2. 背景
2.2 媒體存取控制層
2.2.2 通用子層
2.2.2.5 初始測距與入網程序
當一個新的用戶端或中繼台欲加入 WiMAX 網路時必頇透過入網程序 (Network Entry) 向基地台請求提供服務。在入網程序的一開始經由收到基地台發送的下行資訊進 行時序同步、功率調整等，即初始測距。過程中，基地台會建立與用戶端或中繼台之間 必要的連線，並分配連線識別碼給用戶端或中繼台，獲得連線識別碼之後，即可傳遞 MAC 管理訊息完成入網程序並進入運作模式(operational mode)，此時方可進行資料傳遞。
以下我們將個別針對用戶端與中繼台的入網程序進行說明。
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：
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(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，首先必頇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。
22 Scan for
Downlink Channel
Obtain Uplink Parameters
Ranging &
Automatic Adjustments
Negotiate Basic Capabilities
MS authorization
and Key Exchange
Register with MR-BS
Establish IP Connectivity
Establish Time of Day
Transfer Operational Parameters
Establish Provisioned Connections
Operational Downlink
Synch.
Established
Uplink Parameters
Acquires
Ranging &
Automatic Adjustments
Complete
Basic Capabilities
Negotiated
MS Authorization
Complete
Registration Complete
IP Complete
Time of Day Established
Transfer Complete
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管理訊息也有所不同。由於本篇論文主要是針對中控型非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 控型非穿透式中繼台網路下，於基地台服務範圍下的中繼台必頇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 測距碼時會向基地台發出 RS BR header 進行頻寬請求，基地台收到 RS BR header 會分配 RS_BW_ALLOC_IE 給 中繼台，中繼台方可將調整資訊、測距狀態等包在 RNG-RSP 回傳給用戶端，用戶端收 到 RNG-RSP 進行功率、時間的調整後再送出 CDMA 測距碼，此時中繼台收到會向基地 台發出 MR_Code-REP header，基地台會產生 CDMA Allocation IE 並將 Frame Number Index、Ranging Code、Ranging Symbol，和 Ranging Subchannel 這四個欄位填為 0 傳給 中繼台，中繼台收到後會根據當時的測距結果將此四個欄位填滿再回送給用戶端。詳細 的初始測距流程如圖 2-9。
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。
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MR-BS NT-RS MS
RS_Access-MAP
UL-MAP CDMA Ranging code Dedicate RS CDMA code /
RS BR header RS_BW-ALLOC_IE
RNG-RSP (status : continue) RS_Access-MAP
UL-MAP CDMA Ranging code MR_Code-REP header
RS_Access-MAP
UL-MAP RNG-REQ RNG-REQ
RNG-RSP
RNG-RSP
圖 2-9 MS 對中控型非穿透式中繼台的初始測距流程
如同用戶端一樣，中繼台亦頇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
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(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。
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，
必頇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。
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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。
Scan for Downlink Channel
Obtain Uplink Parameters
Ranging &
Automatic Adjustments
Negotiate Basic Capabilities
RS authorization
and Key Exchange
Register with MR-BS
Establish Time of Day
Transfer Operational Parameters
RS operation parameters configuration
Operational Downlink
Synch.
Established
Uplink Parameters
Acquires
Ranging &
Automatic Adjustments
Complete
Basic Capabilities
Negotiated
RS Authorization
Complete
Registration Complete
Time of Day Established
Transfer Complete Perform
First Stage Access station
Selection
Establish IP Connectivity
IP Complete NBR station
Measurement repot complete
NBR station Measurement
repot
Second Stage Access station
Selection
Path creation and tunnel establish Second Stage Access station Selection complete