WIFI及無線路由器基礎知識

WIFI及無線路由技術基礎知識介紹

無線路由器指可以連接LAN和WAN，帶有路由功能和無線接入(AP)功能的網絡設備。

可以把無線路由器理解為具備寬帶接入端口、具有路由功能，采用無線方式連接客戶端的普

通路由器。無線路由器的技術已經從早先的802.11b發展到如今的802.11g，以后還會向采

用MIMO技術的802.11n發展.

IEEE 802.11b無線網絡規范是IEEE 802.11網絡規范的變種，最高帶寬為11 Mbps，在

信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，帶寬的自動調整，

有效地保障了網絡的穩定性和可靠性。其主要特性為：速度快，可靠性高，在開放性區域，

通訊距離可達305米，在封閉性區域，通訊距離為76米到122米，方便與現有的有線以太

網絡整合，組網的成本更低。

WiFi (Wireless Fidelity)，無線保真Wi-Fi第一個版本發表于1997年，其中定義了介

質訪問接入控制層（MAC層）和物理層。物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種

無線調頻方式和一種紅外傳輸的方式，總數據傳輸速率設計為2Mbit/s。兩個設備之間的通

信可以自由直接(ad hoc)的方式進行，也可以在基站(Ba Station, BS)或者訪問點（Access

Point，AP）的協調下進行。技術與藍牙技術一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離

無線技術。該技術使用的是2.4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段。該

技術由于有著自身的優點，因此受到廠商的青睞。

802.11 ，1997年，原始標準(2Mbit/s 工作在2.4GHz)。

802.11a，1999年，物理層補充(54Mbit/s工作在5GHz) 。

802.11b，1999年，物理層補充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11c，符合802.1D的媒體接入控制層(MAC) 橋接(MAC Layer Bridging) 。

802.11d，根據各國無線電規定做的調整。

802.11e ，對服務等級(Quality of Service, QS) 的支持。

802.11f，基站的互連性(Interoperability) 。

802.11g，物理層補充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11h，無線覆蓋半徑的調整，室內(indoor) 和室外(outdoor) 信道(5GHz頻段) 。

802.11i，安全和鑒權(Authentification)方面的補充。

802.11n，導入多重輸入輸出 (MIMO) 技術，基本上是802.11a的延伸版。

除了上面的IEEE標準，另外有一個被稱為IEEE802.11b+的技術，通過PBCC技術

(Packet Binary Convolutional Code) 在IEEE802.11b(2.4GHz頻段) 基礎上提供22Mbit/s

的數據傳輸速率。但這事實上并不是一個IEEE的公開標準，而是一項產權私有的技術(產權

屬于美國德州儀器，Texas Instruments)。也有一些被稱為802.11g+的技術,在IEEE802.11g

的基礎上提供108Mbit/s的傳輸速率,跟802.11b+一樣,同樣是非標準技術,由無線網絡芯片

生產商Atheros所提倡的則為SuperG。

WiFi技術突出的優勢在于：

其一，無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有

50英尺左右約合15米，而WiFi的半徑則可達300英尺左右約合100米，辦公室自不

用說，就是在整棟大樓中也可使用。

其二，雖然由WiFi技術傳輸的無線通信質量不是很好，數據安全性能比藍牙差一些，

傳輸質量也有待改進，但傳輸速度非常快，可以達到11mbps(802.11b)，符合個人和社會信

息化的需求。

其三，廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人

員較密集的地方設置“熱點”，并通過高速線路將因特網接入上述場所。這樣，由于“熱點”

所發射出的電波可以達到距接入點半徑數十米至100米的地方，用戶只要將支持無線LAN

的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入因特網。也就是說，廠商不用耗費資金

來進行網絡布線接入，從而節省了大量的成本。

根據無線網卡使用的標準不同，WiFi的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高為

11Mbps（部分廠商在設備配套的情況下可以達到22Mbps），IEEE802.11a為54Mbps、

IEEE802.11g也是54Mbps。

WiFi是由AP(Access Point)和無線網卡組成的無線網絡。AP一般稱為網絡橋接器或接

入點，它是當作傳統的有線局域網絡與無線局域網絡之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網

卡的PC均可透過AP去分享有線局域網絡甚至廣域網絡的資源,其工作原理相當于一個內置

無線發射器的HUB或者是路由， 而無線網卡則是負責接收由AP所發射信號的CLIENT端

設備。而wireless b/g表示網卡的型號,按照其速度與技術的新舊可分為802.11a、802.11b、

802.11g 等。

講起無線網，大家都有一種似是而非的感覺，無線是否簡單地兩臺計算機互聯？No！

這已經是上個世紀的無線概念，新一代的無線網絡，將以無須布線和使用相對自由，建立起

人們對無線局域網的全新感受。需求決定了市場的發展，很少見到哪種IT技術或是產品能

夠象它樣有如此迅猛的增長勢頭，不受任何約束隨時隨地訪問互聯網不再是夢想，其中，

WiFi發揮了至關重要的作用。WiFi代表了"無線保真"，指具有完全兼容性的802.11標準

IEEE802.11b子集，它使用開放的2.4GHz直接序列擴頻，最大數據傳輸速率為

11Mbps(802.11b)，也可根據信號強弱把傳輸率調整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps帶寬。無

需直線傳播傳輸范圍為室外最大300米，室內有障礙的情況下最大100米，是現在使用的最

多的傳輸協議。它與有線網絡相較之下，有許多優點：

無須布線

WiFi最主要的優勢在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦

公用戶的需要，具有廣闊市場前景。目前它已經從傳統的醫療保健、庫存控制和管理服務等

特殊行業向更多行業拓展開去，甚至開始進入家庭以及教育機構等領域。

健康安全

IEEE802.11規定的發射功率不可超過100毫瓦，實際發射功率約60~70毫瓦，這是一

個什么樣的概念呢？手機的發射功率約200毫瓦至1瓦間，手持式對講機高達5瓦，而且無

線網絡使用方式并非像手機直接接觸人體，應該是絕對安全的。

簡單的組建方法

一般架設無線網絡的基本配備就是無線網卡及一臺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，架設費用和復雜程序遠遠低于傳統的有線網絡。如果只是

幾臺電腦的對等網，也可不要AP，只需要每臺電腦配備無線網卡。AP為Access Point簡稱，

一般翻譯為“無線訪問節點”，或“橋接器”。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工

作站及有線局域網絡的橋梁。有了AP，就像一般有線網絡的Hub一般，無線工作站可以快

速且輕易地與網絡相連。特別是對于寬帶的使用，WiFi更顯優勢，有線寬帶網絡（ADSL、

小區LAN等）到戶后，連接到一個AP，然后在電腦中安裝一塊無線網卡即可。普通的家

庭有一個AP已經足夠，甚至用戶的鄰里得到授權后，則無需增加端口，也能以共享的方式

上網。

長距離工作

別看無線WiFi的工作距離不大，在網絡建設完備的情況下，802.11b的真實工作距離

可以達到100米以上，而且解決了高速移動時數據的糾錯問題、誤碼問題，WiFi設備與設

備、設備與基站之間的切換和安全認證都得到了很好的解決。

WiFi的發展和未來

這兩年內，無線AP的數量呈迅猛的增長，無線網絡的方便與高效使其能夠得到迅速

的普及。除了在目前的一些公共地方有AP之外，國外已經有先例以無線標準來建設城域網，

因此，WiFi的無線地位將會日益牢固。

WiFi是目前無線接入的主流標準，但是，WiFi會走多遠呢？在Intel的強力支持下，

WiFi已經有了接班人。它就是全面兼容現有WiFi的WiMAX，對比于WiFi的802.11X標準，

WiMAX就是802.16x。與前者相比，WiMAX具有更遠的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更

高的接入速度等等，預計會在未來幾年間成為無線網絡的一個主流標準，Intel計劃將來采

用該標準來建設無線廣域網絡。這相比于現時的無線局域網或城域網，是質的變革，而且現

有設備仍能得到支持，保護人們的每一分錢投資。

最近，業界紛紛傳出WiFi已出現生存危機的消息。據國外媒體報道，日前很多企業仍

然在WiFi這方面投入巨資，但從中贏利的企業幾乎沒有。據悉很多企業因WiFi而破產，前

不久R Wireless公司也放棄了該項業務。那么WiFi的盈利情況是否真的出現危機了？

不可否認，WiFi技術的商用目前碰到了許多困難。一方面是受制于WiFi技術自身的

限制，比如其漫游性、安全性和如何計費等都還沒有得到妥善的解決。另一方面，由于WiFi

的贏利模式不明確，如果將WiFi作為單一網絡來經營，商業用戶的不足會使網絡建設的投

資收益比較低，因此也影響了電信運營商的積極性。但從WiFi技術定位看，我認為，對于

電信運營商而言，WiFi技術的定位主要是作為高速有線接入技術的補充，將來逐漸也會成

為蜂窩移動通信的補充。

WiFi是高速有線接入技術的補充

目前，有線接入技術主要包括以太網、xDSL等。WiFi技術作為高速有線接入技術的

補充，具有可移動性、價格低廉的優點，WiFi技術廣泛應用于有線接入需無線延伸的領域，

如臨時會場等。由于數據速率、覆蓋范圍和可靠性的差異，WiFi技術在寬帶應用上將作為

高速有線接入技術的補充。 而關鍵技術無疑決定著WiFi的補充力度。現在OFDM、MIMO

（多入多出）、智能天線和軟件無線電等，都開始應用到無線局域網中以提升WiFi性能，比

如說802.11n計劃采用MIMO與OFDM相結合，使數據速率成倍提高。另外，天線及傳輸

技術的改進使得無線局域網的傳輸距離大大增加，可以達到幾公里。

WiFi是蜂窩移動通信的補充

WiFi技術的次要定位——蜂窩移動通信的補充。蜂窩移動通信可以提供廣覆蓋、高移

動性和中低等數據傳輸速率，它可以利用WiFi高速數據傳輸的特點彌補自己數據傳輸速率

受限的不足。而WiFi不僅可利用蜂窩移動通信網絡完善的鑒權與計費機制，而且可結合蜂

窩移動通信網絡廣覆蓋的特點進行多接入切換功能。這樣就可實現WiFi與蜂窩移動通信的

融合，使蜂窩移動通信的運營錦上添花，進一步擴大其業務量。

WiFi是現有通信系統的補充，可看作是3G的一種補充

無線接入技術主要包括IEEE的802.11、802.15、802.16和802.20標準，分別指WLAN、

無線個域網WPAN：藍牙與UWB、無線城域網WMAN：WIMAX和寬帶移動接入

WBMA等。一般地說WPAN提供超近距離的無線高速率連接；WMAN提供城域覆蓋和

高數據傳輸速率；WBMA提供廣覆蓋、高移動性和高數據傳輸速率；WiFi則可以提供熱點

覆蓋、低移動性和高數據傳輸速率。

對于電信運營商來說，WiFi技術的定位主要是作為高速有線接入技術的補充，逐漸也

會成為蜂窩移動通信的補充。當然WiFi與蜂窩移動通信也存在少量競爭。一方面，用于

WiFi的IP話音終端已經進入市場，這對蜂窩移動通信有一部分替代作用。另一方面，隨著

蜂窩移動通信技術的發展，熱點地區的WiFi公共應用也可能被蜂窩移動通信系統部分取代。

但是總的來說，他們是共存的關系，比如一些特殊場合的高速數據傳輸必須借助于WiFi，

象波音公司提出的飛機內部無線局域網；而在另外一些場合使用WiFi可以較為經濟，象實

現高速列車內部的無線局域網時。

目前主流的無線路由器芯片方案大都是將無線路由處理器和交換芯片分開，但也有芯片

公司推出了集成路由處理器和百兆交換的方案，如Realtek。中國無線路由器廠商主要采用

Atheros、Broadcom、Marvell公司的芯片方案，而且大都采用百兆交換芯片，千兆交換功能

由于千兆交換芯片的功耗和成本問題，還未在家用的無線路由器中大規模采用。在短期內家

用的無線路由器還是會以百兆為主。在企業和網吧中，由于速度的考慮，千兆無線路由器有

較多的應用,今后無線路由器會加強安全功能，原來的WEP加密技術會向802.1x發展。

雖然802.11n的標準還未最終制定完成，但是國外一些網絡設備廠商已經推出了采用

802.11n核心技術MIMO技術的無線路由器產品，而中國的廠商現在正在研發之中，不久以

后也會推出采用MIMO技術的無線路由器產品。采用MIMO技術的新一代無線路由器使得

無線局域網的速度真正跨越了100Mbps的界限，從而真正達到并超越了早已成為主流的百

兆快速以太網的速度。隨著大容量數據和高清晰視頻流的即將流行，這種高速無線局域網技

術將會越來越受到消費者的歡迎。

MIMO無線路由器芯片方案概覽

MIMO就是指無線網絡信號通過多重天線進行同步收發，MIMO系統在發射端和接收

端均采用多天線(或陣列天線)和多通道，這樣可以提高傳輸率。

采用MIMO技術的產品，可以完全兼容當前的IEEE802.11a/b/g標準，并且能有效提高

產品的信號范圍，使其具有更高的數據傳輸率；同時能夠確保在傳輸范圍內信號的穩固無線

連接，以及保持對網絡上其他設備的兼容性，并對周圍的網絡沒有任何影響。

目前支持MIMO技術的無線路由器芯片除了Realtek(瑞昱半導體)的RTL8651B之外，

大都是由一塊無線路由處理器和一塊交換芯片搭配而成。并且為了支持速度更高的MIMO

技術，都帶有MiniPCI接口以外接無線模塊。現在MIMO技術的主要廠商Airgo已經推出

了第三代“True MIMO"芯片組，最高能實現240Mbps的速度。

如今一些領先的MIMO無線路由器主要采用了下面幾種芯片解決方案：

1. BCM4704+BCM5325

無線網絡處理器為BCM4704。BCM4704是Broadcom公司成熟的第四代無線網絡處理

器，其提供了先進的無線和橋接功能，并已經優化達到802.11n草案規范所要求的無線路由

器/網關芯片組的性能要求。交換芯片BCM5325為百兆交換芯片，為無線路由器提供了

10M/100M的交換功能。現在貝爾金(Belkin)的Wireless pre-N和Linksys的WRT54GX就是

采用這種方案。

2. Realtek RTL8651B

RTL8651B為高度集成的路由器/網關控制器，將路由處理器和百兆交換芯片集成到了一

個芯片中。芯片內集成了一個時鐘頻率達到200MHz的32位RISC處理器，提供了6口百

兆交換能力，并支持PCI2.2接口。美國網件(Netgear)的WPNT834就采用了RTL8651B搭配

Airgo的第三代“True MIMO”芯片組。值得一提的是，這款無線路由器產品具有很高的性

能，不過目前價格還較高，達到了137美元。

3．Atheros AR2313+ Marvell 88E6060/88E6060-I

Atheros AR2313為一個無線SoC,包含了一個32位MIPS R4000的處理器和多協議MAC/

基帶處理引擎。10M/100M交換功能由Marvell 88E6060/88E6060-I六口快速以太網交換芯片

完成。美國網件的WPN824就是采用這個方案。

4． Ubicom IP3023+Realtek 8305SC

Ubicom的IP3023基于一種全新的架構－軟件I/O多線程架構(MASI)。其硬件多線程技

術提供了持續的高速數據吞吐能力，并能夠非常高效地對多個任務同時操作。軟件I/O能力

能以軟件方式執行所有的I/O操作和協議，因此可以實現非常靈活的系統設計，并消除了大

多數I/O硬件。RTL8305SC為一款百兆交換芯片。如果無線路由器需要千兆的交換能力，

可以把百兆交換芯片換成Broadcom的BCM5385千兆交換芯片。D-link的DI-634M和

DGL-4300就采用了這種方案。