.無線網路

「無線」代表一種科技的進步，也反應出人類自然的需求，為了達到溝 通的目的，在數百萬年的演化過程中，逐漸發展出語言、文字來進行有效的溝 通，近年以來，許多的通信技術被發展出來，歸納其傳輸的媒介，則可以區分 為「有線」及「無線」兩類，但「無線」並不一定代表著「無限」，而「有限」

也不見得就是因為「有線」。

「網路」代表著錯綜複雜的關係，它是由許多的系統所組合而成；「通信網 路」包含有線電話、無線電話、呼叫器、類比式行動電話、數位式行動電話、

衛星通信、個人通信服務、行動數據、網際網路、用戶迴路系統……等所構成，

而所謂的無線有很多種，例如藍芽(Bluetooth)、GSM/GPRS、3G 或對講機使用 的無線技術，都可以算是廣義的無線技術的一種；因此如果廣泛地講無線設備 或無線網路設備，事實上不是很精確。我們大部分時候談到的無線網路，其實 都是指無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)。

一、無線網路的發展

無線區域網路是近一、二十年的發展，可從人類生活型態不斷地轉變，其 所導致因時、因地不同的網路需求而開始。最主要的變化就是為了要取代目前 的有線區域網路或作為其延伸的方式，其相較於傳統的有線網路，具有網路構 建變得既迅速、又簡單，硬體安裝及配置非但具有彈性，且長期營運成本低及 容易擴充網路規模等優點，這使得WLAN 深受各界好評。其應用領域包括公 共產所之區域網路或提供客戶上網服務等多種應用。WLAN 正在全世界各國 蓬勃發展中，其不只是通信服務業對它趨之若鶩，製造業更視之為明日之星。

而為滿足各領域所帶來不同的需求，讓使用者之間彼此能夠有共通的標準介面 互相傳遞訊息，如傳統有線網路般，通訊標準（平台）的建立就變的相當重要。

在 1985 年，美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission, FCC)為提早解決這個有如洪水般不可擋之趨勢，決定開放三個公用 ISM 頻 帶，也就是工業、科學、醫療專用頻帶，其範圍分佈於902-928 MHz、2.4-2.483 GHz 和 5.725-5.875 GHz 等三個頻帶。此一動作不僅滿足了當時對通訊頻帶日 益增加的需求，且對於無線網路發展更有著重要的影響。

為了使各種設備之間能夠互通，標準的制訂就成了重要的工作。目前已制 訂公佈的無線網路標準包含以下各項（顏春煌﹐2004)。

(1)802.11

第一個無線區域網路標準 IEEE 802.11 是國際電機電子工程師學會 (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE)在 1997 年通過的。這項標 準的通過讓使用者可以在公用的2.4 GHz 射頻環境中進行運作，並在 22 MHz 的頻寬中提供最大2 Mbps 的網路資料傳輸速率。即使在當時，這樣的傳輸效 能對辦公室員工使用來說仍是不夠的，但它的確代表了早期無線網路的演進。

(2)802.11b

緊接著在兩年後，也就是1999 年 9 月，IEEE 通過了 IEEE 802.11 High Rate 標準，也就是 802.11b 標準，在效能上，它提供了五倍的資料傳輸速率 11 Mbps；也由它開始，在市場上開始看到了無線區域網路的廣大應用潛力。

(3)802.11g

另一個五倍資料傳輸的進展，是在 2003 年通過的 802.11g 標準。它基本 上跟802.11b 很像，都是高速的延伸標準，和 802.11 和 802.11b 同樣是利用 22 MHz 大小的頻寬運作，以及於 2.4 GHz 頻帶運作的 802.11g 提供最高 54 Mbps 的資料傳輸速率，並能與之前的2.4 GHz 標準相容。

(4)802.11a

在上述的討論中，唯一沒有提到的是 IEEE 802.11a 標準。雖然 IEEE

802.11a 是與 IEEE 802.11b 同時期通過，也提供與 IEEE 802.11g 相同的 54 Mbps 資料傳輸速率，但它的普及率卻只有 IEEE 802.11b 的一小部份，也比後來推 出的IEEE 802.11g 標準要少很多。這是因為 IEEE 802.11a 標準並未提供向下 相容(Backward Compatibility)的功能；相較之下，IEEE 802.11b 和 IEEE 802.11g 都提供向下相容的功能。表2-3-1 顯示各種 IEEE WLAN 標準的比較，可以清

54Mbps

1，2，5.5，

11Mbps

6，9，12，15，

24，36，48，

54Mbps 調變技術 FHSS 或

（encryption)？

是 是 是 是

Encryption type 40-bit RC4 40-bit 或 104-bit RC4

40-bit 或 104-bit RC4

40-bit 或 104-bit RC4

是否提供 否 否 否 否

authentication？

網路支援 IEEE 802.3

（Ethernet)

IEEE 802.3

（Ethernet)

IEEE 802.3

（Ethernet)

IEEE 802.3

（Ethernet)

資料來源：本表節錄自 顏春煌（2004)

802.11 無線區域網路理論與實務，P﹒8-6﹒

(5)802.11n

2006 年 1 月，IEEE 802.11 工作小組通過了 802.11n 1.0 版草案，除了可與 802.11a/b/g 現有規範相容外，並採用多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技術，將無線區域網路的最大傳輸速度提升至 600 Mbps；並支 援服務品質(Quality of Service, QoS)技術，讓語音、影像等多媒體資料具高優 先發送權，滿足多媒體資料傳輸不延遲的要求。伴隨著802.11n 的興起，正式 宣告無線區域網路跨入高品質多媒體的新世代。

(6)802.15

802.15 是另一個與 IEEE 802.11 同時期開始研究的技術標準。在 IEEE 802.15 WPAN 工作小組中共規範了四個任務群組，第一個任務群組就是藍芽，

定義了實體層與連結層，讓使用者以無線設備，連接上個人作業區(Personal Operating Space, POS)，一般大約 10 公尺的範圍；第二個任務群組就是讓 WPAN 與 WLAN 設備可以並存的機制，並同時使用；第三個任務群組是 WPAN-HR，HR 指的是 High-Rate，希望能夠提供 20 Mbps 的存取速度。第四 個任務群組的目標是設計低頻寬需求，使用在一些使用電池且低功率的無線裝

網路(Wireless Metropolitan Area Network, WMAN)。其與 802.11x 成立 Wi-Fi 第三公認組織的意思一樣，WiMAX 亦成立了 WiMAX Forum 第三公認組織。

WiMAX Forum 的目標便是推動新一代無線通信互通標準，確保各家廠商產製 之設備產品能夠相容共用，加速城市無線寬頻上網的普及化。因此，我們可以 說WiMAX 之於 802.16 就好像 Wi-Fi 之於 802.11。WiMAX 的全稱是「Worldwide Interoperability for Microwave Access」，一般中文翻譯為微波存取全球互通網 路。

WiMAX 最大傳輸距離是 30 英里，在 20 MHz 的頻道上，最大資料傳輸 速率可達75 Mbps，非可視範圍內約可傳遞 3-5 英里，採用 QPSK 調變模組下，

可視範圍內約可傳遞高達30 英里的距離。而傳統一個行動通訊基地台約只能 涵蓋3-5 英里的距離，WiMAX 的基地台則可涵蓋 30 英里的範圍，相較下來，

可以降低基地台的布建數量。

(8)802.15.4 無線感測網路

無線感測網路(Wireless Sensor Network)是屬於無線區域網路的一種延伸 應用，亦是近年來被廣為探討的一項重要的新興網路技術與議題。無線感測網 路目前尚未訂定完整的規範，在目前的協定架構上是採用 IEEE 802.15.4 (Low-Rate Wireless Personal Area Network, LR-WPAN)，其具有低速率、傳輸 距離短、低功率、架構較簡單、成本低、體積小等特性。隨著需求應用不斷的 更新，為了符合特殊的環境使用目的，因而有更多特殊規格的感測裝置陸續被 開發出來。

二、無線網路的主要架構

劉賀任（2005）提到在 IEEE 802.11 中，制訂了兩種不同類型的無線區域 網路架構：有基礎架構無線區域網路(Infrastructure Wireless LAN)及隨意無線 區域網路(Ad-Hoc Wireless LAN)。

(1)有基礎架構無線區域網路

有基礎架構無線區域網路是由配置無線網路卡的電腦連接上無線集 線器，一般稱之為存取點(Access Point, AP)，藉由存取點連接上區域網路，

再透過區域網路連結網際網路，此種架構稱為基礎架構模式(Infrastructure Mode)。存取點主要是提供驗證(Authentication)與連接(Association)的功 出來，有一種演算法稱為發言人選任演算法(Spokesman Election Algorithm,

SEA)，SEA 的原理是選擇隨意中某一台電腦作為 Master，周圍其他的電 腦作為 Slave，如同在藍芽標準內的 Piconet 網路，一個 Master 同時控制 多個Slave。

目前無線網路最熱門的標準為 802.11a、802.11b 與 802.11g，其中以 802.11b 使用者最為廣泛。802.11b 以 11 Mbps 的速度在 2.4 GHz 的頻帶傳 輸資料，是目前普及最廣和應用最多的WLAN 規格。802.11b 可用於無線 電話、微波爐等，也可在相距 50-100 公尺的距離內進行設備間的通信；

另外，還具有抗障礙物的能力，可以在公眾WLAN 存取服務中使用，以 及產品價格低等特點。然而，隨著WLAN 的飛速發展，802.11b 最大只能

提供11 Mbps 傳輸速率的限制也凸顯出來。雖然 802.11b 對現有的一些網 路應用綽綽有餘，但對日趨普及的動態影像等大容量內容應用，卻是心有 餘而力不足。

802.11a 的出現在很大程度上解決了 802.11b 的缺失。802.11a 最大能 夠提供54Mbps 的傳輸頻寬，但由於使用在 5 GHz 頻段上，一則需要申請，

二則在傳輸過程中信號損失較大，穿越牆壁困難等，使得802.11a 的前景 受到了質疑。802.11g 技術的應運而生可說是對 WLAN 標準的一種提升。

802.11g 使用 2.4 GHz 的頻帶，但傳輸速度比 802.11b 快四倍，可達到 54 Mbps，設備成本支出比 802.11b 只高出了 50%，而且對障礙物的穿透能 力也較強。此外，在性能方面與802.11a 相似，而且其設備價格比 802.11a 更便宜，加上可與802.11b 相容，因而 802.11g 被寄望成為 WLAN 的主流 標準。

(2)802.15---WPAN

在無線個人區域網路(Wireless Personal Area Network, WPAN)方面，目 前熱門的傳輸介面為藍芽標準，由於技術發展成熟、價格大幅下降，因此 在手機、數位相機、電腦周邊產品（如：印表機、鍵盤、滑鼠、喇叭、掃 描器）、傳真機及汽車內部配備（如：無線喇叭、麥克風、車用大哥大免 持聽筒、車用電腦配備）等都能見到，並普遍應用於短距離的無線通訊環 境中。

(3)802.16---WiMAX

IEEE 802.16 是在 2001 年 12 月提出，全球微波存取互通介面網路 (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX)是 IEEE 802.16 乙太網路的介面標準，就像Wi-Fi 是 802.11 乙太網路的介面標準一樣。這 兩年來，WiMAX 已然成為無線網路界最流行的用語。

WiMAX 的作法係仿效過去的無線網路高傳真(Wireless Fidelity, Wi-Fi)

(4)IEEE 802.15.4---無線感測網路

顧名思義，無線感測網路是由許許多多的無線感測器所構建而成的網

中，由於裝置大多是由電池供應能量，且往往會因為節點的移動，使得路 由遭到損壞，所以如何在有限的電量下維護及更新提高網路的路由效能，

使得資訊能完整且正確地監測及回報，是無線感測網路中很重要的議題。

近年來，整個世界生活型態已逐漸走向行動化，台灣也從原本的 M 台灣(Mobile Taiwan)逐漸走向 U 台灣(Ubiquitous Taiwan) ，Ubiquitous 原 是拉丁文「天神」的意思；演變至今，這個字是「無所不在」的意思。而 所謂的U 化，就是讓使用者可以「Anytime（隨時），Anywhere（隨地），

anyone（任何人）」，都能隨時隨地使用網路資源（林顯東﹐2009）。無所 不在的網路環境，使得傳統的連線上網方式已經無法應付新生活型態所帶 來的挑戰，而無線通訊技術的蓬勃發展，更帶動了無線感測網路的研究，

無線感測網路是未來發展的趨勢，也是目前各國的軍事及學術研究單位爭

無線感測網路是未來發展的趨勢，也是目前各國的軍事及學術研究單位爭