms 。
DSSS
直接序列展頻技術 (Direct Sequence Spread Spectrum) 是將原來的訊號「 1 」或「 0 」,利用 10 個以上的 chips 來代表「 1 」或「 0 」位元,使的原來的高功率、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 Spreading chips ,一個較高的 Spreading chips 可以增加抗雜訊干擾,較低的 Spreading chips 可以增加使用者的人數。
MAC Layer
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 係為類似 Ethernet 的標準 CSMA/CD ,差別在於乙太網路是利用碰撞偵測的方式,而無線電波傳送過程中要偵測到碰撞是非常困難的,所以採取碰撞避免的方式。本技術是先去偵測工作頻帶中的電磁波能量,若超過基準值,則判定頻道被佔用,亦即傳送端在傳送之前必須先偵測頻道上是否正被使用,如果沒有則傳輸將進行。假如頻道上已有信號正在傳遞,那麼傳送端將會隨機短暫等待再重新傳送,這個等待時間叫作「 backoff 」,然而 backoff 時間並不保證碰撞不會發生,為了避免因碰撞及干擾造成遺漏,接收端成功接收訊框後會立刻回傳確認信號,當傳送端未收到確認信號,傳送端將等待 backoff 時間再重送訊框。
傳輸速度與最高功率限制
2006 年 1 月, IEEE 發佈 802.11n 1.0 版草案,最大傳輸速度一舉提升至 600Mbps 。由於無限區域網路所使用頻率屬於公用頻率,不須 FCC 機構認可,因此為避免互相干擾,最高功率限制為 1W 。
電源管理
無線區域網路設備皆很輕巧並使用電池進行供電,因此電源管理顯得有其必要,不動作時進入睡眠狀態,必要時即可喚醒,不會影響網路連線。
CTS/RTS
此機制為了解決 hidden terminal problem ,假設 Station A 與 Station B 同時傳送封包給 Access Point ,當 Station A 要送封包時先送 RTS 給 Access Point , Access Point 收到之後,馬上送出 CTS 給其他要傳送資料給他的人,其他人即停止傳送封包給 Access Point 。
Bluetooth
目前唯一可以跟 802.11 爭鋒的無線技術,就是也在日漸茁壯的藍芽技術 (Bluetooth) ;與 802.11 相比,藍芽的傳輸距離短,傳輸速度慢,藍芽的傳輸距離是 10 公尺 ,速度只有每秒 1 Mega Bits 。不過藍芽跟 802.11 的市場是不同的,目前也無法取代彼此, Wi-Fi 的目的是要讓多部電腦可以同時無線上網,而藍芽的最初發展是用來取代周邊連接線的無線規格,例如印表機跟電腦之間的無線傳輸。目前藍芽應用的最大市場,第一是手機,第二是電腦周邊,如印表機;而手機的市場中,最重要的應用就是藍芽耳機,還有因應市場愈來愈大的手機內建相機所衍生的藍芽傳輸。藍芽的發展是以周邊傳輸為主,相對地安全性非常弱,所以藍芽並不適合用於機密性高的無線傳輸應用。其實,以目前無線應用市場而言,拜手機蓬勃發展的市場所賜,藍芽的設備遠多於 802.11 ,但是藍芽的發展僅侷限於周邊,將來的應用可能不會像 Wi-Fi 那樣複雜。