Wi-Fi

　　并不是每樣符合IEEE 802.11的產(chǎn)品都申請(qǐng)Wi-Fi聯(lián)盟的認(rèn)證，相對(duì)的缺少Wi-Fi認(rèn)證的產(chǎn)品并不一定意味著不兼容Wi-Fi設(shè)備。

　　IEEE 802.11的設(shè)備已安裝在市面上的許多產(chǎn)品，如個(gè)人電腦，游戲機(jī)，MP3播放器，智能手機(jī)，打印機(jī)以及其他周邊設(shè)備，和新筆記本電腦。

　　Wi-Fi聯(lián)盟成立于1999年，當(dāng)時(shí)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(lái)

　　Wi-Fi這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指無(wú)線保真（Wireless Fidelity），類似歷史悠久的音頻設(shè)備分類：長(zhǎng)期高保真（1930年開始采用）或Hi-Fi的（1950年開始采用）。即使Wi-Fi聯(lián)盟本身也經(jīng)常在新聞稿和文件中使用“無(wú)線保真”這個(gè)詞，Wi-Fi還是出現(xiàn)在ITAA的一個(gè)論文中。然而，根據(jù)菲爾貝朗格的語(yǔ)句，Wi-Fi術(shù)語(yǔ)應(yīng)該是沒有任何意義的。IEEE 802.11第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無(wú)線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞?，總?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbit/s。兩個(gè)設(shè)備之間的通信可以自由直接（ad hoc）的方式進(jìn)行，也可以在基站（Base Station，BS）或者訪問點(diǎn)（Access Point，AP）的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。

　　1999年加上了兩個(gè)補(bǔ)充版本：802.11a定義了一個(gè)在5GHz ISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)54Mbit/s的物理層，802.11b定義了一個(gè)在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)11Mbit/s的物理層。

　　2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數(shù)國(guó)家通用，因此802.11b得到了最為廣泛的應(yīng)用。蘋果公司把自己開發(fā)的802.11標(biāo)準(zhǔn)起名叫AirPort。1999年工業(yè)界成立了Wi-Fi聯(lián)盟，致力解決符合802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問題。Wi-Fi為制定802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組織，并非代表無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

802.11標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)充

　　• 802.11，1997年，原始標(biāo)準(zhǔn)（2Mbit/s，2.4GHz頻道）。

　　• 802.11a，1999年，物理層補(bǔ)充（54Mbit/s，5GHz頻道）。

　　• 802.11b，1999年，物理層補(bǔ)充（11Mbit/s，2.4GHz頻道）。*

下列熟知的的標(biāo)準(zhǔn)于2007年收錄在802.11

　　• 802.11c，符合802.1D的媒體接入控制層（MAC）橋接（MAC Layer Bridging）。

　　• 802.11d，根據(jù)各國(guó)無(wú)線電規(guī)定做的調(diào)整。

　　• 802.11e，對(duì)服務(wù)等級(jí)（Quality of Service, QoS）的支持。 Clause 9

　　• 802.11f，基站的互連性（Interoperability）。

　　• 802.11g，物理層補(bǔ)充（54Mbit/s，2.4GHz頻道）。 Clause 18

　　• 802.11h，DFS /TPC，信道（5GHz頻段）。

　　• 802.11i，安全和鑒權(quán)（Authentication）方面的補(bǔ)充。 Clause 8

2008年以后的標(biāo)準(zhǔn)

　　• 802.11k，

　　• 802.11n，2009年，導(dǎo)入多重輸入輸出（MIMO）和40Mbit信道寬度（HT40）技術(shù)，基本上是802.11a/g的延伸版。

　　• 802.11r，

　　• 802.11t，

　　• 802.11u，

　　• 802.11v

　　• 802.11w，

　　• 802.11z，

2011年以后的標(biāo)準(zhǔn)

　　• 802.11ac，物理層補(bǔ)充（1×1 MIMO，433Mbit/s，5GHz頻道），80Mbit信道寬度。

　　除了上面的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，另外有一個(gè)被稱為IEEE 802.11b+的技術(shù)，通過(guò)PBCC技術(shù)（Packet Binary Convolutional Code）在IEEE802.11b（2.4GHz頻段）基礎(chǔ)上提供22Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。但這事實(shí)上并不是一個(gè)IEEE的公開標(biāo)準(zhǔn)，而是一項(xiàng)產(chǎn)權(quán)私有的技術(shù)（產(chǎn)權(quán)屬于美國(guó)德州儀器，Texas Instruments）。也有一些被稱為802.11g+的技術(shù)，在IEEE 802.11g的基礎(chǔ)上提供108Mbit/s的傳輸速率，跟802.11b+一樣，同樣是非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)芯片生產(chǎn)商Atheros所提倡的則為SuperG。

用途

　　網(wǎng)絡(luò)鏈接、城市Wi-Fi覆蓋、校園的Wi-Fi覆蓋、電腦對(duì)電腦直接通信

優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)

　　Wi-Fi部署區(qū)網(wǎng)（LAN）可讓客戶端設(shè)備無(wú)需使用電線，通常可降低網(wǎng)絡(luò)部署和擴(kuò)充的成本。許多空間不能架設(shè)電纜，如戶外區(qū)和歷史建筑，可運(yùn)用無(wú)線區(qū)網(wǎng)來(lái)改善。 現(xiàn)在大多數(shù)筆記本電腦制造商已經(jīng)自帶了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。Wi-Fi的價(jià)位已經(jīng)持續(xù)下跌，使之成為在經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)甚至更多的設(shè)備中占一席之地。Wi-Fi已經(jīng)成為企業(yè)普遍的基礎(chǔ)設(shè)施。 不同競(jìng)爭(zhēng)品牌的接入點(diǎn)和客戶端的網(wǎng)絡(luò)使用接口具互操作性的一個(gè)基本服務(wù)水平。產(chǎn)品指定由Wi-Fi聯(lián)盟為“Wi-Fi認(rèn)證”是向后兼容的。“Wi-Fi”指定一套全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：不同于移動(dòng)電話，任何Wi – Fi標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備將在世界上任何地方可無(wú)差異的工作。 Wi – Fi已使用在22萬(wàn)個(gè)以上的公共熱點(diǎn)和幾千萬(wàn)戶的家庭中，公司及世界各地的大學(xué)校園。當(dāng)前Wi-Fi保護(hù)訪問加密（WPA2）2010年被認(rèn)為是安全，提供用戶使用強(qiáng)大的密碼。新協(xié)議的質(zhì)量服務(wù)（WMM）產(chǎn)生Wi-Fi更適合于延遲敏感型應(yīng)用（如語(yǔ)音和視頻）;和省電機(jī)制（WMM的省電）提高電池操作。

限制

　　全球運(yùn)作的頻譜指配和操作限制并不一貫。美國(guó)所用的標(biāo)準(zhǔn)在2.4 GHz頻帶有11個(gè)通道，而在歐洲大部份地區(qū)有另外的2個(gè)通道，即13個(gè)通道（1-11 v.s 1-13）。日本還要追加一個(gè)（1-14）。2007年歐洲是在這方面基本上是均勻的。一個(gè)非常混亂事實(shí)：一個(gè)Wi-Fi信號(hào)在2.4 GHz頻段實(shí)際上占用五個(gè)通道，兩個(gè)通道編號(hào)之差大于5的通道，如2和7，不會(huì)發(fā)生通道重疊，因此在美國(guó)只有3個(gè)非重疊通道：1，6，11。在歐洲有三個(gè)或四個(gè)非重疊通道：1,6,13或1，5，9，13。等效全向輻射功率（EIRP）在歐盟被限制為20 dBm的（100mW）。

傳遞的距離

　　Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)范圍有限。一個(gè)典型的無(wú)線路由器使用802.11b或802.11g與儲(chǔ)蓄天線在無(wú)任何障礙物下可覆蓋范圍可直達(dá):室內(nèi)-50平方米(538英尺)/室外-140平方米(1,500英尺)。在802.11n可以超過(guò)這個(gè)范圍兩倍的距離。其范圍也隨頻率的波段調(diào)整。Wi-Fi在2.4 GHz的頻率范圍塊稍微好比Wi-Fi在5 GHz的頻率塊好。 室外范圍 - 通過(guò)使用定向天線 - 可以提高與天線數(shù)公里或以上的范圍。在一般情況下一個(gè)Wi-Fi設(shè)備的最高功率傳輸是受限于地方法規(guī)，如美國(guó)FCC第15條。 為達(dá)到無(wú)線區(qū)網(wǎng)的應(yīng)用要求，比起其他一些標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi相當(dāng)?shù)暮碾?。其他技術(shù)如藍(lán)牙（可支持無(wú)線PAN應(yīng)用）提供了一個(gè)更短的傳播范圍（小于十米），因此具有較低的耗電量。其他低耗電技術(shù)，如ZigBee的有相當(dāng)長(zhǎng)的范圍，但數(shù)據(jù)速率卻低得多。高耗電的Wi-Fi，使移動(dòng)設(shè)備的電池壽命受關(guān)注。 研究人員已經(jīng)開發(fā)出數(shù)“沒有新線”的技術(shù)，提供替代Wi-Fi的室內(nèi)范圍不足，安裝新的電線（如cat-5）不具成本效益。ITU-T G.hn標(biāo)準(zhǔn)的高速局域網(wǎng)絡(luò)使用現(xiàn)有的家庭線路（同軸電纜，電話線和電源線）。雖然G.hn不具備一些Wi-Fi優(yōu)勢(shì)（如流動(dòng)性或室外使用），它的設(shè)計(jì)應(yīng)用（如IPTV分發(fā)）在室內(nèi)范圍是最重要的流動(dòng)性。 典型Wi-Fi的頻率由于電波傳播的復(fù)雜性，特別是樹和建筑物影響信號(hào)的反射，大約只能預(yù)測(cè)出Wi-Fi有關(guān)任何地區(qū)的發(fā)射器的信號(hào)強(qiáng)度。這不適用于遠(yuǎn)距離的Wi-Fi，因?yàn)檫h(yuǎn)距離Wi-Fi是使用塔臺(tái)或高建筑頂上的天線所架設(shè)的。 Wi-Fi的應(yīng)用基本上實(shí)用范圍非常有限所如；倉(cāng)庫(kù)中或零售空間的盤點(diǎn)機(jī)，結(jié)帳條碼閱讀器，或收發(fā)臺(tái)。手機(jī)的Wi-Fi在廣闊的范圍是有限的，例如，為了使用，如汽車移動(dòng)到另一個(gè)從一個(gè)熱點(diǎn)（稱為Wardriving）。其它無(wú)線技術(shù)更適合作為圖形所示。市面上的無(wú)線路由器最低覆蓋率可達(dá)80平方米,蘋果公司的AirPort技術(shù)更可達(dá)100-140平方米。

技術(shù)簡(jiǎn)述

網(wǎng)絡(luò)成員和結(jié)構(gòu)

　　• 站點(diǎn)（Station），網(wǎng)絡(luò)最基本的組成部分。

　　• 基本服務(wù)單元（Basic Service Set，BSS）。網(wǎng)絡(luò)最基本的服務(wù)單元。最簡(jiǎn)單的服務(wù)單元可以只由兩個(gè)站點(diǎn)組成。站點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)的聯(lián)結(jié)（associate）到基本服務(wù)單元中。

　　• 分配系統(tǒng)（Distribution System，DS）。分配系統(tǒng)用于連接不同的基本服務(wù)單元。分配系統(tǒng)使用的媒介（Medium）邏輯上和基本服務(wù)單元使用的媒介是截然分開的，盡管它們物理上可能會(huì)是同一個(gè)媒介，例如同一個(gè)無(wú)線頻段。

　　• 接入點(diǎn)（Access Point，AP）。接入點(diǎn)即有普通站點(diǎn)的身份，又有接入到分配系統(tǒng)的功能。

　　• 擴(kuò)展服務(wù)單元（Extended Service Set，ESS）。由分配系統(tǒng)和基本服務(wù)單元組合而成。這種組合是邏輯上，并非物理上的──不同的基本服務(wù)單元物有可能在地理位置相去甚遠(yuǎn)。分配系統(tǒng)也可以使用各種各樣的技術(shù)。

　　• 關(guān)口（Portal），也是一個(gè)邏輯成分。用于將無(wú)線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)。

　　這兒有3種媒介，站點(diǎn)使用的無(wú)線的媒介，分配系統(tǒng)使用的媒介，以及和無(wú)線局域網(wǎng)集成一起的其它局域網(wǎng)使用的媒介。物理上它們可能互相重迭。IEEE 802.11只負(fù)責(zé)在站點(diǎn)使用的無(wú)線的媒介上的尋址（Addressing）。分配系統(tǒng)和其它局域網(wǎng)的尋址不屬無(wú)線局域網(wǎng)的范圍。

　　IEEE802.11沒有具體定義分配系統(tǒng)，只是定義了分配系統(tǒng)應(yīng)該提供的服務(wù)（Service）。整個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)定義了9種服務(wù)：

　　• 5種服務(wù)屬于分配系統(tǒng)的任務(wù)，分別為，聯(lián)接（Association）、結(jié)束聯(lián)接（Diassociation）、分配（Distribution）、集成（Integration）、再聯(lián)接（Reassociation）。

　　• 4種服務(wù)屬于站點(diǎn)的任務(wù)，分別為，鑒權(quán)（Authentication）、結(jié)束鑒權(quán)（Deauthentication）、隱私（Privacy）、MAC數(shù)據(jù)傳輸（MSDU delivery）。

運(yùn)作原理

　　Wi-Fi的設(shè)置至少需要一個(gè)Access Point（ap）和一個(gè)或一個(gè)以上的client（hi）。AP每100ms將SSID（Service Set Identifier）經(jīng)由beacons（信號(hào)臺(tái)）數(shù)據(jù)包廣播一次，beacons數(shù)據(jù)包的傳輸速率是1 Mbit/s，并且長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)亩蹋赃@個(gè)廣播動(dòng)作對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響不大。因?yàn)閃i-Fi規(guī)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(gè)SSID廣播數(shù)據(jù)包，client可以借此決定是否要和這一個(gè)SSID的AP連接。用戶可以設(shè)置要連接到哪一個(gè)SSID。Wi-Fi系統(tǒng)總是對(duì)客戶端開放其連接標(biāo)準(zhǔn)，并支持漫游，這就是Wi-Fi的好處。但亦意味著，一個(gè)無(wú)線適配器有可能在性能上優(yōu)于其他的適配器。由于Wi-Fi通過(guò)空氣傳送信號(hào)，所以和非交換以太網(wǎng)有相同的特點(diǎn)。 近兩年，出現(xiàn)一種WIFI over cable的新方案。此方案屬于EOC（ethernet over cable）中的一種技術(shù)。通過(guò)將2.4G wifi射頻降頻后在cable中傳輸。此種方案已經(jīng)在中國(guó)小范圍內(nèi)試商用。

Wi-Fi認(rèn)證

　　Wi-Fi技術(shù)創(chuàng)建在IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)上。

　　但I(xiàn)EEE開發(fā)和出版這些標(biāo)準(zhǔn)，卻不測(cè)試符合他們的設(shè)備。非營(yíng)利性的Wi-Fi聯(lián)盟成立于1999年，以填補(bǔ)這一段空白 - 創(chuàng)建和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，互操作性與兼容性，并推動(dòng)無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。

　　至2009年截止Wi-Fi聯(lián)盟超過(guò)300多家來(lái)自世界各地公司合廠家擁有會(huì)員，其產(chǎn)品通過(guò)認(rèn)證過(guò)程中，有權(quán)標(biāo)明這些產(chǎn)品Wi-Fi標(biāo)志。

　　認(rèn)證過(guò)程具體來(lái)說(shuō)是否符合IEEE 802.11無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，以及WPA和WPA2安全標(biāo)準(zhǔn)，以及EAP的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

　　認(rèn)證時(shí)可以選擇包括測(cè)試IEEE 802.11的標(biāo)準(zhǔn)草案，與蜂窩電話技術(shù)交互設(shè)備的融合或有關(guān)安全和功能設(shè)置，多媒體，和省電。

　　目前Wi-Fi聯(lián)盟所公布的認(rèn)證種類有：

　　• WPA/WPA2：WPA/WPA2是基于IEEE 802.11a、802.11b、802.11g的單模、雙?；螂p頻的產(chǎn)品所創(chuàng)建的測(cè)試程序。內(nèi)容包含通信協(xié)議的驗(yàn)證、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全性機(jī)制的驗(yàn)證，以及網(wǎng)絡(luò)傳輸表現(xiàn)與兼容性測(cè)試。

　　• WMM（Wi-Fi MultiMedia）：當(dāng)影音多媒體通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳遞時(shí)，要如何驗(yàn)證其帶寬保證的機(jī)制是否正常運(yùn)作在不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及不同的安全性設(shè)置上是WMM測(cè)試的目的。

　　• WMM Power Save：在影音多媒體通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳遞時(shí)，如何通過(guò)管理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的待命時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)電池壽命，并且不影響其功能性，可以通過(guò)WMM Power Save的測(cè)試來(lái)驗(yàn)證。

　　• WPS（Wi-Fi Protected Setup）：這是一個(gè)2007年年初才發(fā)布的認(rèn)證，目的是讓消費(fèi)者可以通過(guò)更簡(jiǎn)單的方式來(lái)設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并且保證有一定的安全性。目前WPS允許通過(guò)Pin Input Config（PIN）、Push Button Config（PBC）、USB Flash Drive Config（UFD）以及Near Field Communication Contactless Token Config（NFC）的方式來(lái)設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　• ASD（Application Specific Device）：這是針對(duì)除了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問點(diǎn)（Access Point）及站臺(tái)（Station）之外其他有特殊應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如DVD播放器、投影機(jī)、打印機(jī)等等。

　　• CWG（Converged Wireless Group）：主要是針對(duì)Wi-Fi mobile converged devices的RF部分測(cè)量的測(cè)試程序。

　　• Wi-Fi Direct

　　還有一種加密方式為802.1x用戶認(rèn)證機(jī)制，但目前兼容性不高（注意ｘ在此為小寫）