無線區域網路(WLAN)通訊協定是目前一個相當重要的無線網路技術，同時 也將在下一世代網路領域扮演一個相當重要的角色。它主要的特色在於設計簡 單、彈性很大及建置費用合理。可提供人們不論在公司、學校、商場、或家中都 可以很簡單的方式連上網際網路，享受多媒體的通訊服務。但是，多媒體應用軟 體在傳輸時通常需要網路提供服務品質保證(QoS)才能達到其需求，例如：頻寬 的保證、最小延遲的保證、最低錯誤率的保證等。在無線環境下因為有雜訊大及 不同的實體層(PHY)溝通等問題，所以若在WLAN中保證 QoS是個很有挑戰性 的研究課題。
在無線接取網路上如何設計一個能滿足有效接取及 QoS 各項要求的 MAC 層是目前一個很大的研究課題。為了能在無線網路上能充份利用各式資源並對不 同的訊務源提供其所需要的QoS保證，我們將探討如何建立具頻寬分配且以QoS 為導向的MAC層通訊協定。我們在過去一年中設計一個適用於無線網路上的六 回饋競入存取機制(HFCA)，可使控制封包訊務能有最大的throughput。目前我們 的研究方向為以HFCA之設計概念為主再加上QoS的考量，將之應用於WLAN 上。以下我們針對HFCA之基本設計作解說。
HFCA 是以二階段的方式進行競入碰撞解析法則。在第一階段中，每一個 要傳送的控制封包訊務會以某個機率來選擇是否要在下一個slot中傳送，這種做 法會使在下個slot中發生碰撞的控制封包訊務個數有相當大的機率會小於5；而 到第二個階段則依序解析這群機率小於5的碰撞。接下來我們介紹六回饋競入存
取機制(HFCA)的運作。其設計的原理是以機率的方式將同一時間欲連上網路的
MT數量減少，並利用高效率的六回饋碰撞解析機制來將此網路擷取動作完成。
這六回饋碰撞解析機制包含了六種不同的回饋：無人使用(idle)、成功(success) 及二至六個MT訊號碰撞回饋。以下我們將先詳細介紹其運作方法，接著我們再 以一個實例來說明並驗證其優缺點。
HFCA 的運作（如圖 0 所示）可分為允入(admission) 及解析(resolution)二 個階段來進行。當一群有資料要傳送的MT先經過允入程序的篩選成較小的群體 後，再經由解析程序一一解出，以完成通訊。這兩階段的過程一直反覆執行直到 能滿足最小blocking probability的QoS保證，或是達到先前所設定的最大訊寬長
假設有一群MT欲進行網路擷取的動作，並且其原始數量大小為N，在AP 有個訊務預測程式預測其大小為Nˆ ，會將它預測的值Nˆ 透過無線網路廣播出 去。在允入階段(admission phase)中，每個想擷取網路的 MT 都會收到來自 AP 的通知網路目前欲傳送資料的 MT 數量大小可能為Nˆ ，接著每個 MT 以類似 Controlled Slotted-Aloha (CS-Aloha)通訊協定的方式，自行擷取下個slot，並依據 AP 通知的Nˆ 來決定允入機率，P NA( )ˆ =κopt/Nˆ。κopt是個會使網路傳輸效能最佳
化的常數，我們以嚴謹的理論推導來得到約為κopt ≈1.52。這群被選中的MT將會 進行第二階段解析的功能。在這第二階段進行時，我們需要無線網路硬體支援碰 撞大小的偵測，即當碰撞發生時在無線網路實體層能回報MAC層此碰撞中有多
圖 0: HFCA的演算法
Phase 1 - Admission Phase 2 - Resolution
Group
CS-Aloha Access
(PA)
Feedback (ˆL)?
setm L=ˆ
Feedback (ˆL)?
Dedicated Slot Access
ˆ 2 Access
(PR)
Reservation Bandwidth (for CBR/VBR/ABR) Time
Frame n-1
Contention Bandwidth (for Signaling Traffic)
Movable HFCA Scheme
Reservation Access
P1 P2 P1 P2 P1 P1 P2
Legend: P1: Phase one;
P2: Phase two;
少MT參與，我們將這個功能稱之為PMER（如圖 0所示）。再回到第一階段，
每個有資料要傳送的MT經過允入機率的篩選後，或有部份的MT可以獲准開始 傳送，此時PMER回覆其推估參與碰撞的MT數目 ˆL將之回傳給MAC層。若Lˆ 1≤ 則這個兩階段的工作便告一段落，準備重新回到第一階段；若2≤ ≤Lˆ 5則開始進 入第二階段。HFCA收到 ˆL之後，廣播給整個無線網域，每個MT依據這個 ˆL， 可以自行設定第二階段群組個數為 m。值得一題的是若Lˆ 5> 則因超過 PMER 所 能解析的能力PMER將會回傳0，視同沒有人傳送，這樣會造成一個slot的頻寬 浪費，但是由機率的角度來看，這種情形並不常發生。
在第二階段，每個被允入的 MT 是否可以在下一個 slot 傳送，將依據目前 還在第二階段的群組大小而決定。在第一階段結束時，AP 會傳送前一次碰撞的 大小 ˆL給所有的MT，MT自行維護一個群組大小的值m，之後所有未傳送的MT 皆以 m 的大小來自行決定是否在下一個 slot 中傳送資料。其決定的演算法 CS-Aloha通訊協定，其允入機率為P GR( ) 1/= G，其中G為目前各MT所維護的 群組大小(第二階段開始時G=m)，在傳送完成時，PMER會再發送新的 ˆL，各個 MT將依據接收到 ˆL的值而改變其G值)。ˆL與G的關係如下：若Lˆ 1= 表示成功，
則G=G-1；若Lˆ 2≥ 表示碰撞發生但L Gˆ≠ −1則G不變；若Lˆ 2≥ 且L Gˆ= −1表示沒 有參與碰撞的MT只有一個，此時在下一個slot強迫那個沒有送資料的MT開始 送並將其它已送的MT禁止送一個slot。如此反覆下去直到G為零時才停止第二 階段的工作（即碰撞已全部解開）。
圖 0: HFCA與PMER之關係圖
MAC HFCA
Encoder/Decoder Modulator/Demodulator
RF Transceiver Uplink
PHY PMER
Downlink Uplink Downlink
Legend:
Signaling Data
Reservation Access
以下介紹一個 HFCA 運作的例子（如圖 0 所示）。在這個例子中，我們假 設此無線區域網路有50個MT想要傳送資料(Nˆ =50)。在第一階段中，每個MT 依據 AP 所傳送來的Nˆ =50來決定 CS-Aloha 的允入機率PA=1.52 / 50。假設有 4 個MT發送成功，則 PMER將碰撞內含的MT數Lˆ 4= 交給HFCA，並由HFCA 廣播給所有的 MT，同時開始以群組大小m=4進入第二階段。在第二階段中，
這4個發送過資料的MT，依據得到的m自行計算G，並套入CS-Aloha的允入 機率式PR =1/ 4中。假設在這個slot只有一個MT (MT31)傳送資料，則PMER會 偵測到Lˆ 1= ，同時其它沒有送資料的MT會更新群組大小G = 4 – 1 = 3，接著再 以PR =1/G=1/ 3開始進行 CS-Aloha 的動作。假設在接下來的 slot 中有兩個 MT 同時傳送資料，PMER 回傳Lˆ 2= ，因為L Gˆ= −1所以我們將這回沒有傳資料的 MT在下一個slot強迫傳送，這回有送資料的MT在下一個slot暫停傳送。如此，
我們又可以解出一個MT，使得群組大小又減少一個。如此反覆直到G=0表示此 群已解完，則開始下一個新的第一階段Nˆ =46。
由於HFCA所在之環境與802.11 WLAN有相當的差異，採用以HFCA為基 礎的方法面臨的最大問題為不知如何將此回饋告知每個 MT 及能動態分配不同 的允入機率給需要不同 QoS 的MT。當然原本 HFCA 是無法直接應用於 802.11 WLAN上。然而我們將採取以HFCA 本質之特性來對加強對802.11 MAC層的 設計，使其能達到高網路效能(throughput)、低存取延遲(access delay)、及提供各 種差異性服務(DiffServ)。
圖 0: HFCA的實例
PR=1/4 PR=1/4
PR=1/4 PR=1/4 PA=1.52/50
PA=1.52/50 PA=1.52/50
PA=1.52/50 PR=1/4 PR=1/4 PA=1.52/50
Legend: : with transmission : no transmission . . .
MT3 MT8
MT19 MT31
MT45 BS MT’s
Phase 1 Phase 2
Nˆ ˆL =50 ˆL ˆL =4 =2 =1 m=4 G=4 G=4
PR=1/3 PR=1
PR=1/4 PR=1/4 PR=1/3 PR=0 PR=1/2
PR=1/3 PR=0 PR=1/2 PR=1
PA=1.52/46
ˆL ˆL ˆL ˆL =2 =1 =1 =1
Phase 1
G=3 G=3 G=2 G=1 G=0
Downlink (Feedback)
Uplink (Access)
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