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WiFi 協定

03. WiFi 協定.  WiFi 簡介  IEEE 802.11 網路架構簡介  IEEE 802.11 之媒體存取層  IEEE 802.11e 服務品質保證  IEEE 802.11 省電機制. PART II. 3.1 WiFi 簡介. Wi-Fi （ Wireless Fidelity ）是泛指符合 IEEE 802.11 系列的標準或補充所開發出的 WLAN 通訊產品。. 3.2 IEEE 802.11 網路架構簡介.

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  1. 03 WiFi協定  WiFi簡介  IEEE 802.11 網路架構簡介  IEEE 802.11 之媒體存取層  IEEE 802.11e 服務品質保證  IEEE 802.11 省電機制 PART II

  2. 3.1 WiFi簡介 • Wi-Fi（Wireless Fidelity）是泛指符合 IEEE 802.11 系列的標準或補充所開發出的 WLAN 通訊產品。

  3. 3.2 IEEE 802.11 網路架構簡介 • IEEE 802.11 中定義了兩種基本服務組合（Basic Service Set, BSS）。 • 中控型基本服務組合（Infrastructure BSS），主要是由基地台（Access Point, AP）負責中控型網路中所有的傳輸，包括同一服務區域中所有行動節點之間的通訊。 • 獨立型基本服務組合（Independent BSS, IBSS），工作站能彼此為直接通訊，無須透過基地台協助。

  4. 3.2 IEEE 802.11 網路架構簡介 • 在 IEEE 802.11 規範中還定義了延伸服務組合（Extended Service Set, ESS）網路，指的是藉由無線網路橋接器（Router）連接數個 BSS 的組成。

  5. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 對於無線媒介的存取，IEEE 802.11 MAC 規範了分散式協調功能（Distributed Coordination Function, DCF）與中樞協調功能（Point Coordination Function, PCF）兩種協調功能。 • 分散式協調功能（DCF）為標準 CSMA/CA 的存取機制，工作站在傳送資料之前，會先檢查無線媒介的狀態。當無線媒介為淨空狀態時，工作站會延遲一段時間，若在此段時間內，媒介仍為淨空，工作站即可開始傳送資料。反之，若無線媒介為忙碌狀態時，工作站除了延遲等待一段時間之外，還會再隨機選取一個延遲（Backoff）時間，延遲時間唯有當媒介為淨空狀態時才會遞減，當延後時間遞減為零時，即可開始傳送資料。 • 中樞協調功能（PCF）不同於分散式協調功能所提供的競爭服務，中樞協調功能提供的是免競爭服務。在中樞協調功能的機制中，必須有 AP 作為中樞協調者（Point coordinator），因此只有在中控型網路中才會有中樞協調功能的服務。

  6. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能 • 當一工作站要傳送訊框前必須遵循CSMA/CA 原則來等待一段時間，依據訊框的種類，IEEE 802.11 定義不一樣的訊框間隔（Interframe Space, IFS），優先權高的訊框將被分配較短的訊框間隔，而優先權低的則分配到較長的訊框間隔。訊框間隔可以分為下列幾類： • 短訊框間隔（Short IFS, SIFS） • 中樞協調功能訊框間隔（PCF IFS, PIFS） • 分散式協調功能訊框間隔（DCF IFS, DIFS） • 延長訊框間隔（Extended IFS, EIFS）

  7. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能

  8. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能

  9. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能 • 不同於有線網路，IEEE 802.11 無法保證訊框一定會成功傳送，因此在 IEEE 802.11 規範中定義正面回覆（Positive acknowledgment）機制。當訊框由傳送端傳送出去後，傳送端將等待接收端的回應，假若在一段等待的時間內，傳送端收到接收端的正面回應，此時代表傳送成功，如果沒收到接收端的正面回應，則代表傳送失敗。而接收端成功接收到訊框，會隔一段 SIFS 時間後，回傳正面回覆訊框（ACK）。

  10. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能

  11. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能

  12. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能 • 上述之的封包交換過程看似完美，但其中卻隱藏了一個嚴重的問題，導致封包碰撞情形時常發生。該問題被稱為隱藏節點問題（Hidden terminals problem）。

  13. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能 • 為了避免隱藏節點問題所造成的碰撞，IEEE 802.11 設計了一四段交握（4-way handshake）的流程。

  14. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能 • 在IEEE 802.11 中定義網路分配向量（Network Allocate Vector, NAV）來記載工作站將會使用媒介多久，其他的工作站會認為媒介在NAV 時間內都是忙碌的。

  15. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能 • 在無線網路的環境中，由於無線電波易受干擾，傳送的資料封包長度越長，越容易造成封包傳輸失敗，因此 IEEE 802.11 MAC 協定將過長之封包切割，以提升訊框傳送的可靠度。切割的工作由傳送端負責，而接收端則需要將被切割之訊框重組。

  16. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.1 分散式協調功能

  17. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.2 中樞協調功能 • 中樞協調者負責起始一免競爭期間，首先中樞協調者等待媒介淨空 PIFS 時間，接著藉由發送夾帶 DTIM（Delivery Traffic Indication Message）元件的 Beacon 訊框來起始一免競爭期間，當中樞協調者要結束免競爭期間時，則發送免競爭結束訊框（Contention Free-End, CF-End）。

  18. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.2 中樞協調功能 • 中樞協調功能的訊框傳送模式可以分為兩種，第一種是中樞協調者為接收端或是傳送端，第二種是中樞協調者不是接收端也不是傳送端。

  19. 3.3 IEEE 802.11 之媒體存取層 • 3.3.2 中樞協調功能 • 當中樞協調者不是傳送端及接收端時，當工作站在接收到輪詢訊框後，該工作站可以直接與另一個工作站傳輸資料。

  20. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.1 增強分散式通道存取 EDCA • 增強分散式通道存取（Enhanced Distributed Channel Access, EDCA）的存取方式類似 IEEE 802.11 的 DCF 模式，但是 EDCA 將訊務進一步針對其特性分成四種存取種類，每一種種類使用不一樣的競爭參數，使得各種類有它們自己的優先權。

  21. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.1 增強分散式通道存取 EDCA • 增強分散式通道存取（Enhanced Distributed Channel Access, EDCA）的存取方式類似 IEEE 802.11 的 DCF 模式，但是 EDCA 將訊務進一步針對其特性分成四種存取種類，每一種種類使用不一樣的競爭參數，使得各種類有它們自己的優先權。

  22. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.2 訊務區別（Traffic Differentiation）

  23. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.2 訊務區別（Traffic Differentiation） • 在EDCA 的競爭區間，行動設備與基地台均透過競爭的方式爭取媒介使用權，競爭方式與 IEEE 802.11 DCF 相同，但 IEEE 802.11e 進一步給予每種存取種類不同的競爭參數使得各存取種類有不一樣的優先權，參數包括 AIFS（Arbitration Inter-Frame Space）與競爭視窗（Contention Window, CW）。

  24. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.2 訊務區別（Traffic Differentiation）

  25. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.3 EDCA 緩衝器架構及參數組合資訊元素 • EDCA 有四個緩衝器，每一個緩衝器分別用來儲存一種存取種類的封包。

  26. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.3 EDCA 緩衝器架構及參數組合資訊元素 • EDCA 參數組合資訊元素如圖 3.18 所顯示，這個資訊元素被包含在 beacon、association response、及 probe response 訊框中，用來告知行動設備 QAP 所使用的競爭參數，或者通知競爭參數的更新。

  27. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.3 EDCA 緩衝器架構及參數組合資訊元素 • 極限傳送機會意指每次該存取種類一旦競爭到媒介使用權，則該存取種類所可以連續使用媒介的最長時間長度，即該存取種類可以佔用媒介的時間必須小於等於 TXOP Limit，不可以超過；若 QAP 所指定的 TXOP limit 值為 0，表示該存取種類一旦競爭到媒介，只能傳送一個資料封包，不可以多傳。

  28. 3.4 IEEE 802.11e 服務品質保證 • 3.4.4 媒介競爭的例子 • EDCA 架構下，每種存取種類使用不同的競爭參數來競爭媒介，使得各存取種類對媒介的存取有不一樣的優先權。

  29. 3.5 IEEE 802.11 省電機制 • 在電源管理協定中，工作站藉由進入睡眠模式以節省電力；至於在電力控制協定中，工作站可動態調整發送封包的所需電力以達到省電。

  30. 3.5 IEEE 802.11 省電機制 • 3.5.1 IEEE 802.11 電源管理機制 • 在省電模式下的工作站會每隔一個聆聽間隔醒來接收 Beacon。而啟動模式的工作站則在 Beacon 中夾帶訊務指示對照表（Traffic Indication Map, TIM）告知省電模式下的工作站有資料待取。當工作站聽到 TIM 中有資料待取資訊時，工作站會發出 Poll 訊框給基地台，以取得暫存的訊息。

  31. 3.5 IEEE 802.11 省電機制 • 3.5.2 中控型網路的電源管理 • 在 IEEE 802.11 中控型網路的電源管理機制中，暫存資料的工作是由中控協調者處理。中控協調者在 Beacon 中發出 TIM 告知工作站有資料待取，當有資料待取的工作站聽到 TIM 時，會發出 PS-Poll 訊框給中控協調者，以取得暫存的訊息。

  32. 3.5 IEEE 802.11 省電機制 • 3.5.2 中控型網路的電源管理

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