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技術論壇

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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。


參考文獻

  1. http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns340/ns394/ns348/ns767/white_paper_c11-427843_v1.pdf

  2. http://www.eettaiwan.com/ART_8800437322_617723_TA_765ed038.HTM

  3. ARUBA Networks solution conference