遠距 - 網路與醫學資訊安全資訊系統

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遠距健康照護系統網路架構與技術
行動網路
1
定義與簡介

行動通訊為利用無線網路連接電腦主機、
通訊儀器與行動通訊設備,毋需纜線,
傳輸不受空間限制。
2
無線網路架構(1)
以範圍大小可區分為:
 無線區域網路 (WLAN):


無線廣域網路 (WWAN):


範圍較大,以蜂巢網路(cellular network)與衛星(satellite)為主。
無線個人網路 (WPAN):


範圍不大,以IEEE 802.11(a/b/g/n)為標準協定。
範圍較比WLAN及WWAN小,傳輸速率不高。
固定式無線網路 (Fixed Wireless):


通訊設備以無線方式傳輸,但設備位置固定。
例如: LMDS (Local Multipoint Distribution Service) ,其傳輸速
率達155 kbps,範圍達10公里。
3
無線網路架構(2)
以網路連接方式可區分為:
 無線隨意網路(或稱對等式無線網路, Ad-Hoc Network)



主從式無線網路



不須基地台或擷取點(access point)設備,可以快速架設無線網
路環境
進行點對點之無線傳輸
利用無線基地台與有線區域網路連結
再與無線區域內之用戶端進行無線傳輸
無線漫遊網路


由兩個以上之獨立無線網路所構成,透過無線基地台進行串
接,無須架設線路之連線裝置
在無線漫遊網路範圍中,移動之資訊設備進行無線傳輸時,
不因連線之基地台改變而中斷,
4
無線網路傳輸媒介(1)
常見無線網路媒介包含:
 無線電頻率(radio frequency):


雷射(laser):



使用頻率受到管制。
成本高。
常用在建築物間通訊,再連到建築物內部網路。
紅外線(infrared):

有效距離約30呎,傳訊間需無障礙視線。
5
無線網路傳輸媒介(2)

微波(Microwave):



藍芽(Bluetooth):



2 GHz 到4 GHz之使用頻率,
可用於遠距離通訊,但需建置中繼站。
適用於小區域之通訊,
可節省一般周邊設備連接線的使用。
衛星通訊:


通訊範圍大,傳送較無死角。
地面通訊環境受損時,衛星通訊通常還能保持通訊。
6
行動通訊網路技術歷史與沿革






第一代行動通訊系統
第二代行動通訊系統
2.5G 行動通訊系統
第三代行動通訊系統
3.5G 行動通訊系統
4G 網路─WiMAX
7
行動通訊網路架構圖
MS
HLR
(1) Service request
(2) Authentication
MS: Mobile Station
HLR: Home Location Register
8
行動通訊網路-漫遊環境架構圖
MS
VLR
HLR
(1) Service request
(2) Authentication
MS: Mobile Station
VLR: Visited Location Register
HLR: Home Location Register
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行動通訊網路技術歷史與沿革(1)

第一代行動通訊系統



類比系統
如: AMPS(Advanced Mobile Phone Service)採
FDMA 技術(Frequency Division Multiple Access)
第二代行動通訊系統


只提供語音服務及以電路交換為基礎的數據通訊。
如: GSM (Global System for Mobile
Communication),CDMAOne (IS-95A) 及USTDMA (IS-136)等
10
行動通訊網路技術歷史與沿革(2)

2.5G 行動通訊系統





是介於在2G與3G間過渡期的通訊技術規格。
比2G連線快速、但慢於3G。
2.5G系統能支援在3G有封包交換技術的功能,亦能使用2G之
TDMA與CDMA規格。
整體封包無線電服務技術(General Packet Radio Service, GPRS)
系統為最常見的2.5G系統。
第三代行動通訊系統



多媒體傳輸所設計,能夠處理圖像、音樂、視訊形式,提供
網頁瀏覽、電話會議、電子商務等服務。
無線網路必須能夠支持不同的數據傳輸速度。
採用更高的頻帶與空中介面接入技術,提升移動通訊網路通
訊品質,並改善用戶端跨區域時通訊間斷之現象。
11
行動通訊網路技術歷史與沿革(3)

3.5G 行動通訊系統




一高速下行封包接入(High Speed Downlink Packet Access,
HSDPA)移動通訊協議。
在一個5MHz載波上的傳輸速率可達8-10 Mbit/s; 若採用MIMO
技術,則可達20 Mbit/s。
採用自適應調變編碼(AMC)、多輸入多輸出(MIMO)、混合自
動重傳請求HARQ)、快速調度、快速小區選擇等技術。
4G 網路─WiMAX




Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)
建設成本較3G低廉,滿足大多數使用者的頻寬需求,傳輸費
率較低。傳輸範圍能覆蓋到郊區。
一種寬頻無線網路接取技術,其信號傳輸範圍,基本上能覆
蓋到郊區。
WiMAX可提供無線傳輸的技術,亦能替代有線網路(Cable、
ADSL),讓偏遠地區的網路連接更為容易。
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3G第三代通訊技術




整合無線通訊與多媒體(圖像、音樂、視訊)通
訊之通訊系統。
能處理多媒體形式,網頁瀏覽、網路會議、電
子商務信息服務。
支援不同傳輸速度,如在室內、室外和行車的
環境中能夠分別支持至少2Mbps、384kbps以及
144kbps的傳輸速度。
採用了更高的頻帶與空中介面接入技術,提升
了移動通訊網路通訊品質,並使高速移動的用
戶端在超出一個無線小區域跨入另一個無線小
區域時不再出現通訊間斷之現象。
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3G第三代通訊技術(2)

空中介面標準中以碼分多重接取(CDMA)
為主流,目前ITU 三大主流標準並存,
分別是:



W-CDMAFDD(IMT-DS) ;
cdma2000(IMT-MC) ;
TD-SCDMA(IMT-TC):。
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3G第三代通訊技術(3)

W-CDMAFDD(IMT-DS):



cdma2000(IMT-MC):



採用頻分雙向(frequency division duplex,FDD)以頻率區隔支
援雙向傳輸,
主要支持者是歐洲和日本廠商。
亦採用頻分雙向(FDD)以頻率區隔支援雙向傳輸,
支持者主要以美國Qualcomm 公司為主,
TD-SCDMA(IMT-TC):



採用時分雙向 (timedivision duplex,TDD),
為中國大陸資訊工業部(MII)電信科學技術研究院(CATT)與歐
洲(Siemens 公司)共同研發的技術,
受中國大陸的CWTS (ChinaWireless Telecommunications
Standards)組織及3GPP支持。
15
3G系統網路架構(W-CDMA)




本地用户位置記錄器(HLR): 負責儲存使用者註
冊資料
漫遊用户位置記錄器(VLR) :負責在MSC管理區
域內的使用者註冊資料
設備識別記錄器(EIR):負責儲存國際行動設備
識別碼的資料庫。
認證中心(Authentication Center, AUC): 協助系
統對使用者進行身分認證,通過後發給TIMI
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4G網路─WiMAX(1)

WiMAX (Worldwide Interoperability for
Microwave Access)


建設成本較3G低廉,普遍滿足使用者的頻寬需求,
傳輸費率較低。傳輸範圍能覆蓋到郊區。
可解決:



3G價錢高、速度慢的問題;
Wi-Fi涵蓋範圍小,且漫遊易中斷的問題。
ADSL或Cable部份民眾因硬體基礎建設不足或偏遠
地區無法使用寬頻網路的問題。
17
4G網路─WiMAX(2)
WiMAX優勢:
 範圍限制:


傳輸頻寬:


WiMAX(IEEE 802.16)可達70公里,適合長距離、戶外的連線,
使用者與基地台間可以相隔好幾公里都沒有問題;而802.11只
能限制在100公尺,適合短距離室內連線。
支援最大資料傳輸率是每基地台約70 Mbps;而802.11只有
11Mbps。
傳輸安全:


使用126-bit三重加密措施和1024-bit RSA加密;
在傳輸的QoS上,由基地台來進行排程,各個用戶一旦連線,
其他的用戶就不能搶佔其連線資源,並依據用戶站台的應用
需求來配置適當的連線時間。
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4G網路─WiMAX(3)

固定式WiMAX標準(802.16-2004, 802.16d)在
2004年制定後,世界許多國家積極進行頻譜之
審核與佈建。其中包含:



南韓政府投入超過十億美金來支持電信業者佈建
WiBro,並積極推動相關建設,讓WiMAX技術成為
國際性的標準;
美國Sprint Nextel投入超過20億美元,採用802.16e
行動式標準規格來建立一個全球性的WiMAX網路;
英特爾於2007年在其Centrino筆記型電腦平台上全
力開發WiMAX技術--Dana Point的內建式移動
WiMAX網卡。
19
藍牙(Bluetooth)(1)




藍牙或稱為藍芽
一種無線個人區域網路(personal area networks,
PANs)通訊協定的標準,
提供一個短距離(1公尺、10公尺、100公尺)、
無線、低價、高度整合、群體溝通及語音數據
之資訊傳輸環境。
利用短距離無線電波使不同設備之間得以連接
並傳送資訊,如行動電話、耳機、Notbook、
及電視遊樂器等。
20
藍芽微網路(Pico net)



由嵌有藍芽模組之設備所連接而成之無基礎架構之網
路(ad hoc)
一般傳輸範圍約在10公尺內
一個藍芽微網路中,最多存在8個藍芽設備,其中1個
為主控單位(Master unit),其他7個為受控單位(Slave
unit)



主控單位為建立藍芽微網路者,負責控制傳輸量、維持訊號
同步,並指定網路中所有藍芽設備之跳躍頻道順序,
受控單位為其他非主控單位之藍芽設備。
每一藍芽微網路共享1Mbps頻寬,愈多使用者加入能
使用之頻寬愈小
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藍芽微網路(Pico net) 架構圖
(1) 偵測藍芽訊號
(2) 若無其他藍芽訊號
(3) 設為 Master unit
(4) 搜尋其他藍芽設備(含ID)
(5) 其他設備則設定與 Master同ID
(6) 設為 Slave unit
(7) 與 Master建立連線
(8) 執行呼叫程序 建立連結
22
藍芽分散式網路(Scatter net)




由一群藍芽微網路所組成,部份藍芽單位可以
屬於不同的藍芽微網路
由於各個藍芽微網路之虛擬隨機碼(PN code)順
序不同,則多個藍芽微網路可同時使用不同的
跳躍頻道
單一藍芽微網路則不限制只有屬於該微網路藍
芽設備才能使用所分配到的1MHz頻寬,可將
頻寬分享給其他微網路的設備使用
整體網路的使用量會因藍芽微網路的個數增加
而提升,亦即提升了整體網路之頻寬使用率
23
藍芽分散式網路架構圖
24
Reference (1)





資通安全專輯之十六: 行動電子商務安全(The
Security of Mobile E-Commerce)
電子/通訊:
https://dj.cathayrichone.com.tw/z/glossary/glexp_
3777.asp.htm
車載資訊導論:Chapter 10:Wireless Network
Security
WiMAX 資訊網: http://wimax.tw/
視訊通訊技術與應用 黃育仁、王鑫一、賴奇宏。
25
Reference (2)





IEEE 802.16寬頻無線網路安全技術介紹:
http://lee-1.com/hlchou/802.16Security.htm
健全後端骨幹基礎建設 打造完整WiMAX網路架構:
http://www.2cm.com.tw/technologyshow_content.asp?sn=
0709200012
網路概論 呂少青、葉乃菁 文魁資訊。
藍牙授權計劃網站:
https://www.bluetooth.org/tpg/listings.cfm
國立台灣大學 計算機及資訊網路中心 電子報: 4G網路
─WiMAX介紹 潘育群
26
Reference (3)



Cryptography and Network Security, Fourth
Edition, William Stallings (開發圖書)
AES CCM Encryption and Decryption:
http://www.innologic.com/resourcesEncryption.html#17
SAFER (Secure And Fast Encryption Routine):
http://www.quadibloc.com/crypto/co040301.htm
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