分散式協調機制

Immediate access when medium is free>=DIFS

Backoff Window Contention Window

Next Frame Slot time

Defer Access Select slot and decrement backoff as long as medium is idle

clearing) 、 頻 道 的 取 得 (channel acquisition) 以 及 載 波 偵 測 的 維 護 (carrier-sensing maintenance)，並於收到資料時予以正面的回應(positive acknowledgment of received data)，藉此促進工作站間資料傳輸的可靠性。

Address1 Address2 Address3 Seq- Control 到傳輸媒介再度空閒。IEEE 802.11 提供了四種不同的訊框間隔(interframe spacing)優 先權等級，每種優先權等級的訊框在傳送之前都必須等待一段固定大小的時間，不同

圖 2-3 各種訊框間隔關係

四種訊框間隔介紹如下：

a. 短訊框間隔(short interframe space，SIFS)：

SIFS 用於高優先的傳輸場合，主要用來做立即的回應動作。例如要求傳送訊框 (Request to Send ， RTS) 、 允 許 傳 送 訊 框 (Clear to Send ， CTS) 、 回 覆 訊 框 (Acknowledgement，ACK)等等都是屬於 SIFS。經過一段 SIFS 時間，即可進行高優先 的傳輸，一旦高優先傳輸開始，媒介即處於忙碌狀態。

b. PCF 訊框間隔(PCF interframe space，PIFS)：

PIFS 主要被 PCF 使用在免競爭式服務。工作站傳送某些訊框前所必須等待的時 間，在免競爭時期，有資料待傳的工作站可以等待 PIFS 期間過後加以傳送。

c. DCF 訊框間隔(DCF interframe space，DIFS)：

DIFS 是競爭式服務中最短的媒介閒置時間。在進行 DCF 競爭式傳輸服務時，工 作站傳送訊框前所必須等待的時間，如果媒介閒置時間長於 DIFS，工作站可以立即 對媒介進行存取。

d. 延長訊框間隔(Extended interframe space，EIFS)：

工作站在進行重新傳送訊框時所必須等待的時間。EIFS 並非固定時間間隔，只

為了讓使用傳輸媒介的機會加大，則其優先權等級越高的訊框的訊框間隔越短，

訊框間隔的大小排列如下：SIFS<PIFS<DIFS<EIFS。當工作站要傳送資料時發現傳輸 媒介的狀態由忙碌變成空閒時，並不能馬上送出訊框，必須要依照訊框的優先權等級 等待一段適當的訊框間隔時間，並且在這段時間內傳輸媒介仍然是持續呈線空閒的狀 態下，才能傳送訊框。

2.1.1.3 碰撞偵測與虛擬載波偵測

在無線區域網路中，存在著兩個重要的問題，一個是碰撞不易偵測，另一個是實 體層在使用載波技術時容易誤判傳輸媒介是否忙碌中。IEEE 802.11 為解決上述兩個 問題，分別提出了兩種解決方案：RTS/CTS 協定與虛擬載波偵測。

(1) RTS/CTS 協定：

IEEE 802.11 DCF 除了採用 CSMA/CA 減少碰撞機會外，也利用了 CSMA/CA four-way handshakes 的方法來克服隱藏節點的問題。如圖 2-4 所示，在傳送端 要傳送訊框之前，先送出一個要求傳送(Request to Send，RTS)的控制訊框，

當接收端在接收到這個控制訊框時，再經過一個 SIFS 訊框間隔後，會立即回 送另一種允許傳送(Clear to Send，CTS)的控制訊框。只有當傳送端正確的接 收到接收端所回傳的 CTS 時，傳送端才能開始傳送資料訊框。同時其他工作 站接收到此傳送給傳送端的 CTS 訊框時，也會暫時停止嘗試傳送訊框，因此 傳送端在傳送訊框時與其他工作站傳送訊框時發生碰撞的機會就大幅減少 了，不過相對的卻也因此減少了空間上的使用率(Spatial reuse)。

圖 2-4 CSMA/CA with four-way handshaking

(2) 虛擬載波偵測：

載波偵測(carrier sensing)主要用來判斷傳輸媒介是否處於忙碌狀態。IEEE 802.11 具 備 兩 種 載 波 偵 測 功 能 ， 一 種 是 實 體 載 波 偵 測 (physical carrier sensing)，由實體層提供，另一種是虛擬載波偵測(virtual carrier sensing)，由 MAC 層提供。只要其中有一個偵測功能顯示媒介處於忙碌狀態，MAC 就會 將此狀況回報給較高層的協定。

實體載波偵測功能是藉由分析所有偵測到的封包(packet)以及其他工作站發 出的信號強度來判斷傳輸媒介是否忙碌中。而虛擬載波偵測是利用一個網路 配置向量(Network Allocation Vector，NAV)來記載其他工作站還需要多久的 時間來傳送訊框，進而使工作站能根據這些資訊來知道傳輸媒介是否處於忙 碌中。圖 2-5 說明了 NAV 如何保障整個程序不受干擾。

Receiver Transmitter

RTS

CTS

ACK DATA

圖 2-5 利用 NAV 進行虛擬載波偵測 送端的訊號，為了避免這類可能存在的隱藏工作站(hidden station)的問題，RTS 與 CTS 訊框都需要記載傳送訊框時間。

結束後再繼續等待一段 DIFS 時間。在這一段時間中，如果仍然沒有其他工作站傳送 訊框，就會進入到所謂的競爭視窗(Contention Window，CW)期間，由於傳輸媒介在 忙碌的這段時間內，可能會有多個工作站有資料要傳送並準備爭取下一段傳輸媒介的 使用權，因此，傳輸媒介由忙碌轉為閒置的這個時間點是最有可能發生碰撞的時候。

為了在傳輸媒介轉為閒置時，讓準備競爭通道的工作站能夠分散在各個時間點上傳 輸，以減少碰撞的發生，IEEE 802.11 藉由延後機制(Backoff Time)來產生一個延後時 間。此延後時間會隨時間而遞減，工作站必須等到其延後時間減為零時才能傳送訊框。

CW 可進一步地分割為時槽(slot)，時槽的長度則會因傳輸媒介而有所不同。工作 站會隨機挑選某個時槽，並等候該時槽的到來以便存取媒介，當多部工作站同時試圖 傳送訊框時，挑到第一個時槽的工作站就可以優先傳送訊框。所以，如果所有的工作 站的延後時間都不相同，則訊框在傳送時就不會有碰撞發生的情況。CW 的大小通常 是 2 的指數倍數減一(例如 1、3、7、15、...、1023)，CW 的大小是由實體層所限制，

其最長為 1023 個傳輸時槽。

2.1.1.5 訊框之切割與組合

在自然的環境中，存在著許許多多會影響無線傳輸的干擾，為了降低可能遭受干擾的 資料量，IEEE 802.11 會將較大型的訊框進行切割，才可經由傳輸媒介加以傳送，藉 由降低可能遭受干擾的資料量，來提升訊框傳送的可靠度與提高整體的有效傳輸量。

當封包長度超過網路管理人員所設定的切割門檻值(fragmentation threshold)時，就會 對訊框進行切割，每個訊框片段(fragment)都具有相同的訊框編號，以及一個遞增的 訊框片段編號，以便於重組。在[24]、[25]中有提出 Dynamic Fragmentation 的功能，

他們讓節點可以依照傳輸環境的變化來動態調整 fragmentation threshold 的大小，以增 加網路的輸出。

所謂訊框切割(fragmentation)指的是將一個 MSDU (MAC service data unit)訊框切 割成許多較小的 MPDUs (MAC protocol data units)訊框，此部分是由傳送器負責。接 收器是負責將屬於同一個 MSDU 的媒體存取層協定資料單位 MPDU 收齊後立刻進行 重組的工作。