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Wi-Fi

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Wi-Fi标志

Wi-Fi发音: /ˈwf/[1][2][3],法语发音:/wifi/[4])是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证,是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。基于两套系统的密切相关,也常有人把Wi-Fi当做IEEE 802.11标准的同义术语。“Wi-Fi”常被写成“WiFi”或“Wifi”,但是它们并没有被Wi-Fi联盟认可。

并不是每样匹配IEEE 802.11的产品都申请Wi-Fi联盟的认证,相对地缺少Wi-Fi认证的产品并不一定意味着不兼容Wi-Fi设备。

IEEE 802.11的设备已安装在市面上的许多产品,如:个人电脑游戏机MP3播放器智能手机平板电脑打印机笔记本电脑以及其他周边设备。

Wi-Fi联盟成立于1999年,当时的名称叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)。在2002年10月,正式改名为Wi-Fi Alliance。

由来[编辑]

Wi-Fi这个术语被人们普遍误以为是指无线保真(Wireless Fidelity)[5],类似历史悠久的音頻设备分类:长期高保真(1930年开始采用)或Hi-Fi(1950年开始采用)。即使Wi-Fi联盟本身也经常在新闻稿和文件中使用“Wireless Fidelity”这个词,Wi-Fi还是出现在ITAA的一个论文中。事实上,Wi-Fi一词是没有任何意义,也没有全写的。[5]

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。物理层定义了在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外线传输的方式,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,致力解决匹配802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。Wi-Fi为制定802.11无线网络的组织,并非代表无线网络

802.11标准和补充[编辑]

  • 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,2.4GHz频道)。
  • 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,5GHz频道)。
  • 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s,2.4GHz频道)。*
下列常见的标准于2007年收录在802.11
  • 802.11c,匹配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。
  • 802.11f,基站的互连性(Interoperability)。
  • 802.11g,物理层补充(54Mbit/s,2.4GHz频道)。
  • 802.11h,DFS /TPC,信道(5GHz频段)。
  • 802.11i,安全和鉴权(Authentication)方面的补充。
2008年以后的标准
  • 802.11k
  • 802.11n,2009年,导入多重输入输出(MIMO)和40Mbit信道宽度(HT40)技术,基本上是802.11a/g的延伸版。
  • 802.11r
  • 802.11t
  • 802.11u
  • 802.11v
  • 802.11w
  • 802.11z
2011年以后的标准
  • 802.11ac,物理层补充(1×1 MIMO,433Mbit/s,5GHz频道),80Mbit信道宽度。

除了上面的IEEE标准,另外有一个称为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)。也有一些称为802.11g+的技术,在IEEE 802.11g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。

年代[编辑]

Wi-Fi可分为五代。[6]由于ISM频段中的2.4GHz频段被广泛使用,例如微波炉蓝牙,它们会干扰WiFi,令速度减慢,5GHz干扰则较小。双频路由器可同时使用2.4GHz和5GHz,设备则只能使用某一个频段。

  • 第一代802.11,1997年制定,只使用2.4GHz,最快2Mbit/s
  • 第二代802.11b,只使用2.4GHz,最快11Mbit/s,正逐渐淘汰
  • 第三代802.11g/a,分别使用2.4GHz和5GHz,最快54Mbit/s
  • 第四代802.11n,可使用2.4GHz或5GHz,20和40MHz信道宽度下最快72和150Mbit/s
  • 第五代802.11ac,只使用5GHz

用途[编辑]

网络连接[编辑]

  • 具Wi-Fi功能的设备:如个人电脑,游戏机,智能手机或数字音频播放器可以从范围内的无线网络连接到网络。一个或多个(互联)接入点–称之为热点 - 可以组成一个面积由几间房间到数平方英里范围的上网空间,覆盖的面积大小可能取决于接入点的重叠范围。Wi-Fi技术已被用于无线网状网络,例如,在伦敦、英国,除了家里和办公室使用外,Wi-Fi无线网络还可以提供免费使用的公开热点和各种商业服务。
  • 组织和企业:例如机场、饭店、餐厅等经常提供来访者免费热点,以吸引或协助客户。商家会依爱好者希望提供服务,有时也为在某些领域推销企业而提供免费的Wi-Fi站点。目前在中国和台湾,许多大型饭店和商场的内部,都会提供免费Wi-Fi热点供来访者使用互联网。截至2008年为止,Wi-Fi的(Muni-Fi)的项目已超过300个城市参与。2010年捷克共和国已有1150家Wi-Fi网络服务供应商。
  • 路由器,结合了调制解调器和Wi-Fi接入点,通常设置在家里房间、饭店客房或其他场所,可以提供互联网连接以及和互联网络的所有设备连接(无线或有线)。但因为家用无线路由器的功率较小,所以其信号覆盖范围、信号强度也较小。随着MiFi和WiBro(携带式Wi-Fi路由器)的出现,可以很容易地创建自己的Wi-Fi热点,通过电信网络连接到网络。现在,许多移动电话(智能手机)也可充当小型无线路由器,供周围的设备连接互联网。
  • 也可以使用ad-hoc模式,不经路由器而是客户端直接连接到另一个客户端的Wi-Fi设备。Wi-Fi无线覆盖范围,也包含了浴室、厨房和花园等地,使网络无所不在。

城市Wi-Fi覆盖[编辑]

户外Wi-Fi热点
户外Wi-Fi热点

21世纪初期,世界各地的许多城市都宣布计划构建全市Wi-Fi网络。但这比最初发起人设想的更为困难,结果这些项目大多被取消或无限期搁置。但是有几个是成功的,例如在2005年,美国加州森尼维尔 (加利福尼亚州),成为在美国的第一个提供全市免费Wi-Fi的城市。2010年5月,伦敦市长鲍里斯·约翰逊承诺到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城市已经超过500个,其中覆盖率最高者为台北市,其已达到全市已有4000个无线接入点(AP, Access Point),未来将至10,000个,覆盖率达到90%,全球主要的大都市的重要公共场所多已有Wi-Fi技术,如伦敦纽约台北香港新加坡汉堡巴黎华盛顿上海等。

校园的Wi-Fi覆盖[编辑]

卡内基美隆大学于1994年在其匹兹堡校区创建了世界上第一个无线网络,比起源于1999年的Wi-Fi品牌还要早[7]。2000年,费城德雷克塞尔大学创造了历史,成为美国第一个提供全校园无线网络覆盖的主要大学。现在大多数校园已设置无线上网。

台湾的许多大学图书馆内,也设有免费Wi-Fi热点,提供学生使用。

中国大陆,各大高等院校以及许多中学校园内覆盖有免费或收费的教育网校园Wi-Fi,以及电信营运商架设的收费校园热点(中国电信:Chinanet,中国移动:CMCC)。

香港各大专院校各自提供该校专门的Wi-Fi供学生使用,多数需要以学生个人编号和密码来登录。

另外,全世界许多科研和教育机构都提供教育网漫游服务eduroam,加入该联盟的机构成员可使用本机构的账号,在各联盟单位内实现无线网络访问的无障碍漫游。

电脑对电脑直接通信[编辑]

Wi-Fi无线通信也可以不需通过接入点,直接从一台电脑传出到另一台。这就是所谓Ad-hoc模式的Wi-Fi传输。这种无线ad-hoc网络模式受到掌上游戏机(如任天堂3DS游戏机)、数码相机和其它消费性电子设备的欢迎。Wi-Fi联盟推动一个新的安全方法规范,称为Wi-Fi Direct,直接进行文件传输和媒体共享。

优势和挑战[编辑]

商业优势[编辑]

一个侦测Wi-Fi的钥匙圈

Wi-Fi部署区网(LAN)可让客户端设备无需使用电线,降低网络部署和扩充的成本。许多空间不能架设电缆,如户外区和历史建筑,可运用无线区网来改善。 现在大多数笔记本电脑制造商已经内置无线网络设备。Wi-Fi的价位持续下跌,使之渐渐普及,已成为企业普遍的基础设施。 根据Wi-Fi联盟指定,“Wi-Fi认证”是向后兼容的。它指定一套全球统一标准:不同于移动电话,任何Wi – Fi标准设备将在世界上任何地方正确运行。 Wi – Fi已在22万个以上公开热点和几千万户家庭、公司及世界各地的大学校园中使用。2010年,Wi-Fi保护访问加密(WPA2)被认定安全,能让用户使用强大的密码。新协议的Wi-Fi Multimedia(WMM)说明Wi-Fi更适合于延迟敏感型应用(如语音和视频),此外,WMM的省电机制能提高电池效率。

限制[编辑]

Wi-Fi在全球各地的频率分配和操作限制并不相同。台湾、美国所用的标准在2.4 GHz频带有11个频道,而在欧洲大部分地区有另外的2个频道,即13个频道(1-11 v.s 1-13),日本还要追加一个(1-14)。这造成混乱现象:一个Wi-Fi信号在2.4 GHz频段实际上占用五个频道,两个频道编号之差大于5的频道,如2和7,不会发生频道重叠,因此在美国只有3个非重叠频道:1,6,11。在欧洲有三个或四个非重叠频道:1,6,13或1,5,9,13。Effective Isotropic Radiated Power(EIRP)在欧盟被限制为20 dBm的(100mW)。

传递的距离[编辑]

传输速度和移动性:Wi-Fi, HSPAUMTSGSM

Wi-Fi网络范围有限。一个使用802.11b或802.11g的典型无线路由器和天线,在无任何障碍物下可覆盖范围可达到室内-50平方米(538英尺)/室外-140平方米(1,500英尺)[来源请求]。802.11n可到达超过这个范围两倍的距离,范围随频率的波段调整。Wi-Fi在2.4 GHz的频率区块范围比5 GHz的频率区块稍微好些。 通过使用定向天线,室外覆盖范围可提高数公里或以上。在一般情况下一个Wi-Fi设备的最高功率传输是受限于地方法规,如美国FCC第15条。
为达到无线区网的应用要求,和其他设备相比Wi-Fi显得相当耗电。其他技术如蓝牙(可支持无线PAN应用)提供了一个较小的传播范围(小于十米),因此耗电量较低。其他低耗电技术,如ZigBee的有相当长的范围,但传输速率却很低。Wi-Fi的高耗电特性使得电池寿命的问题渐受重视。
研究人员已经开发出“不须新线”的技术,试图弥补Wi-Fi室内范围不足的问题。安装新的电线(如cat-5)不具成本效益,ITU-T G.hn英语G.hn标准的高速局域网使用现有的家庭线路(同轴电缆,电话线和电源线)来达成。虽然G.hn不具备一些Wi-Fi优势(如可移动性或户外使用),它的设计应用(如IPTV分配)仍在室内范围发挥功能。
典型Wi-Fi的频率由于电波传播的复杂性,特别是树和建筑物影响信号的反射,只能大约测出Wi-Fi有关地区的发射器的信号强度。但这不包括远距离Wi-Fi,因为远距离Wi-Fi是使用塔台或高建筑顶上的天线所架设的。
基本上,Wi-Fi的实际应用范围非常有限,例如;仓库中或零售空间的盘点机、结账条码阅读器、收发台。市面上的无线路由器最低覆盖率可达80平方米,苹果公司AirPort技术更可达100-140平方米。

技术简述[编辑]

一个Wi-Fi基地台
Wi-Fi基地台内部

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。站点可动态连结(associate)到基本服务单元中。
  • 分配系统(Distribution System,DS)。分配系统用于连结不同的基本服务单元。逻辑上,分配系统使用的媒介(Medium)和基本服务单元使用的媒介完全不同,尽管物理上它们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,又有连接到分配系统的功能。
  • 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。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。

这里有3种媒介,站点使用的无线媒介,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种服务属于分配系统的任务,分别为,连接(Association)、结束连接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再连接(Reassociation)。
  • 4种服务属于站点的任务,分别为,鉴权(Authentication)、结束鉴权(Deauthentication)、隐私(Privacy)、MAC数据传输(MSDU delivery)。

运作原理[编辑]

Wi-Fi的设置至少需要一个接入点(Access Point,AP)和一个或一个以上的客户端用户(client)。无线AP每100ms将SSID(Service Set Identifier)经由beacons(信号台)数据包广播一次,beacons数据包的传输速率是1 Mbit/s,并且长度相当的短,所以这个广播动作对网络性能的影响不大。因为Wi-Fi规定的最低传输速率是1 Mbit/s,所以确保所有的Wi-Fi client端都能收到这个SSID广播数据包,client可以借此决定是否要和这一个SSID的AP连接。用户可以设置要连接到哪一个SSID。Wi-Fi系统开放对客户端的连接并支持漫游,这就是Wi-Fi的好处。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路有相同的特点。 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测试商用。

Wi-Fi认证[编辑]

Wi-Fi技术创建在IEEE 802.11ah标准上。

但IEEE开发和出版这些标准,却不测试匹配他们的设备。非营利性的Wi-Fi联盟成立于1999年,以填补这一段空白——创建并运行标准,并推动无线局域网技术。

至2009年截止Wi-Fi联盟拥有超过300多家来自世界各地公司和厂家会员,他们的产品通过认证过程后,有权标明Wi-Fi标志。

认证过程具体来说检查是否匹配IEEE 802.11无线标准的规定、WPA和WPA2安全标准,以及EAP的认证标准。

认证时可以选择测试包括IEEE 802.11的标准802.11n (CERTIFIED n)、与移动网络交互设备的结合、有关安全和功能设置、多媒体、以及省电能力。

数据安全[编辑]

超文本传输协议(HTTP)网站容易在公众WIFI上的档案输送过程中披露个人资料,超文本传输安全协议(HTTPS)利用SSL/TLS加密HTTP,保护交换数据的完整性和隐私。

读音争议[编辑]

2012年11月6日,《山东商报》引用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‘Wi-Fi’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,网友甚至搬出了牛津字典中的/ˈwaɪ faɪ/注音和美剧《生活大爆炸》里的相关视频来质疑。但有网友称,法国最权威的Le petit Robert词典最新版,wifi音标是[wifi],发音接近汉语的“微费”。[8]

参考文献[编辑]

  1. ^ Wi-fi™ noun - Definition, pictures, pronunciation and usage notes. Oxford Advanced Learner's Dictionary at OxfordLearnersDictionaries.com (英语). 
  2. ^ wi-fi Meaning in the Cambridge English Dictionary. Cambridge Free English Dictionary and Thesaurus (英语). 
  3. ^ wi-fi definition and synonyms. Macmillan Dictionary (英语). 
  4. ^ Définitions : wi-fi. Dictionnaire de français Larousse (法语). 
  5. ^ 5.0 5.1 WiFi isn't short for "Wireless Fidelity"
  6. ^ 第 5 代 Wi-Fi 802.11ac 速度较 N 版提高 3 倍. BQJournal. 2013-10-17 [2013-11-16]. 
  7. ^ Wi-Fi Origins. Carnegie Mellon University. [2013-03-22]. 
  8. ^ 网络热议WiFi发音 专家称应念“微费”网友质疑. 新华网 (中文(中国大陆)‎). 

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