無線網路 part1

CH1-2

1. 無線區域網路的兩種基本架構

Infrastructure Mode

• 架構特點：透過存取點 (Access Point, AP) 作為中繼站
• 主要優點：
  • 管理集中化，易於控制和監管
  • 涵蓋範圍較大
  • 可連接有線網路，實現網路互連
  • 支援較多用戶同時連線
  • 具備較佳的安全性管理

Ad-hoc Mode

• 架構特點：P2P 不用AP
• 主要優點：
  • 成本低，設定簡單
  • 具備自我組織能力
  • 適合移動性高的應用場景

2. 行動台服務的五項功能

3. 分散式系統服務的三項功能

3.1 Distribution

• BSS <--> WLAN LAN 3.2 Integration
• WLAN <--> other network 3.3 MS Reassociation Support
• sync data during the switch between aps

4. IEEE 802.11 MAC 的兩種協調功能

4.1 分散式協調功能 (DCF, Distributed Coordination Function)

• 機制內容：採用 CSMA/CA機制 [[CH7 無線網路#^aaba23]]

• 避免同時得訊框碰撞

• 流程

• 特點：分散式控制，所有節點平等競爭存取權

• 場景：一般資料傳輸

4.2 點協調功能 (PCF, Point Coordination Function)

• 概要：由AP集中控制存取
• 運作特點：輪詢分配傳輸機會，支援 QoS
• 適用場景：即時性要求較高的應用

5. RTS/CTS 機制詳述

5.1 運作原理

RTS (Request to Send)

• 傳送端先送出 RTS 控制框，預約傳輸媒體
• 包含傳輸時間資訊

CTS (Clear to Send)

• 接收端回應 CTS 控制框，確認可以接收
• 通知其他節點暫時不要傳輸

5.2 解決的問題

• 隱藏節點問題：避免無法偵測到彼此的節點同時傳輸
• 暴露節點問題：減少不必要的等待時間

5.3 NAV (Network Allocation Vector)

• 其他節點根據 RTS/CTS 中的時間資訊設定 NAV
• 在 NAV 期間內不進行傳輸，避免碰撞

5.4 傳輸流程圖

發送端 A    接收端 B    其他節點 C
   |           |           |
   |-- RTS --> |           |
   |           |-- CTS --> | (設定 NAV)
   |-- DATA -->|           | (等待中)
   |<-- ACK ---|           |
   |           |           | (NAV 結束)

6. Backoff 機制詳述

6.1 機制目的

減少碰撞機率，提高網路效率

6.2 運作流程

1. 偵測媒體：節點欲傳輸時先偵測媒體是否閒置
2. 等待 DIFS：媒體閒置時等待 DIFS (DCF Inter-frame Space) 時間
3. 競爭視窗：從競爭視窗 (Contention Window, CW) 中隨機選擇 backoff 時間
4. 倒數計時：媒體閒置時進行倒數，忙碌時暫停
5. 傳輸或重試：倒數到零時傳輸；若碰撞則增大 CW 並重新 backoff

6.3 二進位指數退避演算法

演算法規則

• 初始值：CW = CWmin
• 碰撞後：CW = min(2×CW+1, CWmax)
• 成功後：CW 重設為 CWmin
• 公平性：確保所有節點都有平等的傳輸機會

時間軸示例

時間 → 0    DIFS    Backoff    傳輸
      |-----|--------|----------|
      閒置   等待     隨機延遲    資料傳送

6.4 機制效益

• 分散節點的傳輸時間
• 降低同時傳輸造成的碰撞機率
• 提升整體網路的傳輸效率

CH3

1. DCA 演算法

特點

• 節點需要傳輸時,動態選擇可用的頻道
• 透過監聽機制偵測頻道是否被占用
• 鄰近節點若偵測到頻道被占用,會延遲處理或選擇其他頻道
• 避免同時使用相同頻道造成碰撞

RTS/CTS

• 解決隱藏節點問題
• RTS req -> CTS allow -> Data transform -> Ack confirm

關鍵機制:

• CTS會廣播 → 隱藏節點也聽得到
• NAV機制 → 虛擬載波感測
• 頻道預約 → 避免碰撞

如何建立表格

DCA通常維護一個頻道狀態表(Channel State Table):

重點: 鄰近節點透過載波感測(Carrier Sensing)持續更新此表格

2. DSDV 路由協定

就像是dijkstra演算法的距離向量法

特性

• 主動式(Proactive)路由協定
• 基於距離向量演算法(類似RIP)
• 每個節點維護完整的路由表+序列編號
• 用編號和路徑成本決定路由表

舉例說明

網路拓撲:

A ←→ B ←→ C ←→ D

節點B的路由表:

序號機制(Sequence Number):

• 每個目的地都有序號,用於避免路由迴圈
• 序號越大代表路由資訊越新
• 當B收到更大序號的路由更新時,才會更新路由表

重點: DSDV透過定期廣播路由更新和序號機制,確保路由表的一致性和即時性

3. DSR 回應式路由

特點

• 回應式(Reactive)路由協定
• 來源路由(Source Routing):完整路徑記錄在封包標頭
• 路由探索: 沒有可用的時候會發送的RREQ 透過廣播進行感知
• 不需維護路由表

運作流程

階段1: 路由發現(Route Discovery)

A想傳送給D:
A → broadcast RREQ
B收到 → 加入自己ID → 轉發RREQ [A,B]
C收到 → 加入自己ID → 轉發RREQ [A,B,C]
D收到 → 回傳RREP [A,B,C,D]

階段2: 路由維護(Route Maintenance)

• 使用路由快取(Route Cache)儲存已知路徑
• 連結中斷時觸發路由錯誤(RERR)訊息
• 來源節點重新啟動路由發現

封包格式:

[來源|目的|路徑資訊:A→B→C→D|資料]

重點: DSR將完整路徑資訊放在封包中,中間節點只需依序轉發,不用查詢路由表

4. AODV 回應式路由協定

特點

• 回應式路由
• 結合DSR的按需特性 + DSDV的路由表與序號機制
• 只有在需要時才建立路由
• 使用跳數(hop count)作為路由度量

運作原理

1. 路由請求(RREQ)階段:

節點A要傳送給節點E:

A廣播RREQ → B,C收到
B,C建立反向路由(指向A) → 繼續廣播RREQ
最終E收到RREQ

2. 路由回覆(RREP)階段: 建立反向路徑

E單播RREP沿反向路由回A
中間節點建立正向路由(指向E)
A收到後產生RREP(送回去) → 路由建立完成