IEEE 802.11b技術與應用簡介

隨著人們對於行動以及網路資訊需求的增加，資訊網路的無線接取(access)市場亦隨之而起。建構無線區域網路(Wireless LAN)的目的即在於將目前廣為使用的區域網路結構無線化，省去佈線的困擾，並且讓使用者可以隨時隨地的上網。目前無線區域網路可用的主要技術包括IEEE 802.11b、藍芽與HomeRF。該選擇何種技術的考量點包括系統的覆蓋範圍、傳輸率、可靠性、與有線系統的相容性、與其它無線系統的相容性、干擾問題、是否簡易使用、安全性、成本、擴充性、電池壽命等等。

IEEE 802.11b是由國際的IEEE組織於1997年所制定的IEEE 802.11，其以現有區域網路最普遍的Ethernet作為基準，但是為了因應傳輸介質改變，而在硬體與通訊協定上做了修改。簡單的說，就是架構於現有的Ethernet標準上，傳輸介質改為紅外線或無線電波。藍芽則是設計了新的網路結構，企圖將整個資訊網路無線化。HomeRF則是結合部份IEEE 802.11與歐規無線市內電話系統DECT(Digital European Cordless Telecommunications)技術，目的是將家庭中的資訊家電設備透過無線的方式連結起來。IEEE 802.11相較於其它兩種技術，優勢在於其建構在現有的Ethernet上，系統的開發與建置較藍芽省事。藍芽由於是個全新的架構，而且又企圖包容所有的標準，因此開發起來相當費事。同時，Ethernet標準也比HomeRF所採用的DECT來的普遍且廣受全世界採用，DECT則大部分只能在歐洲使用。

IEEE 802.11標準制定之初，制定以紅外線(Infrared Ray)與無線電波兩種傳輸介質，無線電波包括微波(Microwave)與展頻(Spread Spectrum)。展頻技術又分為跳頻展頻(FHSS，Frequency Hopping Spread Spectrum)以及直序展頻(Direct Sequence Spread Spectrum)。展頻技術是二次大戰軍方為了防止訊號被監聽與干擾所發展出來的技術，它透過編碼的方式將傳送出去的訊號展開為頻譜很寬的訊號，接收端則反向將接收到的訊號〝縮〞回來，接收端必須有相符的解碼方程式才能夠還原接受到的訊號；原理如一圖所示。同時由於訊號頻譜被展開，如此就能夠與一般窄頻的雜訊區隔開來，接收還原後就能夠產生與雜訊差異很大的訊號，如此就能夠輕易辨識何者是所要的訊號。原理如圖二所示。

圖一 展頻原理示意圖

資料來源：寶來證券研發部整理

圖二 展頻抗雜訊原理示意圖

資料來源：寶來證券研發部整理　

IEEE 802.11採取跳頻的方式，使用2.4GHz頻段，最高傳輸速率為2Mbps。IEEE 802.11 Task Group b於1999年底制定IEEE 802.11b標準，將原本的跳頻方式改為直序展頻，仍使用2.4GHz頻段，傳輸速率提升至11Mbps。無線區域網路相關廠商則成立無線乙太網路相容性聯盟(WECA , Wireless Ethernet Compatibility Alliance)，進行IEEE 802.11b產品認證，通過互通性測試者，發給「Wi-Fi」標籤。因此IEEE 802.11b又常被稱為Wi-Fi。

在介紹網路結構之前，先來看看構成網路的元件。IEEE 802.11b最終產品包括下列三項：

1. NIC(Network Interface Card)：附加於桌上型個人電腦、筆記電腦上的〝無線網路卡〞。
2. AP(In Building Access Point)：使用於建築物內，使用者可以使用本身的NIC，透過無線電波與AP連結，同時也透過AP連結上區域網路。
3. Building to Building：或稱為LAN to LAN或Bridge，當需要連結兩棟大樓或兩個區域網路時，則需要橋接器(Bridge)。

獨立型(Independent)網路在任何時間之一定距離內，任兩台或以上的個人電腦透過無線網路卡連結成獨立型網路，又稱為點對點型(peer to peer)，如圖三所示。

圖三 透過NIC組成的獨立型(Independent)網路架構

資料來源：寶來證券研發部整理

這樣的網路乃視需求而存在，毋需管理或事先規劃。接取站(Access Point)可作為訊號的重複器(Repeater)，並可擴大網路的範圍，如圖四所示。

圖四 有AP的獨立型架構

資料來源：寶來證券研發部整理

使用者透過接取站(AP,Access Point)連上有線的區域網路，這裡的AP不但具備接取的功能，同時還能調節各節點之間的網路資訊流量。架構型網路結構如圖五所示。

圖五 架構型網路結構圖

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IEEE 802.11利用如同行動電話的微細胞結構來擴大無線連結的範圍，如圖所示，在任一節點配接一塊無線網路卡的行動PC，在一個時間內只屬於一個AP與微細胞，或者是處於微細胞的重疊區域（如圖六之灰色區域）中，此時將執行微細胞之間所謂的交遞(Hand Off)程序，透過交遞程序，使用者得以自由的在微細胞之間漫遊(Roaming)。

圖六 微細胞與漫遊結構

資料來源：寶來證券研發部整理

由於IEEE802.11b、藍芽與HomeRF皆使用ISM頻段(2.4GHz，毋需申請使用權)，因此同時使用將會產生相互干擾問題。更何況尚有醫療、工業設備使用此一頻段，干擾問題更是雪上加霜。由於同時使用會產生相互干擾的問題，將使得相關技術一山不容二虎。其實每種技術各有其適用領域，IEEE 802.11b適合辦公室類的一般資料傳輸環境；藍芽適合近距離、非大量、隨時隨地的個人資訊傳遞；HomeRF適合家庭中，PC與消費性電子設備間的通訊連結。

表一 無線區域網路傳輸技術比較表

註：FSK：Frequency Shift Keying TDMA：Time Division Multiple Access
        FHSS：Frequency Hopping Spread Spectrum DSSS：Direct Sequence Spread Spectrum

資料來源：寶來證券研發部整理

既然無法同時使用，廠商乾脆推出可切換傳輸模式的整合方案。例如Intersil與Silicon Wave於2000年11月即宣佈將共同協力合作將藍芽與IEEE802.11b整合在一個模組中，初期目標為網路卡，無線傳輸為自動切換方式。宏?也在其筆記型電腦上採用整合兩技術的解決方案。

由於不受限於線路及其它硬體基礎設備，且涵蓋範圍廣，因此可以隨著用戶的需求而作各種設定。你自己的筆記型電腦裝上802.11b無線網路卡，就可以在任何裝有AP的旅館、機場、圖書館或網咖進行上網。例如適合常得更換座位的主管階級或業務，仍可以隨時隨地取得資訊以供決策所需；垂直大樓間或不同大樓間的網路互聯；家庭資訊與家電設備也可透過AP聯結起來，構成家庭網路。醫生與護士可隨時隨地取得病人資訊，可提升醫療效率與品質；教師與學生得以隨時隨地取得、交換資訊，可提升學習效率；倉庫管理者可以隨時隨地取的貨物庫存量，或者與工廠資訊中心交換資訊提升生產效率。簡而言之，其帶來的好處包括行動力改善了生產力與服務品質；系統建置快速簡便、具快速擴充性、夠彈性，降低擁有系統的成本。

廣為大眾接受的技術標準往往並不會是最好的技術。IEEE 802.11b雖然並不是一個適合所有環境的完整解決方案，但是其建置在廣為使用的Ethernet上；使用起來雖然令人不盡滿意、但還可以接受；加上設備成本大幅降低、筆記型電腦大廠力拱之下，目前市場的接受度急劇升高。NIC價格已由1999年的280美元下降至2001年的100美元就可以買到，最昂貴的AP也由2000年的830美元降至2001年的300美元。目前IEEE 802.11b也已成為筆記型電腦的基本配備，根據Gartner Dataquest在2000年秋天的報告指出，美國已有20%的公司採用IEEE 802.11b技術，預計在2002年時將達到50%。在2001年五月的報告則預測，美國地區整合IEEE 802.11b的筆記型電腦將從2001年的294萬台成長到2005年的1,516萬台，年複合成長率達50.6%。2001年使用者則以大型企業為主，佔全部的%，到2005年時，家庭使用者比例則攀升至20%，成為僅次於大企業的次要市場。藍芽則仍受限於互通性問題，而且解決進度緩慢。各廠商甚至為了搶占先機，忽略互通性認證而競相推出產品。如此一來，將使得問題更加嚴重。更何況目前大多只能做到一對一傳輸，要達到多對多的理想情況，恐怕是三年後的事了。

表二 美國地區含802.11b之筆記型電腦出貨預測 單位：台

資料來源：Gartner Dataquest，2001年5月，寶來證券研發部整理