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          工程檢測

          展頻

          發布日期:2015-05-16    瀏覽次數:2317

          展頻技術的無線局域網絡產品是依據FCCFederal Communications Committee;美國聯邦通訊委員會)規定的ISMIndustrial Scientific,and Medical),頻率范圍開放在902M~928MHz2.4G~2.484GHz兩個頻段,所以并沒有所謂使用授權的限制。展頻技術主要又分為跳頻技術直接序列兩種方式。而此兩種技術是在第二次世界大戰中軍隊所使用的技術,其目的是希望在惡劣的戰爭環境中,依然能保持通信信號的我穩定性及保密性。

          無線局域網

          一、跳頻技術(FHSS

          跳頻技術(Frequency-Hopping Spread Spectrum;FHSS)在同步、且同時的情況下,接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號,對于一個非特定的接受器,FHSS所產生的跳動訊號對它而言,也只算是脈沖噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設計來規避噪聲或One-to-Many的非重復的頻道,并且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求,使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔(Dwell Time)為400ms。

          二、直接序列展頻技術DSSS

          直接序列展頻技術(Direct Sequence Spread Spectrum;DSSS)是將原來的訊號“1”“0”,利用10個以上的chips來代表“1”“0”位,使得原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率。而每個bit使用多少個chips稱做Spreading chips,一個較高的Spreading chips可以增加抗噪聲干擾,而一個較低Spreading Ration可以增加用戶的使用人數。

          無線局域網

          基本上,在DSSSSpreading Ration是相當少的,例如在幾乎所有2.4GHz的無線局域網絡產品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE 802.11的標準內,其Spreading Ration只有11,但FCC的規定是必須大于10,而實驗中,最佳的Spreading Ration大約在100左右。

          三、FHSS VS DSSS調變差異

          無線局域網絡在性能和能力上的差異,主要是取決于所采用的是FHSS還是DSSS來實現、以及所采用的調變方式。然而,調變方式的選擇并不完全是隨意的,像FHSS并不強求某種特定的調變方式,而且,大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的GFSK,但是,IEEE 802.11草案規定要使用GFSK。至于DSSS則過使用可變相位調變(如:PSK、QPSK、DQPSK),可以得到最高的可靠性以及表現高數據速率性能。

          在抗噪聲能力卜方面,采用QPSK調變方式的DSSS與采用FSK調變方式的FHSS相比,可以發現這兩種不同技術的無線局域網絡各自擁有的優勢。FHSS系統之所以選用FSK調變方式的原因是因為FHSSFSK內在架構的簡單性,FSK無線訊號可使用非線性功率放大器,但這卻犧牲了作用范圍和抗噪聲能力。而DSSS系統需要稍為貴一些的線性放大器,但卻可以獲得更多的回饋。

          無線局域網

          四、DSSS VS FHSS之優劣

          截至目前,若以現有的產品參數詳加比較,可以看出DSSS技術在需要最佳可靠性的應用中具有較佳的優勢,而FHSS技術在需要低成本的應用中較占優勢。雖然我們可以在網際網絡內看到各家廠商各說各話,但真正需要注意的是廠商在DSSSFHSS展頻技術的選擇,必須要審慎端視產品在市場的定位而定,因為它可以解決無線局域網絡的傳輸能力及特性,包括:抗干擾能力、使用距離范圍、頻寬大小、及傳輸資料的大小。

          一般而言,DSSS由于采用全頻帶傳送資料,速度較快,未來可開發出更高傳輸頻率的潛力也較大。DSSS技術適用于固定環境中、或對傳輸品質要求較高的應用,因此,無線廠房、無線醫院、網絡社區、分校連網等應用,大都采用DSSS無線技術產品。FHSS則大都使用于需快速移動的端點,如行動電話無線傳輸技術部分即是采用FHSS技術;且因FHSS傳輸范圍較小,所以往往在相同的傳輸環境下,所需要的FHSS技術設備要比DSSS技術設備多,在整體價格上,可能也會比較高。以前企業需求來說,高速移動端點應用較少,而大多較注重傳輸速率、及傳輸的穩定性,所以未來無線網絡產品發展應會以DSSS技術為主流。

          消費者選購無線局域網絡時需要特別注意下列的特性,以決定自己合適的產品,包括:

          涵蓋范圍

          無線局域網

          傳輸率

          Multipath影響程度

          提供資料整合程度

          和有線的基礎設施之間的互操性

          和其它無線的基礎設施之間的互操性

          抗干擾程度

          簡單、易操作

          保密能力

          低成本

          電流消耗情況

          IEEE 802.11之相關信息

          因應無線局域網絡的強烈需求,美國的國際電子電機學會于199011月召開了802.11委員會,開始制定無線局域網絡標準。

          承襲IEEE802系列,802.11規范了無線局域網絡的介質存取控制(Medium Access Control ;MAC)層及實體 (Physical ;PHY)層。此較特別的是由于實際無線傳輸的方式不同,IEEE802.11在統一的MAC層下面規范了各種不同的實體層,以因應未來的技術發展。802.11中制訂了三種介質的實體,為了未來技術的擴充性,也都提供了多重速率 (Mulitiple Rates)的功能。這三個實體分別是:

          一、2.4GHz Direct Sequence Spread Spectrum

          速率1Mbps時用DBPSK調變(Difference By Phase Shift Keying)

          速率2Mbps 時用DQPSK調變(Difference Quarter Phase Shift Keying)

          接收敏感度–80dbm

          長度11Barker碼當展頻PN

          二、2.4GHz Frequency Hopping Spread Spectrum

          速率1Mbps時用2-level GFSK調變,接收敏感度–80dbm,

          速率2Mbps時用4-level GFSK調變,接收敏感度–75dbm,

          每秒跳2.5 hops

          Hopping Sequence在歐美有22組,在日本4

          三、Diffused IR

          速率1Mbps時用16ppm調變,接收敏感度2 ×10-5mW/平方公分

          無線局域網

          速率2Mbps時用4ppm調變,接收敏感度8 ×10-5mW/平方公分

          波長850nm950nm

          其中前兩種在2.4GHz的射頻方式是依據ISM頻段展頻技術可做 不須授權使用的規定,這個頻段的使用在全世界包含美國、歐洲、日本及中國臺灣等主要國家和地區都有開放。第三項的紅外線由于使用上沒有任何管制(除了安全上的規范),因此也是自由使用的。

          IEEE 802.11 MAC的基本存取方式稱為CSMA/CACarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance),與以太網絡所用的CSMA/CDCollision Detection)變成了碰撞防止(Collision Avoidance),這一字之差是很大的。因為在無線傳輸中感測載波及碰撞偵測都是不可靠的,感測載波有困難。另外通常無線電波經天線送出去時,自己是無法監視到的,因此碰撞偵測實質上也做不到。在802.11中感測載波是由兩種方式來達成,第一是實際去聽是否有電波在傳,及加上優先權的觀念。另一個是虛擬的感測載波,告知大家待會有多久的時間我們要傳東西,以防止碰撞。

          無線局域網絡之產品簡介

          Access Point

          Wireless LANCard

          一般稱為無線網絡卡,其與傳統之Ethernet網絡卡的差別是在于前者之資料傳送乃是藉由無線電波,而后者則是透過一般的網絡線。

          無線網絡卡的規格大致可分成2M,5M,11M,三種,而其適用之界面可分為PCMCIA,ISA,PCI三種界面。

          Antenna

          一般稱為天線,此天線與一般電視,火腿族,大哥大所用之天線不同,其原因乃是因為頻率不同所致,WLAN所用之頻率為較高2.4GHz之頻段。

          天線之功能乃是將source之信號,藉由天線本身的特性而傳送至遠處,至于能傳多遠,一般除了考慮sourceoutput power強度之外,其另一重要因素乃是天線本身之dBi值,即俗稱的增益值,dB值愈高,相對所能傳達之距離也更遠。通常每增加8dB則相對之距離可增至原距離的一半。

          一般天線有所謂指向性(Uni-direction)與全向性(Omni-direction)兩種,前者較適合于長距離使用,而后者則較適合區域性之應用。

          產品Q & A

          Q1:何謂無線網絡

          ANS:一般來講,所謂無線,顧名思義就是利用無線電波來作為資料的傳導,而就應用層面來講,它與有線網絡的用途完全相似,兩者最大不同的地方是在于傳輸資料的媒介不同。除此之外,正因它是無線,因此無論是在硬件架設或使用之機動性均比有線網絡要優勢許多。

          Q2:無線網絡與有線網絡相較之下,有那些優點

          ANS:就使用上它的機動性,便利性,是有線網絡所不及,就成本上,它可省下一筆可觀的布線費用,修改裝潢費用,基本上使用的空間較為彈性許多。

          Q3:無線網絡對人體是否有所影響

          ANS:因無線網絡的發射功率較一般的大哥大手機要微弱許多,無線網絡發射功率約60~70mW,而大哥大手機發射功率約200mW左右,而且使用的方式亦非像手機一般直接接觸于人體,因此較無安全上之考量。

          Q4:若要架構一個無線網絡,其最基本之配備需要有那些

          ANS:一般架設無線網絡的基本配備就是一片無線網絡卡及一臺橋接器(AP),如此便能以無線的模式,配合既有的有線架構來分享網絡資源。

          Q5:無線網絡就使用是否會被干擾或影響其它設備運作

          ANS:基本上無線網絡所使用之頻段是屬于ISM 2.4GHz的高頻率范圍,就日常生活,或辦公室等等所用之電器設備是不會相互干擾,因頻率差異甚多,而且無線網絡本身共有12信道可供調整,自然干擾的現象就不必擔心。

          Q6:何謂ISM頻段

          ANSISMIndustrial Scientific Medical) Band,此頻段(2.42.4835GHz)主要是開放給工業,科學、醫學,三個主要機構使用,該頻段是依據美國聯邦通訊委員會(FCC)所定義出來,屬于Free License,并沒有所謂使用授權的限制。

          Q7:何謂展頻(Spread Spectrum)

          ANS:展頻技術是一種在惡劣的戰爭環境中保持通信信號的穩定性及保密性的技術,分為跳頻技術直接序列兩種方式。對于一個非特定的接受器,Spread Spectrum所產生的跳動訊號對它而言,只算是脈沖噪聲。因此對整體而言是一種較具安全性的通訊技術。

          Q8:無線網絡所能含蓋的范圍有多廣

          ANS:一般無線網絡所能含蓋的范圍應視環境的開放與否而定,若不加外接天線而言,在視野所及之處約250M,若屬半開放性空間,有隔間之區域,則約3550M左右,當然若加上外接天線,則距離可達更遠,此關系到天線本身之增益而定,因此需視客戶之需求而加以規劃之。

          Q9:無線網絡于使用之過程其保密性為何

          ANS:基本上GEMPLEX之無線網絡技術DSSS系統,本身就具有防竊聽之功能,另外再加上資料加密功能(WEP40bits)的雙重防護下,因此其安全性是相當周全。

          Q10Access Point在使用上可同時支持多少工作站

          ANS:理論上是可以支持到一個CLASS C,但為了讓工作站本身有足夠之頻寬可利用,一般建議一臺AP約支持2030左右之工作站為最佳狀態。

          Q11:何謂漫游(Roaming)功能

          ANS:如同大哥大一般,可漫游在不同的基地臺之間,無線網絡工作站亦可漫游在不同的AP之間,只要AP群的ESSID定義一樣,則自然無線網絡工作站可自由的漫游于無線電波所能含蓋之區域。

          Q12:若無線網絡之設備架設于室外,其如何防止雷擊

          ANS:基本上無線網絡可配置避雷器之設備,此設備可選購裝設于無線網絡設備上,以利外來之突波造成系統損壞。

          Q13:何謂Access Control

          ANS:基本上每張無線網卡上都有一組獨一無二的硬件地址,即所謂的MAC address,經由Access Control table可定義某些卡可登入此AP,某些卡被拒絕登入,如此便能達到控管的機制,可避免非相關人員隨意登入網絡,竊取資源。

          Q14:何謂ASBF

          ANSASBFAutomatic Scale Back Functionality),此項功能是Gemplex AP特有之功能,保證WLAN始終處于最佳的聯機品質,除此之外,并提供支持多重廠商的無線網卡,但其網卡必須是符合IEEE 802.11之規范而設計。

          Q15:何謂Power Management

          ANS:由于Notebook使用約2小時左右后便必須充電,若又同時使用其它外圍設備,則必定更加耗電,因此此項功能乃在于有效的管理無線網絡卡所消耗之電量,換句話說,它能適時控制當有DATA sending or receiving時,是處于”Wake up status”,反之則處于power down mode。

          Q16:天線所使用之導線的長度是否有影響傳輸品質

          ANS:一般來講,天線所使用之導線的長度,材質,阻抗匹配,均會對訊號造成某程度之影響,而最明顯的就是增益衰減。通常以20 feet之長度而言就會讓訊號衰減約1.2dBi左右,而平均每衰減8dBi就會讓原傳輸之距離約縮減一半,因此導線之長度與品質在無線產品的應用上是不容忽視的。

          Q17:架設指向性天線時,是否有工具可提供指示,讓訊號品質達到最佳化

          ANSGemplexBridge本身有提供一套軟件聯機品質校正程序,其中是以圖形曲線的方式呈現于屏幕上,使用者可明顯看出該訊號強弱之狀況,而加以調整天線的位置,已達最佳狀態。

          Q18 : 何謂Ad-hoc

          ANS : 構成一種特殊的無線網絡應用模式,一群計算機接上無線網絡卡,即可相互連接,資源共享,無需透過Access Point.

          Q19 : 何謂Infrastructure

          ANS : 一種整合有線與無線局域網絡架構的應用模式,透過此種架構模式,即可達成網絡資源的共享,此應用需透過Access Point.

          Q20 : 何謂BSS

          ANS : 一種特殊的Ad-hoc LAN的應用,稱為Basic Service Set (BSS),一群計算機設定相同的BSS名稱,即可自成一個group,而此BSS名稱,即所謂BSSID。

          Q21 : 何謂ESS

          ANS : 一種infrastructure的應用,一個或多個以上的BSS,即可被定義成一個Extended Service Set (ESS),使用者可于ESSroaming及存取BSSs中的任何資料,其中Access Points必須設定相同的ESSIDchannel才能允許roaming.

          Q22 : 何謂SNMP

          ANS : “Simple Network Management Protocol”,一種網管的通信協議,透過SNMP的軟件可以連接至可支持SNMP的裝置并可收集該裝置所有的信息并做其它整合性的應用,Gemplex Wireless LAN product 就有support此功能。

          Q23 : 何謂WEP

          ANS : “Wired Equivalent Protection”,一種將資料加密的處理方式,WEP 40bitsencryption 乃是IEEE 802.11的標準規范。透過WEP的處理便可讓我們的資料于傳輸中更加安全。

          DSSS vs FHSS

          DSSS

          FHSS

          展頻特性

          將原信號“1” “0” 利用10個以上的chips代表“1” “0”,使得原來較高功率,較窄頻率變成具有較寬頻的低功率。

          同步,同時接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號。對于一個非特定的reveiver,FHSS所產生的跳動訊號對它而言,只能算是脈沖噪聲而已。

          調變差異

          PSK,DBPSK,DQPSK

          GFSK

          抗噪聲能力

          DSSSDQPSK調變方式是采 線性放大器組成,其作用范圍和抗噪聲能力效果佳。

          FHSSFSK調變方式架構簡單,采非線性功率放大器組成。

          差異性

          High Speed

          Long Distance

          Easy Integration

          適用于較固定環境中使用

          作用范圍較大

          Low Speed

          Short Range

          Carrier Data Voice

          Better Security

          DSSSFHSS 之取決端視產品在市場定位而定,因為它可以解決無線局域網絡的傳輸能力及特性,包括抗干擾能力,使用距離范圍,頻寬大小及傳輸資料的大小。DSSS技術適用于固定環境中,或對傳輸品質要求較高的應用,因此,無線廠房,無線醫院,網絡社區,大都采用DSSS無線技術產品。而FHSS則大都使用于需快速移動的端點,如行動電話,其無線傳輸的技術部份即采用FHSS展頻技術。

          無線網絡技術比較表

          Item

          Specification

          Wireless LAN

          802.11

          HOME RF

          109

          BLUETOOTH

          Application High speed wireless data networking(long distance)

          Wireless communication in home & SOHO

          Wireless communication in short range

          Technology

          FHSS,DSSS

          FHSS

          FHSS

          Frequency

          RF 2.4GHz

          RF 2.4GHz

          RF 2.4GHz

          Power

          +18dbm

          +18dbm

          +18dbm

          Data rate

          11Mbps

          11Mbps

          1Mbps

          Distance

          150M

          50M

          10M

          Transmission

          DSSS: Data

          FHSS: Data & Voice

          Data & Voice

          Data & Voice

          Specification

          IEEE

          Home RF group

          Bluetooth SIG

          Interface

          USB,ISA,PCI,PCMCIA

          N/A

          Module

          Main structure

          MAC,RF,Baseband

          MAC,RF,Baseband

          RF,Baseband,HCI,Ling manager

          Power

          consumption

          250mA

          100mA

          40mA

          Cost

          High

          Middle

          Low

           

           

           

           

           

           

           

          注意事項

          1.默認賬戶應修改

          一般的家庭無線網絡都是通過一個無線路由器來實現的,通常這些路由器都內置有一個管理頁面工具;利用它可以設置該設備的網絡地址以及賬號等信息。而通常該設備也設有登陸界面,需要正確的賬戶才能登錄;而實際情況是這些默認的登錄賬戶基本都是一樣,如果不修改就使得黑客們有機可乘。因此注意修改設備的默認登錄賬戶是首先要做的安全措施。

          2.加密措施不能少

          所有的無線網絡都提供某些形式的加密。如果不采用加密措施,難保黑客會采用一些措施來中途截取你的無線數據信息。無線網絡中已經存在好幾種加密技術,比如WAP密鑰等;此外如果你的網絡中同時存在多個無線設備的話,要注意加密技術保持一致,否則會出現相互無法訪問的情況。

          3.SSID值一定要

          通常每個無線網絡都有一個服務區標識符(SSID),無線客戶端需要加入該網絡的時候都需要有一個相同的SSID才行。一般情況下無線設備在出廠時都會設置一個默認的值,例如TP-LINK公司的設備SSID值就是“TP-LINK_XXXXXX”(mac地址后六位)。設置SSID值就是注意兩點:修改默認值和保持修改后的一致性即可。

          4.SSID廣播請斟酌

          如果無線網絡中開啟了SSID廣播功能,其路由設備會自動向其有效范圍內的所有無線網絡客戶端廣播自己的SSID號,無線網絡客戶端接收到這個SSID號后,即可利用這個SSID號使用到這個網絡??梢姶斯δ艽嬖跇O大的安全隱患。一般在企業環境中,為了滿足經常變動的無線網絡接入端,才會開啟此功能,而作為普通家庭無線網絡來說,在相對固定的環境下沒必要開啟這項功能。

          5.靜態IP有好處

          一般家庭無線網絡都習慣使用DHCP服務來為網絡中的客戶端動態分配IP,因為這樣配置方便簡單。這其實同樣存在安全隱患,在成員很固定的家庭網絡中,建議為網絡成員設備分配固定的IP地址,然后再在無線路由器上設定允許接入設備的IP地址列表。

           

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