无线知识——Wi-Fi的发展史

文章由LinuxBoy分享于2019-03-25 07:03:02热评（212）

无线知识——Wi-Fi的发展史

无线局域网wi-fi

广义而言，无线局域网络可归类为光束，高频无线电波两大种。经光作为传输媒介的无线网络时，两个端点必须在可以互相看得到的一直线，也就是所谓的LOS，中间若有阻隔则通讯就会停摆，相信拥有笔记本电脑的读者大多都能了解，毕竟IRDA红外线传输已大量内建于商用笔记本电脑及PDA等，有鉴于光束难以穿透大多障碍物，无线网络的应用开始朝着高频无线电波的方向走，包括窄带微波。由于源自军事应用的展频通讯具备高可靠性，高保密性而且不易受到干扰的特性。现在已蔚为主流。而wi-fi展频技术主要又分为直接序列展频DSSS，跳频展频两类。

802.11n是属于现在和未来的事物，今天，我们只谈历史。

1999年 802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。 2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。 802.11标准和补充。

802.11 ，1997年，原始标准(2Mbit/s 工作在2.4GHz)。

802.11a，1999年，物理层补充(54Mbit/s工作在5GHz) 。

802.11b，1999年，物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层(MAC) 桥接(MAC Layer Bridging) 。

802.11d，根据各国无线电规定做的调整。

802.11e ，对服务等级(Quality of Service, QS) 的支持。

802.11f，基站的互连性(Interoperability) 。

802.11g，物理层补充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11h，无线覆盖半径的调整，室内(indoor) 和室外(outdoor) 信道(5GHz频段) 。

802.11i，安全和鉴权(Authentification)方面的补充。

802.11n，导入多重输入输出 (MIMO) 技术，基本上是802.11a的延伸版。

除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE802.11b+的技术，通过PBCC技术(Packet Binary Convolutional Code) 在IEEE802.11b(2.4GHz频段) 基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术(产权属于美国德州仪器，Texas Instruments)。也有一些被称为802.11g+的技术,在IEEE802.11g的基础上提供108Mbit/s的传输速率,跟802.11b+一样,同样是非标准技术,由无线网络芯片生产商Atheros所提倡的则为SuperG。

IEEE wi-fi 802.11b

当今使用最广泛的莫过于操作于wi-fi IEEE802.B，这个协定于1999年被定案，以CCK通讯调变及IEEE802.11相容。其中DBPSK被用于1MBS的组态，而效率加倍的则用于2MPS。此外，有种当初为了与IEEE 802.11FHSS产品兼容所开发的PBCC，某些号称可达到的802.11B产品，即由此而来。

Wi-Fi的全称是Wireless Fidelity，又叫802.11b标准。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时与已有的各种802.11DSSS设备兼容。伴随着Intel公司提出的笔记本电脑芯片组—“迅驰”被越来越多的人认可，这一技术也逐渐成为了大家关注的话题。不过自2005年底开始，很多手机厂商，特别是以生产智能手机为主的品牌便开始将WiFi引入自己的产品当中。

各国对于2.4GHZ频段开放程度的不同，也因此为何在美国的WLAN信道选择的是从1到11，而欧州大多地区的信道选择可以人1到13。由于同一地区内使用的信道最好不要重迭，以相隔25MHZ以上避干扰，一般两个信道的数字差别在5以上，都可以视为没有互相干扰的频道。我们可以清楚地看到第1，6，11三个重迭的信道可同时同地使用。这就是为何最大带宽容量是用三去乘以11MBPS来计算。这对布建网络而言，是个非常重要的观念与技巧。

由于802.11B技术已相当成熟，在芯片设计业者与无线网络设备制造厂竞争下，价钱已经相当低廉，尽管数据实际吞吐量仅达3-5MBPS，但已足够一般人无线上网的基本需求，加上CPU大厂极力推展其迅驰的助益下，802.11B网卡已成大多新出厂的笔记本电脑或PDA内建选购的配备。

IEEE 802.11A

其实wi-fi IEEE 802.11A是与802.11B于1999年九月十六日同时推出的标准，该标准使用正交频分复用OFDM调变技术，理论上可达54MBPS高速设备传输。在实测上对数据的真正吐吞量可达到27MBPS上下，某些无线通讯芯片厂商运用其独家技术。可以将理论传输速率推至72MBPS，甚至用合并信道的方式，达到108MBPS。但在标准中，802.11A支持以下速率模式:6，9，12，18，24，36，48，54MBPS。

此外，802.11在UNII频段上通讯受到其它装置的干扰较小，加上非重迭信道的数量较多，每一阶段的UNII频段都可有各别四个非重迭信道可供增加带宽容量，困此802.11A不仅传输速率高而且稳定，对高密度负荷的使用环境，也是较为适当的。同一定点可建立高达八个非重迭信道的通讯，最大载容量高达432MBPS，相当适合企业内部办公室WLAN应用。

可惜的是wi-fi 802.11A的成本较为高昂，与使用2。4GHZ频段的802.11B互不兼容，且802.11A的PCMCIA网卡只能接受32BIT的数据接口带宽，支持5GHZ外接可拆换天线机种也较少见，在业界缺乏关爱的眼神下，单纯802.11A产品已多销声匿迹。现在市面上几乎只有2.4和5GHZ的双频机。当然，5GHZ产品最让人诟病的无非还是其较短通讯距离，与一般802.11B室内100至150英尺的通讯距离比起来，802.11A可能只有25至75英尺的通讯距离，而且wi-fi 5GHZ的无线电波对障碍物的穿透性较差，比起2.4GHZ的无线电波衰减来得快，只适合小区域的高速无线通讯，然而，对于想要局限无线电波涵盖范围的办公室应用而言，有些人认为802.11A的特点还有助于网络安全，不易受到建筑物外黑客的监听与侵入，至于这点看法就见仁见智了。

IEEE wi-fi 802.11G

由于使用802。11B的群众不在少数，但是其通讯速度实有更上一层楼的空间，因此融合了802。11特有的OFDM调变技术，与802。11B向下兼容性与2。4GHZ频率通讯距离的高速wi-fi IEEE802.11G标准于公元2003的夏天被定案。虽然说802。11G理论最大速率是54MBPS，一般实测结果大约介于20MBPS至25MBPS之间，较802.11A略低，但已比老旧的802。11B快了许多倍。比起讯号衰减剧烈的802.11A，802.11G可以在相同速率下达到更远的通讯距离。

事实上，wi-fi IEEE 802.11A 与wi-fi IEEE 802.11G相较之下也非是一无是处，例如802.11G的最大带宽容量受限于2.4GHZ仅有同时至多三个非重迭信道，也只能有54MBPS*3=162MBPS。在自由市场竞争下，wi-fi 802.11G会逐步成为主流，而已相当成熟的wi-fi 802.11B则能以廉价攻势抢攻低阶家庭市场，至于802.11A则会与802.11G结合成为高阶的产品，互补共荣。例如在办公室内，用wi-fi 802.11A的5GHZ频段串连各别的WLAN，同时以wi-fi 802.11B/G的2.4GHZ频段提供无线上网。在数字家庭的应用上，更可以利用受干扰较小的wi-fi 802.11A传输随选视讯VOD或作为其它多媒体影音传输之用，而wi-fi 802.11B/G亦可同时提供上网，两者相辅相成，应用方面充分发挥其组合的力量。

Wi-Fi标志

Wi-Fi官方机构标志

我们仅将焦点放在目前最广泛使用的WLAN，俗称WI-FI的的IEEE802.11技术。话说二次世界大战以来，无线通讯即蓬勃发展，然而大多应用在军事、学术研究与政俯机关，欠缺广泛的通讯标准。继广为采纳的IEEE802.3以太网络标准制订，在公元1997年，国际电子电机协会IEEE制订了所谓的IEEE802.11无线局域网络协定。在最早的IEEE802.11标准中，无线传输的方式包括了上述DSSS和FHSSS两种展频，以及经外线传输等共三种无线传输技术，数据传输速率高达1MBPS或2MBPS。

早期这些IEEE802.11产品非常昂贵，其中以AT&T WAVELAN最具代表性，由于1MBPS至2MBPS的通讯速率已不符合现今高速网络的需求，因此基本的IEEE802.11网络设备已不再生产。笔者不推荐各位去购买现在可能相当便宜的老旧802.11产品，还是可以运用在建筑物间点对点PTP无线传输,起码好处是不易受现今广为采用的DSSS无线网络所干扰。

为推广IEEE802.11应用、解决各家产品兼容性的问题，无线以太网络兼容性联盟WECA在这样的需求下被成立。大家耳熟能详的WI-FI认证标准，就是这个组织负责测试和颁发，若要确保兼容性无虑，建议还是采用获得WI-FI认证的WLAN产品。

与其谈起国际标准OSI，七层网络模型不切实际的陈腔滥调，不如以现在常用的TCP/IP通讯协议模型来看IEEE802。11无线网络协议。从最接近使用者的应用层，到时中间由网络操作系统负责的传输层、网络层、以致于底部接近硬件的数据链路层、物理层都是环坏相扣、

缺一不可。IEEE802.11及其相关衍生协议，则是座落于底部的第一与第二层，这样的好处是可以和其它原有的上层网络协议与应用程序兼容，简单地说，就是使用者本来在以太网络上执行的程序，不须为了更换为无线网络设备而重写，只要安装适当的驱动程序，就可以使用WLAN，享受无线上网的便利。

详细一点来解释，我们常用的网络应用例如：WWW、FTP、TELNET与电子邮件等，都是靠其底下的TCP/IP因特网通讯协议支撑。在传输层主要分TCP与UDP两种，前者是确保点对点间数据传输的可靠无误，最为广泛运用;而后者因为没有流量控制、也不在乎数据包的顺序，适合实时语音传输或视频通讯。在TCP或UDP底端的则是以IP为主的网络层，主要用来做寻址与数据包的传递旅行。再往底层探讨，我们会遇到控制最底部硬件的数据链路层，而这一层主要的任务就是用实体传输设备将数据帧传送出去，并将结果尽量无误的送回上面的网络层。因此数据链路层包含了以IEEE802。2标准为主的逻辑链路控制协议与控制共享媒体存取的协议，处理在无线广播网络中的秩序，排除传输媒介存取冲突的问题。事实上在一个无线广播网络中的秩序，排除传输媒介存取冲突的问题。

以wi-fi IEEE802.11为主的通讯协议，在数据链路层与物理层还有不少衍化出来的徒子徒孙，这些都是学术界与工业界为改善无线通讯品质、针对不同目标所制订出来的标准。事实上在一个无线局域网络中，每个网络实体的商务辨别是靠每张每张网络卡独一无二的MAC地址。除了本书探讨的IEEE802。11无线局域网络协议，常用IEEE802。14缆线调制解调器网络、以及俗称蓝牙的IEEE802。15无线个人网络WPAN都属于这个层级的网络通讯协议。每个802.11后面跟的字母代表一个研究对象，IEEE对不同的研究主题成了个别个的小团体，这其中又以802.11在通讯速度上已不敷使用，为了提升通讯速度以将妥善运用，IEEE于1999年进一步延伸了2.4GHZ频段的802.11B与5GHZ频段的802.11A，速度分别为11MBPS与54MBPS。由于2。4GAZ使用较为频繁，2003年夏天IEEE又为该频段制订了高达54MBPS的802.11G 标准。

论述至此，在进一步了解802.11A，802。11B或802。11G前，我们必须先从无线电波操作频率的观点来看其划分，联邦通讯总署FCC乃美国管理通讯频段与法规的机关，他们限制了无线通讯的操作频率，尤其以应用于工业，科学与医疗的所谓的频段最广为WLAN使用。由于不需要特殊的执照才能操作，ISM频段包含了以900MHZ，2。4GHZ与5。8GHZ三个为主频率划分，广泛用于家用wi-fi及商用无线wi-fi系统，想必家里有安装wi-fi无线电话的读者必然不陌生。

900MHZ的ISM频段几乎没有受到WLAN的重视，一般的IEEE 802.11，802.11B或802.11G都是操作在2.4GHZ的ISM频段，注意高速IEEE802。11A虽然是操作在5GHZ的频段，但更精确地说，它并不是全然在5。8GHZ的ISM频段，而是用所谓的5GHZ UNI频段，该频段与ISM的5。8GHZ频段有部分重迭，5GAH的WLAN在室内仅能使用其wi-fi UNII的低频与中频，而室外应用则被限制相对中频及高频wi-fi。

ISM固然方便，然而因为不需要使用执照猫画虎而被广泛运用，所以彼此的干扰就比较严重。邻居的WLAN就很可能跟您的无线网络抢频段而发生冲突，更糟糕的是目前的商用无线电话和厨房的微波炉，都与使用UNII的网络设备相冲突。不少人家里若有人的电话接通，则网络就有可能发生断讯或不稳的情况，在那种情况下使用干扰较低的UNII频段多少避免这类的困扰。

我国WLAN的展望

根据工研究院的统计资料，我国台湾于公元2003年已掌握全球高达80%的无线局域网设备的生产占有率。是台湾继个人计算机后另一个世界第一的傲人成就!目前我国台湾厂商WLAN量产技术颇受肯定，业界已呈百家争鸣，一片欣欣向荣。就世界上现今最大的WLAN市场一北美洲而言，在公元2003年已以四百多万的无线局域网络使用者，预计在2007年前更能暴增至三千一百多万人口。

Airgo芯片

Atheros芯片

尽管无线局域网络产口的荣景是可以预期的，但我们从统计与预测中可以看出些有趣端倪。首先是2004年后，堪称经典的802。11B标准将逐步功成身退，仅能操作于5GHz频段的纯802。11A产品也跟着淘汰。随着高速802。11G的推广，自2003年后该技术将使得802。11G无线网络产品成为主流，而且又频802。11A/B/G产品亦将因为无线网络安全性的改进，大肆进攻办公室等其它商业用途，并且预计在2005年达到倍数的高成长。

另外值得注意的是，无线局域网络产品核心一无线网络卡亦有出货方面的消长。原本占最大比例的接口网络卡开始大量消退，取而代之的是迷你PCI接口无线网络卡或模块的崛起。

由于许多WLAN网络设备都以迷你PCI通讯模块取代以往的内建PCMCIA适配卡，因此迷你PCI接口的占有率节节上升。不过最新的趋势是系统芯片SOC将微处理与无线网络卡基频芯片整合，可大幅省成本，是各厂争相开发的新技术。

尽管我国台湾在WLAN产量全球市场占有率达80%，属于世界第一，然而根据研院发布的数据展示，我国台湾无线通讯的产值仅达全球30%，在产量与产值的不对称情况下，随着全球无线产品通路竞争的白热化，生产代工WLAN可以说是赚辛苦钱。我国台湾业者除了进一步挑战高价值的无线芯片设计，自立研发无线通讯芯片及其相关网络技术，促进其零组件进一步国产，更应该着眼于高获利的系统整合与智能加值服务，而非仅将气力摆在压低制造成本，以高品质的产品规划出完整解决方案与服务，走出削价竞争的循环，如此WLAN霸业才有前途。

以加值服务而言，最有商机的莫守于应用wi-fi的公众无线上网服务，我国于公元2003年已有超过百处的公众无线上网热点，各大电信运营商于未来更将设置许多公众无线网络，无线宽带上网计划等，看准全球科技趋势，不遗余力地推广宣导，以促进全民无线上网，提升我国无线局域网产业的竞争力。

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