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Wi-Fi

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Wi-Fi標誌

Wi-Fi發音: /ˈwf/[1][2][3]),又稱「無線熱點」或「無線網路」,是Wi-Fi聯盟的商標,一個基於IEEE 802.11標準的無線局域網技術。「Wi-Fi」常被寫成「WiFi」或「Wifi」,但是它們並沒有被Wi-Fi聯盟認可。

Wi-Fi產品經由Wi-Fi聯盟的一家獨立授權測試實驗室進行嚴格測試,產品成功通過測試後,授予製造商或銷售商使用Wi-Fi標誌、Wi-Fi CERTIFIED標誌和相關商標,Wi-Fi聯盟使用術語「Wi-Fi CERTIFIED」來稱呼這類通過認證的產品。認證(Certification)意味着產品與在相同頻段內運行的其他Wi-Fi CERTIFIED設備具有互操作性。 [4]

由來[編輯]

Wi-Fi這個術語被人們普遍誤以為是指無線傳真Wireless Fidelity[5],類似歷史悠久的音響設備分類:高傳真(1930年開始採用)或Hi-Fi(1950年開始採用)。即便是Wi-Fi聯盟本身也經常在新聞稿和文件中使用「Wireless Fidelity」這個詞,Wi-Fi還出現在ITAA英語ITAA的一個論文中。事實上,Wi-Fi一詞是沒有任何意義,也沒有全寫的。[5]

1999年,幾家富有遠見的公司聯合起來組成了一個全球性非營利性協會——無線以太網兼容性聯盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA),其目標是使用一種新的無線網絡技術,無論品牌如何,都能帶來最佳的用戶體驗。在2000年,該小組採用術語「Wi-Fi」作為其技術工作的專有名稱,並宣布了正式名稱:Wi-Fi Alliance。 [6]

歷史[編輯]

1971年
  • 夏威夷大學創建了無線分組數據網絡ALOHAnet,該網絡以UHF(超高頻)無線電波運行。 [7] [8] [9]
1985年
1988年
  • NCR開始基於直接序列擴頻的WLAN產品開發。 [8]
1990年
  • 成立IEEE 802.11工作組。 [8]
  • NCR發布915 MHz的WaveLAN,提供2 Mbps速率。 [8] [10]
1991年
1993年
  • AT&T發布2.4 GHz的WaveLAN,提供2 Mbps速率。 [8]
  • IEEE 802.11從NCR,Symbol Technologies和Xircom的提案中選擇了MAC協議的基礎。 [8]
  • AT&T在卡內基梅隆大學完成了WaveLAN的首次大規模安裝。 [10] [11]
1994年
  • 國家科學基金會資助,卡內基梅隆大學的Alex Hills博士於1993年構思的無線研究計劃「Wireless Andrew」開始實施,最初覆蓋了校園內的7座建築物, 後來擴展到了校園中所有的學術和行政大樓。 [10] [11]
1995年
  • Wayport首次部署「熱點(hotspots)」。 [8]
1997年
  • IEEE 802.11標準的第一個版本IEEE 802.11-1997發布,提供最高2 Mbps的鏈接速度。 [9] [10] [12]
1999年
  • 六家技術公司成立了無線以太網兼容性聯盟(WECA),致力於通用兼容性和優質用戶體驗。 [7] [9] [12] [13]
1999年-2000年
  • IEEE 802.11的第一個修訂版IEEE 802.11-1999於1999年8月10日發布,並成為ISO標準ISO/IEC 8802–11:1999。[8]兩個修正案IEEE 802.11a-1999於1999年12月30日正式發布,IEEE 802.11b-1999於2000年1月20日發布。[14]802.11b在2.4GHz頻段上提供最高11 Mbps的鏈接速度,取得了市場成功。802.11a將正交頻分復用(OFDM)引入802.11,使用5GHz頻段提供最高54 Mbps的速率,但由於工作頻段不同,新設備想要利用802.11a提供的高速率又要與龐大的802.11b設備基礎保持向後兼容性會增加成本,且在1999年-2000年期間,美國非軍事使用的5 GHz頻段僅限於部分信道,故而802.11a未能流行開來。 [9] [12]
2000年
  • 無線以太網兼容性聯盟(WECA)更名Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance,縮寫WFA),並引入術語「Wi-Fi」。第一款Wi-Fi CERTIFIED產品發布。 [7] [13]
2003年
  • IEEE 802.11g-2003修正案發布,將正交頻分復用(OFDM)應用到2.4GHz頻段上,提供最高54 Mbps的速率,並與802.11b保持向後兼容性和互操作性,802.11g在市場上取得了成功。Broadcom在IEEE 802.11g修正案發布之前發布了基於802.11g標準草案的芯片,為後來行業參與者基於標準草案搶先發布產品進入市場的行為開創了先例。 [7] [12]
  • 世界無線電大會在5GHz頻段為無線接入系統分配了額外的455 MHz頻譜。 [7] [8]
  • 為應對Wi-Fi網絡暴露出來的安全性問題,Wi-Fi聯盟基於IEEE 802.11i標準草案推出Wi-Fi Protected Access(WPA)認證作為過渡。 [12] [15]
2004年
  • IEEE 802.11i-2004修正案發布,Wi-Fi聯盟開啟Wi-Fi CERTIFIED WPA2認證以增強Wi-Fi安全性。 [12] [13] [15]
  • Wi-Fi聯盟基於IEEE 802.11e標準草案推出Wi-Fi CERTIFIED WMM認證,在Wi‑Fi網絡中增加了服務質量(QoS)功能。 [12] [16]
2005年
  • IEEE 802.11e-2005修正案發布,為802.11帶了服務質量(QoS)增強功能,Wi-Fi聯盟推出Wi-Fi CERTIFIED WMM-Power Save認證,用以改善移動設備的電池壽命並提高通過Wi-Fi網絡傳輸語音呼叫的效率。 [12] [16]
  • 「Wi-Fi」被韋氏大學詞典(Merriam-Webster's Collegiate Dictionary)收錄。 [9] [13]
2007年
  • 鑑於2005年至2006年期間市場參與者搶先推出所謂「pre-n」或「draft-n」產品,IEEE採取非常規措施將2007年初形成的IEEE 802.11n草案D2.0公開發布,Wi-Fi聯盟基於草案D2.0在2007年6月開啟Wi-Fi CERTIFIED 802.11n draft 2.0認證計劃,以確保在802.11n標準獲批之前發布的產品具有互操作性。 [7] [12] [13] [17] [18]
2009年
  • IEEE 802.11n-2009修正案發布,為802.11引入MIMO技術,該技術允許更多的天線創建更多的數據流,最大傳輸速率可達600 Mbps。 Wi-Fi聯盟開啟Wi-Fi CERTIFIED n認證計劃,更新了Wi-Fi CERTIFIED n標誌,以Wi-Fi CERTIFIED標誌左邊字母的變化表明與802.11 a/b/g產品的向後兼容性。 [9] [12] [13] [18] [19]
2013年
  • Wi-Fi CERTIFIED ac認證打破了千兆速率屏障。 [9] [13]
2018年
  • Wi-Fi聯盟引入Wi-Fi 6,Wi-Fi 5和Wi-Fi 4行業命名。 WPA3繼續Wi-Fi安全演進。 [13] [15]
2019年
  • Wi-Fi CERTIFIED 6開創了Wi-Fi新時代。 [9] [13]

世代[編輯]

Wi-Fi基於IEEE 802.11標準,Wi-Fi聯盟在2018年發起"Generational Wi-Fi"營銷計劃,基於主要的Wi-Fi技術(PHY)版本,引入了對消費者友好的Wi-Fi世代名稱(Wi-Fi generation names),格式為「Wi-Fi」後跟一個整數,並鼓勵採用世代名稱作為行業術語。世代名稱不影響以前的認證程序名稱,對於以前的認證程序(例如Wi-Fi CERTIFIED ac或更早的程序),繼續使用原始認證程序名稱。Wi-Fi聯盟沒有為Wi-Fi 4之前的Wi-Fi世代分配新名稱。 [20] [21] [22]

  • 第二代 基於IEEE 802.11b,2.4GHz工作頻段,最高速率11 Mbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED b」。 [23]
  • 第三代 基於IEEE 802.11a,5GHz工作頻段,最高速率54 Mbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED a」。基於IEEE 802.11g,2.4GHz工作頻段,最高速率54 Mbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED g」。 [23]
  • 第四代 基於IEEE 802.11n,世代名稱Wi-Fi 4,信道寬度20MHz、40MHz,2.4GHz和5GHz頻段,最高4條空間流,最大副載波調製64-QAM,最高速率600 Mbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED n」。 [23] [24]
  • 第五代 基於IEEE 802.11ac,世代名稱Wi-Fi 5,信道寬度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz,5GHz頻段,最高8條空間流,最大副載波調製256-QAM,最高速率6.9 Gbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED ac」。 [23] [25]
  • 第六代 基於IEEE 802.11ax,世代名稱Wi-Fi 6,信道寬度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz,2.4GHz和5GHz頻段,最高8條空間流,最大副載波調製1024-QAM,最高速率9.6 Gbit/s,認證計劃為「Wi-Fi CERTIFIED 6」。 [26] [27]

與IEEE 802.11區別[編輯]

Wi-Fi與IEEE 802.11常常被混淆,兩者的區別可以概述為IEEE 802.11是一種無線局域網標準,而Wi-Fi是IEEE 802.11標準的一種實現。IEEE 802.11標準中制定了多個物理層(PHY)規範,產品實現除了Wi-Fi,還有WiGig,WiGig聯盟併入Wi-Fi聯盟後[28],被定義為Wi-Fi的擴展推出了Wi-Fi CERTIFIED WiGig認證計劃[29]。在這兩類範圍以外還有兩個區別明顯的的物理層規範TVHT PHY和S1G PHY,工作在1 GHz以下頻段。市場上有基於TVHT PHY的"Super Wi-Fi",工作在電視空白頻段。Wi-Fi聯盟曾就此發表聲明,由於其無法與Wi-Fi設備互操作,不鼓勵使用諸如「Super Wi-Fi」之類易於混淆的名稱,也還沒有工作於電視空白頻段的Wi-Fi技術 [30]

用途[編輯]

網路連接[編輯]

  • 具Wi-Fi功能的設備:如個人電腦,遊戲機,智慧型手機或數位音訊播放器可以從範圍內的無線網絡連接到網路。一個或多個(互聯)存取點–稱之為熱點 - 可以組成一個面積由幾間房間到數平方英里範圍的上網空間,覆蓋的面積大小可能取決於存取點的重疊範圍。Wi-Fi技術已被用於無線網狀網路,例如,在倫敦、英國,除了家裡和辦公室使用外,Wi-Fi無線網絡還可以提供免費使用的公開熱點和各種商業服務。
  • 組織和企業:例如機場、飯店、餐廳等經常提供來訪者免費熱點,以吸引或協助客戶。商家會依愛好者希望提供服務,有時也為在某些領域推銷企業而提供免費的Wi-Fi站點。目前在中國大陸和台灣,許多大型飯店和商場的內部,都會提供免費Wi-Fi熱點供來訪者使用互聯網,一些城市或區域如北京市海淀區還提供了區域性的政府免費無線網「海淀區免費無線網絡」[1]。截至2008年為止,Wi-Fi的(Muni-Fi)的項目已超過300個城市參與。2010年捷克共和國已有1150家Wi-Fi網路服務供應商。
  • 路由器,結合了數據機和Wi-Fi存取點,通常設置在家裡房間、飯店客房或其他場所,可以提供互聯網連接以及和互聯網絡的所有設備連接(無線或有線)。但因為家用無線路由器的功率較小,所以其信號覆蓋範圍、信號強度也較小。隨著MiFi和WiBro(攜帶式Wi-Fi路由器)的出現,可以很容易地建立自己的Wi-Fi熱點,透過電信網路連接到網路。現在,許多移動電話(智能手機)也可充當小型無線路由器,供周圍的設備連接互聯網。
  • 也可以使用ad-hoc模式,不經路由器而是客戶端直接連接到另一個客戶端的Wi-Fi設備。Wi-Fi無線覆蓋範圍,也包含了浴室、廚房和花園等地,使網路無所不在。

城市Wi-Fi覆蓋[編輯]

戶外Wi-Fi熱點
戶外Wi-Fi熱點

21世紀初期,世界各地的許多城市都宣布計劃構建全市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,美國加州森尼維爾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年倫敦Wi-Fi普及,幾個自治市鎮包括威斯敏斯特伊斯靈頓已經有了廣泛的Wi-Fi覆蓋。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10,000個,覆蓋率達到90%,全球主要的大都市的重要公共場所多已有Wi-Fi技術,如上海台北香港新加坡漢堡巴黎華盛頓倫敦紐約等。

校園Wi-Fi覆蓋[編輯]

卡內基美隆大學於1994年在其匹茲堡校區建立世界上第一個無線網絡,比起源於1999年的Wi-Fi品牌還要早[31]。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全校園無線網路覆蓋的主要大學。現在大多數校園已設置無線網路。

臺灣的許多大學圖書館內,也設有免費Wi-Fi熱點,提供學生使用。

中國大陸,各大高等院校以及許多中學校園內覆蓋有免費或收費的教育網校園Wi-Fi,以及電信營運商架設的收費校園熱點(中國電信:ChinaNet,中國移動:CMCC,中國聯通:ChinaUnicom)。

香港各大專院校各自提供該校專門的Wi-Fi供學生使用,多數需要以學生個人編號和密碼來登入。

另外,全世界許多科研和教育機構都提供教育網漫遊服務eduroam,加入該聯盟的機構成員可使用本機構的賬號,在各聯盟單位內實現無線網絡訪問的無障礙漫遊。

電腦對電腦直接通訊[編輯]

Wi-Fi無線通信也可以不需通過存取點,直接從一台電腦傳出到另一台。這就是所謂Ad-hoc模式的Wi-Fi傳輸。這種無線ad-hoc網絡模式受到掌上遊戲機(如任天堂3DS遊戲機)、數位相機和其它消費性電子設備的歡迎。Wi-Fi聯盟推動一個新的安全方法規範,稱為Wi-Fi Direct,直接進行文件傳輸和媒體共享。

優勢和挑戰[編輯]

商業優勢[編輯]

Wi-Fi部署區網(LAN)可讓客戶端設備無需使用電線,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。

現在大多數筆記型電腦製造商已經內建無線網路裝置。Wi-Fi的價位持續下跌,使之漸漸普及,已成為企業普遍的基礎設施。

根據Wi-Fi聯盟指定,「Wi-Fi認證」是向後相容的。它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正確執行。

Wi-Fi已在22萬個以上公開熱點和幾千萬戶家庭、公司及世界各地的大學校園中使用。2010年,Wi-Fi保護訪問加密(WPA2)被認定安全,能讓用戶使用強大的密碼。新協議的Wi-Fi Multimedia(WMM)說明Wi-Fi更適合於延遲敏感型應用(如語音和視頻),此外,WMM的省電機制能提高電池效率。

限制[編輯]

Wi-Fi在全球各地的頻率分配和操作限制並不相同。台灣、美國所用的標準在2.4 GHz頻帶有11個頻道,而在歐洲大部份地區有另外的2個頻道,即13個頻道(1-11 v.s 1-13),日本還要追加一個(1-14)。這造成混亂現象:一個Wi-Fi信號在2.4 GHz頻段實際上佔用五個頻道,兩個頻道編號之差大於5的頻道,如2和7,不會發生頻道重疊,因此在美國只有3個非重疊頻道:1、6、11。在歐洲有三個或四個非重疊頻道:1、6、13或1、5、9、13。Effective Isotropic Radiated Power(EIRP)在歐盟被限制為20 dBm的(100mW)。

傳遞的距離[編輯]

傳輸速度和移動性:Wi-Fi, HSPAUMTSGSM

Wi-Fi網絡範圍有限。一個使用802.11b或802.11g的典型無線路由器和天線,802.11n可到達超過這個範圍兩倍的距離,範圍隨頻率的波段調整。Wi-Fi在2.4 GHz的頻率區段範圍比5 GHz的頻率區段稍微好些。

通過使用定向天線,室外覆蓋範圍可提高數公里或以上。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,和其他裝置相比Wi-Fi顯得相當耗電。其他技術如藍牙(可支持無線PAN應用)提供了一個較小的傳播範圍(小於十公尺),因此耗電量較低。其他低耗電技術,如ZigBee的有相當長的範圍,但傳輸速率卻很低。Wi-Fi的高耗電特性使得電池壽命的問題漸受重視。

研究人員已經開發出「不須新線」的技術,試圖彌補Wi-Fi室內範圍不足的問題。安裝新的電線(如cat-5)不具成本效益,ITU-T G.hn英語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)來達成。雖然G.hn不具備一些Wi-Fi優勢(如可移動性或戶外使用),它的設計應用(如IPTV分配)仍在室內範圍發揮功能。

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,只能大約測出Wi-Fi有關地區的發射器的信號強度。但這不包括遠距離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。

基本上,Wi-Fi的實際應用範圍非常有限,例如;倉庫中或零售空間的盤點機、結帳條碼閱讀器、收發台。市面上的無線路由器最低覆蓋率可達80平方公尺,蘋果公司AirPort技術更可達100-140平方公尺。

技術簡述[編輯]

一個Wi-Fi基地台
Wi-Fi基地台內部

網絡成員和結構[編輯]

  • 站點(Station),網絡最基本的組成部分。
  • 基本服務單元(Basic Service Set,BSS)。網絡最基本的服務單元。最簡單的服務單元可以只由兩個站點組成。站點可動態連結(associate)到基本服務單元中。
  • 分配系統(Distribution System,DS)。分配系統用於連結不同的基本服務單元。邏輯上,分配系統使用的媒介(Medium)和基本服務單元使用的媒介完全不同,儘管物理上它們可能會是同一個媒介,例如同一個無線頻段。
  • 接入點(Access Point,AP)。接入點即有普通站點的身份,又有連接到分配系統的功能。
  • 擴展服務單元(Extended Service Set,ESS)。由分配系統和基本服務單元組合而成。這種組合是邏輯上,並非物理上。不同的基本服務單元物有可能在地理位置相去甚遠。分配系統也可以使用各種各樣的技術。
  • 關口(Portal)。也是一個邏輯成分,用於將無線局域網和有線局域網或其它網絡聯繫起來。

這裡有3種媒介,站點使用的無線媒介,分配系統使用的媒介,以及和無線局域網集成一起的其它局域網使用的媒介。物理上它們可能互相重疊。IEEE 802.11只負責在站點使用的無線的媒介上的尋址(Addressing)。分配系統和其它局域網的尋址不屬無線局域網的範圍。

IEEE802.11沒有具體定義分配系統,只是定義了分配系統應該提供的服務(Service)。整個無線局域網定義了9種服務:

  • 5種服務屬於分配系統的任務,分別為,連接(Association)、結束連接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再連接(Reassociation)。
  • 4種服務屬於站點的任務,分別為,鑒權(Authentication)、結束鑒權(Deauthentication)、隱私(Privacy)、MAC數據傳輸(MSDU delivery)。

運作原理[編輯]

Wi-Fi的設置至少需要一個存取點(Access Point,AP)和一個或一個以上的客戶端使用者(client)。無線AP每100ms都會將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,所以這個廣播動作對網路效能的影響不大。因此Wi-Fi規定其最低傳輸速率為1 Mbit/s,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系統開放對客戶端的連接並支援漫遊,這就是Wi-Fi的好處。但亦意味着,一個無線適配器有可能在性能上優於其他的適配器。由於Wi-Fi通過空氣傳送信號,所以和非交換以太網路有相同的特點。

近兩年,出現一種WIFI over cable的新方案。此方案屬於EOC(ethernet over cable)中的一種技術。通過將2.4G wifi射頻降頻後在cable中傳輸。此種方案已經在中國小範圍內測試商用。

讀音爭議[編輯]

2012年11月6日,《山東商報》引用山東外事翻譯職業學院商務英語教研室主任溫顏的說法稱:「Wi-Fi的發音從語法角度來說,應該為『微費』,因為「這個詞是由『wireless』(無線電)和『fidelity』(保真度)這兩個英語單詞組成,但是發音又不能按照這個詞的發音來,因為『Wi-Fi』是一個合成詞,應該按照一個單詞的語法來發音。這個詞中有兩個元音字母『i』,所以應該發短音,故從語法角度講,發音應是『微費』」。這種說法一時在中國大陸網絡上引起了很大爭議,有網友引用牛津字典中的/ˈwaɪ faɪ/音標和美劇《生活大爆炸》的相關片段來質疑。但也有網友稱法國小羅伯特詞典(Le Petit Robert)中Wi-Fi一詞法語發音的音標是/wifi/[32],發音接近漢語的「微費」[33]

參考文獻[編輯]

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  30. ^ Wi-Fi Alliance statement regarding "Super Wi-Fi". Wi-Fi Alliance. 2012-01-27 [2020-03-26]. 
  31. ^ Wi-Fi Origins. Carnegie Mellon University. [2013-03-22]. 
  32. ^ Définitions : wi-fi. 小拉魯斯詞典(Le Petit Larousse) (法語). [與來源不符](並非小羅伯特詞典)
  33. ^ 網絡熱議WiFi發音 專家稱應念「微費」網友質疑. 人民網. 2012-11-08 (中文(中國大陸)‎). 

參見[編輯]