二十世紀初,人類第一次發現用低頻率的無線電波傳輸信號,某種程度可以稱作通信領域的「已知用火」時代,有線電話越來越普及,許多企業紛紛開始挑戰發明手機。Motorola率先達陣,推出歷史上的第一支重達兩公斤的手機,當時的手機被戲稱可移動但無法隨身攜帶。真正跨入第一代行動通信,「#蜂巢式網路」最為關鍵的技術。前面提到,20世紀初期馬可尼用1000kHz的頻率,成功將信號傳輸好幾千公里,傳這麼遠很了不起但也很困擾。無線通信雖然沒有線,但無線電波訊號彼此會干擾,我們使用特定頻段通信時,該頻道只能傳一位用戶的資料。義大利科學家馬可尼用一個頻道傳那麼遠,相當於大範圍內,其他人不能用這個頻道,頻譜是有限的寶貴資源,這樣就很浪費。想想看,如果改用高頻的無線電波會怎樣?距離一遠,信號會衰退。雖然不能一口氣傳幾百公里,可這表示使用某個頻道傳電波,幾公里外的人也可以用同一個頻道,因為距離夠遠,信號不會彼此干擾。原本不能傳太遠是缺點,但站在讓更多人使用的角度反而變成優點,同一個特性,端看怎麼發揮利用。日本NTT1979年推出蜂巢式網路,在都市裡蓋了好多基地台,鄰近基地台使用不同的頻段,遠一點可以重複使用相同頻段,一口氣提升了頻譜效益和服務人數。但你可能會想,傳輸距離變短這個問題,是透過把基地台跟基地台之間用有線網路串起來。
蜂巢式網路發明後,通信技術持續進步中。第一代到第二代最大的差別應該是從類比進入到數位通信,2G技術最常聽到的就是 #全球行動通信系統 GSM,Global System for Mobile Communications,後續的 #通用封包服務 GPRS,General Packet Radio Service,是2G內部的演進,也有2.5G、2.75G這種說法。2G手機大多只能通話、傳簡訊,3G才有比較好的上網功能。這裡面同樣有很多關鍵技術,但我們想專注在其中的一項技術演變,信號傳輸從「#電路交換」模式,變成了「#封包交換」模式。什麼是電路交換呢?有時候我們打電話到銀行、學校這種大型機關,有總機幫你服務、轉接。電話剛發明的時候,每通電話,無論打回家、打給朋友、打去雜貨店,都得先打到一個地方,那邊坐了很多接線生,他們會問「你要打到哪裡呢?」,再手動把對應的電線接起來,才能夠成功通話。這就是電路交換的標準樣態。當你打電話時就佔用一條專線,真的是物理上的一條線,只要沒掛電話,別人就不能用這條線。後來接線生的工作被自動化取代,但電路交換的通信模式依然被保留。早期的無線通信也是這樣,只要開始通話,該頻道的資源就全部被保留,優點是信號品質穩定;缺點是資源沒有被充分使用。
到了上網時代問題更明顯,因為講話可能一直講,但上網不是一直都在用,如果今天任何人一上網就佔專線,想必資源被占滿,其他人都不用上網了,所以催生了另一種「封包交換」模式。封包交換你可以想成,有一個小精靈在手機裡面,把要傳出去的資訊裝箱打包,貼上每包的地址、寄送路線,避免它們遺失。這些封包會在無線網路中傳輸,就像一次寄出很多包裹,有的透過郵局,有的透過便利商店的店到店,有的是黑貓宅配、新竹物流等等。寄包裹時會去找最適合的寄件方式,小精靈也會,它不會傻傻地抱著所有包裹到郵局排隊,接收端有另一位小精靈,簽收所有包裹,再把包裹按照順序打開,這樣接收方就能收到完整的資料。寄包裹當然有可能會掉,或是某個包裹收到特別慢,這都是封包交換的缺點。但它有一個強大的優點是,資源被充分利用。想想看,電路交換模式,有一個小精靈一站在郵局,所有人都要等他,他就算沒寄包裹,或是只寄一個小包裹,郵局也得專門服務他,只能趕快去試試新竹物流、黑貓宅配,要是也有人正在寄包裹,就真的是欲哭無淚,只能等下去。封包交換就是大家分批寄,彼此禮讓、不佔用,物流服務、通信資源、發揮最大的效益。
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