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Wi-Fi (7391 views - Electrical Engineering)

Wi-Fi(發音: /ˈwaɪfaɪ/,法语发音:/wifi/)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標準的無線局域網技術。基於兩套系統的密切相關,也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同义術語。「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兼容Wi-Fi設備。 IEEE 802.11的設備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、平板電腦、印表機、筆記型電腦以及其他週邊設備。 Wi-Fi聯盟成立于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。
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Explanation by Hotspot Model

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi

Wi-Fi發音: /ˈwf/[1][2][3],法语发音:/wifi/[4])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標準的無線局域網技術。基於兩套系統的密切相關,也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同义術語。「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兼容Wi-Fi設備。

IEEE 802.11的設備已安裝在市面上的許多產品,如:個人電腦遊戲機MP3播放器智慧型手機平板電腦印表機筆記型電腦以及其他週邊設備。

Wi-Fi聯盟成立于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

Wi-Fi這個術語被人們普遍誤以為是指无线保真(Wireless Fidelity)[5],類似歷史悠久的音頻設備分類:长期高保真(1930年開始採用)或Hi-Fi(1950年開始採用)。即使Wi-Fi聯盟本身也經常在新聞稿和文件中使用「Wireless Fidelity」這個詞,Wi-Fi還是出現在ITAA的一個論文中。事實上,Wi-Fi一詞是沒有任何意義,也沒有全寫的。[5]

IEEE 802.11第一个版本发表于1997年,其中定义了介质访问接入控制层物理层。物理层定义了在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外線传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接(ad hoc)的方式进行,也可以在基站(Base Station,BS)或者访问点(Access Point,AP)的协调下进行。1999年加上了两个补充版本:802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层,802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。

2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用,因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟,致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。Wi-Fi為制定802.11無線網路的組織,並非代表無線網路

802.11标准和补充

  • 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  • 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,5GHz頻道)。
  • 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s,2.4GHz頻道)。*
下列常見的標準于2007年收录在802.11
  • 802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层(MAC)桥接(MAC Layer Bridging)。
  • 802.11d,根据各国无线电规定做的调整。
  • 802.11e,对服务等级(Quality of Service, QoS)的支持。
  • 802.11f,基站的互连性(Interoperability)。
  • 802.11g,物理层补充(54Mbit/s,2.4GHz頻道)。
  • 802.11h,DFS /TPC,信道(5GHz频段)。
  • 802.11i,安全和鉴权(Authentication)方面的补充。
2008年以後的標準
  • 802.11k
  • 802.11n,2009年,導入多重輸入輸出(MIMO)和40Mbit信道宽度(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,物理层补充(1×1 MIMO,433Mbit/s,5GHz頻道),80Mbit信道宽度。

除了上面的IEEE标准,另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术,通过PBCC技术(Packet Binary Convolutional Code)在IEEE802.11b(2.4GHz频段)基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准,而是一项产权私有的技术(产权属於美国德州仪器,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,由無線網絡晶片生產商Atheros所提倡的則為SuperG。

年代

Wi-Fi可分為五代。[6]由於ISM頻段中的2.4GHz頻段被廣泛使用,例如微波爐藍牙,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

網路連接

  • 具Wi-Fi功能的設備: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絡連接到網路。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無線網絡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、餐廳等經常提供来访者免費熱點,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。目前在中国和台灣,许多大型飯店和商场的内部,都会提供免费Wi-Fi热点供来访者使用互联网。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、飯店客房或其他场所,可以提供互聯網連接以及和互聯網絡的所有設備連接(無線或有線)。但因为家用无线路由器的功率较小,所以其信号覆盖范围、信号强度也較小。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,許多移动电话(智能手机)也可充当小型无线路由器,供周围的设备連接互联网。
  • 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設備。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

21世紀初期,世界各地的許多城市都宣布計劃构建全市Wi-Fi網絡。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,美國加州森尼维尔 (加利福尼亚州),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年伦敦Wi-Fi普及,几个自治市镇包括威斯敏斯特伊斯灵顿已经有了广泛的Wi-Fi覆盖。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10,000個,覆蓋率達到90%,全球主要的大都市的重要公共場所多已有Wi-Fi技術,如伦敦纽约台北香港新加坡漢堡巴黎華盛頓上海等。

校園的Wi-Fi覆蓋

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絡,比起源於1999年的Wi-Fi品牌還要早[7]。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。

臺灣的许多大学图书馆内,也设有免费Wi-Fi热点,提供学生使用。

中国大陆,各大高等院校以及许多中学校园内覆盖有免费或收费的教育网校园Wi-Fi,以及电信营运商架设的收费校园热点(中国电信:Chinanet,中国移动:CMCC)。

香港各大專院校各自提供該校專門的Wi-Fi供學生使用,多數需要以學生個人編號和密碼來登入。

另外,全世界许多科研和教育机构都提供教育网漫游服务eduroam,加入该联盟的机构成员可使用本机构的账号,在各联盟单位内实现无线网络访问的无障碍漫游。

電腦對電腦直接通訊

Wi-Fi無線通信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網絡模式受到掌上遊戲機(如任天堂3DS游戏机)、數位相機和其它消費性電子設備的歡迎。Wi-Fi聯盟推動一個新的安全方法規範,稱為Wi-Fi Direct,直接進行文件傳輸和媒體共享。

優勢和挑戰

商業優勢

Wi-Fi部署區網(LAN)可讓客戶端設備無需使用電線,降低網絡部署和擴充的成本。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標準設備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保護訪問加密(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(如語音和視頻),此外,WMM的省電機制能提高電池效率。

限制

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

Wi-Fi網絡範圍有限。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)[來源請求]。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設備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。其他技術如藍牙(可支持無線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英语G.hn標準的高速區域網絡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。

技术简述

网络成员和结构

  • 站点(Station),网络最基本的组成部分。
  • 基本服务单元(Basic Service Set,BSS)。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可动态連结(associate)到基本服务单元中。
  • 分配系统(Distribution System,DS)。分配系统用于连結不同的基本服务单元。邏輯上,分配系统使用的媒介(Medium)和基本服务单元使用的媒介完全不同,尽管物理上它们可能会是同一个媒介,例如同一个无线频段。
  • 接入点(Access Point,AP)。接入点即有普通站点的身份,又有連接到分配系统的功能。
  • 扩展服务单元(Extended Service Set,ESS)。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上。不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。
  • 关口(Portal)。也是一个逻辑成分,用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。

这裡有3种媒介,站点使用的无线媒介,分配系统使用的媒介,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的媒介。物理上它们可能互相重叠。IEEE 802.11只负责在站点使用的无线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。

IEEE802.11没有具体定义分配系统,只是定义了分配系统应该提供的服务(Service)。整个无线局域网定义了9种服务:

  • 5种服务属於分配系统的任务,分别为,連接(Association)、结束連接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再連接(Reassociation)。
  • 4种服务属於站点的任务,分别为,鉴权(Authentication)、结束鉴权(Deauthentication)、隐私(Privacy)、MAC数据传输(MSDU delivery)。

運作原理

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,所以這個廣播動作对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。但亦意味着,一个无线适配器有可能在性能上优于其他的适配器。由于Wi-Fi通过空气传送信号,所以和非交换以太网路有相同的特点。 近两年,出现一种WIFI over cable的新方案。此方案属于EOC(ethernet over cable)中的一种技术。通过将2.4G wifi射频降频后在cable中传输。此种方案已经在中国小范围内測试商用。

Wi-Fi認證

Wi-Fi技術建立在IEEE 802.11ah標準上。

但IEEE開發和出版這些標準,卻不測試符合他們的設備。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802.11n (CERTIFIED n)、與行動網路互動設備的結合、有關安全和功能設置、多媒體、以及省電能力。

数据安全

超文本传输协议(HTTP)网站容易在公众WIFI上的档案输送过程中披露个人资料,超文本传输安全协议(HTTPS)利用SSL/TLS加密HTTP,保護交換資料的完整性和隱私。

读音争议

2012年11月6日,《山东商报》引用山东外事翻译职业学院商务英语教研室主任温颜的说法称,Wi-Fi的发音从语法角度来说,应该为“微费”,因为“这个词是由‘wireless(无线电)’和‘fidelity(保真度)’这两个英语单词组成,但是发音又不能按照这个词的发音来,因为‘Wi-Fi’是一个合成词,应该按照一个单词的语法来发音。”这个词中有两个元音字母“i”,所以应该发短音,故从语法角度讲,发音应是“微费”。这种说法一时在中国大陆网上引起了很大争议,网友甚至搬出了牛津字典中的/ˈwaɪ faɪ/注音和美剧《生活大爆炸》里的相关视频来质疑。但有网友称,法国最权威的Le petit Robert词典最新版,wifi音标是[wifi],发音接近汉语的“微费”。[8]

参考文献

  1. ^ Wi-fi™ noun - Definition, pictures, pronunciation and usage notes. Oxford Advanced Learner's Dictionary at OxfordLearnersDictionaries.com (英语). 
  2. ^ wi-fi Meaning in the Cambridge English Dictionary. Cambridge Free English Dictionary and Thesaurus (英语). 
  3. ^ wi-fi definition and synonyms. Macmillan Dictionary (英语). 
  4. ^ Définitions : wi-fi. Dictionnaire de français Larousse (法语). 
  5. ^ 5.0 5.1 WiFi isn't short for "Wireless Fidelity"
  6. ^ 第 5 代 Wi-Fi 802.11ac 速度較 N 版提高 3 倍. BQJournal. 2013-10-17 [2013-11-16]. 
  7. ^ Wi-Fi Origins. Carnegie Mellon University. [2013-03-22]. 
  8. ^ 网络热议WiFi发音 专家称应念“微费”网友质疑. 新华网 (中文(中国大陆)‎). 

参见

  • WiGig:WIFI联盟表示将与WiGig联盟合作展开无线传输技术合作。此举动意味着WiGig成员现在可以开发WIFI 60GHz频谱,并提供高达7Gbps的高速数据传输速度。
  • Wi-Fi Direct
  • WiMAX


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