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從PC到Wi-Fi無線區域網路
 

【作者: 誠君】   2002年01月05日 星期六

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1990年代PC以個人應用和廉價為訴求成功地打入家庭、學校、商店、和企業市場,同時取代了大型電腦,並分食RISC(UNIX)工作站的市場。1995年以後,網際網路崛起,除了代表數據通訊(DataComm)的區域網路(LAN)以外,其它網路技術,包含ATM、光纖、代表電話通訊(TeleComm)的PSTN 、ISDN、Frame Relay.....等廣域網路(WAN),也連接上網際網路,帶動了PC、網路設備、作業系統、週邊產品、應用軟體的成長。


同時,由於全球無線通訊市場的開放,以行動電話為發展主軸的技術也紛紛出現,例如:AMPS、CT1、CT2、DECT、GSM、PHS、W-CDMA、PACS等。觀察這些技術的發展,可以清楚知道,高頻或高傳輸率和能連接網際網路是這些技術未來演進不變的方向。


PC業將與電信業者密切合作

由於行動電話市場的日漸成熟,就如同有線電話網路一樣,無線(行動)電話網路也藉著新技術的功能和PC連接,例如:IEEE 802.11、HomeRF、Bluetooth等技術就是其中的代表者。


無線區域網路(WLAN)和PC相連,在技術層面上代表著數據通訊和電話通訊技術的再次整合。不過,和有線電話通訊技術相比,無庸置疑的,PC與無線電話通訊技術整合的困難度是非常高的,尤其是在不同品牌產品間的互通問題上,絕非一、二年內就能圓滿解決的。


在市場層面上,不管是PC製造商或電信業者都無法一手遮天,壟斷市場。無論是目前正打算將GSM、IEEE 802.11b、Bluetooth等模組內建於PC中,企圖使PC完全無線化的PC業者;或者已經將Bluetooth模組內建於手機的電信大廠如:Ericsson、Nokia;或者是已經可以傳輸影音多媒體數據的日本DoCoMo公司之 i-mode手機,他們都無法左右對方的市場佔有率。


相反的,PC業者和手機、電信業者還希望對方的新產品能大受歡迎,以提高無線技術的親和力和帶動自家產品的買氣。所以,可以預見的是未來PC業者除要一邊和Wintel集團繼續合作以外,另外還必須和手機、電信業者緊密合作。


這種異質產品的技術整合涉及到異業合作,而且牽涉到的不同利益非常廣泛和複雜,所以每筆交易可能不是短時間之內就能談定的。因為再大的企業,譬如IBM,也無法同時經營好PC和手機、電信、無線電產業。這種趨勢從PC龍頭Intel和軟體大亨微軟的 投資作為上就可以清楚察覺出來。


新產品建立

有人說:「PC式微了,現在已經是後PC時代,資訊家電(IA)將取而代之。」此話猶言在耳,可是,儘管如此,目前資訊家電功能與PC、筆記型電腦比起來,仍然缺少很好的應用,以致無法形成可與PC家族(桌上型、筆記型、掌中型電腦)相抗衡的市場。


PDA地位受窘

雖然,PDA算是在IA家族中目前最有斬獲的產品,可是如同大多數屬於IA概念的產品一樣,因為技術上沒有像PC一般的統一標準,所以百家爭鳴,競相逐鹿的結果,除Palm Pilot、Handspring Visors、微軟的Pocket PC、Tablet PC之外,其他品牌在市場上最終似乎很難會有所成就。


平心而論,PDA目前的地位蠻尷尬的。因為就微軟的Pocket PC而言,WinCE的功能與Windows XP/2000/98非常類似,只要開發者或用戶需要,就可以將Pocket PC的功能擴充到類似小尺寸的筆記型電腦一般。


Pocket PC與Tablet PC

長期而言,如果大多數硬體大廠多支持微軟的Pocket PC和Tablet PC,那麼PDA最後恐怕會歸化為PC家族的一員,也就是說它可能成為「掌中型的簡易電腦」。以技術面而言,現有的PC製造商要生產這種「PDA電腦」或「掌中型的簡易電腦」其門檻並不會很高,尤其是WinTel集團仍會持續奧援。


由此可知,除非PDA在將來能有其他異於PC的功能,否則目前的PDA遲早可能只是未來的「袖珍型簡易電腦」的前身罷了,唯一的差別就在於實現它們的作業系統與硬體不太一樣而已。可以確認的是:未來二、三年內,能繼續維持資訊產業成長的最大動力,仍然有賴PC家族不可。


這個論點從觀察PC製造商這一年來在不景氣中仍有起色可以察覺出來。而且,目前大多數PC製造商也自行設計PDA,其真正目的不是在自創品牌、打知名度,以角逐PDA市場,而是為在PDA被「PC化」前,能先學習與PDA相關的技術,以準備能迅速地將PDA完全「PC化」,讓PC的成長可以藉PDA延伸,同時試圖終結PDA。


諷刺的是:不管PDA未來會變成怎麼樣的產品,以目前的發展而言,能從PDA中真正獲利的不再是目前只專門生產PDA的業者,而是PC製造商,亦即筆記型電腦、主機板業者。這種趨勢在未來五年內就會很明顯看出,當然這需Pocket PC、Tablet PC的推波助瀾才行。


Wi-Fi是PC回春的試金石

無線區域網路(Wireless LAN)在大環境一片低迷聲中,迅速竄起,相當引人注目。無線區域網路主要可分為高速無線傳輸技術及低速無線傳輸技術(包含HomeRF、Bluetooth)。


表一 IEEE 802.11b和HomeRF的比較

 

IEEE 802.11b

HomeRF

Major Industry Support

Apple, Cisco, Lucent, 3Com WECA

Compaq, HomeRF Working Group

Status

Shipping

Shipping (Low Speed)

Range

50-300 feet

150 feet

Speed

11 Mbps

1, 2, 10 Mbps

Use

Home, Small Office, Campus, Enterprise

Home

Cost

$75-$150 per card

$85-$129

Security

WEP/802.1x

NWID/encryption

Vendors

Over 75

Under 30

Public Access Points

Over 350

None

Market share of Wireless NICs

72%

21%

 


WECA成軍

自1997年6月IEEE定義了802.11標準後,原本由各廠商自定專屬規格,限制了無線網路市場發展的情況已不在存在。IEEE於99年陸續通過802.11b及802.11a規格,其中主導802.11b標準規格的3Com、Aironet(99年11月已由Cisco以7.99億美元購併)、Intersil(前身為Harris Semiconductor)、Lucent Technologies、Nokia、Symbol Technologies等6家廠商,為進一步解決各家公司開發之無線區域網路產品之互通問題,於1999年8月組織了WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance),只要通過WECA認證者,就可以取得Wi-Fi品質保證的資格。


WECA先推傳輸率最高可達11Mbps的802.11b產品,目前802.11b已成為無線區域網路市場的主流。802.11a目前已開始接受廠商們的認證測試申請,其傳輸率為6-54Mbps,使用5GHz無線電頻譜。


這樣的傳輸率與傳輸距離,使802.11應用產品以個人電腦及家電產品為主,應用市場也以較大範圍的環境、不易佈線的地區、需要動態上網的地區、臨時性場合為主,如機場、飯店、會議中心、企業內部及家庭等。


802.11b和HomeRF相比,如(表一)所示,802.11b的市場佔有率為72%,遠高於HomeRF的21%,因此Windows XP目前只支援802.11b。將來或也許三到五年內,Wintel集團應該會充份支持以個人區域網路(PAN)為訴求,取代有線電(cable replacement)為目標的藍芽(Bluetooth)技術。


藍芽不敵802.11

就網路佈建的不同,無線區域網路可以區分為如(圖一)所示的基礎型網路(infrastructure mode network)和臨時型網路(Ad hoc network)。其差別就在於無線區域網路是否有藉接入點(access point)連接上現有的有線區域網路。


不管是802.11或者HomeRF、藍芽都採用(圖一)的網路佈建方式,差別在於各種技術所需的接入點數量不一樣而已。


雖然藍芽規範裡的「區域網路實作指引」(Lan Access Profile;LAP)和「撥接上網實作指引」(Dial-Up Networking Profile;DUNP),都是為實現藍芽無線區域網路而設計的,可是和802.11技術比較,由於藍芽有效傳輸率最高不過721 kbps,與802.11的11 Mbps相差實在太遠了。此外,藍芽晶片和軟體開發或購買的成本都很昂貴,因此,藍芽在PC、基礎型網路市場上的競爭注定要輸給802.11的。雖然,藍芽2.0標準將會提高頻寬,可是它也不及802.11a的54Mbps。此外,藍芽的低價策略是否真的能實現且奏效,也一直被人質疑。


《圖一 WLAN的兩種網路模式》
《圖一 WLAN的兩種網路模式》

藍芽的最後舞台

由IEEE 802.15制定的「廣域個人區域網路」(WPAN)或利用「藍芽封裝通訊協定」(Bluetooth Network Encapsulation Protocol;BNEP)實現的藍芽「個人區域網路」(PAN)將是藍芽最後的舞台,也是決定它是否能成功的唯一市場。


個人區域網路到目前為止也還是個概念(concept)或觀念,尚未被消費者接受,市場上更無此類產品流通。所以,藍芽的路還很漫長而艱辛,目前預測至少還要等五年吧!如今,WLAN指的就是IEEE 802.11了。


Windows XP實現Wi-Fi

目前內建或外部連接於PC的802.11b網路卡介面有PCI、USB、PCMCIA三種。對PC製造商而言,不管是使用何種介面,為節省成本和提高產品附加價值,將802.11b網路模組內建於PC中是必須的。


就技術設計而言,PC製造商必須自行設計輸出入介面電路、整合及連接RF模組和MAC模組(若使用二合一晶片就不需考慮此問題)、解決EMI/EMC問題、針對不同介面設計出個別的網路驅動程式(driver)。PC製造商不需設計上層通訊協定軟體和應用軟體,使用Windows現有的軟體就能滿足用戶的需求了,這是802.11b優於藍芽的原因之一。


微軟在Windows XP中支援802.11b,並針對無線區域網路所帶來的挑戰提出了解決方案:嚴密的資訊安全、無間斷的漫遊(roaming)、和簡單的組態設定(configuration)。


《圖二 Windows XP的802.1x安全協定》
《圖二 Windows XP的802.1x安全協定》

嚴密的資訊安全

採用無線區域網路時,企業最關心的問題就是資訊安全。802.11採用「隱密等同於有線電」(Wired Equivalent Privacy;WEP)的演算法,此演算法提供認證(authentication)和加密(encryption)的功能。WEP定義了一個40位元的安全匙(secret key),但是,IEEE 802.11b更加嚴謹,定義了104位元的安全匙。這使得802.11b的資訊安全可以和有線網路媲美。


微軟的Windows XP網路小組和IEEE、網路設備供應商、及其他協力商共同制定的IEEE 802.1x草案,針對WEP的不足提供了以通訊埠為基礎(port-based)的網路擷取控制(network access control)或管理安全匙通訊協定。


其原理如(圖二)所示,經由「遠端認證撥接用戶服務」伺服器(Remote Authentication Dial-In User Service;RADIUS server)的辨識,來決定用戶是否可以擷取網路資料。接入點(access point)必須具有兩種不同的邏輯埠(logical port)或通道(channel),一種是「不控制埠」(uncontrolled port),用來接受任何用戶的請求,並作為安全匙交換的通道。


另一種邏輯埠稱作「控制埠」(controlled port),當RADIUS伺服器與用戶端藉由「不控制埠」完成安全匙交換後,用戶就可以自動地經由接入點的「控制埠」擷取網路資料。反之,若RADIUS伺服器拒絕了用戶的請求,則接入點將不會開放「控制埠」給用戶端使用。


無間斷的漫遊

Windows 2000可以自動偵測網路是否有連線或沒有,並支援動態分配(DHCP)或靜態設定IP位址(address),Windows XP也具有類似的行動IP(mobile IP)功能。當發生漫遊時,Windows XP能自動偵測到新的接入點,並立即執行再認


證程序,以取得新網路的合法IP位址和順利擷取新網路的資源。


除了利用瞬間轉換(transition)網路啟動新的認證程序和產生新的設定資訊之外,舊的接入點應該要和路由器一樣,能夠直接將其用戶資訊傳遞給所有的接入點知道,以節省新的接入點再次認證和分配行動IP位址所需消耗的時間和資源。


針對這點,目前IEEE 802.11b並未規範,不過,已經有許多網路設備製造商協議制定「接入點間通訊協定」(Inter-Access Point Protocol;IAPP),促使不同廠牌的接入點設備之間能夠互通認證資訊和分配行動IP位址。當然,這些設備大都是使用嵌入式作業系統(embedded O.S.),目前Windows XP並不具這種功能。


簡單的組態設定

Windows XP利用「無線零組態服務」(Wireless Zero Configuration service)功能來簡化需用戶自行操作的有關無線區域網路的設定項目和步驟。微軟和802.11b網路卡製造商(NIC vendors)合作,藉由微軟的NDIS(Network Driver Interface Specification)驅動程式裡的「物件編號」(Object Identifiers;OIDs),可以自動尋找用戶端附近的802.11b基地台(base station)和接入點,並將可用的網路資訊交給「無線零組態服務」系統,此系統能根據這些網路資訊自動設定用戶端所需的網路參數。


用戶可透過「無線零組態服務」系統事先指定所要連接的某些網路名稱,或者不要連接哪些網路。如果,用戶端附近沒有802.11b網路存在,用戶可以事先自行決定是要讓Windows XP自動設定本地網路卡進入「臨時網路」模式,或者是要Windows XP自動關閉本地網路卡。此外,「無線零組態服務」系統整合了Windows XP的安全機制,如果用戶的認證請求被一個網路拒絕,Windows XP會自動尋找下一個網路,來進行認證請求。


無線廣域網路卡

除了上述的功能外,Windows XP也支援無線廣域網路卡(Wireless WAN NIC;WWAN NIC)。透過微軟的NDISWAN驅動程式、負責連接管理(connection management)的Telephony API (TAPI)、負責PPP通訊協定的Remote Access (RAS)


來完成unimodem(universal modem)撥接上網的工作。


實際上,這和利用數據機撥接上網的方式不同,因為無線廣域網路卡是以IP封包傳輸數據,它是先連接到現有的有線區域網路(LAN),再藉由此有線區域網路連線到遠端的網路上。


如果使用數據機撥接上網,若電腦進入休眠狀態,已連線的連接將會被中斷。可是若使用由NDISWAN驅動的網路卡,當電腦回復到清醒狀態時,NDISWAN驅動程式會自動啟用原有的連線,用戶不需再自行手動連線。


另外,使用NDISWAN驅動程式還有一個好處,它能使廣域網路卡虛擬成為一個「數據機」(dial-up device),一般而言,Windows裡的DUN(Dial-Up Networking)系統會使用PPP通訊協定來為每個數據機完成「連線談判」(connection negotiation),但是,DUN對廣域網路卡驅動程式則不支援PPP,而交由RAS處理,因此,對廣域網路而言,消除了部份累贅(overhead),對傳輸效率幫助很大。


結語

雖然PC銷售有受到行動通訊和資訊家電的衝擊,但是一般用戶仍然相信PC的穩定性、資源豐富和升級容易的優點,所以短時間之內,主機板和筆記型電腦的成長仍是會維持穩定的。不過,由於業者的削價競爭,已經迫使業者必須設計出高附加價值和高品質的產品來,而無線區域網路將是PC回春的重要關鍵。


PC產業一向是由Wintel領軍,但是,如今業者必須思考與電信業者合作的可能性。因為電子產業未來的明星技術將集中在IC設計與製造、RF工程、和軟體工程上,而PC是最主要的固定平台,手機是最主要的行動平台。


其它資訊家電產品可能會被PC或手機取代,或者侷限於特定的用途。在「大者恆大,小者恆小」的競爭原則下,國內業者必須力圖進入市場領先的地位。倘若迄今仍不是一線或二線大廠,則現在必須趕緊選擇以PC或手機為將來發展的大方向,才能在下一回合中勝利成功。


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