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已有許多論文探討於交遞時在網路各層中所產生的延遲,並提出各種改善方法,主 要多在鏈路層、網路層、應用層這三層縮短其延遲時間,其中就其典型,擇要簡介如下:

Application-Layer Mobility Using SIP

[7] 提到 Application -Layer Mobility,使用 SIP 可以達到 Terminal mobility、Session mobility、Personal mobility、Service mobility。其中我們所關心的為 Terminal mobility。

此mobility 提到當行動節點轉換網域時,仍然能夠保持連線。要如何以 SIP 達到 Terminal mobility,我們以 Figure 2-5 作為說明。

① 行動節點 (Mobile Node, MN) 與相對節點 (Correspondent Node, CN) 處 於通話狀態

② 當行動節點移動到新網域後會向 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Server 要求新的 IP 位址

③ 行動節點向相對節點發出Invite 訊息,請求建立新的連線

④ 相對節點回覆行動節點 200 OK 訊息,表示收到請求

⑤ 行動節點與相對節點恢復通話連線

此篇論文中另提到一個觀念─使用 RTP Support mobility。對於 RTP 這個傳輸協定而 言,不需依靠IP 位址來維護雙方的連線狀態。可以透過 RTP header 內的 SSRC 欄位來 維護,SSRC 欄位是用來識別 RTP Session,相同的 Session 擁有相同的 SSRC 值。故當 行動節點移動到新的網域後,向相對節點發出第一個語音封包 (RTP packets),相對節點 即可從IP Header 內得知行動節點新的 IP 位址,進而更新語音封包內送往行動節點的 IP 位址,而不須等到應用程式感覺已經中斷連線才動作。

An Empirical Analysis of the IEEE 802.11 MAC Layer Handoff Process

[3] 對鏈路層的交遞行為與延遲時間作分析,將鏈路層的延遲分為probe delay、

authentication delay、re-association delay。使用不同廠牌的無線區域網卡及APs進行量測,

得出如下結果:

(1) probe delay佔總體延遲時間的80%。而其中又以probe-wait time的時間變動對於probe delay的影響最大,不同廠牌的無線區域網卡probe-wait time也不同。

(2) 不同廠牌的APs及行動節點之間的組態設定也會影響總體延遲時間。

(3) 在頻道 (channel)上的traffic及收到的probe response訊息個數也會影響probe delay時 間。

Reducing MAC Layer Handoff Latency in IEEE 802.11 Wireless LANs

此法[10] 使用 selective scanning 演算法及 caching 機制縮短鏈路層交遞延遲。其中 又以probe 在鏈路層所花費時間為總體延遲的 90%,故使用 selective scanning 演算法縮 短頻道描瞄的程序,讓鏈路層的延遲,由原來的343 毫秒,降低至 130 毫秒。但在 VoIP 裡為了達到無接縫交遞 (seamless handoff),延遲時間不宜超過 150 ms,故使用了 AP caching 機制。將延遲時間縮短至 3 毫秒。

Techniques to reduce IEEE 802.11b MAC layer handover time

[4] 是將行動節點在交遞時於鏈路層產生的延遲分成三個 phase,分別為 detection、

search、execution。

detection phase:偵測是否需要作交遞。其啟始決定於偵測到有多個未回覆的 ACK frames,這些傳送失敗的 frames 是控制整個 detection phase 時間長短的主因,而且不同 廠牌的無線區域網卡時間也不相同,取決於用途。但有一共通點,所有的無線區域網卡 均會降低傳輸速率,及在frames 傳送失敗時使用 RTS/CTS 機制克服可能是 fading 效應 或傳送資料時發生的碰撞。

search phase:取得於交遞時所必需的資訊,亦即執行 active scan。這段時間也是變 動,取決於被送往每個頻道的probe request 個數。而較顯著的時間花費在於等待 probe response 訊息的回覆。

execution phase:由 authentication 及 association 兩階段組成。

detection phase 的縮短上是以偵測到連續三個 frames 被傳送失敗,或是在行動節動 只有接收資料的情況下,只要有beacon 訊息的接收遺失,則可啟始 search phase。所以 縮短beacon 傳送的區間也可減少 detection phase 的時間,但缺點是會增加網路流量。

search phase 的降低,可將 MaxChannelTime 縮短至 10 毫秒,而且不要進行 full scan,

將目前有佈建AP 的清單透過 beacons 訊息發送給行動節點,行動節點只要針對這些頻 道進行active scan。而 execution 的縮減則可透過 pre-authentication。

Location-based Fast Handoff for 802.11 Networks

此方法[5] 提出行動節點能隨時量測目前的地理位置,透過GPS、sensor network或 其他定位技術。再從特定location server取得帶有座標位置的網路佈建資訊圖,而依照目 前座標位置推算出行進方向,並根據網路佈建資訊取得鄰近目標基地台子集合,當行動 節點訊號低落到某一臨界值 (threshold) 時,從取得的鄰近目標基地台子集合及移動方 向 推 算 出 未 來 最 有 可 能 連 線 的 基 地 台 , 不 須 再probe,直接與目標基地台作direct association2

Topology-Aided Cross-Layer Fast Handoff Designs for IEEE 802.11/Mobile IP Environments

此方法[6] 提出在 Mobile IP 環境下跨階層 (cross-layer)的快速交遞機制。在交遞的 過程中,若需跨網域,則會引發網路層以上的交遞,當行動節點到達新的網域時,必須 透過像是DHCP 的方法取得有效 IP 位址,,若有應用程的活動在進行,則必需重新與對 方再建立連線。而使用Mobile IP 作跨網域的交遞時,可以讓應用層無感於網路斷線,

但在網路層引發的活動包含 move detection、agent discovery/address configuration、

registration,這些活動也需要花費不少時間。使用 L2 triggers 可縮短這些延遲,L2 triggers 包含 pre-handoff 及 post-handoff triggers。pre-handoff trigger 讓 agent discovery/address configuration 在進行網路層的交遞之前先處理,而 post-handoff trigger 降低 move detection 的延遲。行動節點則可利用cross-layer topology3資訊縮短在鏈路層、網路層及應用層造 成的交遞延遲。

2 direct association:行動節點在取得目標基地台的BSSID及所在頻道後,可直接與目標 基地台進行連線,不需再花費時間探查鄰近可用APs。最好情況下是可以省下頻道探查 時間,但這需要無線區域網卡driver完全支援,但市售的無線區域網卡,在不更動driver 的情況下,仍需花費一小段時間探查。

上述論文提出在交遞時,如何縮短各網路架構層之延遲,也有以跨階層的方法縮短 鏈路層到應用層之間的延遲。以 VoIP 軟體而言,對於聲音品質是很敏感的,我們需要 更仔細的知道在不同的網路環境組態下,這些延遲發生的原因,在那些行為下花費最多 時間及跨階層之間的交互影響。故我們以 SIP-based 的 VoIP 軟體配合市售不同廠牌的無 線區域網卡進行實際的量測,除了逐層分析與探究交遞的行為與延遲,也藉此得知各廠 牌無線網卡在處理交遞時的設計思維。

第3章 各種交遞行為之設計

在本章裡,我們將說明一般交遞行為下的的量測方法,並配合不同的網路環境組 態,包含APs 及子網域的組態設定。透過實際的量測,在不同的網路環境下所產生的交 遞行為及延遲有那些,並分層剖析其原因。並根據前述所得的量測結果,利用目前學者 已提出的方法來進行改善。

在3.1 節,首先是介紹一般的交遞流程,包含鏈路層、網路層、應用層,而這些 layer 會產生那些交遞行為。3.2 節描述在跨階層裡使用那些改善方法。3.3 節中介紹使用那些 交遞觸發機制及量測環境。3.4 節則針對交遞時產生的延遲時間作一定義。