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从PC到Wi-Fi无线区域网路
 

【作者: 誠君】2002年01月05日 星期六

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1990年代PC以个人应用和廉价为诉求成功地打入家庭、学校、商店、和企业市场,同时取代了大型电脑,并分食RISC(UNIX)工作站的市场。 1995年以后,网际网路崛起,除了代表数据通讯(DataComm)的区域网路(LAN)以外,其它网路技术,包含ATM、光纤、代表电话通讯(TeleComm)的PSTN 、ISDN、Frame Relay.. ...等广域网路(WAN),也连接上网际网路,带动了PC、网路设备、作业系统、周边产品、应用软体的成长。


同时,由于全球无线通讯市场的开放,以行动电话为发展主轴的技术也纷纷出现,例如:AMPS、CT1、CT2、DECT、GSM、PHS、W-CDMA、PACS等。观察这些技术的发展,可以清楚知道,高频或高传输率和能连接网际网路是这些技术未来演进不变的方向。


PC业将与电信业者密切合作

由于行动电话市场的日渐成熟,就如同有线电话网路一样,无线(行动)电话网路也借着新技术的功能和PC连接,例如:IEEE 802.11、HomeRF、Bluetooth等技术就是其中的代表者。


无线区域网路(WLAN)和PC相连,在技术层面上代表着数据通讯和电话通讯技术的再次整合。不过,和有线电话通讯技术相比,无庸置疑的,PC与无线电话通讯技术整合的困难度是非常高的,尤其是在不同品牌产品间的互通问题上,绝非一、二年内就能圆满解决的。


在市场层面上,不管是PC制造商或电信业者都无法一手遮天,垄断市场。无论是目前正打算将GSM、IEEE 802.11b、Bluetooth等模组内建于PC中,企图使PC完全无线化的PC业者;或者已经将Bluetooth模组内建于手机的电信大厂如:Ericsson、 Nokia;或者是已经可以传输影音多媒体数据的日本DoCoMo公司之i-mode手机,他们都无法左右对方的市场占有率。


相反的,PC业者和手机、电信业者还希望对方的新产品能大受欢迎,以提高无线技术的亲和力和带动自家产品的买气。所以,可以预见的是未来PC业者除要一边和Wintel集团继续合作以外,另外还必须和手机、电信业者紧密合作。


这种异质产品的技术整合涉及到异业合作,而且牵涉到的不同利益非常广泛和复杂,所以每笔交易可能不是短时间之内就能谈定的。因为再大的企业,譬如IBM,也无法同时经营好PC和手机、电信、无线电产业。这种趋势从PC龙头Intel和软体大亨微软的 投资作为上就可以清楚察觉出来。


新产品建立

有人说:「PC式微了,现在已经是后PC时代,资讯家电(IA)将取而代之。」此话犹言在耳,可是,尽管如此,目前资讯家电功能与PC、笔记型电脑比起来,仍然缺少很好的应用,以致无法形成可与PC家族(桌上型、笔记型、掌中型电脑)相抗衡的市场。


PDA地位受窘

虽然,PDA算是在IA家族中目前最有斩获的产品,可是如同大多数属于IA概念的产品一样,因为技术上没有像PC一般的统一标准,所以百家争鸣,竞相逐鹿的结果,除Palm Pilot、Handspring Visors、微软的Pocket PC、Tablet PC之外,其他品牌在市场上最终似乎很难会有所成就。


平心而论,PDA目前的地位蛮尴尬的。因为就微软的Pocket PC而言,WinCE的功能与Windows XP/2000/98非常类似,只要开发者或用户需要,就可以将Pocket PC的功能扩充到类似小尺寸的笔记型电脑一般。


Pocket PC与Tablet PC

长期而言,如果大多数硬体大厂多支持微软的Pocket PC和Tablet PC,那么PDA最后恐怕会归化为PC家族的一员,也就是说它可能成为「掌中型的简易电脑」。以技术面而言,现有的PC制造商要​​生产这种「PDA电脑」或「掌中型的简易电脑」其门槛并不会很高,尤其是WinTel集团仍会持续奥援。


由此可知,除非PDA在将来能有其他异于PC的功能,否则目前的PDA迟早可能只是未来的「袖珍型简易电脑」的前身罢了,唯一的差别就在于实现它们的作业系统与硬体不太一样而已。可以确认的是:未来二、三年内,能继续维持资讯产业成长的最大动力,仍然有赖PC家族不可。


这个论点从观察PC制造商这一年来在不景气中仍有起色可以察觉出来。而且,目前大多数PC制造商也自行设计PDA,其真正目的不是在自创品牌、打知名度,以角逐PDA市场,而是为在PDA被「PC化」前,能先学习与PDA相关的技术,以准备能迅速地将PDA完全「PC化」,让PC的成长可以借PDA延伸,同时试图终结PDA。


讽刺的是:不管PDA未来会变成怎么样的产品,以目前的发展而言,能从PDA中真正获利的不再是目前只专门生产PDA的业​​者,而是PC制造商,亦即笔记型电脑、主机板业者。这种趋势在未来五年内就会很明显看出,当然这需Pocket PC、Tablet PC的推波助澜才行。


Wi-Fi是PC回春的试金石

无线区域网路(Wireless LAN)在大环境一片低迷声中,迅速窜起,相当引人注目。无线区域网路主要可分为高速无线传输技术及低速无线传输技术(包含HomeRF、Bluetooth)。


表一 IEEE 802.11b和HomeRF的比较

 

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成军

自1997年6月IEEE定义了802.11标准后,原本由各厂商自定专属规格,限制了无线网路市场发展的情况已不在存在。IEEE于99年陆续通过802.11b及802.11a规格,其中主导802.11b标准规格的3Com、Aironet(99年11月已由Cisco以7.99亿美元购并)、Intersil(前身为Harris Semiconductor)、Lucent Technologies、Nokia 、Symbol Technologies等6家厂商,为进一步解决各家公司开发之无线区域网路产品之互通问题,于1999年8月组织了WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance),只要通过WECA认证者,就可以取得Wi -Fi品质保证的资格。


WECA先推传输率最高可达11Mbps的802.11b产品,目前802.11b已成为无线区域网路市场的主流。 802.11a目前已开始接受厂商们的认证测试申请,其传输率为6-54Mbps,使用5GHz无线电频谱。


这样的传输率与传输距离,使802.11应用产品以个人电脑及家电产品为主,应用市场也以较大范围的环境、不易布线的地区、需要动态上网的地区、临时性场合为主,如机场、饭店、会议中心、企业内部及家庭等。


802.11b和HomeRF相比,如(表一)所示,802.11b的市场占有率为72%,远高于HomeRF的21%,因此Windows XP目前只支援802.11b。将来或也许三到五年内,Wintel集团应该会充份支持以个人区域网路(PAN)为诉求,取代有线电(cable replacement)为目标的蓝芽(Bluetooth)技术。


蓝芽不敌802.11

就网路布建的不同,无线区域网路可以区分为如(图一)所示的基础型网路(infrastructure mode network)和临时型网路(Ad hoc network)。其差别就在于无线区域网路是否有借接入点(access point)连接上现有的有线区域网路。


不管是802.11或者HomeRF、蓝芽都采用(图一)的网路布建方式,差别在于各种技术所需的接入点数量不一样而已。


虽然蓝芽规范里的「区域网路实作指引」(Lan Access Profile;LAP)和「拨接上网实作指引」(Dial-Up Networking Profile;DUNP),都是为实现蓝芽无线区域网路而设计的,可是和802.11技术比较,由于蓝芽有效传输率最高不过721 kbps,与802.11的11 Mbps相差实在太远了。此外,蓝芽晶片和软体开发或购买的成本都很昂贵,因此,蓝芽在PC、基础型网路市场上的竞争注定要输给802.11的。虽然,蓝芽2.0标准将会提高频宽,可是它也不及802.11a的54Mbps。此外,蓝芽的低价策略是否真的能实现且奏效,也一直被人质疑。


《图一 WLAN的两种网络模式》
《图一 WLAN的两种网络模式》

蓝芽的最后舞台

由IEEE 802.15制定的「广域个人区域网路」(WPAN)或利用「蓝芽封装通讯协定」(Bluetooth Network Encapsulation Protocol;BNEP)实现的蓝芽「个人区域网路」(PAN)将是蓝芽最后的舞台,也是决定它是否能成功的唯一市场。


个人区域网路到目前为止也还是个概念(concept)或观念,尚未被消费者接受,市场上更无此类产品流通。所以,蓝芽的路还很漫长而艰辛,目前预测至少还要等五年吧!如今,WLAN指的就是IEEE 802.11了。


Windows XP实现Wi-Fi

目前内建或外部连接于PC的802.11b网路卡介面有PCI、USB、PCMCIA三种。对PC制造商而言,不管是使用何种介面,为节省成本和提高产品附加价值,将802.11b网路模组内建于PC中是必须的。


就技术设计而言,PC制造商必须自行设计输出入介面电路、整合及连接RF模组和MAC模组(若使用二合一晶片就不需考虑此问题)、解决EMI/EMC问题、针对不同介面设计出个别的网路驱动程式(driver)。 PC制造商不需设计上层通讯协定软体和应用软体,使用Windows现有的软体就能满足用户的需求了,这是802.11b优于蓝芽的原因之一。


微软在Windows XP中支援802.11b,并针对无线区域网路所带来的挑战提出了解决方案:严密的资讯安全、无间断的漫游(roaming)、和简单的组态设定(configuration)。


《图二 Windows XP的802.1x安全协议》
《图二 Windows XP的802.1x安全协议》

严密的资讯安全

采用无线区域网路时,企业最关心的问题就是资讯安全。 802.11采用「隐密等同于有线电」(Wired Equivalent Privacy;WEP)的演算法,此演算法提供认证(authentication)和加密(encryption)的功能。 WEP定义了一个40位元的安全匙(secret key),但是,IEEE 802.11b更加严谨,定义了104位元的安全匙。这使得802.11b的资讯安全可以和有线网路媲美。


微软的Windows XP网路小组和IEEE、网路设备供应商、及其他协力商共同制定的IEEE 802.1x草案,针对WEP的不足提供了以通讯埠为基础(port-based)的网路撷取控制(network access control)或管理安全匙通讯协定。


其原理如(图二)所示,经由「远端认证拨接用户服务」伺服器(Remote Authentication Dial-In User Service;RADIUS server)的辨识,来决定用户是否可以撷取网路资料。接入点(access point)必须具有两种不同的逻辑埠(logical port)或通道(channel),一种是「不控制埠」(uncontrolled port),用来接受任何用户的请求,并作为安全匙交换的通道。


另一种逻辑埠称作「控制埠」(controlled port),当RADIUS伺服器与用户端藉由「不控制埠」完成安全匙交换后,用户就可以自动地经由接入点的「控制埠」撷取网路资料。反之,若RADIUS伺服器拒绝了用户的请求,则接入点将不会开放「控制埠」给用户端使用。


无间断的漫游

Windows 2000可以自动侦测网路是否有连线或没有,并支援动态分配(DHCP)或静态设定IP位址(address),Windows XP也具有类似的行动IP(mobile IP)功能。当发生漫游时,Windows XP能自动侦测到新的接入点,并立即执行再认


证程序,以取得新网路的合法IP位址和顺利撷取新网路的资源。


除了利用瞬间转换(transition)网路启动新的认证程序和产生新的设定资讯之外,旧的接入点应该要和路由器一样,能够直接将其用户资讯传递给所有的接入点知道,以节省新的接入点再次认证和分配行动IP位址所需消耗的时间和资源。


针对这点,目前IEEE 802.11b并未规范,不过,已经有许多网路设备制造商协议制定「接入点间通讯协定」(Inter-Access Point Protocol;IAPP),促使不同厂牌的接入点设备之间能够互通认证资讯和分配行动IP位址。当然,这些设备大都是使用嵌入式作业系统(embedded O.S.),目前Windows XP并不具这种功能。


简单的组态设定

Windows XP利用「无线零组态服务」(Wireless Zero Configuration service)功能来简化需用户自行操作的有关无线区域网路的设定项目和步骤。微软和802.11b网路卡制造商(NIC vendors)合作,藉由微软的NDIS(Network Driver Interface Specification)驱动程式里的「物件编号」(Object Identifiers;OIDs),可以自动寻找用户端附近的802.11b基地台(base station)和接入点,并将可用的网路资讯交给「无线零组态服务」系统,此系统能根据这些网路资讯自动设定用户端所需的网路参数。


用户可透过「无线零组态服务」系统事先指定所要连接的某些网路名称,或者不要连接哪些网路。如果,用户端附近没有802.11b网路存在,用户可以事先自行决定是要让Windows XP自动设定本地网路卡进入「临时网路」模式,或者是要Windows XP自动关闭本地网路卡。此外,「无线零组态服务」系统整合了Windows XP的安全机制,如果用户的认证请求被一个网路拒绝,Windows XP会自动寻找下一个网路,来进行认证请求。


无线广域网路卡

除了上述的功能外,Windows XP也支援无线广域网路卡(Wireless WAN NIC;WWAN NIC)。透过微软的NDISWAN驱动程式、负责连接管理(connection management)的Telephony API (TAPI)、负责PPP通讯协定的Remote Access (RAS)


来完成unimodem(universal modem)拨接上网的工作。


实际上,这和利用数据机拨接上网的方式不同,因为无线广域网路卡是以IP封包传输数据,它是先连接到现有的有线区域网路(LAN),再藉由此有线区域网路连线到远端的网路上。


如果使用数据机拨接上网,若电脑进入休眠状态,已连线的连接将会被中断。可是若使用由NDISWAN驱动的网路卡,当电脑回复到清醒状态时,NDISWAN驱动程式会自动启用原有的连线,用户不需再自行手动连线。


另外,使用NDISWAN驱动程式还有一个好处,它能使广域网路卡虚拟成为一个「数据机」(dial-up device),一般而言,Windows里的DUN(Dial-Up Networking)系统会使用PPP通讯协定来为每个数据机完成「连线谈判」(connection negotiation),但是,DUN对广域网路卡驱动程式则不支援PPP,而交由RAS处理,因此,对广域网路而言,消除了部份累赘(overhead),对传输效率帮助很大。


结语

虽然PC销售有受到行动通讯和资讯家电的冲击,但是一般用户仍然相信PC的稳定性、资源丰富和升级容易的优点,所以短时间之内,主机板和笔记型电脑的成长仍是会维持稳定的。不过,由于业者的削价竞争,已经迫使业者必须设计出高附加价值和高品质的产品来,而无线区域网路将是PC回春的重要关键。


PC产业一向是由Wintel领军,但是,如今业者必须思考与电信业者合作的可能性。因为电子产业未来的明星技术将集中在IC设计与制造、RF工程、和软体工程上,而PC是最主要的固定平台,手机是最主要的行动平台。


其它资讯家电产品可能会被PC或手机取代,或者局限于特定的用途。在「大者恒大,小者恒小」的竞争原则下,国内业者必须力图进入市场领先的地位。倘若迄今仍不是一线或二线大厂,则现在必须赶紧选择​​以PC或手机为将来发展的大方向,才能在下一回合中胜利成功。


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