第16章 無線網路

16-1無線網路(Wireless Network)

無線網路 顧名思義就是利用無線電波來作為資料的傳遞，它與有線網路的用途完全相似，兩者最大不同的地方在於傳輸資料的媒介不同，一個使用無線電波，另一個則是使用實體線路。

無線網路(Wireless Network)主要分為 無線個人網路(Wireless Personal Area Network，簡稱WPAN)： 傳輸範圍在1米至幾十米以內。無線個人網路是指在個人活動範圍內所使用的無線網路技術。 無線區域網路(Wireless Local Area Network，簡稱WLAN)： 傳輸範圍在辦公室、家裏和學校。將有線的區域網路改成無線的區域網路。 無線都會網路(Wireless Metropolitan Area Network，簡稱WMAN)： 傳輸範圍在一個都市內。。 無線廣域網路(Wireless Wide Area Network，簡稱WWAN)： 無線廣域網路是指傳輸範圍可跨越國家或不同城市之間的無線網路

圖16-1無線網路種類(範圍由小到大)

16-2 個人區域網路(WPAN)

無線個人網路(WPAN) 無線個人網路(WPAN) 的標準是IEEE於1999年以藍芽為基礎所發表的IEEE 802.15標準， 而藍芽是由Ericsson、IBM、Nokia、Toshiba、Microsoft、3Com、Lucent、Motorola等廠商於1998年所制定之短距離、低功率、低成本的無線通訊標準。

圖16-2 藍芽耳機

藍芽之名由來 在十世紀的挪威，有個維京國王名叫『哈拉德藍芽』（Harald Bluetooth），他統一了丹麥及挪威，就如同無線技術串聯了人們彼此。 一千年後的今天，易利信行銷人員認為他們在統一消費性電子商品世界所做的貢獻可以媲美 Harald Bluetooth 國王，藍芽之名因此而生

藍芽 主要是為了提供手機和各種電子設備間，低功率、低成本的傳輸方式。 例如讓桌上型與筆記型電腦、個人數位助理（PDA）、行動電話、印表機、掃描機、數位相機、甚至家電用品，以無線方式進行短距離連接。

圖16-3藍芽安全帽

藍芽的技術規格 1.使用ISM頻道2.4GHz，採用跳頻式之展頻技術。 2.相鄰兩頻道間隔為一百萬赫茲，總頻道數為79頻道。 3.實際有效速率最大約為每秒721kbps，未來可以達到12Mbps。 4.傳輸距離使用0dBm功率時約為10公尺，加大功率至20dBm則可提供至少50~100公尺。 5. 可一對一或一對多設備間的雙向通訊。

圖16-3藍芽太陽眼鏡

圖16-4 藍牙的應用

16-3 無線區域網路(WLAN)

無線區域網路 無線區域網路是透過無線電技術取代有線網路線，在區域網路上架設無線網路基地台（Access Point），而使用者電腦則必須有一片無線網路卡(有些筆記型電腦有內建)，透過基地台與無線網路卡的無線通訊達成無線上網的目的

圖16-5 無線網路卡

IEEE 802.11標準 IEEE 802委員會的多年努力，終於在1997年6月訂定了共通無線區域網路的網路標準「IEEE 802.11」。

圖16-6 無線網路基地台 (Access Point)

無線區域網路的優點 高移動性 安裝簡易 不需佈線

無線區域網路的缺點 安全性 速度較慢

圖16-7 無線網路印表機

無線區域網路IEEE 802.11的標準 1997年6月5日IEEE 802委員會正式宣告無線區域網路IEEE 802.11的標準，又稱為無線乙太網路，在業界俗稱Wi-Fi， 規範了無線區域網路的實體層（Physical Layer；PHY），及介質存取控制層（Medium Access Control；MAC）

IEEE 802.11 在統一的MAC層下規範了三種不同的實體層： (1).2.4GHz直接序列模式（DSSS）， (2). 2.4GHz跳頻模式（FHSS） (3). 紅外線(Diffused IR)

圖16-8 Wi-Fi的認證標章 (註：購買產品時最好認明有此標章)

CSMA/CA IEEE 802.11標準媒介存取採用CSMA/CA的演算法，CSMA/CA 為Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance的簡寫，譯為「載波感測多重存取碰撞避免協定」， CSMA/CA是無線網路媒體存取的方式，與乙太網路的CSMA/CD協定相似，差別在於乙太網路是利用碰撞偵測的方式，但由於碰撞偵測無線訊號有所困難，因此CSMA/CA改採取避免碰撞（Collision Avoidance）的方式。

圖16-9 無線網路攝影機

WLAN傳輸的架構可分為 1.基地台模式(Infrastructure Mode) 2.隨意網路模式(AdHoc mode)

基地台模式(Infrastructure Mode) 在基地台模式，每台行動電腦與中心點的存取點(Access Point，簡稱AP)進行區域無線網路連結，其發射功率所及的區域便形成了一個基本服務區且擁有唯一的BSS ID(註：基本服務區（Basic Service Set，簡稱BSS ） 但AP無線電波所含概的範圍限制了行動台的移動性。

圖16-10基地台模式

隨意網路模式(AdHoc mode) 工作站與工作站之間，藉由無線媒介（Wireless Medium），在工作站的發射功率所及區域來收送資訊，而這些工作站的功率涵蓋區域便形成無線區域網路的基本服務區（Basic Service Set；BBS ）

圖16-11 隨意網路模式

「熱點」（Hot Spot） 無線網路正以您想像不到的速度，在各地快速地發展中。我們稱這些快速增長的無線網路節點為「熱點」（Hot Spot） 它們幾乎無所不在，但是有些公共場所要收費，例如：麥當勞。許多公共場所：書店、飯店，及機場候機室內提供上千個熱點

圖16-12 科達公司的無線數位相機

WEP (Wired Equivalent Privacy) 無線區域網路的加密功能稱為 WEP (Wired Equivalent Privacy)，使用 WEP 加密功能時，需在 AP、無線網路卡設定至少一組密碼，AP 及無線網路卡會用這組密碼經過特定的演算法將通訊的封包加密，達到保密的功效。

圖16-13 無線網路基地台的WEP設定

無線網路認證 目前就無線網路認證方式來說，主要有 WLAN Gateway(又稱WLAN Access Controller) 採用802.1x標準的認證方式。

圖16-14 電腦安裝的IEEE 802.1x通訊協定

表16-1 802.1x + PEAP與Web-based(UAM)認證方式之比較

IEEE 802.11的演進 IEEE 早在 1997 年就發表 802.11 無線區域網路標準，但實用性不大。 至 1999 年推出速率提昇的 802.11a 及 802.11b 規格，才逐漸被接受。 IEEE 更在 2003 年推出與 802.11b 規格相容，但傳輸速率再向上提昇的 802.11g 規格

IEEE 802.11a IEEE組織為了進一步增進資料傳輸速率，以及避免IEEE 802.11b的2.4 GHz的幹擾問題，1999年同年提出802.11a規格，該標準的工作頻段為5.15 GHz ~ 5.825 GHz(註:通常簡稱在5GHz頻段做傳輸)，最高資料傳輸達到54 Mbps，傳輸距離達100公尺，採用正交分頻多工(OFDM)調變。

IEEE 802.11b 1997年6月IEEE公佈802.11規格，為第一代的WLAN標準之一，速率最高2 Mbps，但是傳輸速度還是太慢，因此1999年9月提出802.11b規格，工作頻段為2.4 GHz ~ 2.485 GHz(註:通常簡稱在2.4GHz頻段做傳輸)，最高資料傳輸速率達到11 Mbps。

IEEE 802.11g 2003 年通過的 IEEE 802.11g 標準，此規格在2.4GHz的頻帶上運作，可自動向下相容至IEEE 802.11b的模式，資料傳輸速度理論上可達到每秒54Mbps，安全性也比較好。

表16-2 IEEE 802.11 a/b/g的比較

無線區域網路的應用 在市場上看到無線區域網路的大幅應用，包括在家中、公共區域、以及教育和醫療市場等。

無線區域網路的應用例子 汽車經銷商 廠房 醫院

圖16-15 清華大學校園安裝無線區域網路

16-4 無線都會網路(WMAN)

無線都會網路技術 IEEE 802.16無線都會網路(WMAN，Wireless MAN Standard for Wireless Metropolitan Area Networks) 技術，是一項第二代的無線都會網路的寬頻無線通訊標準， 最早的IEEE 802.16標準是在2001年10月完成標準的審核與制定，並在2002年4月對外正式發表，是針對10~66GHz高頻段頻帶而制定的無線都會網路標準，無線都會網路基地台的發射範圍達50公里(31英里)，傳送速度最高則達70MB

目前的IEEE 802.16標準 目前所說的IEEE 802.16標準主要包括 IEEE 802.16a、 IEEE 802.16RevD 和IEEE 802.16e三個標準

業界俗稱WiMAX 根據IEEE 802.16標準發展的WiMAX技術，定義一個在免執照的頻帶上運作的無線都會網路系統，免執照頻帶給了網路設備製造商和新興的網路供應商很大的商機，

圖16-16 IEEE 802.16的傳輸應用

16-5 無線廣域網路(WWAN)

目前的無線廣域網路 以GSM，GPRS，和3G為主，其系統原理皆屬於蜂巢式網路(Cellular Networks)

行動電話(俗稱大哥大)技術的演進 第一代行動電話 (一九八○年代) 第二代行動電話(一九九○年代) 第二.五代行動電話(一九九○年代) 第三代行動電話系統(西元二千年)

圖16-17 現在的手機做的輕薄短小(Sony Ericsson手機)

GSM GSM是Global System for Mobile Communication的縮寫，中文翻譯成全球行動通訊系統，GSM是歐洲電信標準協會(ETSI)所制訂的數位蜂巢行動網路之標準，1997年問世，為目前世界上最受歡迎的第二代蜂巢式行動通訊系統。

GSM規格 屬於分時多工存取 TDMA系統，連線是以電路交換 ( Circuit-Switch ) 方式，GSM 用來傳輸資料只有 9.6 Kbps 速率，亦是歐洲地區行動電話的通訊標準，採蜂巢式細胞概念來建構其通訊系統，提供無線語音與數據服務。

圖16-18 基地台的佈建是採蜂巢式細胞概念

GSM優點 GSM的安全性較佳，GSM手機須經過認證，信號經加密。 且GSM系統可與其他標準相容，如：公眾電話網絡(PSTN)。 且可支援國際漫遊，確保無線電話用戶能以一隻手機行走各地為目標。

圖16-19 屋頂上的基地台

GSM頻段 GSM技術可在900MHz的頻段、1800MHz及1900MHz等頻段使用，目前在台灣提供GSM服務的系統為GSM900及GSM1800兩種

圖16-20 GSM PDA手機

GSM相關服務 基本的語音(Voice Call)服務 緊急呼叫 簡訊服務(Short Message Service，SMS) 行動數據(Mobile Data) 行動傳真(Mobile Fax)

圖16-21 GSM PDA智慧型手機(Smart Phone)

GPRS GPRS 是GSM 系統演進的高速分封數據服務，因為 GSM 網路的連線是以電路交換 ( Circuit-Switch ) 方式，而網際網路上的資料傳遞則以封包交換 ( Packet-Switch ) 的方式，不同的交換架構，導致彼此間的網路幾乎都是獨立運作，並不互相連接。

圖16-22 USB的GPRS Modem

GPRS規格 GPRS 手機和基地台間的傳輸速率，理論上來說，最高可達到 171.2 Kbps。比起GSM 用來傳輸資料( Data )的9.6 Kbps速率，可說是大幅提高，也比目前最常用的撥接數據機速率 56 Kbps還快，GPRS 手機能同時傳送聲音、圖片、文字[46]。

圖16-23 GPRS的小記憶卡(GSM-GPRS Compact Flash Card )

GPRS特性 祇需加入一些設備(SGSN/GGSN)，即可快速將GSM網路升級，以利數據傳輸。 採用分封交換(GSM利用電路交換)技術，以封包及資料大小(GSM利用連線時間)來計費。 理論上傳輸速度上限可提昇至171.2 Kbps，但實際上一般祇有30~50 Kbps左右。 與網際網路接軌，具有隨時連線以及利用現有網路技術升級的優點。 是不需要撥接上網，手機隨時處於連線狀態。

WAP WAP 是Wireless Application Protocol的縮寫，它是無線應用的一種協定，由易立信（ERICSSON）、諾基亞（NOKIA）、摩托羅拉（Motorola）和Phone.com於1997年一起制定出來的，WAP可讓手機的使用者獲得以網際網路為基礎的互動性資訊與應用，並以無線上網的方式連上WAP專門網站。

圖16-22手機可透過GPRS連上WAP網站

3G 3G，其實它的全稱為3rd Generation，含義就是指第三代數位通信。 第三代行動網路的核心技術是封包 IP ( 網際網路協定 ) 技術，第三代手機與前兩代的主要區別是在傳輸聲音和資料的速度上的提升，可讓我們持續上線，隨時連結。

圖16-23 3G手機(Nokia 6680)

W-CDMA 台灣3G系統所使用的 W-CDMA 已經是符合世界規範的歐規 UMTS，係 IMT-2000所認可的標準之一，也稱為CDMA Direct Spread，是在歐洲相當受歡迎的第三代行動電話傳輸科技。

W-CDMA規範 全球漫遊：一支手機可以走遍全世界。 高品質：接近固網通話品質之高音質通話。 運作在 2GHz (2000MHz) 頻帶上。 對應高速上網，高速移動時可達 144Kbps，步行或低速移動時可達 384kbps，室內或靜止時可達到 2Mbps 的下載速度，適合多媒體傳輸。

圖16-24 3G手機(Motorola RAZR)

3G開台 國內電信業者亞太電信已於2003年率先開跑3G服務，

圖16-25 3G手機(Sharp)

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