第二章無線技術介紹 以光為傳輸媒介:紅外線/雷射 以無線電波稿傳輸媒介 以無線電波為傳輸媒介 直接序列展頻 跳頻展頻 窄頻微波

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1 第二章無線技術介紹 以光為傳輸媒介:紅外線/雷射 以無線電波稿傳輸媒介 以無線電波為傳輸媒介 直接序列展頻 跳頻展頻 窄頻微波
HipereLAN HomeRF Bluetooth

2 無線技術介紹 自從1997年8月美國電機電子協會IEEE (Institution Electrical and Electronics Engineers)公告1-2Mbps無線網路標準後，沉寂已久的無線網路領域又再度活絡了起來。 以往無線網路的技術沒有一定的規範 Internet 成功的原因

3 導論 無線網路的技術可分為二大類 利用光傳輸 無線電波傳輸 紅外線(IR, infra-ray) 雷射(Laser)
載頻微波（Microwave） 直接序列展頻(DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) 跳頻展頻(FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) HomeRF HiperLAN 藍芽技術 (Bluetooth) 。

4 導論 光的特性 Laser的特性 無線電波傳輸 無法穿透大部分障礙物 應用在小範圍的使用(如IR)
在資料傳輸安全上相對於無線電波傳輸是理想許多 Laser的特性 不易散射 承載訊息的能力增加 增加連線的距離 無線電波傳輸 有較佳的穿透力 規劃上比較具有彈性而且更方便。

5 以光為傳輸媒介:紅外線/雷射 最常見的無線網路應用 紅外線傳輸的三種模式
筆記型電腦都已經將紅外線網路(lrDA; Infrared Data Association)作為標準配備。 紅外線傳輸的三種模式 直接式紅外線連接(DH/lR, Direct-Ream lR) 散射式紅外線連接(DF/lR, Diffuse IR) 全向性紅外線(Omini/IR, Ominidirectional lR）

6 直接式紅外線連接(DH/lR, Direct-Ream lR)
紅外線是光的一種 在直接式紅外線連接模式下利用紅外線傳輸資料時，二個互通的點(可以是二部電腦)必須是在相互可看見的同一線上 (LOS; Line of Sight)，而且不能有任何阻隔，因為光不能穿透任何不透明的物體;

7 散射式紅外線連接(DF/lR, Diffuse IR)
散射式紅外線連接模式下，則不需是 Line of Sight，但必須是在同一個封閉的空間內。

8 全向性紅外線 (Omini/IR, Ominidirectional lR）
全向性紅外線則足利用一個紅外線的基地台。 這個基地台(Base Station; BS)是全向性的。 而工作站上的紅外線則是定向性的發射器指向此基地台。

9 雷射 雷射亦屬於光學無線(Optical Wireless: OW)系統
目前雷射無線網路足採用LED或是半導體(semi-Conductor)雷射的技術 由於雷射將光束的能量集中，所以幾乎沒有散射效應，這種無線網路大多用於點對點的無線專線連結。

10 以無線電波稿傳輸媒介：展頻技術 展頻技術(Spread Spectrum)： 展頻技術 vs.窄頻技術 大部分的無線網路都足採用展頻技術
技術來自於軍方軍方的通訊要求可靠、保密、不易被敵人偵測，所以展頻技術 有抗干擾、不易被偵測的特性。 展頻技術 vs.窄頻技術 窄頻技術容易受到使用同頻率的其他通訊干擾，導致無法通訊，這就是俗稱的蓋台現象， 展頻技術則足使用一個比較寬的頻帶來傳送訊號，假如有雜訊干擾，因為不會完全覆蓋使用的頻帶，訊號依然可以傳遞。

11 以無線電波稿傳輸媒介：展頻技術 展頻技術又可分為 直接序列展頻(DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum)
跳頻展頻FHSS;Frequcncy Hopping Spread Spectrum)。

12 DSSS vs., FHSS 直接序列展頻（DSSS) 跳頻展頻 （FHSS)
足將原來窄頻的訊號，利用展頻碼(Spreading Code)將原始訊號開展成數倍頻寬的訊號，這個展開的方法會將 原來訊號的能量降低，甚至低於背景雜訊值(Background Noise)，這樣的機制讓有心截取資料的人不易判斷出真正的訊號，這也是軍方在通訊上採用這種技術的原因。 跳頻展頻 （FHSS) 跳頻展頻則是使用頻寬十分狹窄的窄波(Narrowband ，利用窄波於不同頻道間跳躍的方式傳遞訊號，這種傳遞方式必須建立於訊號交換的二方其窄波跳躍模式(Pattern)一致，否則無法溝通。

13 以無線電波為傳輸媒介:窄頻微波 窄頻微波(Narrowband/Microwave) 利用高頻短波長的電波傳送 提供點對點遠距無線連結
由於微波傳輸需要一條無障礙的通道，所以連線的二端必須是在相互可看見的同一線上(Light of Sight) 由於窄頻微波技術足利用特定的頻段傳送及接收資料，為了防止不同通訊頻道問的Crosstalk干擾，必須將使用頻段的頻寬限制在十分狹窄的範圍內。

14 Example

15 以無線電波為傳輸媒介：HiperLAN 歐洲ETSI所制定的高效率之無線網路標準 頻寬可達20Mbps
IEEE 不同的是，不採用調變技術(Modulation)， 使用的頻段為5GHz以及l7GHz 分成： HiperLAN Type I：採用CSMA(Carrier Sense Multiple Access)的技術 HyperLANType II：採用Wireless ATM的技術

16 HomeRF HomeRF;(Home Radio Frequency) 整合家庭中語音與數據的裝置
將資訊設備(如:電腦、印表機)、娛樂設備(如:電視遊樂器、音響耳機)、通訊設備(如:室內無線電話、PDA)以及消費性電子產品(如:電視、音響)等透過無線電波互相連結

17 Bluetooth 藍芽也是用2.4GHz頻段， 採用的是快速跳頻技術
與IEEE802.11所規範的跳頻展頻類似。兩者最主要的差別是跳躍的頻率 Bluetooth每秒1600次的跳躍(hop)速度遠高於IEEE802.11的FHSS 。 每一個藍芽細胞網路(Piconet)可以連結8個不同的裝置。 藍芽是短距無線傳輸的解決方案，其設計目的亦足為了整合資訊設備

18 無線網路的優點 高移動性 （Mobility） 節省網路建設成本 (Cost Saving)
在不易佈線區域建構無線網路 (easy to install in Difficult-to-Wire Area) 增加可靠性 (Increased Reliability) 縮短網路建構時間 (Time Saving)

19 高移動性 （Mobility） 傳統網路設備因“線”而限制了使用者的活動範圍，失去移動性的結果，將使這些設備的用途減低了大半。
不論是在辦公室內、家庭，每個人隨時隨地都能夠獲即時的訊息支援制的優點。

20 在不易佈線區域建構無線網路 (easy to install in Difficult-to-Wire Area)
不需佈線 有線網路的缺點： 在規劃之初，就必須考慮周詳的網路線佈線路徑 因為網路線會受外在環境的影響而降低它的傳輸效能， 加上佈線的施工品質，造成很多因素不容易掌握。 無線網路的優點： 只需先期對環境作一次偵測，得到最佳的狀態後，就可將無線設備定位好，完成無線網路的架設。 省掉線材成本還有佈線施工費用。

21 增加可靠性 (Increased Reliability)
網路偵錯容易 網路架構變得更容易 由於一般的辦公室在使用一段時間後，多會因為人員的擴充、業務的變更，冊需要亞新規劃辦公室的隔間，特別是人口密集的商業大樓，裝潢的更動更足常見。 低密度網路使用區域以及佈線施工困難虛的網路架設 不受環境限制，無須考慮網路線的舖設問題，可節省架設成本及線材。 線材因時間久遠、環境狀況、施工技術，高溫潮濕的氣候，發生質變，影響傳輸品質。 線路的電、磁場的干擾， 蟲害與鼠害

22 縮短網路建構時間 (Time Saving)
戶外架設網路 特別是在幅員遼闊的環境

23 無線網路的架構 無須基地台的對等式網路（Ad-Hoc Network）
利用基地台與有線網路結合的主從式網路（Infrastructure Network) 基地台間多點連結的網路(MultiPoints Connection) 漫遊網路(Roaming Network)

24 無須基地台的對等式網路（Ad-Hoc Network）
利用無線網路卡就可構成一個無線區域網路，在這種網路架構下’每個使用無線網路的資訊設備是利用點對點(Pear to Pear)模式互通，在此種模式下，不需要無線基地台(Base Station: BS)，各端點的地位是相等的。

25 利用基地台與有線網路結合的主從式網路（Infrastructure Network)
無線網路可透過基地台(Base Station; BS)與現有有線網路連結。在此種模式下，由基地台作為無線端的主控，負責無線網路與有線網路訊息交換的控制。

26 基地台間多點連結的網路(MultiPoints Connection)
數個獨立的網路可透過無線基地台將其串接 ，這種連結模式不需傳統的專線建置， 除了架設容易外，施工時間也相對減少許多。

27 漫遊網路(Roaming Network)
在不同無線基地台間可漫遊而不使網路斷線(Roaming)。移動式資訊裝置(如:筆記型電腦、PDA)在使用中若有連接不同的基地台時(也就是跨越不同基地台的涵蓋範圍)，這個網路線不會因為連線基地台的改變而中斷。

28 無線網路的應用 不易佈線的地區 (Hard to Wire) 需要動態上網的區域 (Dynamically Surf the Net)
大範圍地區 （Wide Area） 臨時性場合 （Temporary Place） 其他應用狀況 (Other Application)

29 不易佈線的地區 (Hard to Wire) 因特殊建築設計或地形地物障礙限制而無法鋪設線路的場所。最常見的這種區域，如古蹟、同一公司內的各個建築物的網路連結、跨越山谷、河流、街道的網路達線等。這些區域因為環境特殊，無法破壞原來的建築，或是根本無法建置有線網路，這時候，無線網路是唯一也是最好的選擇。

30 需要動態上網的區域 (Dynamically Surf the Net)
如工廠、百貨公司、醫院、餐廳、學校、旅館等。這種場有些人員必須隨時與資料中心連線取得或是更新資訊。

31 大範圍地區 （Wide Area） 如大型賣場、倉庫或機場。這種區域屬於網路涵蓋範圍很大，但網路節點(例如上網的電腦數)的密度卻很低的地區，而且有些節點可能是以動態的形式連結網路。這樣的區域鋪設有線網路的成本太高，加上鋪設的網路線可能因太遠而對訊號產生衰減的作用，雖然可以增加中繼器(Repeater)來加強訊號，但是這樣的架構總是存在太多不確定的因素，特別是將來要維護網路時，只要網路出了狀況，排除故障的時間。

32 臨時性場合 （Temporary Place）
如運動會、展覽會、研討會等臨時性集會。由於這些場地大都是臨時性質，活動結束後必須恢復原狀，或是時常變換場地規劃。這種環境的網路規劃若是以有線網路來架設，就會發生場地的網路架設必須時常變更，重複佈線的結果不僅造成網路建置成本提高,而涇常的佈線施工，對場地的裝璜更是一種嚴重的破壞。

33 其他應用狀況 (Other Application)
如SOHO家用網路。有很多家庭擁有一部以上的電腦，加上將來網路家電的興起，家庭裡需要上網的裝置會變得很多，如果這些設備都依賴有線網路，可能你會發現家裡面到處“掛”著網路線，實在是大大破壞居家的景觀，在這樣的狀況下，無線網路可以讓網路達結而不需要這些煩人的網路線，完全不會破壞家中原有的陳設。

34 無線網路的問題 無線電波信號的干擾(Radio Signal Interference)
無線網路裝置的電源管理(Power Management) 無線網路標準的不統一(No Identical Standard) 無線網路的保密問題(Security) 無線網路的連線問題(Connection problem) 無線網路的架設問題(installation) 無線網路對健康的影響(Heath Care)

35 無線電波信號的干擾 往往在同一個頻帶間有許多的無線通訊設備同時使用。在這樣的情況下，使用相近頻帶的無線裝置彼此會互相干擾，這些干擾包括了
同頻干擾(Co-Channel Interference)是指在二個以上的無線通訊產品，在某一特定範圍內使用相同的頻道通訊，而這些相同頻道間會因為電波訊號的加成或是抵減的作用，影響了無線電波的傳遞。 鄰頻干擾(Next-Channel Interference)則是因為無線通訊用的頻道雖然不相同，但是由於頻道間沒有足夠的頻帶隔離(Channel Space)，使得每個訊號的側支頻帶(Side Lobe)會彼此互相干擾。

36 無線電波信號的干擾 除了通訊產品外，一些家電利用電磁原理來運作，當這些產品開敢後，會產生大量電磁波，最常見的例子就是微波爐(Microwave Oven)。目前運用無線電波的無線網路產品大都是使用2.4GH，的ISM頻帶，而微波爐產生的電磁波剛好也是落在這個頻帶，所以就會發現，當使用微波爐的時候，大部分的2~4GHz無線網路產品都會受到影響，甚至完全斷訊(Outage)。

37 無線網路裝置的電源管理 無線網路裝置的設備 電力來源幾乎都是-電池
需要移動的設備 筆記型電腦 PDA 條碼機(Bar Code Reader)等， 電力來源幾乎都是-電池 無線網路裝置因為必須以電波或是光波的形式互相溝通，這兩種形式都必須消耗大量的能源.

38 無線網路裝置的電源管理 避免電力耗盡： 最簡單的做法就是當無線裝置沒有傳迭或是接收資料的時候，也就是待機時(Standby)便進入睡眠狀態(Sleep Mode)，這個狀態是將輸出的能量(Output Power)降低，達到節省電能(power Saving)的目的。

39 無線網路的保密問題 媒介是無形的空氣，無法預期誰會接收到訊號，因此，才會讓人對其傳輸的安全性產生懷疑。 網路安全的管理 實體的連線管理
使用者身分認證的系統 檔案權限管理以及 資料傳遞時的加密

40 實體的連線管理 展頻技術必須知道 紅外線無線網路 分散碼(Spreading Code，用於DSSS)、
使用頻道(Channel，用於DSSS)或是 頻道跳動模式(Pattern，用於FHSS)， 否則將無法接收到傳遞中的訊號。 紅外線無線網路 由於光無法穿透障礙物的特性，讓在特定空間的使用者可以安全的建立網路連線，因鳥一旦離開這個範圍，紅外線將因無法穿過隔間而被阻絕，比較沒有被竊聽的疑慮。

41 使用者身分的確認 領域(Domain)的觀念 實體層位址管理,的方法(MAC Address Control)
切割成不同的無線網路，例如:IEEES02.11中的ESS(延伸服務區域，Extended Service Set)，不同的ESS之間是不能透過無線的方式互相溝通的。 實體層位址管理,的方法(MAC Address Control) 規範可以連線或是不可以連線的無線網路裝置，這樣做可以杜絕非法連線的裝置。假如裒的被有心人排除以上的障礙而連上網路時，在整個網路架構下，必須存在一個身分確認機制(就是登入的機制)，這可以讓只有合法身分的人才可以使用網路資源，這樣的架構與整個網路結構相關，而不是只有無線網路才會發生的問題。

42 無線網路的連線問題 一般無線電波的傳輸都會針對資料作加密的保護處理，例如,IEEE802.11規範資料可以利用WEP (Wired Equivalent Privacy)的加密方法，這是使用64位元碼以及公用RC4加密方式為基礎所開發，也有業者提供更佳的128位元加密方式，不過這種加密就沒有共同的規範了。

43 無線網路的架設問題 無線網路與有線網路最大的差別在於通訊主機可以移動， 在同一個子網路(Subnet)內移動， 在不同子網路間移動，
因為子網路不變，雖然可能在不同基地台間移動，但是由於變換基地台時，會經由換手(Handoff)的機制將通訊主機的資訊轉給新的基地台，所以網路連線依然可以正常運作。 在不同子網路間移動， 也就是會跨越路由器(Router)，這個時候原來的IP設定會發生問題，當跨越Router後，原來的IP位址就變成無意義，網路連線就會中斷。

44 在不同子網路間移動IP 採用動態lP取得(DHCP)的模式，這種做法必須在每個子網路裡都提供一個DHCP Server，負責隨時供應IP位址給臨時上網的主機使用，在這種狀態下，通訊主機的IP位置就會因為變換不同的子網路而有不同的IP位址， 缺點：這樣的結果是在變換子網路時會有短暫的通訊中斷，不過很快就可以恢復連線。 採用Mobile IP，不過目前的IP規範(IPv4)中並沒有針對Mobile IP作成定義，必須在下一代的IPV6中寸會定義Mobile IP。這種Mobile IP類似我們行動電話的電話號碼，是可以帶著走的，而不必擔心在不同區域會無法通話。

45 無線網路的架設問題 在小範圍 範圍大至一個學校、大型社區甚至是大都會 偵測環境的收訊狀況 必須考慮天線的場強型態、
無線通訊細胞間的同頻以及鄰頻的干擾 無線裝置輸出功率可達距離的遠近 環境中障礙物的狀況 基地台位置 在這種大型的無線網路中，一般都會配合有線網路作為無線網路的主幹(Back Bond)，當然也可以完全利用無線網路構成一個無線主幹網。其實有線網路與無線網路各有優點，互補搭配運用會是較佳的建構模式。

46 無線網路的架設問題

47 無線網路對健康的影響 而使用無綜電波傳遞時就有許多必須注意的地方，由於無線通訊設備的發射功率的大小，會造成人體不同程度的傷害，像是一般我們常用的行動電話的發射功率約在數百毫瓦(mW)到數瓦(W)之間，行動電話的製造商大都會在手冊裡註明不可長時間持續使用行動電話，而且最好是使用耳機，以免對腦部造成傷害。相同的情況，例如，IEEE802.11中所規範的無線電波傳遞最高不可超過100mW，雖然輸出功率不高，遠小於行動電話的輸出，但是使用這些裝置時，最妤還是不要太靠近人體。