无线局域网络简介

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~928MHz2.4G~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)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DSSSSpreading 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:PSKQPSKDQPSK),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FHSSFSK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DSSSFHSS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;

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199011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11Barker码当展频PN

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 hops

Hopping Sequence在欧美有22组,在日本有4

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、日本及台湾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sourceoutput 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的传导,而就应用层面来讲,它与有线网络的用途完全相似,两者最大不同的地方是在于传输资料的媒介不同。除此之外,正因它是无线,因此无论是在硬件架设或使用之机动性均比有线网络要优势许多。

 

Q2:无线网络与有线网络相较之下,有那些优点?

ANS:就使用上它的机动性,便利性,是有线网络所不及,就成本上,它可省下一笔可观的布线费用,修改装潢费用,基本上使用的空间较为弹性许多。

 

Q3:无线网络对人体是否有所影响?

ANS:因无线网络的发射功率较一般的大哥大手机要微弱许多,无线网络发射功率约60~70mW,而大哥大手机发射功率约200mW左右,而且使用的方式亦非像手机一般直接接触于人体,因此较无安全上之考量。

 

Q4:若要架构一个无线网络,其最基本之配备需要有那些?

ANS:一般架设无线网络的基本配备就是一片无线网络卡及一台桥接器(AP),如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源。

 

Q5:无线网络就使用是否会被干扰或影响其它设备运作?

ANS:基本上无线网络所使用之频段是属于ISM 2.4GHz的高频率范围,就日常生活,或办公室等等所用之电器设备是不会相互干扰,因频率差异甚多,而且无线网络本身共有12个信道可供调整,自然干扰的现象就不必担心。

 

Q6:何谓ISM频段?

ANSISM(Industrial Scientific Medical) Band,此频段( 2.4~2.4835GHz)主要是开放给工业,科学、医学,三个主要机构使用,该频段是依据美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来,属于Free License,并没有所谓使用授权的限制。

 

Q7:何谓展频 (Spread Spectrum)?

ANS: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。对于一个非特定的接受器,Spread Spectrum所产生的跳动讯号对它而言,只算是脉冲噪声。因此对整体而言是一种较具安全性的通讯技术。

 

Q8:何谓跳频(Frequency-Hopping Spread Spectrum)?

ANS:跳频技术 (Frequency-Hopping Spread SpectrumFHSS)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,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)400ms

 

Q9:何谓直接序列展频(Direct Sequence Spread Spectrum)?

ANS: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DSSSSpreading 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IEEE 802.11的标准内,其Spreading Ration只有11,但FCC的规定是必须大于10,而实验中,最佳的Spreading Ration大约在100左右。

 

Q10:无线网络所能含盖的范围有多广?

ANS:一般无线网络所能含盖的范围应视环境的开放与否而定,若不加外接天线而言,在视野所及之处约250M,若属半开放性空间,有隔间之区域,则约35~50M左右,当然若加上外接天线,则距离可达更远,此关系到天线本身之增益而定,因此需视客户之需求而加以规划之。

 

Q11:无线网络于使用之过程其保密性为何?

ANS:基本上GEMPLEX之无线网络技术采DSSS系统,本身就具有防窃听之功能,另外再加上资料加密功能(WEP40bits)的双重防护下,因此其安全性是相当周全。

 

Q13:何谓桥接器(Access Point)?

ANSAccess 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。

 

Q14Access Point在使用上可同时支持多少工作站?

ANS:理论上是可以支持到一个CLASS C,但为了让工作站本身有足够之频宽可利用,一般建议一台AP约支持20~30左右之工作站为最佳状态。

 

Q15:何谓漫游(Roaming)功能?

ANS:如同大哥大一般,可漫游在不同的基地台之间,无线网络工作站亦可漫游在不同的AP之间,只要AP群的ESSID定义一样,则自然无线网络工作站可自由的漫游于无线电波所能含盖之区域。

 

Q16:若无线网络之设备架设于室外,其如何防止雷击?

ANS:基本上无线网络可配置避雷器之设备,此设备可选购装设于无线网络设备上,以利外来之突波造成系统损坏。

 

Q17:何谓Access Control?

ANS:基本上每张无线网卡上都有一组独一无二的硬件地址,即所谓的MAC address,经由Access Control table可定义某些卡可登入此AP,某些卡被拒绝登入,如此便能达到控管的机制,可避免非相关人员随意登入网络,窃取资源。

 

Q18:何谓ASBF?

ANSASBF(Automatic Scale Back Functionality),此项功能是Gemplex AP特有之功能,保证WLAN始终处于最佳的联机品质,除此之外,并提供支持多重厂商的无线网卡,但其网卡必须是符合IEEE 802.11之规范而设计。

 

Q19:何谓Power Management?

ANS:由于Notebook使用约2小时左右后便必须充电,若又同时使用其它外围设备,则必定更加耗电,因此此项功能乃在于有效的管理无线网络卡所消耗之电量,换句话说,它能适时控制当有DATA sending or receiving时,是处于”Wake up status”,反之则处于power down mode

 

Q20:天线所使用之导线的长度是否有影响传输品质?

ANS:一般来讲,天线所使用之导线的长度,材质,阻抗匹配,均会对讯号造成某程度之影响,而最明显的就是增益衰减。通常以20 feet之长度而言就会让讯号衰减约1.2dBi左右,而平均每衰减8dBi就会让原传输之距离约缩减一半,因此导线之长度与品质在无线产品的应用上是不容忽视的。

 

Q21:架设指向性天线时,是否有工具可提供指示,让讯号品质达到最佳化?

ANSGemplexBridge本身有提供一套软件联机品质校正程序,其中是以图形曲线的方式呈现于屏幕上,使用者可明显看出该讯号目前强弱之状况,而加以调整天线的位置,已达最佳状态。

 

Q22 : 何谓 Ad-hoc ?

ANS : 构成一种特殊的无线网络应用模式,一群计算机接上无线网络卡,即可相互连接,资源共享,无需透过Access Point.

 

Q23 : 何谓 Infrastructure ?

ANS : 一种整合有线与无线局域网络架构的应用模式,透过此种架构模式,即可达成网络资源的共享,此应用需透过Access Point.

 

Q24 : 何谓 BSS ?

ANS : 一种特殊的Ad-hoc LAN的应用,称为Basic Service Set (BSS),一群计算机设定相同的BSS名称,即可自成一个group,而此BSS名称,即所谓BSSID

 

Q25 : 何谓 ESS ?

ANS : 一种infrastructure的应用,一个或多个以上的BSS,即可被定义成一个Extended Service Set ( ESS ),使用者可于ESSroaming及存取BSSs中的任何资料,其中Access Points必须设定相同的ESSIDchannel才能允许roaming.

 

Q26 : 何谓 SNMP ?

ANS : “ Simple Network Management Protocol “,一种网管的通信协议,透过SNMP的软件可以连接至可支持SNMP的装置并可收集该装置所有的信息并做其它整合性的应用,Gemplex Wireless LAN product 就有support此功能。

 

Q27 : 何谓 WEP ?

ANS : “ Wired Equivalent Protection “,一种将资料加密的处理方式,WEP 40bitsencryption 乃是IEEE 802.11的标准规范。透过WEP的处理便可让我们的资料于传输中更加安全。

 

无线局域网络之应用

大楼之间

 

大楼之间建构网络的连结,取代专线,简单又便宜。

 

餐饮及零售

 

餐饮服务业可使用无线局域网络产品,直接从餐桌即可输入并传送客人点菜内容至厨房、柜台。零售商促销时,可使用无线局域网络产品设置临时收银柜台。

 

医疗

 

使用附无线局域网络产品的手提式计算机取得实时信息,医护人员可藉此避免对伤患救治的迟延、不必要的纸上作业、单据循环的迟延及误诊等,而提升对伤患照顾的品质。

 

企业

 

当企业内的员工使用无线局域网络产品时,不管他们在办公室的任何一个角落,有无线局域网络产品,就能随意地发电子邮件、分享档案及上网络浏览。

 

仓储管理

 

一般仓储人员的盘点事宜,透过无线网络的应用,能立即将最新的资料输入计算机仓储系统。

 

货柜集散场

 

一般货柜集散场的桥式起重车,可于调动货柜时,将实时信息传回office,以利相关作业之逐行。

 

监视系统

 

一般位于远方且需受监控现场之场所,由于布线之困难,可藉由无线网络将远方之影像传回主控站。

 

展示会场

 

诸如一般的电子展,计算机展,由于网络需求极高,而且布线又会让会场显得凌乱,因此若能使用无线网络,则是再好不过的选择。

DSSS  vs  FHSS

 

 

DSSS

FHSS

将原信号 “1” “0” 利用10个以上的chips代表“1” “0”,使得原来较高功率,较窄频率变成具有较宽频的低功率。

同步,同时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reveiverFHSS所产生的跳动讯号对它而言,只能算是脉冲噪声而已。

 

PSKDBPSKDQPSK

GFSK

 

DSSSDQPSK调变方式是采 线性放大器组成,其作用范围和抗噪声能力效果佳。

FHSSFSK调变方式架构简单,采非线性功率放大器组成

 

High Speed

Long Distance

Easy Integration

适用于较固定环境中使用

作用范围较大

Low Speed

Short Range

Carrier Data Voice

Better Security

 

 

DSSS FHSS 之取决端视产品在市场定位而定,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。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,大都采用DSSS无线技术产品。而FHSS则大都使用于需快速移动的端点,如行动电话,其无线传输的技术部份即采用FHSS展频技术。

无线网络技术比较表

 

Item

Specification

Wireless LAN

802.11

HOME RF

1.09

BLUETOOTH

Application

High speed wireless data networking(long distance)

Wireless communication in home & SOHO

Wireless communication in short range

Technology

FHSS,DSSS

FHSS

FHSS

Frequency

RF 2.4GHz

RF 2.4GHz

RF 2.4GHz

Power

+18dbm

+18dbm

+18dbm

Data rate

11Mbps

11Mbps

1Mbps

Distance

150M

50M

10M

Transmission

DSSS: Data

FHSS: Data & Voice

Data & Voice

Data & Voice

Specification

IEEE

Home RF group

Bluetooth SIG

Interface

USB,ISA,PCI,PCMCIA

N/A

Module

Main structure

MAC,RF,Baseband

MAC,RF,Baseband

RF,Baseband,HCI,Ling manager

Power

consumption

250mA

100mA

40mA

Cost

High

Middle

Low