課程參與度之評估方式

1. 課程參與度之評估方式 • 上課時必須專心聽講，跟上進度，參與討論 • 扣分項目 • 玩線上遊戲一次扣1分 • 玩手機一次扣1分 • 睡覺一次扣1分 • 聊天一次扣1分 • 無法回答老師提出的問題一次扣1分 • 加分項目 • 主動回答老師的問題一次加2分 • 找出老師程式中的錯誤一次加1分 • 修正老師程式中的錯誤一次加4分

2. 無線通訊網路CH10 無線網狀網路簡介與佈建 鄧姚文

3. 大綱 無線網狀網路的架構 SEE 網狀網路 無線網狀網路之網路規劃技術 無線網狀網路之自我組態技術 多頻道媒介存取層協定 多頻道路由協定

4. 概述 • 讓網路覆蓋範圍盡可能擴大 • 使用多個AP • 以有線網路連接AP

5. 概述 • 無線網狀網路 • WMNs • Wireless Mesh Networks • AP之間以無線網路互連 • 無線骨幹網路 • Wireless Backbone • 自我組態 Self Configuring • 自我修復 Self Healing • 節點固定不移動 • 不在乎電力消耗 • 提昇 Throughput • 增加頻道 • 空間重複使用 • Spatial Reuse

6. 10.2 無線網狀網路的架構 • 網狀網路路由器 • Mesh Router • 節點 • 閘道器 • Gateway • 可直接存取網際網路的節點 • 節點功能 • 互連 • 供使用者存取 Internet

8. 10.2 無線網狀網路的架構 • WMN VSMANET • 節點不具行動能力 • 第一要務是提升網路吞吐量（Throughput） • 省電是其次的考量

9. 10.3 SEE 網狀網路 • SEE-Mesh • Simple Efficient Extensible Mesh • Intel, CISCO • Self Configuration • 每一個節點都能夠依照周圍的環境自行安裝設定 • 802.11s • 802.11 TG S • Task Group

10. 802.11 TGs • 四個基本節點。 • 網狀節點（Mesh Point, MP） • 提供無線網狀網路服務的節點，能與其他MP建立連接。 • 網狀擷取點（Mesh Access Point, MAP） • 本身具有完整的 MP 功能，並具有基本服務組合(BSS)，能夠與 STA 進行通訊。 • 工作站（Simple Station, STA） • 無線網狀網路以外的節點，透過網狀擷取點與無線網狀網路連接 • 網狀入口節點（Mesh Point Portal, MPP） • 具有橋接（Bridging）和網路互連（Internetworking）的功能，能夠作為橋接器或路由器。

11. 網狀節點啟動程序 • 六個步驟 • (1) 鄰近節點探索（Neighbor Discovery） • (2) 頻道選擇（Channel Selection） • (3) 連接建立（Link Establishment） • (4) 連結狀態評估（Local Link State Measurement） • (5) 路徑選擇與轉送（Path Selection and Forwarding） • (6) 無線基地台初始化（AP Initialization） • 當網狀節點（MP）是網狀擷取點（MAP）才執行

12. 10.3.1 鄰近節點探索Neighbor Discovery • 搜尋鄰近的網狀節點 • 被動搜尋（Passive） • 聆聽其他網狀節點送來的訊標訊框（Beacon） • 主動搜尋（Active） • 主動發送探測訊框（Probe Request）尋找其他的網狀節點

13. 10.3.1 鄰近節點探索Neighbor Discovery pc: peer capacity

14. 10.3.2 頻道選擇Channel Selection • SEE-Mesh 的頻道選擇有兩種模式 • 整合單一模式（simple unification mode） • 如果沒有鄰居，以第一筆描述檔作為選擇 • 選擇CPI最高的頻道 • Channel Precedence Indicator • Random Number 隨機亂數 • 高级模式（advanced mode） • 開放給開發者

15. 10.3.2 頻道選擇Channel Selection

16. 10.3.2 頻道選擇Channel Selection

17. 10.3.3 連接建立Link Establishment • 連結要求訊框 • Association request frame • 回應訊框 • Association reply frame • 連線中斷 • 隨機產生的參數 Directionality Filed

18. 10.3.4 連結狀態評估Local Link State Measurement • 由上級節點（Superordinate Node）負責進行評估 • 將結果發送給網路上其他節點（Subordinate Node） • 狀態評估包括 • 位元率（Bit Rate） • 封包錯誤率（Packet Error Rate）

19. 10.3.4 連結狀態評估Local Link State Measurement

20. 10.3.5 路徑選擇與轉送 Path Selection and Forwarding • 路徑選擇評估標準（Path Selection Metric） • 路徑選擇協定（Path Selection Protocol）

21. 路徑選擇評估標準（Path Selection Metric） • 依據時間成本（Airtime Cost） • 傳送測試訊框計算連線所耗費時間成本 Ca • Ca為評估連結的時間成本； • Oca為頻道傳輸的額外時間（overhead） • OP為協定在運作時產生的額外時間 • Bt為測試訊框的長度 • r 為傳輸的速度

23. 10.3.5.2 路徑選擇協定Path Selection Protocol • RA-OLSR • Radio Aware-Optimized Link State Routing • 依 AODV 基本的架構，網狀網路的特性進行修改 • 運作方式如下： • 針對要進行尋找路徑的來源端點廣播路徑要求封包（Router Request, RREQ）。 • 接到 RREQ 封包的節點，建立自己到來源端點的路由路徑。 • 如果不是該路徑的目的地，則將 RREQ 再轉送出去。 • 如果是該路徑目的地，則回傳路徑回覆封包（Router Response, RREP）。 • 當來源端點接收到 RREP 封包，則建立起來源端點至目的地的路由路徑。

24. 10.3.5.2 路徑選擇協定Path Selection Protocol • RMAODV • 無線電公制隨意需求距離向量 • Radio Metric Ad-hoc On-Demand Distance Vector

27. 10.4 無線網狀網路之網路規劃技術 • 無線網際網路服務供應商 • Wireless Internet Service Provider • 事先仔細規劃佈建 • 未經規劃的佈建方式 • 隨便擺隨便連 • 頻道分配問題 • Channel Assignment • 閘道器佈建 • Gateway Placement

28. 10.4.1 頻道分配技術 • 一個節點使用多個頻道： • 配備多個無線收發器，每一個收發器一個不同的頻道 • 每一個節點都只有一個無線收發器，在不同的頻道間切換

29. 10.4.1 頻道分配技術 • 頻道分配問題分成四類 • (1) 長時間的靜態頻道分配 • 只在網路拓樸改變的情況下進行頻道的重新分配 • (2) 短時間的動態頻道分配 • 每一百毫秒切換一次頻道 • (3) 每傳送一次封包，進行一次動態頻道分配 • (4) 針對一個訊務流（Flow）做一次動態的頻道分配

30. 10.4.1.1 負載感知頻道分配法 • 試著滿足每個連結對網路流量的需求 • 依賴每個連結的預期負載（Expected Load）決定頻道的分配 • 每個連結上的負載和路由協定相關 • 路由協定根據每個連結容量（Link Capacity）決定路徑 • 連結容量大小和頻道分配演算法相關 • 頻道的分配與路由協定形成一個相互依賴的關係 • 打破這個相互依賴的循環 • 先估算預期負載 • 反覆執行頻道分配與路由協定直到連結上可用的頻寬能滿足其預期負載為止

31. 10.4.1.2 拓樸連線維持頻道分配法 • 讓網路上任意兩點的最短路徑，在經過頻道分配之後仍然是最短路徑 • 每一個節點分配一個初始優先權順序 • 依此順序分配頻道給節點的收發器 • 如果在分配的過程中，有些節點失了去選擇頻道的彈性 • 此節點上的收發器都已經配置頻道 • 將此節點的優先權提高到最大

32. 10.4.1.2 拓樸連線維持頻道分配法

33. 10.4.2 閘道器佈置方法

34. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 讓節點自己判斷應該使用那一個頻道 讓節點自己判斷應該連接那一個閘道器

35. 10.5.1 動態頻道選擇法 • 10.5.1.1 以優先權值為基礎的方法 • 首先每個節點若開機時發現周圍沒有其它的節點存在，會選擇一個頻道使用並會以隨機的方式產生一個數字稱為 CPI（Channel precedence indicator），之後節點會設法維持整個網路上已知的最高 CPI 值，例如假設現在另一個節點開機了（假設此節點為 A），它發現在它的周圍有兩個節點，其中一個節點（假設為節點 B）使用頻道 1 而其 CPI 為 55，另一個節點（假設為節點 C）使用頻道 2 而其 CPI 為 88，由於 88 大於 55，因此節點 A 會使用節點 C 的頻道（即頻道 2），並且通知節點 B 的區塊（和節點 B 使用相同頻道相同 CPI 的節點所組成的區塊）內的所有節點，請那些節點將頻道切換成頻道 2 並將 CPI 設為 88。如此整個網路最後就會統一使用同樣的頻道。

36. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.1 動態頻道選擇法 • 10.5.1.2 以閘道器為基礎的方法 • 假設網路上有三個閘道器，並假設每個閘道器會使用一個與其它兩個不同的頻道，則整個網路會被切割成三個區塊，每個區塊使用一個頻道，每個節點都會屬於某一個區塊，節點能和此區塊內的閘道器以及其它節點做通訊，但不同區塊的節點可能就無法直接的通訊了。

37. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.1 動態頻道選擇法 • 10.5.1.3 以樹狀架構為基礎的方法

38. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.1 動態頻道選擇法 • 10.5.1.4 以叢集為基礎的方法

39. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.2 閘道器搜尋法 • 在主動搜尋中，搜尋的執行是由節點主動初始，節點會發送一個閘道器搜尋請求訊息（Gateway request）到網路上，當一個閘道器收到此訊息後，會回應一個閘道器回應訊息（Gateway Response）給此節點，在回應訊息中會包含了：閘道器網路位址、與節點的距離（Hop count）、目前的負載情況、連線品質等資訊，以便提供給節點做為選擇閘道器的參考。 • 在被動閘道器搜尋法中，每個閘道器會週期性地廣播閘道器宣傳（Gateway advertisement）用以宣告自己的存在，在閘道器周遭的節點聽到此閘道器宣傳訊息後，會幫忙將此訊息再送到網路上，一個剛開機節點只要被動地去聽一段時間就可以獲得它可使用的閘道器資訊。 • 主動綜合搜尋法，如同被動搜尋法，每個閘道器會週期性地廣播宣傳訊息到網路上，而閘道器會被儲存在節點中，當一個節點剛開機時，此節點會主動地發送一個閘道器搜尋請求訊息，而那些存有閘道器資訊的節點如果收到此請求訊息，就可以立即的回覆此請求。

40. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.3 閘道器選擇法 • 當一個節點利用閘道器搜尋法找出所有可使用的閘道器之後，如果其發現可使用的閘道器個數超過一個以上，節點必須根據一些條件（例如：通往閘道器的路徑上的連結品質（Link quality）、閘道器的負載情況等）來決定該連接上哪個閘道器，這過程就稱為閘道器選擇。

41. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.3 閘道器選擇法 • 10.5.3.1 以連結品質為基礎的方法 • 在目前的無線區域網路中，行動節點如果發現有數個 AP 可供其使用，則行動節點會根據接收訊號強度指標 RSSI 來判斷該連上哪一個 AP，因此接收訊號強度指標即為一種判斷連結品質的方法。

42. 10.5 無線網狀網路之自我組態技術 • 10.5.3 閘道器選擇法 • 10.5.3.2 以閘道器負載為基礎的方法 • 以閘道器負載為基礎的閘道器選擇法其目的為要讓閘道器的負載能夠盡量的平衡。 • 第一個方法是根據閘道器連結容量來做閘道器的選擇依據。 • 在第二個方法中，是考量有時候無線網狀網路上的瓶頸並不是閘道器上，而是發生在網路中，因此提出了路徑容量（Path capacity）的概念，這是以一個節點到閘道器的路徑上的所有連結中擁有最少剩餘頻寬的那個連結的頻寬來當作其路徑容量，由於選擇時會選擇較擁有較大剩餘頻寬的路徑，因此可適度地平衡所有路徑的流量。

43. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.1 只需要單一收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.1.1 多頻道隱藏終端點問題

44. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.1 只需要單一收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.1.2 Multi-channel MAC（MMAC）

45. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.1 只需要單一收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.1.3 Slotted Seeded Channel Hopping（SSCH）

46. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.1 只需要單一收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.1.3 Slotted Seeded Channel Hopping（SSCH）

47. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.2 需要數個收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.2.1 Dynamic Channel Assignment（DCA） • 在 DCA中一個節點需要配有兩個收發器，其中一個收發器會被專門用來傳送控制封包，並且在所有可用的頻道中，取出一個頻道稱為控制頻道（Control channel）專門用來傳送控制封包，而另一個收發器則是專門用來傳送資料封包，傳送資料封包所使用的頻道會從 除了控制頻道外的可用頻道中選出，且每個封包的傳送可能會使用不同的 頻道。

48. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.2 需要數個收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.2.1 Dynamic Channel Assignment（DCA）

49. 10.6 多頻道媒介存取層協定 • 10.6.2 需要數個收發器的多頻道媒介存取控制協定 • 10.6.2.2 Multi-radio Unification Protocol（MUP） • 在 MUP方法中，在鏈結層（Link Layer）需要有一個協定用來整合底層的多收發器，此鏈結層協定會提供一個虛擬的媒介存取控制位址（Virtual MAC address），讓上層的協定以為這個節點只有一個收發器，因為當上層有封包要傳送時，資料都會丟給這個虛擬的收發器，而此協定有一個重要的工作就是決定上層送下來的封包應該使用哪一個收發器傳送出去，MUP 就是根據這樣的想法而設計出來。

50. 10.7 多頻道路由協定 10.7.1 Hyacinth