全面解读网络双向改造技术之Wi-Fi

Wi-Fi的简介

　　所谓 Wi-Fi，其实就是 IEEE 802.11b 的别称，是由一个成立于1999年，名为“无线以太网相容联盟”（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随著技术的发展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE 802.11 这个标准已被统称作Wi-Fi。从应用层面来说，要使用Wi-Fi，用户首先要有 Wi-Fi 兼容的用户端装置。

　　Wi-Fi是一种帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的赋能技术。它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径。能够访问 Wi-Fi 网络的地方被称为热点。Wi-Fi或802.11b在2.4Ghz频段工作，所支持的速度最高达11Mbps。另外还有两种802.11空间的协议，包括(a)和(g)。它们也是公开使用的，但802.11b在世界上最为常用。

　　Wi-Fi 热点是通过在互联网连接上安装访问点来创建的。这个访问点将无线信号通过短程进行传输 - 一般覆盖300英尺。当一台支持 Wi-Fi 的设备（例如Pocket PC）遇到一个热点时，这个设备可以用无线方式连接到那个网络。大部分热点都位于供大众访问的地方，例如机场、咖啡店、旅馆、书店以及校园等等。许多家庭和办公室也拥有 Wi-Fi 网络。虽然有些热点是免费的，但是大部分稳定的公共 Wi-Fi 网络是由私人互联网服务提供商(ISP)提供的，因此会在用户连接到互联网时收取一定费用。

IEEE（［美国］电子和电气工程师协会）802.11b无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的扩展，最高带宽为11 Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

Wi-Fi的由来

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（MAC层）和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，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为制定802.11无线网络的组织，并非代表无线网络。

Wi-Fi技术的发展

Wi－Fi（WirelessFidelity，无线相容性认证）的正式名称是“IEEE802.11b”，与蓝牙一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。虽然在数据安全性方面，该技术比蓝牙技术要差一些，但是在电波的覆盖范围方面则要略胜一筹。Wi－Fi的覆盖范围则可达300英尺左右（约合90米），办公室自不用说，就是在小一点的整栋大楼中也可使用。　因此，Wi－Fi一直是企业实现自己无线局域网所青睐的技术。还有一个原因，就是与代价昂贵的3G企业网络相比，Wi－Fi似乎更胜一筹。关于Wi－Fi 的热点都诞生在2002年，在美国，Wi－Fi就像早期的因特网一样，呈现出[FS:Page]星火燎原之势。在2003年它注定要在世界范围内有着美好的前景。

Wi－Fi带来的高速无线上网将像今天人们打手机一样平常。各厂商目前都积极将该技术应用于从掌上电脑到桌面计算机的各种设备中，制造新的卖点。随着Wi－Fi设备数量的增加，其价格将会下降。调查公司In-Stat数据显示，2007年全球有2.94亿部消费电子产品内置Wi-Fi芯片。目前，Wi-Fi设备发展迅速，预计2012年可达到10亿部。推动Wi-Fi的快速普及主要有两大因素，一是Wi-Fi硬件价格不断下滑，二是Wi-Fi设备的电池续航时间显著提升。

发展速度最快的Wi-Fi设备是手机，到2011年，支持Wi-Fi的双模手机数量将超越PC。此外，数字电视将来也是Wi-Fi芯片的消费大户。而当前，只有少数几款电视机支持Wi-Fi接入互联网。

当前，互联网上也没有足够的内容允许用户直接连接到电视机上观看。但随着Hulu、Netflix和Youtube等视频网站的蓬勃发展，这种情况在不久的将来会得到改观。

　　将来，无线技术可以把电视机连接到各种各样设备上，如机顶盒和DVD播放器。从而彻底消除线缆困扰，除了电源线，不存在其他任何有线连接。

　　鉴于Wi-Fi的距离限制，蓝牙在某些领域将形成有利补充，如扬声器、遥控器等设备上。此外，蓝牙还可能把电视和手机连接起来，在电视屏幕上显示来电信息。

Wi-Fi的安全状况

自2000年项目推出以来，安全已成为Wi-Fi联盟工作的核心。与有线等效的保密（WEP）是第一代解决方案。2003年，Wi-Fi联盟推出了Wi-Fi保护接入作为临时安全解决方案，以满足日益增长的安全机制的市场需求，同时IEEE 802.11i修正版正在制定中。WPA通过提供双向鉴权和更强大的加密功能，弥补了WEP的不足。他介绍说，WPA2是新一代Wi-Fi安全技术。它建立在两项核心协议的基础之上：一是美国及其他国家政府用来保护机密信息、企业用来保护WLAN的加密协议——高级加密标准（AES）；二是企业网络中广泛用来提供强大的鉴权和精密网络接入控制功能的标准——IEEE 802.1X。WPA2基于IEEE 802.11i，提供128位AES加密。它还通过预共享密钥PSK（个人模式下）和IEEE 802.1X/EAP（企业模式下）提供双向鉴权。WPA2认证在2006年成为针对所有提交认证的Wi-Fi认证设备的强制性要求。2007年，Wi-Fi联盟还推出了Wi-Fi保护设置项目，以简化和鼓励WPA2在住宅网络中的激活。通过WPA2，Wi-Fi技术走向了成熟，使其能够为所有Wi-Fi用户提供跨越不同设备、厂商和地域的绝佳尖端安全性。

802.11n使Wi-Fi更上一层楼

802.11n是为实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平而设计的。据Edgar Figueroa先生介绍，Wi-Fi CERTIFIED 802.11n 2.0草案始于2007年6月，自那时起，已有700多款设备通过认证。在2009年出货的Wi-Fi芯片组中，约45%的Wi-Fi芯片组将支持802.11n，到2012年这一比例将达到60%。Michael Hurlston先生表示，整个Wi-Fi产业正在顺利向802.11n过渡，可以说现在802.11n已经成为主流，因为目前已经有一半的接入点（AP）产品使用802.11n。预计2010年下半年开始，会有更多零售制造商逐步淘汰802.11g产品，并开始提供各级的802.11n产品。当然，即便802.11n的市场不断增长，802.11g产品仍会占有重要的一席之地，技术的完善及融合将继续推动802.11g进入新的高产量的细分市场，如手机、打印机、媒体播放器等。

据悉，802.11n在IEEE即将完成。那么Wi-Fi联盟对802.11n产品性能测试和认证会有哪些变化呢？Edgar Figueroa说，Wi-Fi联盟已对市场形势进行监控，并重申了现有的认证项目，也将略微增加一些内容。所有Wi-Fi CERTIFIED 802.11n产品都将具备与相同频带的Wi-Fi CERTIFIED 802.11n 2.0草案产品的可互操作性。他进一步解释道，其基本功能没有改变，通过草案标准认证的设备现被视为通过已核准的802.11n标准认证；消费者可依靠Wi-Fi认证产品实现可互操作性，并拥有最新安全功能；所有Wi-Fi CERTIFIED 802.11n 2.0草案产品都将能使用已核准的802.11n标识。

它采用的是双频工作模式，可支持2.4GHz和5GHz两个频段，与已有的802.11a/b/g均保持兼容。在传输速 率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps，提高 到300Mbps甚至高达600Mbps。得益于将MIMO与OFDM技术相结合而应用的MIMO OFDM技术，提高 了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多 组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其 它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。在兼容性方面，802.11n采用了一种软件无线电技术，它是一个完全可编程的硬件平台，使得不同系统的基站和终端都 可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容，这使得WLAN的兼容性得到极大改善。这意味着WLAN 将不但能实现802.11n向前后兼容，而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合，比如3G。

但是，802.11n现在处于一种“标准滞后、产品先行”的尴尬境地。虽然802.11n正式标准尚未发 布，但基于802.11n Draft 2.0草案的认证早已开展。支持 MIMO OFDM技术的厂商已经很多，例如D-Link，Airgo、Bermai、Broadcom以及杰尔系统、Atheros、思科、In[FS:Page]tel等等，产品包括无线网卡、 无线路由器等，而且已经大量在PC、笔记本电脑中应用。虽然802.11n正式标准尚未发布，但基于802.11n Draft 2.0草案的认证早已开展。

Wi-Fi接入的方式

WI-FI的接入方式主要有两种：1.通过五类线入户到家庭集中分配箱，然后通过集中分配箱里的引出跳线连接无线路由器，终端设备外挂一个无线网络（usb总线接口）所需成本：（单元：楼栋交换机1台（16端口百兆），用户：民用级无线路由器（150左右，如果采用集团采购的话，价格会更合理），USB总线接口（免驱动或安装驱动）无线网卡（100元左右）。优点：网络结构简化，布线难度低，运维人员的维修工程量低于同轴方式。

2.在小区内直接架设WIFI基站。改方案要求对WIFI设备野外性能要求高，接入和认证方式类似于移动、联通。

Wi-Fi的发展方向

对于GPRS、CDMA1x、1xRTT、EV-DO、EV-DV等技术而言，上下链路数据业务的对称性是WiFi的一个明显优势。对于3G室内的2Mbit数据速率，WiFi也具有绝对的优势，它目前采用的是802.11b标准，理论数据速率可达11Mbit，实际的物理层数据速率支持l、2、5.5、11Mbit可调，覆盖范围从100-300m。随着802.11g/a、802.16e、802.11i、WiMAX等技术、协议标准的制定和完善，加上WiFi联盟对市场快速的反应能力，WiFi正在进入一个快速发展的阶段。其中，作为802.11b发展的后继标准802.16（WiMAX-WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access全球微波接入互操作性），已经在2003年1月正式获得批准，虽然它采用了与802.11b不同的频段（10-66GHz），但是作为一项无线城域网（WMAN）技术，它可以和802.11b/g/a无线接入热点互为补充，构筑一个完全覆盖城域的宽带无线技术。WiFi/WiMAX作为Cable和DSL的无线扩展技术，它的移动性与灵活性为移动用户提供了真正的无线宽带接入服务，实现了对传统宽带接入技术的带宽特性和QoS服务质量的延伸。　

对于WiFi技术而言，漫游、切换、安全、干扰等方面都是运营商组网时需考虑的重点。随着骨干传输网容量和传输速率的提高，无论采用平面或者两层的架构都不会影响到用户的宽带快速接入；随着IAPP以及MobileIP技术的完善、IPv6的发展也可以最终解决漫游和切换的问题；802.11i标准的产生将提供更多的包括WPA2、多媒体认证等安全策略；不断成熟的组网方案和干扰预检测机制都可以减少频率资源开发带来的干扰。

　　事实上，不同的标准化组织的工作与各类标准的制订，正是NGN发展进程中各方加强合作与标准融合工作的体现。WiFi/WiMAX的市场目标是成为宽带无线接入城域网技术，基本目标是要提供一种城域网领域点对多点的多厂商环境下可有效地互操作的宽带无线接入手段，以实现满足3G标准的以无线广域网WWAN为基本模式、以公众语音及多媒体数据为内容、在全球范围内漫游的个人手机终端的基本市场定位。

WiFi/WiMAX也可以作为3G无线广域/城域、多点基站互联支持手段的补充。按NGN概念演进的下一代移动网，以终端、应用、服务为主导将成为市场发展的重要驱动力也是运营商赢利的关键。其互操作性和后向兼容性将成为不同标准化组织的工作考虑的一个重点。如果进行无生命力的重覆，其产品和技术终将为市场所淘汰，其唯一出路是在NGN及3G演进的基本概念上彼此融合，共同作出贡献。而且随着WiFi/WiMAX接入技术成本的逐步下降，电信运营商选择WiFi/WiMAX技术为消费者提供VoWLAN语音服务将成为可能。　

综上所述，WiFi/WiMAX的发展方向包括：

　　*网络技术，覆盖更大的范围，从热点到热区到整个城市。

*WiFi手持终端和VoWLAN业务必然成为潜在的应用模式。　

*基于IP的WiFi/WiMAX的交换技术和开放的业务平台，将使WLAN网络更智能、更易管理。　

*基于多层次的安全策略（WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等）提供不同等级的安全方案，将使企业、个人用户可以根据不同的性价比来选择满足自己需要的安全策略。