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Wi-Fi

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Wi-Fi標誌

Wi-Fi英語發音:/ˈwɪfɪ/)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標準的無線區域網路裝置。基於兩套系統的密切相關,也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同義術語。「Wi-Fi」常被寫成「WiFi」或「Wifi」,但是它們並沒有被Wi-Fi聯盟認可。

並不是每樣符合IEEE 802.11的產品都申請Wi-Fi聯盟的認證,相對地缺少Wi-Fi認證的產品並不一定意味著不相容Wi-Fi裝置。

IEEE 802.11的裝置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裝置。

Wi-Fi聯盟成立於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[編輯]

Wi-Fi這個術語被人們普遍誤以為是指無線傳真(Wireless Fidelity)[1],類似歷史悠久的音響裝置分類:高傳真(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檔案中使用「Wireless Fidelity」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第一個版本發表於1997年,其中定義了媒體存取控制實體層。實體層定義了在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調頻方式和一種紅外線傳輸的方式,總資料傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個裝置之間的通訊可以自由直接(ad hoc)的方式進行,也可以在基站(Base Station,BS)或者存取點(Access Point,AP)的協調下進行。1999年加上了兩個補充版本:802.11a定義了一個在5GHz ISM頻段上的資料傳輸速率可達54Mbit/s的實體層,802.11b定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但資料傳輸速率高達11Mbit/s的實體層。

2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數國家通用,因此802.11b得到了最為廣泛的應用。蘋果公司把自己開發的802.11標準起名叫AirPort。1999年工業界成立了Wi-Fi聯盟,致力解決符合802.11標準的產品的生產和裝置相容性問題。Wi-Fi為制定802.11無線網路的組織,並非代表無線網路

802.11標準和補充[編輯]

  • 802.11,1997年,原始標準(2Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  • 802.11a,1999年,實體層補充(54Mbit/s,5GHz頻道)。
  • 802.11b,1999年,實體層補充(11Mbit/s,2.4GHz頻道)。*
下列常見的標準於2007年收錄在802.11
  • 802.11c,符合802.1D的媒體存取控制層(MAC)橋接(MAC Layer Bridging)。
  • 802.11d,根據各國無線電規定做的調整。
  • 802.11e,對服務等級(Quality of Service, QoS)的支援。
  • 802.11f,基站的互連性(Interoperability)。
  • 802.11g,實體層補充(54Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  • 802.11h,DFS /TPC,信道(5GHz頻段)。
  • 802.11i,安全和授權(Authentication)方面的補充。
2008年以後的標準
  • 802.11k,
  • 802.11n,2009年,導入多重輸入輸出(MIMO)和40Mbit頻寬(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,實體層補充(1×1 MIMO,433Mbit/s,5GHz頻道),80Mbit頻寬。

除了上面的IEEE標準,另外有一個被稱為IEEE 802.11b+的技術,通過PBCC技術(Packet Binary Convolutional Code)在IEEE802.11b(2.4GHz頻段)基礎上提供22Mbit/s的資料傳輸速率。但這事實上並不是一個IEEE的公開標準,而是一項產權私有的技術(產權屬於美國德州儀器,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,由無線網路晶片生產商Atheros所提倡的則為SuperG。

年代[編輯]

Wi-Fi可分為五代。[2]由於ISM頻段中的2.4GHz頻段被廣泛使用,例如微波爐藍芽,它們會干擾WiFi,令速度減慢,5GHz干擾則較小。雙頻路由器可同時使用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,只使用2.4GHz,最快2Mbit/s
  • 第二代802.11b,只使用2.4GHz,最快11Mbit/s,正逐漸淘汰
  • 第三代802.11g/a,分別使用2.4GHz和5GHz,最快54Mbit/s
  • 第四代802.11n,可使用2.4GHz或5GHz,20和40MHz頻寬下最快72和150Mbit/s
  • 第五代802.11ac,只使用5GHz

用途[編輯]

網路連接[編輯]

  • 具Wi-Fi功能的裝置: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路連接到網路。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無線網路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熱點供來訪者使用網際網路。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,可以提供網際網路連接以及和網際網路絡的所有裝置連接(無線或有線)。但因為家用無線路由器的功率較小,所以其訊號覆蓋範圍、訊號強度也較小。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,許多行動電話(智慧型手機)也可充當小型無線路由器,供周圍的裝置連接網際網路。
  • 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裝置。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網路。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 (加利福尼亞州),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10000個,覆蓋率達到90%,全球主要的城市多已有Wi-Fi技術,如倫敦紐約台北香港新加坡漢堡巴黎華盛頓上海等。

校園的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了世界上第一個無線網路,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上網。

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,各大高等院校校園內大多有電信營運商架設的校園熱點,但是此類熱點通常需要註冊相關帳號並付費才可使用。也有一大部分學生在宿舍自行安裝無線路由器以架設私人熱點。

電腦對電腦直接通訊[編輯]

Wi-Fi無線通訊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網路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裝置的歡迎。Wi-Fi聯盟推動一個新的安全方法規範,稱為Wi-Fi Direct,直接進行檔案傳輸和媒體共享。

優勢和挑戰[編輯]

商業優勢[編輯]

一個偵測Wi-Fi的鑰匙圈

Wi-Fi部署區網(LAN)可讓客戶端裝置無需使用電線,降低網路部署和擴充的成本。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標準裝置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保護存取加密(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(如語音和視訊),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]

速度和移動比:Wi-Fi, HSPAUMTSGSM

Wi-Fi網路範圍有限。一個使用802.11b或802.11g的典型無線路由器和天線,在無任何障礙物下可覆蓋範圍可達到室內-50平方米(538英尺)/室外-140平方米(1,500英尺)。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裝置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。其他技術如藍芽(可支援無線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標準的高速區域網路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

網路成員和結構[編輯]

  • 站點(Station),網路最基本的組成部分。
  • 基本服務單元(Basic Service Set,BSS)。網路最基本的服務單元。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。
  • 存取點(Access Point,AP)。存取點即有普通站點的身分,又有連接到分配系統的功能。
  • 擴充功能服務單元(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,用於將無線區域網路和有線區域網路或其它網路聯繫起來。

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,以及和無線區域網路整合一起的其它區域網路使用的媒介。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定位(Addressing)。分配系統和其它區域網路的定位不屬無線區域網路的範圍。

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)。整個無線區域網路定義了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)、整合(Integration)、再連接(Reassociation)。
  • 4種服務屬於站點的任務,分別為,授權(Authentication)、結束授權(Deauthentication)、隱私(Privacy)、MAC資料傳輸(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。但亦意味著,一個無線介面卡有可能在效能上優於其他的介面卡。由於Wi-Fi通過空氣傳送訊號,所以和非交換乙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。

Wi-Fi認證[編輯]

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裝置。非營利性的Wi-Fi聯盟成立於1999年,以填補這一段空白——建立並執行標準,並推動無線區域網路技術。

至2009年截止Wi-Fi聯盟擁有超過300多家來自世界各地公司和廠家會員,他們的產品通過認證過程後,有權標明Wi-Fi標誌。

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

認證時可以選擇測試包括IEEE 802.11的標準草案、與行動網路互動裝置的結合、有關安全和功能設置、多媒體、以及省電能力。

讀音[編輯]

2012年11月6日,《山東商報》參照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上引起了很大爭議,因為據調查的絕大部分人都認為是讀wāi fài。[4]

政治[編輯]

中國政府為推廣WAPI,對中國版iPhone 3G的Wi-Fi功能進行了強行遮蔽。其後在2009年態度軟化,只要求支援Wi-Fi功能的手機同時也支援WAPI即可。[5]

參考文獻[編輯]

  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. [2013-03-22]. 
  4. ^ 網絡熱議WiFi發音 專家稱應念「微費」網友質疑. 北方網. [2012-11-08] (中文(中國大陸)‎). 
  5. ^ 手機WiFi終解禁 入網需同時整合WiFi和WAPI

參見[編輯]

  • WiGig:WIFI聯盟表示將與WiGig聯盟合作展開無線傳輸技術合作。此舉動意味著WiGig成員現在可以開發WIFI 60GHz頻譜,並提供高達7Gbps的高速資料傳輸速度。
  • 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英語G.hn Ethernet HomePNA英語HomePNA  · G.hn英語G.hn G.hn英語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英語iBurst · WiBro/WiMAX · UMTS-TDD · HSPA · HSDPA · EV-DO · LTE 衛星上網英語Satellite Internet access