Wi-Fi

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Wi-Fi标志
Wi-Fi(英语发音:/ˈwf/)發音

Wi-Fi英语发音:/ˈwf/)是Wi-Fi聯盟製造商的商標做為產品的品牌認證,是一個建立於IEEE 802.11標準的無線區域網絡設備。基於兩套系統的密切相關,也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同义術語。

並不是每樣符合IEEE 802.11的產品都申請Wi-Fi聯盟的認證,相對的缺少Wi-Fi認證的產品並不一定意味著不兼容Wi-Fi設備。

IEEE 802.11的設備已安裝在市面上的許多產品,如:個人電腦、遊戲機、MP3播放器、智慧型手機、印表機、新筆記型電腦以及其他週邊設備。

Wi-Fi聯盟成立于1999年,當時的名稱叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)。在2002年10月,正式改名為Wi-Fi Alliance。

由來[编辑]

Wi-Fi這個術語被普遍誤以為是指無線保真(Wireless Fidelity)[1],類似歷史悠久的音頻設備分類:長期高保真(1930年開始採用)或Hi-Fi的(1950年開始採用)。即使Wi-Fi聯盟本身也經常在新聞稿和文件中使用“無線保真”這個詞,Wi-Fi還是出現在ITAA的一個論文中。事實上,根據菲爾貝朗格的語句,Wi-Fi一詞是沒有任何意義,也沒有全寫的。[1]

IEEE 802.11第一个版本发表于1997年,其中定义了介质访问接入控制层物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接(ad hoc)的方式进行,也可以在基站(Base Station,BS)或者访问点(Access Point,AP)的协调下进行。1999年加上了两个补充版本: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。Wi-Fi為制定802.11無線網路的組織,並非代表無線網路

802.11标准和补充[编辑]

  • 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  • 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,5GHz頻道)。
  • 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s,2.4GHz頻道)。*
下列熟知的的標準于2007年收录在802.11
  • 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, QoS)的支持。Clause 9
  • 802.11f,基站的互连性(Interoperability)。
  • 802.11g,物理层补充(54Mbit/s,2.4GHz頻道)。Clause 18
  • 802.11h,DFS /TPC,信道(5GHz频段)。
  • 802.11i,安全和鉴权(Authentication)方面的补充。Clause 8
2008年以後的標準
  • 802.11k,
  • 802.11n,2009年,導入多重輸入輸出(MIMO)和40Mbit信道宽度(HT40)技術,基本上是802.11a/g的延伸版。
  • 802.11r,
  • 802.11t,
  • 802.11u,
  • 802.11v
  • 802.11w,
  • 802.11z,
2011年以後的標準
  • 802.11ac,物理层补充(1×1 MIMO,433Mbit/s,5GHz頻道),80Mbit信道宽度。

除了上面的IEEE标准,另外有一个被称为IEEE 802.11b+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(产权属於美国德州仪器,Texas Instruments)。也有一些被稱為802.11g+的技術,在IEEE 802.11g的基礎上提供108Mbit/s的傳輸速率,跟802.11b+一樣,同樣是非標準技術,由無線網絡晶片生產商Atheros所提倡的則為SuperG。

年代[编辑]

Wi-Fi可分為五代。[2]由於ISM頻段中的2.4GHz頻段被廣泛使用,例如微波爐藍牙,它們會干擾WiFi,令速度減慢,5GHz干擾則較小。雙頻路由器可同時運行於2.4GHz和5GHz,裝置則只能使用某一個頻段。

  • 第一代802.11,1997年制定,只運行於2.4GHz,最快2Mbit/s
  • 第二代802.11b,只運行於2.4GHz,最快11Mbit/s,正逐漸淘汰
  • 第三代802.11g/a,分別運行於2.4GHz和5GHz,最快54Mbit/s
  • 第四代802.11n,可運行於2.4GHz或5GHz,20和40MHz頻寬下最快72和150Mbit/s
  • 第五代802.11ac,只運行於5GHz

用途[编辑]

網路連結[编辑]

  • 具Wi-Fi功能的設備:如個人電腦,遊戲機,智慧型手機或數字音頻播放器可以從範圍內的無線網絡連接到網路。其覆蓋範圍的一個或多個(互聯)接入點–稱之為熱點 - 可以組成一個面積小到幾間房間,或大如許多平方英里。覆蓋的面積較大,可能取決於接入點的一組重疊的覆蓋範圍。Wi-Fi技術已被用於無線網狀網絡,例如,在倫敦,英國。除私人家庭和辦公室使用外,Wi-Fi無線網絡還可以提供公眾訪問的熱點免費使用或各種商業服務。
  • 組織和企業:比如機場,酒店,餐館等經常提供给来访者免費的熱點,以吸引或協助客戶。商家會依愛好者或希望提供服務,甚至以促進企業在某些領域有時會提供免費的Wi-Fi接入。目前在中国,许多大型的酒店和商场的内部,一般都会覆盖有免费开锁的Wi-Fi热点供来访者登录互联网。Wi-Fi的(Muni - Fi)的項目已經開始截止至2008年已超過300個城市參與。2010年捷克共和國已有1150家Wi-Fi網服務供應商。
  • 路由器,結合了數字用戶線調製解調器或電纜調製解調器和Wi-Fi接入點,通常設置在家庭房屋、酒店客房或其他场所,可以提供互聯網接入和互聯網絡的所有設備連接(無線或有線)。但因为家用无线路由器的功率较小,所以其信号覆盖范围、信号强度也很小。隨著MiFi和WiBro(便攜式Wi-Fi路由器)的出現可以很容易地創建他們自己的Wi-Fi熱點透過電信網路連接到網路。現在,許多移动电话(智能手机)也可以充当一个小型的无线路由器,供周围的设备接入互联网。
  • 你也可以使用ad - hoc模式為客戶端到客戶端連接Wi-Fi設備,無需路由器。Wi-Fi無線連接的地方,也含蓋了浴室、廚房和花園棚屋等地,使網路無所不在。

城市Wi-Fi覆蓋[编辑]

戶外的wi-fi熱點
戶外的wi-fi熱點

21世紀初期,世界各地的許多城市都宣布計劃构建全市Wi-Fi網絡。但這比最初發起人設想的更為困難,結果這些項目大多被取消或無限期擱置。但是有幾個是成功的,例如在2005年,美國加州森尼维尔 (加利福尼亚州),成為在美國的第一個提供全市免費Wi-Fi的城市。2010年5月,倫敦市長鮑里斯·約翰遜承諾到2012年伦敦Wi-Fi普及,几个自治市镇包括威斯敏斯特伊斯灵顿已经有了广泛的Wi-Fi覆盖。全球已建和建造中的Wi-Fi城市已經超過500個,其中覆蓋率最高者為台北市,其已達到全市已有4000個無線存取點(AP, Access Point),未來將至10000個,覆蓋率達到90%,全球主要的城市多已有Wi-Fi技術,如伦敦纽约台北香港新加坡漢堡巴黎華盛頓上海等。

校園的Wi-Fi覆蓋[编辑]

卡內基美隆大學於1994年在其匹茲堡校區建立了世界上第一個無線網絡,比起源於1999年的Wi-Fi品牌還要早[3]。2000年,費城德雷克塞爾大學創造了歷史,成為美國第一個提供完全校園無線網路覆蓋的主要大學。現在大多數校園已具無線上網。

臺灣的许多大学图书馆内,也专门设有免费Wi-Fi热点,提供给学生使用。 在中国,各大高校校园内大多有电信营运商架设的校园热点,但是此类热点一般需要注册相关账号并付费方可使用。也有一大部分学生在宿舍自行安装无线路由器以架设私人热点。

電腦對電腦直接通訊[编辑]

Wi-Fi無線通信也可以直接不需通過接入點傳出從一台電腦到另一台。這就是所謂的Ad - hoc模式的Wi-Fi傳輸。這種無線ad - hoc網絡模式已經得到多人的歡迎,掌上遊戲機,如任天堂的DS,數碼相機和其它消費電子設備。同樣,Wi-Fi聯盟推動一個新的發現和安全的方法規範稱為Wi-Fi Direct直接進行文件傳輸和媒體共享

優勢和挑戰[编辑]

業務優勢[编辑]

一個偵測Wi-Fi的鑰匙圈

Wi-Fi部署區網(LAN)可讓客戶端設備無需使用電線,通常可降低網絡部署和擴充的成本。許多空間不能架設電纜,如戶外區和歷史建築,可運用無線區網來改善。 現在大多數筆記本電腦製造商已經內建了無線網路的裝置。Wi-Fi的價位已經持續下跌,使之成為在經濟網絡選項甚至更多的設備中佔一席之地。Wi-Fi已經成為企業普遍的基礎設施。 不同競爭品牌的接入點和客戶端的網絡使用介面具互操作性的一個基本服務水準。產品指定由Wi-Fi聯盟為“Wi-Fi認證”是向後相容的。“Wi-Fi”指定一套全球統一標準:不同於行動電話,任何Wi – Fi標準設備將在世界上任何地方可無差異的工作。 Wi – Fi已使用在22萬個以上的公共熱點和幾千萬戶的家庭中,公司及世界各地的大學校園。當前Wi-Fi保護訪問加密(WPA2)2010年被認為是安全,提供用戶使用強大的密碼。新協議的質量服務(WMM)產生Wi-Fi更適合於延遲敏感型應用(如語音和視頻);和省電機制(WMM的省電)提高電池操作。

限制[编辑]

全球運作的頻譜指配和操作限制並不一貫。台灣、美國所用的標準在2.4 GHz頻帶有11個通道,而在歐洲大部份地區有另外的2個通道,即13個通道(1-11 v.s 1-13)。日本還要追加一個(1-14)。2007年歐洲是在這方面基本上是均勻的。一個非常混亂事實:一個Wi-Fi信號在2.4 GHz頻段實際上佔用五個通道,兩個通道編號之差大於5的通道,如2和7,不會發生通道重疊,因此在美國只有3個非重疊通道:1,6,11。在歐洲有三個或四個非重疊通道:1,6,13或1,5,9,13。等效全向輻射功率(EIRP)在歐盟被限制為20 dBm的(100mW)。

傳遞的距離[编辑]

速度與移動性:Wi-Fi, HSPAUMTSGSM

Wi-Fi網絡範圍有限。一個典型的無線路由器使用802.11b或802.11g與儲蓄天線在無任何障礙物下可覆蓋範圍可直達:室內-50平方米(538英尺)/室外-140平方米(1,500英尺)。在802.11n可以超過這個範圍兩倍的距離。其範圍也隨頻率的波段調整。Wi-Fi在2.4 GHz的頻率範圍塊稍微比Wi-Fi在5 GHz的頻率塊好。 室外範圍 - 通過使用定向天線 - 可以提高與天線數公里或以上的範圍。在一般情況下一個Wi-Fi設備的最高功率傳輸是受限於地方法規,如美國FCC第15條。 為達到無線區網的應用要求,比起其他一些標準Wi-Fi相當的耗電。其他技術如藍牙(可支持無線PAN應用)提供了一個更短的傳播範圍(小於十米),因此具有較低的耗電量。其他低耗電技術,如ZigBee的有相當長的範圍,但數據速率卻低得多。高耗電的Wi-Fi,使移動設備的電池壽命受關注。 研究人員已經開發出數“沒有新線”的技術,提供替代Wi-Fi的室內範圍不足,安裝新的電線(如cat-5)不具成本效益。ITU-T G.hn標準的高速區域網絡使用現有的家庭線路(同軸電纜,電話線和電源線)。雖然G.hn不具備一些Wi-Fi優勢(如流動性或室外使用),它的設計應用(如IPTV分發)在室內範圍是最重要的流動性。 典型Wi-Fi的頻率由於電波傳播的複雜性,特別是樹和建築物影響信號的反射,大約只能預測出Wi-Fi有關任何地區的發射器的信號強度。這不適用於遠距離的Wi-Fi,因為遠距離Wi-Fi是使用塔台或高建築頂上的天線所架設的。 Wi-Fi的應用基本上實用範圍非常有限所如;倉庫中或零售空間的盤點機,結帳條碼閱讀器,或收發台。手機的Wi-Fi在廣闊的範圍是有限的,例如,為了使用,如汽車移動到另一個從一個熱點(稱為Wardriving)。其它無線技術更適合作為圖形所示。市面上的無線路由器最低覆蓋率可達80平方米,蘋果公司AirPort技術更可達100-140平方米。

技术简述[编辑]

一個Wi-Fi基地台

网络成员和结构[编辑]

  • 站点(Station),网络最基本的组成部分。
  • 基本服务单元(Basic Service Set,BSS)。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的联结(associate)到基本服务单元中。
  • 分配系统(Distribution System,DS)。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介(Medium)逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的,尽管它们物理上可能会是同一个媒介,例如同一个无线频段。
  • 接入点(Access Point,AP)。接入点即有普通站点的身份,又有接入到分配系统的功能。
  • 扩展服务单元(Extended Service Set,ESS)。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上的──不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。
  • 关口(Portal),也是一个逻辑成分。用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。

这儿有3种媒介,站点使用的无线的媒介,分配系统使用的媒介,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的媒介。物理上它们可能互相重叠。IEEE 802.11只负责在站点使用的无线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。

IEEE802.11没有具体定义分配系统,只是定义了分配系统应该提供的服务(Service)。整个无线局域网定义了9种服务:

  • 5种服务属於分配系统的任务,分别为,联接(Association)、结束联接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再联接(Reassociation)。
  • 4种服务属於站点的任务,分别为,鉴权(Authentication)、结束鉴权(Deauthentication)、隐私(Privacy)、MAC数据传输(MSDU delivery)。

運作原理[编辑]

Wi-Fi的設置至少需要一個Access Point(ap)和一個或一個以上的client(hi)。AP每100ms將SSID(Service Set Identifier)經由beacons(信號台)封包廣播一次,beacons封包的傳輸速率是1 Mbit/s,並且長度相當的短,所以這個廣播動作对網路效能的影響不大。因為Wi-Fi規定的最低傳輸速率是1 Mbit/s,所以確保所有的Wi-Fi client端都能收到這個SSID廣播封包,client可以藉此決定是否要和這一個SSID的AP連線。使用者可以設定要連線到哪一個SSID。Wi-Fi系統總是對用戶端開放其連接標準,並支援漫遊,這就是Wi-Fi的好處。但亦意味着,一个无线适配器有可能在性能上优于其他的适配器。由于Wi-Fi通过空气传送信号,所以和非交换以太网有相同的特点。 近两年,出现一种WIFI over cable的新方案。此方案属于EOC(ethernet over cable)中的一种技术。通过将2.4G wifi射频降频后在cable中传输。此种方案已经在中国小范围内试商用。

Wi-Fi認證[编辑]

Wi-Fi技術建立在IEEE 802.11標準上。

但IEEE開發和出版這些標準,卻不測試符合他們的設備。非營利性的Wi-Fi聯盟成立於1999年,以填補這一段空白——建立和執行標準,互操作性與兼容性,並推動無線區域網路技術。

至2009年截止Wi-Fi聯盟超過300多家來自世界各地公司合廠家擁有會員,其產品通過認證過程中,有權標明這些產品Wi-Fi標誌。

認證過程具體來說是否符合IEEE 802.11無線標準的規定,以及WPA和WPA2安全標準,以及EAP的認證標準。

認證時可以選擇包括測試IEEE 802.11的標準草案,與蜂窩電話技術互動設備的融合或有關安全和功能設置,多媒體,和省電。

读音[编辑]

2012年11月6日,《山东商报》援引山东外事翻译职业学院商务英语教研室主任温颜的说法称,Wi-Fi的发音从语法角度来说,应该为“微费”,因为“这个词是由‘wireless(无线电)’和‘fidelity(保真度)’这两个英语单词组成,但是发音又不能按照这个词的发音来,因为‘WiFi’是一个合成词,应该按照一个单词的语法来发音。”这个词中有两个元音字母“i”,所以应该发短音,故从语法角度讲,发音应是“微费”。这种说法一时在中国大陆网上引起了很大争议,因为据调查的绝大部分人都认为是读/wāi fài/。[4]


政治[编辑]

中国政府为强行推广WAPI, 对中国版iPhone 3G的Wi-Fi功能进行了强行屏蔽. 其后在2009年态度软化, 只要求支持Wi-Fi功能的手机同时也支持WAPI即可. [5]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 WiFi isn't short for "Wireless Fidelity"
  2. ^ 第 5 代 Wi-Fi 802.11ac 速度較 N 版提高 3 倍. BQJournal. 2013-10-17 13:01 [2013-11-16]. 
  3. ^ Wi-Fi Origins. Carnegie Mellon University. [2013-3-22]. 
  4. ^ 网络热议WiFi发音 专家称应念“微费”网友质疑. 北方网. [2012-11-8] (中文(中国大陆)‎). 
  5. ^ 手机WiFi终解禁 入网需同时集成WiFi和WAPI

外部連結[编辑]

参见[编辑]

  • WiGig:WIFI联盟表示将与WiGig联盟合作展开无线传输技术合作。此举动意味着WiGig成员现在可以开发WIFI 60GHz频谱,并提供高达7Gbps的高速数据传输速度。
  • Wi-Fi Direct
  • WiMAX


網際網路接入
網路型態 有線 無線
光纖 同軸電纜 乙太網路 電話線 電力線 地表無線電
(免執照)
地表無線電
(要執照)
人造衛星
LAN 1000BASE-X G.hn英语G.hn Ethernet HomePNA英语HomePNA  · G.hn英语G.hn G.hn英语G.hn Wi-Fi · Bluetooth · DECT · Wireless USB
WAN PON DOCSIS 電話撥接上網 · ISDN · DSL BPL · PLC Muni Wi-Fi GPRS · iBurst英语iBurst · WiBro/WiMAX · UMTS-TDD · HSPA · HSDPA · EV-DO · LTE 衛星上網英语Satellite Internet access