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工程检测

展频

发布日期:2015-05-16    浏览次数:1190

展频技术的无线局域网络产品是依据FCCFederal Communications Committee美国联邦通讯委员会)规定的ISMIndustrial Scientific,and Medical),频率范围开放在902M~928MHz2.4G~2.484GHz两个频段,所以并没有所谓使用授权的限制。展频技术主要又分为跳频技术直接序列两种方式。而此两种技术是在第二次世界大战中军队所使用的技术,其目的是希望在恶劣的战争环境中,依然能保持通信信号的我稳定性及保密性。

无线局域网

一、跳频技术(FHSS

跳频技术(Frequency-Hopping Spread SpectrumFHSS)在同步、且同时的情况下,接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号,对于一个非特定的接受器,FHSS所产生的跳动讯号对它而言,也只算是脉冲噪声FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道,并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求,使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms

二、直接序列展频技术DSSS

直接序列展频技术(Direct Sequence Spread SpectrumDSSS)是将原来的讯号“1”“0”,利用10个以上的chips来代表“1”“0”位,使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips,一个较高的Spreading chips可以增加抗噪声干扰,而一个较低Spreading Ration可以增加用户的使用人数。

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基本上,在DSSSSpreading Ration是相当少的,例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE 802.11的标准内,其Spreading Ration只有11,但FCC的规定是必须大于10,而实验中,最佳的Spreading Ration大约在100左右。

三、FHSS VS DSSS调变差异

无线局域网络在性能和能力上的差异,主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调变方式。然而,调变方式的选择并不完全是随意的,像FHSS并不强求某种特定的调变方式,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草案规定要使用GFSK。至于DSSS则过使用可变相位调变(如:PSKQPSKDQPSK),可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。

在抗噪声能力卜方面,采用QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相比,可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。FHSS系统之所以选用FSK调变方式的原因是因为FHSSFSK内在架构的简单性,FSK无线讯号可使用非线性功率放大器,但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器,但却可以获得更多的回馈。

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四、DSSS VS FHSS之优劣

截至目前,若以现有的产品参数详加比较,可以看出DSSS技术在需要最佳可靠性的应用中具有较佳的优势,而FHSS技术在需要低成本的应用中较占优势。虽然我们可以在网际网络内看到各家厂商各说各话,但真正需要注意的是厂商在DSSSFHSS展频技术的选择,必须要审慎端视产品在市场的定位而定,因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性,包括:抗干扰能力、使用距离范围、频宽大小、及传输资料的大小。

一般而言,DSSS由于采用全频带传送资料,速度较快,未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用,因此,无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用,大都采用DSSS无线技术产品。FHSS则大都使用于需快速移动的端点,如行动电话无线传输技术部分即是采用FHSS技术;且因FHSS传输范围较小,所以往往在相同的传输环境下,所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多,在整体价格上,可能也会比较高。以前企业需求来说,高速移动端点应用较少,而大多较注重传输速率、及传输的稳定性,所以未来无线网络产品发展应会以DSSS技术为主流。

消费者选购无线局域网络时需要特别注意下列的特性,以决定自己合适的产品,包括:

涵盖范围

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传输率

Multipath影响程度

提供资料整合程度

和有线的基础设施之间的互操性

和其它无线的基础设施之间的互操性

抗干扰程度

简单、易操作

保密能力

低成本

电流消耗情况

IEEE 802.11之相关信息

因应无线局域网络的强烈需求,美国的国际电子电机学会于199011月召开了802.11委员会,开始制定无线局域网络标准

承袭IEEE802系列,802.11规范了无线局域网络的介质存取控制(Medium Access Control MAC)层及实体 (Physical PHY)层。此较特别的是由于实际无线传输的方式不同,IEEE802.11在统一的MAC层下面规范了各种不同的实体层,以因应未来的技术发展。802.11中制订了三种介质的实体,为了未来技术的扩充性,也都提供了多重速率 (Mulitiple Rates)的功能。这三个实体分别是:

一、2.4GHz Direct Sequence Spread Spectrum

速率1Mbps时用DBPSK调变(Difference By Phase Shift Keying)

速率2Mbps 时用DQPSK调变(Difference Quarter Phase Shift Keying)

接收敏感度–80dbm

长度11Barker码当展频PN

二、2.4GHz Frequency Hopping Spread Spectrum

速率1Mbps时用2-level GFSK调变,接收敏感度–80dbm,

速率2Mbps时用4-level GFSK调变,接收敏感度–75dbm,

每秒跳2.5 hops

Hopping Sequence在欧美有22组,在日本4

三、Diffused IR

速率1Mbps时用16ppm调变,接收敏感度2 ×10-5mW/平方公分

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速率2Mbps时用4ppm调变,接收敏感度8 ×10-5mW/平方公分

波长850nm950nm

其中前两种在2.4GHz的射频方式是依据ISM频段展频技术可做 不须授权使用的规定,这个频段的使用在全世界包含美国、欧洲、日本及中国台湾等主要国家和地区都有开放。第三项的红外线由于使用上没有任何管制(除了安全上的规范),因此也是自由使用的。

IEEE 802.11 MAC的基本存取方式称为CSMA/CACarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance),与以太网络所用的CSMA/CDCollision Detection)变成了碰撞防止(Collision Avoidance),这一字之差是很大的。因为在无线传输中感测载波及碰撞侦测都是不可靠的,感测载波有困难。另外通常无线电波经天线送出去时,自己是无法监视到的,因此碰撞侦测实质上也做不到。在802.11中感测载波是由两种方式来达成,第一是实际去听是否有电波在传,及加上优先权的观念。另一个是虚拟的感测载波,告知大家待会有多久的时间我们要传东西,以防止碰撞。

无线局域网络之产品简介

Access Point

Wireless LANCard

一般称为无线网络卡,其与传统之Ethernet网络卡的差别是在于前者之资料传送乃是藉由无线电波,而后者则是透过一般的网络线。

无线网络卡的规格大致可分成2M,5M,11M,三种,而其适用之界面可分为PCMCIA,ISA,PCI三种界面。

Antenna

一般称为天线,此天线与一般电视,火腿族,大哥大所用之天线不同,其原因乃是因为频率不同所致,WLAN所用之频率为较高2.4GHz之频段。

天线之功能乃是将source之信号,藉由天线本身的特性而传送至远处,至于能传多远,一般除了考虑sourceoutput power强度之外,其另一重要因素乃是天线本身之dBi值,即俗称的增益值,dB值愈高,相对所能传达之距离也更远。通常每增加8dB则相对之距离可增至原距离的一半。

一般天线有所谓指向性(Uni-direction)与全向性(Omni-direction)两种,前者较适合于长距离使用,而后者则较适合区域性之应用。

产品Q & A

Q1:何谓无线网络

ANS:一般来讲,所谓无线,顾名思义就是利用无线电波来作为资料的传导,而就应用层面来讲,它与有线网络的用途完全相似,两者最大不同的地方是在于传输资料的媒介不同。除此之外,正因它是无线,因此无论是在硬件架设或使用之机动性均比有线网络要优势许多。

Q2:无线网络与有线网络相较之下,有那些优点

ANS:就使用上它的机动性,便利性,是有线网络所不及,就成本上,它可省下一笔可观的布线费用,修改装潢费用,基本上使用的空间较为弹性许多。

Q3:无线网络对人体是否有所影响

ANS:因无线网络的发射功率较一般的大哥大手机要微弱许多,无线网络发射功率约60~70mW,而大哥大手机发射功率约200mW左右,而且使用的方式亦非像手机一般直接接触于人体,因此较无安全上之考量。

Q4:若要架构一个无线网络,其最基本之配备需要有那些

ANS:一般架设无线网络的基本配备就是一片无线网络卡及一台桥接器(AP),如此便能以无线的模式,配合既有的有线架构来分享网络资源。

Q5:无线网络就使用是否会被干扰或影响其它设备运作

ANS:基本上无线网络所使用之频段是属于ISM 2.4GHz的高频率范围,就日常生活,或办公室等等所用之电器设备是不会相互干扰,因频率差异甚多,而且无线网络本身共有12信道可供调整,自然干扰的现象就不必担心。

Q6:何谓ISM频段

ANSISMIndustrial Scientific Medical) Band,此频段(2.42.4835GHz)主要是开放给工业,科学、医学,三个主要机构使用,该频段是依据美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来,属于Free License,并没有所谓使用授权的限制。

Q7:何谓展频(Spread Spectrum)

ANS:展频技术是一种在恶劣的战争环境中保持通信信号的稳定性及保密性的技术,分为跳频技术直接序列两种方式。对于一个非特定的接受器,Spread Spectrum所产生的跳动讯号对它而言,只算是脉冲噪声。因此对整体而言是一种较具安全性的通讯技术。

Q8:无线网络所能含盖的范围有多广

ANS:一般无线网络所能含盖的范围应视环境的开放与否而定,若不加外接天线而言,在视野所及之处约250M,若属半开放性空间,有隔间之区域,则约3550M左右,当然若加上外接天线,则距离可达更远,此关系到天线本身之增益而定,因此需视客户之需求而加以规划之。

Q9:无线网络于使用之过程其保密性为何

ANS:基本上GEMPLEX之无线网络技术DSSS系统,本身就具有防窃听之功能,另外再加上资料加密功能(WEP40bits)的双重防护下,因此其安全性是相当周全。

Q10Access Point在使用上可同时支持多少工作站

ANS:理论上是可以支持到一个CLASS C,但为了让工作站本身有足够之频宽可利用,一般建议一台AP约支持2030左右之工作站为最佳状态。

Q11:何谓漫游(Roaming)功能

ANS:如同大哥大一般,可漫游在不同的基地台之间,无线网络工作站亦可漫游在不同的AP之间,只要AP群的ESSID定义一样,则自然无线网络工作站可自由的漫游于无线电波所能含盖之区域。

Q12:若无线网络之设备架设于室外,其如何防止雷击

ANS:基本上无线网络可配置避雷器之设备,此设备可选购装设于无线网络设备上,以利外来之突波造成系统损坏。

Q13:何谓Access Control

ANS:基本上每张无线网卡上都有一组独一无二的硬件地址,即所谓的MAC address,经由Access Control table可定义某些卡可登入此AP,某些卡被拒绝登入,如此便能达到控管的机制,可避免非相关人员随意登入网络,窃取资源。

Q14:何谓ASBF

ANSASBFAutomatic Scale Back Functionality),此项功能是Gemplex AP特有之功能,保证WLAN始终处于最佳的联机品质,除此之外,并提供支持多重厂商的无线网卡,但其网卡必须是符合IEEE 802.11之规范而设计。

Q15:何谓Power Management

ANS:由于Notebook使用约2小时左右后便必须充电,若又同时使用其它外围设备,则必定更加耗电,因此此项功能乃在于有效的管理无线网络卡所消耗之电量,换句话说,它能适时控制当有DATA sending or receiving时,是处于”Wake up status”,反之则处于power down mode

Q16:天线所使用之导线的长度是否有影响传输品质

ANS:一般来讲,天线所使用之导线的长度,材质,阻抗匹配,均会对讯号造成某程度之影响,而最明显的就是增益衰减。通常以20 feet之长度而言就会让讯号衰减约1.2dBi左右,而平均每衰减8dBi就会让原传输之距离约缩减一半,因此导线之长度与品质在无线产品的应用上是不容忽视的。

Q17:架设指向性天线时,是否有工具可提供指示,让讯号品质达到最佳化

ANSGemplexBridge本身有提供一套软件联机品质校正程序,其中是以图形曲线的方式呈现于屏幕上,使用者可明显看出该讯号强弱之状况,而加以调整天线的位置,已达最佳状态。

Q18 : 何谓Ad-hoc

ANS : 构成一种特殊的无线网络应用模式,一群计算机接上无线网络卡,即可相互连接,资源共享,无需透过Access Point.

Q19 : 何谓Infrastructure

ANS : 一种整合有线与无线局域网络架构的应用模式,透过此种架构模式,即可达成网络资源的共享,此应用需透过Access Point.

Q20 : 何谓BSS

ANS : 一种特殊的Ad-hoc LAN的应用,称为Basic Service Set (BSS),一群计算机设定相同的BSS名称,即可自成一个group,而此BSS名称,即所谓BSSID

Q21 : 何谓ESS

ANS : 一种infrastructure的应用,一个或多个以上的BSS,即可被定义成一个Extended Service Set (ESS),使用者可于ESSroaming及存取BSSs中的任何资料,其中Access Points必须设定相同的ESSIDchannel才能允许roaming.

Q22 : 何谓SNMP

ANS : “Simple Network Management Protocol”,一种网管的通信协议,透过SNMP的软件可以连接至可支持SNMP的装置并可收集该装置所有的信息并做其它整合性的应用,Gemplex Wireless LAN product 就有support此功能。

Q23 : 何谓WEP

ANS : “Wired Equivalent Protection”,一种将资料加密的处理方式,WEP 40bitsencryption 乃是IEEE 802.11的标准规范。透过WEP的处理便可让我们的资料于传输中更加安全。

DSSS vs FHSS

DSSS

FHSS

展频特性

将原信号“1” “0” 利用10个以上的chips代表“1” “0”,使得原来较高功率,较窄频率变成具有较宽频的低功率。

同步,同时接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号。对于一个非特定的reveiverFHSS所产生的跳动讯号对它而言,只能算是脉冲噪声而已。

调变差异

PSKDBPSKDQPSK

GFSK

抗噪声能力

DSSSDQPSK调变方式是采 线性放大器组成,其作用范围和抗噪声能力效果佳。

FHSSFSK调变方式架构简单,采非线性功率放大器组成。

差异性

High Speed

Long Distance

Easy Integration

适用于较固定环境中使用

作用范围较大

Low Speed

Short Range

Carrier Data Voice

Better Security

DSSSFHSS 之取决端视产品在市场定位而定,因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性,包括抗干扰能力,使用距离范围,频宽大小及传输资料的大小。DSSS技术适用于固定环境中,或对传输品质要求较高的应用,因此,无线厂房,无线医院,网络社区,大都采用DSSS无线技术产品。而FHSS则大都使用于需快速移动的端点,如行动电话,其无线传输的技术部份即采用FHSS展频技术。

无线网络技术比较表

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

 

 

 

 

 

 

 

注意事项

1.默认账户应修改

一般的家庭无线网络都是通过一个无线路由器来实现的,通常这些路由器都内置有一个管理页面工具;利用它可以设置该设备的网络地址以及账号等信息。而通常该设备也设有登陆界面,需要正确的账户才能登录;而实际情况是这些默认的登录账户基本都是一样,如果不修改就使得黑客们有机可乘。因此注意修改设备的默认登录账户是首先要做的安全措施。

2.加密措施不能少

所有的无线网络都提供某些形式的加密。如果不采用加密措施,难保黑客会采用一些措施来中途截取你的无线数据信息。无线网络中已经存在好几种加密技术,比如WAP密钥等;此外如果你的网络中同时存在多个无线设备的话,要注意加密技术保持一致,否则会出现相互无法访问的情况。

3.SSID值一定要

通常每个无线网络都有一个服务区标识符(SSID),无线客户端需要加入该网络的时候都需要有一个相同的SSID才行。一般情况下无线设备在出厂时都会设置一个默认的值,例如TP-LINK公司的设备SSID值就是“TP-LINK_XXXXXX”(mac地址后六位)。设置SSID值就是注意两点:修改默认值和保持修改后的一致性即可。

4.SSID广播请斟酌

如果无线网络中开启了SSID广播功能,其路由设备会自动向其有效范围内的所有无线网络客户端广播自己的SSID号,无线网络客户端接收到这个SSID号后,即可利用这个SSID号使用到这个网络。可见此功能存在极大的安全隐患。一般在企业环境中,为了满足经常变动的无线网络接入端,才会开启此功能,而作为普通家庭无线网络来说,在相对固定的环境下没必要开启这项功能。

5.静态IP有好处

一般家庭无线网络都习惯使用DHCP服务来为网络中的客户端动态分配IP,因为这样配置方便简单。这其实同样存在安全隐患,在成员很固定的家庭网络中,建议为网络成员设备分配固定的IP地址,然后再在无线路由器上设定允许接入设备的IP地址列表。

 

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