1、第 7 章,無線網路,2,本章提要,7-1 無線傳輸技術介紹7-2 IEEE 802.117-3 802.11b 往日最普及的無線區域網路規格7-4 802.11a 與 802.11g 雙雄爭霸7-5 藍芽技術 (Bluetooth)7-6 802.16 WiMAX7-7 GSM & GPRS7-8 WAP,3,前言,無線網路應可細分為兩個部分來探討：第 1 個部分是負責電腦與電腦間的資料分享, 也就是取代或與原有的乙太網路搭配使用；第 2 個部分則是讓個人數位設備與電腦溝通, 取代傳統的有線傳輸方式。前者指的就是無線區域網路 (Wireless Local Area Network, WLA
2、N), 後者最具代表性的就是手機上網,也就是無線通訊 (Wireless Communication)。,4,7-1 無線傳輸技術介紹,所謂無線網路就是以電磁波為傳輸媒介, 來建立實體的網路連線。若再依電磁波的屬性進一步細分, 則可分為紅外線 (Infrared, IR) 、雷射 (Laser)、窄頻微波(Narrowband Microwave)、802.11 無線區域網路、HomeRF 以及藍芽(Bluetooth) 等多項技術, 當然, 行動電話也是利用無線電磁波來傳輸資料, 這部分我們在 7- 7 節再說明。,5,7-1-1 以較高頻電磁波為傳輸媒介,不管是紅外線或雷射, 因為是利用較
3、高頻電磁波做為傳輸媒介, 所以都必須受限於較高頻電磁波的特性。在無線網路的應用上, 紅外線或雷射最令人注意的特性有兩點：無法穿透大多數的障礙物, 就算穿透了也會出現折射和散射的情況。行進路徑必須為直線, 不過這點可以透過折射及散射的方式解決。,6,紅外線,紅外線傳輸標準是在 1993 年由 IrDA 協會 (Infrared Data Association) 所制定, 其目的是為了建立互通性佳、低成本、低耗能的資料傳輸解決方案, 目前幾乎所有筆記型電腦都配備有紅外線通訊埠。紅外線傳輸有 3 種模式：直接式紅外線連接 (Direct-Beam IR, DB/IR)散射式紅外線連接 (Diffu
4、se IR, DF/IR)全向性紅外線連接 (Omnidirectional IR, Omni/IR),7,紅外線,直接式紅外線連接 (Direct-Beam IR, DB/IR)將兩個要建立連線的紅外線通訊埠面對面, 之間不能有阻隔物, 即可建立連線。想當然爾, 這道連線是絕對安全的, 不需要擔心傳送資料中途被遠方的人截取,不過適用範圍也就非常小囉！,8,紅外線,散射式紅外線連接 (Diffuse IR, DF/IR)散射式的連接方式不需要讓紅外線通訊埠面對面, 只要是在同一個封閉的空間內,彼此即能建立連線, 不過很容易受到空間內其他干擾源的影響, 導致資料傳輸失敗, 甚至無法建立連線。,9
5、,紅外線,全向性紅外線連接 (Omnidirectional IR, Omni/IR)全向性連接則是擷取直接式和散射式二者之長, 利用一個散射式的紅外線基地台(Base Station, BS) 為中繼站, 將各裝置的紅外線通訊埠指向基地台, 彼此便能夠建立連線。,10,紅外線,11,紅外線受限的因素,傳輸距離太短紅外線資料傳輸是以點對點的方式進行, 傳輸距離約在 1.5 公尺之內, 但是一個區域網路中, 不可能每個端點都在 1.5 公尺的範圍內緊緊相鄰, 光是這點就讓紅外線傳輸在無線區域網路中的應用, 蒙上一層陰影。,12,紅外線受限的因素,易受阻隔當我們用紅外線建立連線之後, 只要有任何障
6、礙物遮蔽到紅外線, 連線就會中斷, 若中斷超過一定時間, 則此次連線就會失敗。由於紅外線的穿透率非常差, 就算兩個紅外線通訊埠之間僅相隔一本雜誌, 通常還是無法建立連線, 而在架設區域網路時, 跨越障礙物是稀鬆平常的事, 所以紅外線易受阻隔的特性, 實在不適合做為區域網路的主要傳輸媒體。,13,一定要把紅外線通訊埠面對面嗎？,從紅外線通訊埠所射出的紅外線, 會以圓錐形向外散出。而要建立連線, 則必需讓電腦所射出的紅外線可以被對方電腦的紅外線通訊埠收到, 所以兩台電腦要建立連線時, 就必需面對面放置。大致以通訊埠為中心, 左右偏移15 度的範圍之內皆可接受, 如下圖：,14,一定要把紅外線通訊埠
7、面對面嗎？,15,雷射,雷射屬較高頻率電磁波傳送技術, 其無線網路的連接模式只有直接式連接一種。因為雷射是將光集成一道光束, 再射向目的地, 途中幾乎不會產生散射現象, 在需要安全的連線環境中, 是一個極佳的選擇。通常在空曠或擁有制高點的地方, 而且不願意或不能挖掘路面、埋設管線時, 最適合用雷射來建立兩個區域網路間連結的通道：,16,雷射,17,雷射,上圖需要連線的兩棟大樓被海所隔, 若大費周章的沿著週邊道路埋設管線, 不僅成本高, 且維護不易, 因此採用雷射便是一個很好的方式。下圖當辦公室分處馬路的兩側時, 若要使用電纜或光纖連線, 則勢必要挖馬路埋設線路, 但是馬路不是說挖就能挖, 因此
8、改採用雷射建立連線, 會是比較適合的方式 (需考慮天候變化對雷射傳輸的干擾)。,18,雷射,19,7-1-2 以較低頻電磁波為傳輸媒介,目前大部分的無線網路都是採用較低頻電磁波為傳輸媒介, 這是因為較低頻電磁波的穿透力強, 且是全方位傳輸, 不侷限於特定方向, 和較高頻電磁波傳輸相較之下, 較低頻電磁波傳輸特別適合用在區域網路。當使用者不願意負擔佈線和維護線路的成本, 而其環境又有許多障礙物時, 採用較低頻電磁波的無線網路是唯一的解決方案！,20,以較低頻電磁波為傳輸媒介,不管在任何地區, 無線電磁波頻帶都是一項寶貴的資產, 也都受到特別的管制, 因此無線網路所採用的無線電磁波頻率大多設定在
9、2.4 GHz 公用頻帶, 以避免相關的法律問題。因為是公用頻帶, 包括工業、科學與醫學的許多設備, 都會將無線電磁波頻率設在這個頻帶內 (例如：微波爐), 因此大多透過展頻技術 配合調變技術發送訊號, 以避免訊號互相干擾。,21,以較低頻電磁波為傳輸媒介,目前大部分的無線網路, 都採用源自於軍方的展頻 (Spread Spectrum) 技術來發送訊號, 因為這種技術的保密能力與抗干擾能力都很強, 所以在民間也受到廣泛的應用。以較低頻電磁波做為傳輸媒介的技術有窄頻微波、802.11 無線區域網路、Bluetooth 等等, 我們先簡介窄頻微波。,22,公用頻帶只有 2.4 GHz 嗎？,事實
10、上, 整個無線電頻譜有許多頻帶是屬於公用頻帶, 依用途不同而有所區別, 同時每個國家所開放的公用頻帶範圍和數量也不一定相同。像 2.4 GHz (2.40002.4835 GHz) 頻帶原本是規劃給工業、科學及醫療 (Industrial, Scientific and Medical, ISM) 領域免申請即可使用, 但後來也開放給所有使用無線電磁波的設備使用, 而且幾乎全世界都開放使用, 所以無線網路設備也大多採用 2.4 GHz 頻帶為主要傳輸頻率。,23,公用頻帶只有 2.4 GHz 嗎？,在台灣, 屬於 ISM 頻帶的公用頻帶還有 40.66 MHz (40.66 40.70 MHz
11、)、5.8 GHz (5.7255.875GHz)等。,24,7-1-3 窄頻微波,微波和雷射類似, 一樣可提供點對點的遠距離無線連結, 應用方式也類似。微波也容易受到外在因素的干擾, 例如：雷雨天氣或受鄰近頻道的串音 (Crosstalk)干擾。微波頻帶介於 3 30 GHz 之間, 而為了節省頻寬和避免串音的干擾, 因此微波設備通常都不使用公用頻帶, 而且以非常窄的頻寬來傳輸訊號。,25,窄頻微波,這種窄頻微波的頻寬只剛好能將訊號塞進去而已, 如此不但可以大幅減少頻帶的耗用, 也可以減輕串音干擾的問題。事實上也有廠商嘗試開發使用公用頻帶的微波產品, 不過如同前面所提, 微波很容易受到串音的
12、干擾, 而在公用頻帶內, 有太多的無線電產品會發出電波, 就算是用了窄頻的技術, 無可避免還是會被其他訊號干擾到, 導致傳輸品質不良。,26,窄頻微波,目前的微波系統除了頻帶的問題之外, 另一個大問題是沒有統一的標準。這是個很嚴重的問題, 因為沒有統一的標準, 所以各家廠商所生產的產品無法互通。一旦採用了某一家的微波設備後, 後續的採購就必定要買相同廠牌的產品, 否則不能互相通訊。若是想換別的廠牌, 就必須將整套設備全部更新。這點比頻帶問題更直接的影響到微波系統網路的普及。,27,7-2 IEEE 802.11,IEEE 802.11 最早由 IEEE 在 1997 年 6 月正式發表, 此文
13、件定義無線網路在實體層(Physical Layer) 與鏈結層 (Data Link Layer) 所使用的標準。在實體層規範了 3 種傳輸技術：直接序列展頻 (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)跳頻式展頻 (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)紅外線 (Infrared, IR),28,7-2 IEEE 802.11,7-2-1 直接序列展頻7-2-2 跳頻式展頻7-2-3 802.11 的網路架構,29,何謂展頻？,展頻 (Spread Spectrum) 是專為無線傳輸所量身訂做的技術。一樣是以基頻與
14、寬頻傳輸技術為基礎, 但無線傳輸技術則多了訊號容易受到干擾與攔截的不利之處。為了改善無線傳輸的這兩項缺點, 便有人想出透過多個傳輸頻率來傳遞資料的傳輸方式, 一方面讓攔截動作更加困難, 另一方面降低雜訊干擾的影響, 這樣的運作概念也就催生出展頻 (Spread Spectrum) 傳輸技術。,30,何謂展頻？,為了使訊號更能抵禦雜訊的干擾, 在展頻傳輸模式下, 發送端要傳出資料之前, 會在資料中加入錯誤修正碼 (Error Correction Code, ECC), 讓傳輸更為可靠。目前常見的展頻技術有直接序列展頻與跳頻式展頻2 種。,31,7-2-1 直接序列展頻,直接序列展頻是將每個窄頻
15、寬、高能量的位元訊號 (0 與 1) 與展頻碼 (Spreading Code) 做運算, 將原本訊號延展為數倍頻寬, 並將訊號能量降低到低於背景雜訊 (Background Noise), 再把訊號傳送出去：,32,直接序列展頻,33,直接序列展頻,當接收端收到訊號時, 會用同樣的展頻碼再做一次運算, 將訊號還原成所需的資料：,34,直接序列展頻,直接序列展頻在傳輸訊號的過程中, 會在 2.4GHz 頻帶中, 選擇一些連續的頻帶, 並將展頻後的資料在這些頻帶上傳送出去：,35,直接序列展頻,直接序列展頻實際使用的頻帶, 依國別而異：,36,直接序列展頻,802.11 定義的直接序列展頻技術可
16、使用不同調變技術以提供 2 種速率：1 Mbps：採用 DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) 調變技術。2 Mbps：採用 DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) 調變技術。,37,7-2-2 跳頻式展頻,跳頻式展頻會先將要傳送的資料分割成許多區塊, 並將連續的頻帶, 切割為多個小頻帶, 每次依序傳送區塊時, 會隨機選擇要把封包放到哪個頻帶：,38,跳頻式展頻,這種跳頻式的傳輸方式, 無形中也降低了被竊聽的風險。因為每傳送一段資料後, 下一次要用那一個頻道傳送, 只有接收端才會
17、知道, 外界根本無從得知。至於為什麼會叫做展頻, 這是因為雖然將整個頻帶切割成許多的小頻道, 不斷在其間跳躍傳送資料, 但是其跳躍速度極快, 而且頻道很密集, 感覺上好像是使用整個頻帶的頻寬, 所以也稱之為展頻。,39,跳頻式展頻,跳頻式展頻所使用的調變技術為 GFSK (Gaussian Frequency Shift Key), 基本頻寬是 1 Mbps, 最高為 2 Mbps。此外跳頻式展頻遠比直接序列展頻有較高的容錯能力。這是因為就算傳送資料的過程中, 被外在因素所干擾, 也只會造成某個小頻道無法傳送資料, 發送端只要針對被干擾的部分重送即可。,40,7-2-3 802.11 的網路架
18、構,802.11 規範 2 種無線網路架構：Infrastructure 與 Ad Hoc。Infrastructure 架構的特徵是用到了 AP (Access Point, 俗稱基地台或存取點)。AP 有 2 個主要的功能：將收到的無線訊號再生, 然後轉送出去, 補償訊號的功率不足, 延長傳輸的距離。,41,802.11 的網路架構,42,802.11 的網路架構,擔任無線網路與有線網路的橋樑, 透過 AP 可以將無線網路與乙太網路連接起來。,43,802.11 的網路架構,44,802.11 的網路架構,至於 Ad Hoc 網路架構如下圖所示：,45,802.11 的網路架構,此架構的特
19、徵為不使用 AP, 每台電腦使用各自的無線網路卡互傳資料, 例如多台筆記型電腦彼此利用 PCMCIA 無線網路卡相連, 就成為一個 Ad Hoc 架構的無線網路。,46,7-3 802.11b 往日最普及 的無線區域網路規格,由於 802.11 規格所支援的最高傳輸速率僅有 2 Mbps, 遠低於大眾的期待, 因此市場接受度很低。802.11 工作小組隨後在 1999 年推出加強火力的802.11b規格, 終於獲得各廠商的青睞, 也帶動了 WLAN(Wireless LAN, 無線區域網路) 的蓬勃發展。,47,7-3-1 802.11b 的改進,802.11b 的正式名稱為Higher-Sp
20、eed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band, 此名稱隱含的意義為 802.11b 只是擴充 802.11 實體層的功能, 至於其它部分仍然沿用 802.11 的規格。大體而言, 802.11b 做了以下較重要的修改：,48,802.11b 的改進,引進 CCK 調變技術802.11b 實體層使用 DSSS 展頻, 而且採用 CCK(Complementary Code Keying)調變技術。CCK 在調變時並非使用固定的展頻碼, 而是根據所要傳送的訊號,使用不同的展頻碼, 以表現更多種的資料組合, 因此能提升資料傳輸速率。,49,802.1
21、1b 的改進,使用短前置訊號和表頭模式802.11 實體層在傳送資料時, 會加上前置訊號(Preamble) 與表頭 (Header)。前者主要用來使接收端和發送端能同步；後者則用來記錄封包長度、協調速率、偵錯等等。但是, 前置訊號與表頭都只能以 1 Mbps 的速率傳送, 成為拖垮效率的瓶頸。,50,802.11b 的改進,因此 802.11b 改用短前置訊號與表頭模式 (Short PreambleAnd Header Mode), 將前置訊號的長度從 144 Bits 縮短為 72 Bits, 並將表頭的傳輸速率由 1 Mbps 提升為 2 Mbps。如此一來使得傳送前置訊號和表頭的時間
22、縮減為原本的一半, 相對地提高資料的傳送效率。,51,802.11b 的改進,52,802.11b 的改進,對使用者而言, 上述措施所導致最明顯的進步, 便是傳輸速率涵蓋 1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps 和 11 Mbps 4 種。最高傳輸速率已經接近了 10 Base 乙太網路的水準, 因此逐漸被大眾所接受。,53,802.11b 的改進,另一方面, 由電腦軟硬體製造廠商、網路設備製造商、消費性電子產品製造商共同組成 WECA (Wireless Ethernet Compatability Alliance) 聯盟, 執行各家產品的相容性認證, 該認證標準稱為 Wi-Fi (
23、Wireless Fidelity)。凡是通過 Wi-Fi 認證的產品, 表示完全遵循 802.11 組織制定的規格, 所以彼此之間一定可以互通, 不會有不相容的問題。,54,802.11b 的改進,55,在台灣網路市場, 國內外廠商競相推出 802.11b 的無線網路卡與 AP, 而且功能愈來愈強、價格愈來愈低。一台 AP 加一張無線網路卡的價格從 1 萬餘元降到 3、4 千元。有些 ISP 甚至推出半買半送等優惠方案, 將無線上網市場炒得火熱。,7-3-2 802.11b 的後續發展,56,802.11b 的後續發展,此外, 公共場所的無線上網建置工作, 亦如火如荼地展開, 在松山機場、中
24、正機場、連鎖咖啡店、世貿展覽場等等地點, 都已經提供無線上網服務。至於收費方式與限制, 請瀏覽下列廠商的網站：,57,802.11b 的後續發展,根據業者估計, 全球使用 802.11b 網路設備的用戶數量約在 15003000 萬戶。毫無疑問地, 802.11b 已經成為無線區域網路裡普及率最高的標準之。,58,7-3-3 802.11b 的風光不再,在 2003 年 802.11b 的頭號勁敵 HomeRF 正式宣布退出戰局, 不再推出新規格。而藍芽 (Bluetooth) 技術在價格、傳輸速率和普及率方面, 都難以威脅 802.11b, 因此 802.11b 穩居W LAN 市場盟主寶座
25、。,59,802.11b 的風光不再,但是在它的背後, 同門師兄弟 802.11a 及 802.11g 正急起直追。這兩位師兄弟都擁有更高的傳輸速率、更安全的加密技術, 一旦產品量產上市、價格平民化之後,必定奪下 WLAN 市場的王位。許多廠商便已經在 2004 年將生產重心轉移到 802.11a 或 802.11g, 關於這兩種規格, 我們在下一節會再詳述。,60,7-4 802.11a 與 802.11g雙雄爭霸,在 802.11b 產品逐漸普及之後, 它僅僅 11Mbps 的傳輸速率很快地成為眾人詬病的焦點, 於是廠商積極尋找更高速的後續產品。其中 802.11a 和 802.11g 是
26、最被看好的候選人, 兩者都有 54Mbps 傳輸速率的實力, 究竟是誰勝出, 且看本節的介紹。,61,7-4-1 802.11a,802.11a 的全名為High Speed Physical layer in The 5GHz Band。和802.11b 同樣地, 802.11a 也只是擴充 802.11 實體層的功能, 其它部分則沿用 802.11 的規格。但是由於實體層有極大的變異, 導致 802.11a 和 802.11b 彼此無法相容。,62,802.11a 的特點,802.11a 與 802.11b 雖然系出同門 (都是 802.11 委員會旗下的小組所制定),但是兩者的內容卻大相
27、逕庭, 大眾較為熟悉的莫過於以下兩點：使用 5 GHz 頻帶最大傳輸速率為 54 Mbps,63,使用 5 GHz 頻帶,由於微波爐、無線電話、藍芽裝置和 802.11b 等等都使用 2.4 GHz 頻帶, 使得該頻帶顯得很擁擠, 時常會出現彼此互相干擾的狀況。因此 802.11a 捨棄 2.4 GHz 頻帶不用, 改用 5 GHz 頻帶。更精確地說, 它使用 5.155.25 GHz、5.255.35 GHz 與 5.7255.825 GHz 三段頻帶, 每一段頻帶有 4 個 20MHz 的頻帶可供使用, 因此 802.11a 總共有 12 個可用頻帶。,64,使用 5 GHz 頻帶,5 G
28、Hz 頻帶又稱為 UNII ( Unlicensed National Information Infrastructure) Band,在美國與台灣均開放免申請即可使用, 但是有些國家則列為管制頻帶。不使用 2.4 GHz 頻帶所造成的負面影響, 便是 802.11a 與 802.11b 彼此不相容。,65,使用 5 GHz 頻帶,換言之, 802.11a 設備與 802.11b 設備彼此不能溝通。因此消費者在購買網路設備時, 若要與 802.11b 網路連接, 那麼千萬不要考慮 802.11a, 否則會架設成一國兩制的無線區域網路。,66,最大傳輸速率為 54 Mbps,除了使用不同的頻帶
29、之外, 802.11a 的另一大變革, 是將最大傳輸速率提升到 54Mbps, 而其中的幕後功臣正是 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交分頻多工) 技術。,67,最大傳輸速率為 54 Mbps,OFDM 的工作原理是將頻帶切割成多個子頻帶 (Subchannel, 又稱 Subcarrier), 然後在這些子頻帶同時傳送訊號, 使訊號一整排地並列送出。而且這些訊號彼此互為正交(Orthogonal), 不會互相干擾, 因此能提升傳輸速率。 802.11a將20 Mhz 頻帶切割成 52 個 300KHz 的子頻帶, 其中 4
30、8 個用在傳輸資料訊號, 4個用來傳輸控制訊號。,68,最大傳輸速率為 54 Mbps,OFDM 技術再搭配 BPSK 、QPSK 、QAM 三種調變技術, 使得 802.11a 有6、9、12、18、24、36、48、54 Mbps 等 8 種傳輸速率。但是只有 6、12、24 是強制 (Mandatory) 規格, 也就是所有的 802.11a 設備都必須提供這3 種傳輸速率。至於其它的傳輸速率, 則由廠商自行決定是否要支援。,69,802.11a 的後續發展,國內的智邦 (Accton)科技早在 2002 年 6 月已經推出 802.11a 產品, 包括AP 和無線網路卡。這組產品的最大
31、通訊距離為 500公尺，可提供 6、9、12、18、24、36、48、54 Mbps 等 8 資料傳輸速率。倘若啟用 Turbo 模式, 更可以飆漲到 72 Mbps, 但是 Turbo 模式並不符合 802.11a 規格, 所以僅限於智邦的產品適用。,70,802.11a 的後續發展,然而市場上對於 802.11a 產品的接受度並不高, 主要原因為：產品價格昂貴：與 802.11b 的產品相比, 802.11a 產品的價格偏高, 若要整個企業全面採用, 所需的預算通常會讓老闆猶豫再三。與 802.11b 不相容：由於 802.11a 與 802.11b 不相容, 但是 802.11b 畢竟占
32、有絕大多數的市場, 想要消費者忍痛放棄它實屬不易, 因此 802.11a 僅能吸引尚未架設無線區域網路的用戶。,71,802.11a 的後續發展,為了解決上述問題, 網路晶片組廠商一方面將多個晶片整合到 1、2 個晶片, 以降低晶片組成本, 連帶降低產品價格；另一方面開發適用於 802.11a 和 802.11g 雙規格的雙頻晶片, 以便使產品的適用範圍更廣。,72,7-4-2 802.11g,市面上, 許多人將 802.11g 視為 802.11b 的火力加強版。因為前者與後者相容, 但是具有更高的傳輸速率。所以 802.11g 的出現, 彷彿宣告了 802.11b 時代即將走入歷史, 猶如
33、當年 100 Mbps 乙太網路卡取代 10 Mbps 乙太網路卡一般。,73,802.11g 的特點,IEEE 在 2003 年 6 月終於在大家的期盼下通過 802.11g 的標準規格, 其中最引人注意的莫過於以下兩項特點：使用 2.4 GHz 頻帶：因為 802.11b 也用 2.4 Ghz 頻帶, 這意味著 802.11b 產品能相容於 802.11g。換言之, 802.11g 產品與 802.11b 產品能建立連線, 所以很適合用來將現有的 802.11g 網路逐步升級。,74,802.11g 的特點,最大傳輸速率為 54 Mbps：早期礙於美國聯邦通訊委員會 (FCC,Federa
34、l Communication Committee) 的法規限制, 在 2.4 Ghz 不得使用 OFDM 技術。直到解除此禁令後, 802.11g 便採用 OFDM 技術, 將傳輸速率提升到 54 Mbps。,75,802.11g 的後續發展,802.11g 擁有 802.11a 的最高傳輸速率, 又能和 802.11b 相容, 可說是兼具兩派之優點, 因此被許多人視為無線區域網路的明日之星。在 802.11g 的標準規格定案之後, 各家廠商均卯足全力生產 802.11g 的產品, 在 2004 年推出的 WLAN 產品幾乎都是 802.11g 的天下, 搶盡了 802.11b 的鋒頭。這種
35、現象導致802.11g 產品的價格降低、普及率提升。,76,802.11g 的後續發展,隨著 802.11g 產品的價格持續下降, 下滑到與 802.11b產品僅有幾百元的價差, 也就將 802.11b 淘汰出局了。筆記型電腦廠商也都紛紛向 802.11g 靠攏。以 Intel 主打的 Centrino 晶片組為例, 也已經研發出第 2 代產品, 將內建的 802.11b 網路功能提升為 802.11g。因此, 在一致看好的情形下, 802.11g 也就成了無線區域網路的新主流。,77,7-5 藍芽技術 (Bluetooth),藍芽技術的出現要回溯到易利信在 1994 年的一個專案。這個專案的
36、目的是希望研發一項技術, 使手機能和一組無線耳機連線, 讓使用者不必再被電線所限制。1998 年 5 月, 包括主要競爭對手 Nokia 和 Intel、IBM 及 Toshiba 等重量級廠商, 共同組成藍芽同好協會 (Bluetooth SIG, Bluetooth Special Interest Group),目標是為了制定一套短距離無線連接技術的標準, 這項標準就是藍芽。,78,7-5-1 藍芽是什麼？,簡言之, 藍芽就是一種同時可用於電信和電腦的無線傳輸技術。Bluetooth SIG 在制定藍芽技術時, 希望他是屬於短距離、低功率、低成本, 且運用無線電波來傳輸的技術, 透過這個
37、標準, 將所有資訊設備互相連通, 例如：一隻藍芽手機,在家裡可以變成無線電話, 甚至當選台器, 而且還能當做 PDA (Personal Digital Assistant, 個人數位助理) 來用。聽起來很神奇, 但事實上, 這就是藍芽技術的目的。,79,藍芽的功用,藍芽技術同時具備語音和數據通訊的能力, 最高傳輸速率達 1 Mbps, 他的應用範圍很廣：語音及數據資料的即時傳輸藍芽可以傳輸語音資料, 也能傳輸數據資料, 因此使用者可以透過藍芽技術, 在筆記型電腦或 PDA 上, 以無線的方式上網及收發電子郵件。,80,藍芽的功用,取代有形線路藍芽技術是一種短距離 (10 公尺內) 無線傳輸的
38、介面, 若加上頻率放大器則可延伸到 100 公尺, 因此只要電腦、鍵盤、印表機、手機、傳真機、電視、電話等等電氣設備都裝設有藍芽晶片, 那透過藍芽的無線通訊技術, 所有設備都能互相連通, 完全不需要再用線路連接, 徹底取代傳統線路連接的方式。,81,藍芽的功用,快速方便的網路連接兩個藍芽設備要建立連線, 只要是在傳輸的範圍之內, 經過簡單的認證作業, 便可以建立連線。我們以同樣是為了建立互通性佳、低成本、低耗能而設計的紅外線技術相比, 藍芽傳輸距離遠比紅外線的 1.5 公尺來的遠, 建立連線時又不用使通訊埠面對面, 可見藍芽的優勢所在。,82,藍芽的功用,3 合 1 電話這點就是前面有提過的,
39、 使用藍芽技術的手機, 在家可以當無線電話的分機, 出外又變成大哥大, 到了公司又成為電話分機, 還能當 PDA 用, 而且設定簡單又方便, 不但節省成本, 便利性也高。,83,7-5-2 藍芽技術的標準,藍芽傳輸的範圍最遠達 10 公尺, 若接上放大器則可達 100 公尺, 所使用為 2.4GHz 公用頻帶, 採用的無線傳輸技術是跳頻式展頻, 和 IEEE 802.11 雷同, 只不過其跳躍的頻率較高 (每秒 1600 次)。,84,藍芽技術的標準,一個藍芽網路 (Piconet) 總共可以有 8 個藍芽裝置, 其中一個是主控端 (Master),其他裝置則是用戶端 (Client), 同時
40、每一個藍芽裝置又可成為另一個藍芽網路的成員, 藉由此特性將藍芽網路無限的延伸出去, 形成一個大的藍芽區域網路。,85,藍芽技術的標準,曾經有人主張要將藍芽技術的傳輸範圍拉大到 100 公尺, 但是支持的廠商並不多, 主要是因為較短的距離所耗的功率較低, 同時抗干擾能力也較強。特別是藍芽所使用的是最擁擠的 2.4 GHz 頻帶, 該頻帶是一個開放的空間, 因此如何防止干擾並兼顧傳輸效率就非常重要, 藍芽技術對此問題有幾個解決方法：,86,藍芽技術的標準,採用高速跳頻 (每秒 1600 次) 和小封包傳送技術, 若是有封包在傳輸時遺失了,只需要將該部分重傳, 而且因為每個封包都很小, 重送不會對傳
41、輸速度有太大的影響。藉由錯誤控制的機制, 確保封包傳遞的正確性。,87,藍芽技術的標準,因為語音資料對於正確性的要求比較不高 (聽得到就行了), 因此語音傳輸時, 若有封包遺失, 並不會重送, 以避免延遲和因為重送所導致的其他雜訊。在傳輸數據資料時, 接受端會一一檢查封包的正確性, 若有錯誤則會要求發送端重送此封包, 以確保資料無誤。,88,7-5-3 頻寬惡霸,跳頻式展頻的特色就是高容錯能力, 因為當某個頻道被干擾時, 另外一個頻道可能沒有被干擾到, 因此遺失的封包可以透過未被干擾的頻道重送出去。同樣採用 2.4 GHz 的頻帶, 藍芽以高達每秒 1600 次的跳躍速度, 和其他跳躍速度較慢
42、的無線電波設備一起傳輸資料時, 會發生什麼情況？,89,頻寬惡霸,答案是其他設備會因為藍芽快速的跳頻, 而判斷每一個頻道都有干擾源, 因此將要傳送出去的每一個封包都丟棄掉！也就是說, 當藍芽開始發出無線電波時, 整個頻帶就像是被它霸佔了一樣。,90,頻寬惡霸,就算是利用直接序列展頻技術的 IEEE 802.11b 無線網路設備, 因為並非是用跳頻的方式傳送資料, 理論上應可防止藍芽的干擾, 但根據實際測試, 當 IEEE802.11b 的設備和藍芽設備鄰近時, 兩者的傳輸效能都會下降。,91,7-6 802.16 WiMAX,在 Wi-Fi 聯盟所主推的 802.11 系列無線區域網路產品正逐
43、漸成為業界的標準, 且越來越普及的同時, 業者也已開始著手推動下一波的 802.16 系列無線都會網路產品, 期望新產品能提供使用者更好的無線傳輸效能, 以及業者所期望的營收利潤。,92,7-6-1 無線傳輸的物理限制,無線電磁波依據其波振動頻率來區分, 由頻率低至頻率高依序可粗分為：無線電 (radio)、微波 (microwave)、紅外線 (infrared)、可見光 (visible)、紫外線(ultraviolet)、gamma. 輻射等。前面曾粗略地將市面上既有的無線傳輸技術分成：較低頻電磁波傳輸與較高頻電磁波, 其分界線是劃在微波與紅外線之間。之所以做這樣的劃分, 是因為較低頻率
44、電磁波較常應用在非定向傳輸上, 較高頻電磁波則較常應用在定向傳輸上。,93,無線傳輸的物理限制,目前 802.11 系列產品已成功地運用大多數國家所開放的電磁波頻段 (與法規所規範的發射功率), 來實現無線區域網路, 但是當用戶要求更快的傳輸速率、更方便的移動性、更遠的傳輸距離時, 現有的無線傳輸技術就面臨了技術上的瓶頸。,94,無線傳輸的物理限制,多數國家所開放的電磁波傳輸頻段占滿了, 那就想辦法透過政治運作, 要求政府釋出其他尚未開放民間使用的電磁波傳輸頻段, 並使用更先進的傳輸編碼方式；傳輸距離過短, 那就加大電磁波訊號的發射功率 (同樣可能得先修改相關電信法規)；傳輸距離延長雖然使得無
45、線傳訊的涵蓋範圍變大, 但卻也令眾人可用的總傳輸頻寬縮水, 那就以尚在實驗階段的智慧型定向天線來因應.。,95,7-6-2 WiMAX 的定位與未來發展,IEEE 的 802.16 標準, 就是基於上述這些技術突破點所制定出來的, 它使用共通的 MAC 控制層, 然後其下包容各種不同的實體層 (包括一些尚在實驗階段的傳輸技術)。802.11 無線設備會與藍芽無線設備互相干擾, 就在於兩者使用了重疊的電磁波頻段, 卻各自採用不相容的傳輸協定。而在 802.16 的大傘下,未來大家遵循同一套標準, 其好處就在於未來可以依據一致的標準來解決相容性的問題。,96,WiMAX 的定位與未來發展,然而 I
46、EEE 所發表的標準並不等於市場的接受度, 所以就在 802.11 系列產品逐漸成為無線區域網路主流之際, 由 Intel、富士通、Nokia. 等多家廠商所組成的 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 聯盟, 也就開始著手宣傳 802.16 的美好願景, 希望儘早將 802.16 標準拱成未來無線都會網路的主流。,97,WiMAX 的定位與未來發展,更快的傳輸速率 (70Mbps)、更遠的傳輸距離 (50 公里)、更高的安全性、更強的移動支援能力, 聽起來像是無線傳輸領域裡的新天地, 但仍有許多技術瓶頸尚待解決。電磁波
47、訊號的發射頻率越高, 其所能承載的傳輸頻寬也就越寬 (進而使傳輸速率更快), 但相形之下高頻訊號的傳輸距離也就越短。加大無線訊號的發射功率, 雖然可以提高傳輸距離, 但也讓眾人可以使用的總傳輸頻寬縮水。,98,WiMAX 的定位與未來發展,此時再導入智慧型定向天線 (在每個無線基地台的圓形涵蓋範圍裡切割出 6 個扇形區段, 讓基地台可以對分別位於這 6 個扇形區段裡的 6 位使用者傳送同頻率的無線訊號, 卻不會彼此互相干擾), 解決可服務用戶數縮水的問題。不提智慧型定向天線目前尚處於實驗階段, 要佔用更多的電磁波發射頻段並提高無線訊號發射功率, 也必須讓政府釋出更多的無線訊號發射頻段與功率限制
48、。,99,WiMAX 的定位與未來發展,而更高頻率且更強功率的電磁波訊號, 也必然會讓筆記型電腦的電池所能提供的使用時間大幅縮水 (如果在戶外上網的話), 並引起大眾對其產生健康方面的疑慮 (擔心高功率電磁波對人體健康會有不良的影響)。而定向傳輸技術本身也會使行動上網的困難度升高, 並衍生出種種應用上的限制。,100,WiMAX 的定位與未來發展,當然, 由於目前網路設備業者的主要營收項目還在 802.11 系列產品, 所以聯盟的現階段重點並不是將 802.16 拱成下一波的無線區域網路標準, 而是訴諸於傳輸距離更遠的市場區隔, 頗有跟固網業者既有 ADSL 有線寬頻技術與無線電信業者的 GP
49、RS 或 3G 技術相較量的意味。,101,WiMAX 的定位與未來發展,以美國為例, 除了高度發展的都市地區外, 其餘地區大多呈現出地廣人稀的狀態, 這時為了服務偏遠地區的使用者, 業者得花費相對較高的網路架設成本, 才能提供同等品質的 ADSL 或 3G 連線服務。在這個只提供較少數遠距用戶的寬頻連線市場裡, WiMax 就成了很適用的遠距寬頻連線技術。,102,WiMAX 的定位與未來發展,目前 WiMAX 有著如下表所示的各種實體層規格：,103,WiMAX 的定位與未來發展,未來 802.16 的各種實體層規格是否都能成為主流, 端視市場需求以及業者量產相關產品的能力 (也就是技術研發/改良能力) 而定。,104,7-7 GSM & GPRS,民國 86 年, 台灣開放 GSM 行動電話的經營執照, 分別由 5 家業者取得：遠傳電訊、台灣大哥大、和信電訊、東信電訊以及泛亞電訊。如同市場預測, 原本獨門獨戶經營的行動電話服務, 在開放經營執照後, 果然帶起國內行動電話的普及, 在短短的數月間, 國內行動電話的擁有率提昇了數倍之多。,
