入網程序與初始測距

在多段轉傳 WiMAX 網路中，中繼台與用戶端在初始化時均必須透過入網程序 (Network Entry)向基地台請求提供服務，基地台再根據入網程序的流程與之建立必要的連線，以下我 們將針對用戶端與中繼台執行入網程序的流程進行介紹。

首先，我們將先說用戶端入網程序的流程。當一個用戶端欲加入由基地台涵蓋範圍所提 供的服務時，必須先進行入網程序與基地台先行取得同步資訊之後，再跟基地台請求提供連 線服務。入網程序由一連串基地台與用戶端之間管理訊息的交換所達成，基地台會與用戶端 建立連線並且提供用戶端所需的服務，圖 2-8 為用戶端與基地台執行入網程序所進行的流程，

主要包含以下幾個步驟：

(1) 掃描基地台下行頻道並與之進行同步 (2) 獲得上行參數

(3) 進行初始測距

(4) 與基地台協調基本能力 (5) 認證與金鑰交換

(6) 進行註冊

(7) 取得 IP 連線位址

(8) 與基地台進行時間同步，取得目前時間 (9) 傳送操作參數

(10) 建立連線

當用戶端進行入網程序時，首先必須掃描鄰近基地台所使用的頻道，並且接收由基地台 所廣播的 DL-MAP 訊息並與之進行同步取得基地台所提供的連線相關管理訊息，如 DCD、

UCD 與 UL-MAP。當用戶端可以持續接收到基地台所發送的 DL-MAP 訊息，表示用戶端已 經與基地台達成同步，透過 UL-MAP 上的基地台所提供的資訊，用戶端於基地台所提供的上 行競爭頻道進行初始測距 (Initial Ranging)與基地台請求連線服務。

初始測距為用戶端用來與基地台校調時序和調整電源功率的重要步驟，當用戶端開始進

行初始測距時會從基地台所提供的初始測距碼中選定一組 CDMA 測距碼與基地台進行連線 請求，基地台根據接收到的測距碼進行分析並且將連線請求所需的校調參數和結果以媒體控 制層管理訊息 RNG-RSP 回覆給傳送端，用戶端再根據基地台所回覆的訊息執行相對應的動 作。在多段轉傳的網路架構下，用戶端執行初始測距的存取台可能為基地台或是經由中繼台 與基地台進行入網程序。

根據基地台的排程方式與中繼台的型式的不同，基地台和中繼台之間傳遞的用戶端管理 訊息方式亦有所不同。由於本篇論文主要是針對二段式中控型穿透式中繼台網路進行實作模 擬，在此我們主要介紹在此種網路架構下，基地台與中繼台的管理訊息溝通方式。在中控型 穿透式中繼台網路下，於基地台服務範圍下的中繼台必須監聽用戶端在競爭頻道上發送的 CDMA 測距碼，當中繼台收到用戶端發送的 CDMA 測距碼時再進行對應的傳輸功率和時間 作校調並且將所校調的 CDMA 測距碼封裝成 MR_RNG-REP 管理訊息傳送至基地台。在多 段轉傳 WiMAX 網路下，當基地台接收到由用戶端直接傳送的 CDMA 測距碼或經由中繼台轉 發的 MR_RNG-REP 管理訊息時，必須等待 6 個訊框的傳送間隔來收集經由中繼台所轉發的 MR_RNG-REP，基地台再根據所收集到的初始測距碼決定此用戶端最適合的傳送路徑，然 在 IEEE 802.16j 規格中並沒有定義決定用戶端最佳路徑的演算法，此部分是由開發的廠商自 行訂定。若基地台決定選擇以中繼台作為用戶端的存取台，則中繼台必須接收由基地台與用 戶端後續的 Network Entry 管理訊息，並進行轉發至用戶端與基地台。當基地台決定選擇中 繼台作為用戶端的存取端，基地台必須傳送 RS_Member_Update_List 管理訊息給中繼台，

更新中繼台上的連線識別碼列表，建立基地台與用戶端的連線。圖 2-8 為用戶端在中控型穿 透式中繼台網路拓樸下進行初始測距的流程圖。

當 初 始 測 距 順 利 完 成 後 ， 基 地 台 會 配 置 兩 組 連 線 識 別 碼 (Basic CID 與 Primary Management CID)給予用戶端，作為入網程序後段傳送管理訊息的連線識別。用戶端會分別 使用此兩組連線識別碼與基地台進行協調基本功能 (SBC-REQ、SBC-RSP)和金鑰交換與認 證註冊 (REG-REQ、REG-RSP)，在實作中我們將忽略金鑰交換與認證的步驟直接於基地台 進行註冊。取得 IP 位址、時間資訊及轉換操作參數是屬於選擇性的實作項目，只有當 MS 是

Managed MS 時才需執行，於是我們將略過此步驟。當用戶端成功與基地台完成註冊程序後，

再透過 DSA-REQ、DSA-RSP 管理訊息建立資料傳輸連線整個用戶端的入網程序才算完成。

圖 2-8 用戶端 Network Entry 流程圖

圖 2-9 用戶端於穿透式網路下之初始測距流程

如同用戶端一樣，中繼台亦須透過中繼台所需的入網程序與基地台來與進行連線。如圖

2-10，以下為中繼台在進行入網程序的主要程序步驟：

(1) 掃描基地台下行頻道並與之進行同步

(2) 執行第一階段存取台 (access station)的選取 (3) 獲得上行參數

(4) 進行初始測距

(5) 與基地台協調基本能力 (6) 認證與金鑰交換

(7) 進行註冊

(8) 取得鄰近設備台的訊號量測 (9) 執行第二階段存取台的選取 (10) 路徑與通道的建立

(11) 取得 IP 連線位址

(12) 與基地台進行時間同步，取得目前時間 (13) 傳送操作參數

(14) 設定中繼台的操作參數

除了上述 (2)、(8)、(9)、(10)、(14)步驟，中繼台進行 Network Entry 的程序大部分與用 戶端相同，其中 (8)、(9)、(10)在規格中為選擇性支援項目，基地台可以透過回覆 RNG-RSP 時，設定中繼台 Network Entry Optimization 通知中繼台在進行 Network Entry 決定是否省略此部分步驟。

圖 2-10 中繼台 Network Entry 流程圖

步驟 (8)、(9)、(10)為支援中繼台在多段轉傳的網路拓樸下，新加入的中繼台能夠根據 頻道訊號的強弱選擇最佳的非穿透式中繼台作為存取台，並建立中繼台到基地台間的傳輸路 徑，由於本篇論文主要在實作二段式穿透式中繼台的 WiMAX 網路，且在此種網路拓樸下，

中繼台並不會傳送廣播管理訊息，所以當中繼台執行入網程序時，存取台的選取必定為基地

台，我們將省略第二階段存取台選擇的實作。當中繼台完成初始化後，必須掃描鄰近基地台 所服務的頻道，並且取得基地台所廣播的管理控制訊息與基地台進行同步，透過基地台和鄰 近非穿透式中繼台所傳送的 DCD 管理訊息中的 End-To-End Metric 進行第一階段存取台選取，

決定經由哪個存取台執行入網程序。當完成第一階段存取台選取後再於競爭頻道傳送中繼台 用來進行初始測距的 CDMA 測距碼與基地台進行初始測距，並且進行與用戶端入網程序一樣 的流程直到完成與基地台進行註冊的入網步驟，當中繼台順利取得基地台相關的連線服務並 進行註冊後，基地台會根據中繼台的操作參數對中繼台支援的模式進行連線參數設定，並且 傳送 RCD 和 RS_Config-CMD 管理訊息至執行入網程序的中繼台進行中繼台相關參數的設 定，當中繼台成功接收到基地台的連線參數設定後再回覆 MR_Generic-ACK 管理訊息來完成 中繼台的入網程序流程。由於中繼台在多段轉傳 WiMAX 網路中的角色為中繼轉送的設備台，

在進行入網程序時只會與基地台建立用來管控此中繼台的管理控制連線 (Basic 、Primary Management 與 Secondary Management 連線)，並不會建立用來傳送上層資料的資料連線。