無線網路將取代有線網路

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無線網路將取代有線網路－802.11n簡介

卷期：v0013
出版日期：2010-06-20

作者：曾保彰 / 臺灣大學計算機及資訊網路中心資訊網路組技正

最新的無線網路標準802.11n，傳輸速度將超越目前最普遍的有線網路速度(100Mbps)。由於802.11n可以回溯相容，所以在基地台設備逐漸升級到802.11n的過程中，原有的802.11abg網卡仍然可以使用。本文讓您一探802.11n的技術樣貌。

802.11連線速度發展簡史

電機電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers , IEEE)於1997年開始定義了802.11無線區域網路(wireless LAN)技術規範，最初只有2Mbps，到了1999年又相繼推出兩個標準，分別是目前已經相當普遍的802.11b(11Mbps)以及802.11a(54Mbps)，此時802.11b產品價格比較讓一般的使用者接受，本校也開始建置相關802.11b無線網路基地台(AP , Access Point)供師生無線上網。

無線區域網路所使用之頻段是屬於ISM(Industrial Scientific Medical Band)的高頻率範圍；頻帶為2.4～2.4835GHz與5.150～5.850GHz，主要是開放給工業、科學、醫學三個主要機構使用，沒有所謂使用授權及費用的限制。802.11b使用2.4～2.4835GHz，而802.11a使用5.150～5.850GHz，802.11a與802.11b比較後穿透率比較差及價錢也比較貴，於是在2003年第三種標準使用2.4～2.4835GHz的802.11g(54Mbps)定義出來了，本校在此時也開始建置802.11bg或802.11abg的無線網路基地台。

雖然802.11ag已達54Mbps，但由於無線區域網路先天是半雙工及電波傳輸時很多管理用(overhead)網路封包，計資中心網路組實際測過：一般802.11ag無線網路基地台，只有一個使用者，無線網路連線FTP server下載一個檔案約17至18 Mbps就已達極限。所以，IEEE於2009年9月正式推出802.11n(54～300Mbps) 的標準，讓無線區域網路也能超越有線網路主流的速度100Mbps。

802.11n技術簡介

在接受一個新技術時，我們會問這個產品是不是與現有的使用者設備相容，如果是建置在公眾網路是否會有干擾的問題，而這些問題就必需對這個技術有所瞭解才能解決，首先我們參考[1]思科公司白皮書給了802.11n四大特色，分別是：

多輸入多輸出(Multiple-input multiple-output, MIMO)，多輸入多輸出系統採用天線陣列，利用空間多工技術來提高所使用頻寬的效率。這系統從多個天線發送或在多個天線處接收，採用空間多工，系統能在一個頻率上同時傳輸一個以上的空間數據串流[2]。所以從外表來看，802.11n無線網路基地台的天線數比以前的802.11abg天線多，考慮價格性能比，最佳是3x3的天線陣列，而3x3的天線陣列支援2個空間的串流，傳輸效率直接升成2倍，如圖一。
支援40MHz的頻寬，原本802.11abg只使用20MHz的頻寬，到了802.11n可使用40MHz的頻寬，傳輸效率直接升成2倍以上。
管理用(overhead)網路封包縮減，以及縮短保護間隔(Short Guard Interval)或中框空間的縮減(Reduced Interframe Space)，如此大概可以提升傳輸效率百分之十。
802.11n向下相容，啟動802.11n後原802.11abg仍可使用。

綜合以上說明，3x3天線陣列的802.11n無線網路基地台速度最高速會有多快呢？首先是調變方式的改變，802.11ag是使用 64-Quadrature Amplitude Modulation，到802.11n則使用64-Quadrature Amplitude Modulation with independent modulation for each subcarrier[3]，因這個調變方式的改變，把原本54Mbps提高到65Mbps；再來，多輸入多輸出的二個空間的串流，將65Mbps提高到130Mbps，接著 40MHz的頻寬將130Mbps提高到270Mbps，最後縮短保護間隔(Short Guard Interval)將270Mbps提高到300Mbps，相關的速度列表如圖二。

建置於公眾無線網路的技巧

一般公眾網路最常使用的無線網路基地台是802.11bg，而802.11bg有三個channel不會干擾，分別是ch.1、ch.6 及ch.11，而802.11bg使用的是20MHz的頻寬；如果改用802.11n的無線網路基地台，在公眾網路時就要注意干擾的問題；如在一個開放空間有二個無線網路基地台以上時，則此時2.4～2.4835GHz的頻帶不能使用40MHz的頻寬，要設成只能用20MHz的頻寬；此時，根據圖二20MHz頻寬的802.11n無線網路基地台最高速只有144Mbps。但如果裝的地點只有一個無線網路基地台，沒有其他無線網路基地台，則可放心的啟用40MHz的頻寬。

802.11n運作在頻帶為5.150～5.850GHz時，因可用的不干擾channel有12個，所以可以直接啟用40MHz的頻寬。

結論

目前本校戶外已有百分之八十的無線涵蓋區域，平常上課時每天約有萬人次以上的師生登入使用校園無線網路，在802.11n的網卡越來越普遍，以前的802.11abg已不符合師生的需求，未來臺大校園hot spot只要同時上網人數很多的地方，計資中心會考慮用802.11n無線網路基地台，來解決校園無線網路在hot spot頻寬不足的問題。