章節簡介

本篇論文的章節編排與內容簡介如下：

第一章：緒論，簡介本篇論文的研究動機即預期達到的目標。

第二章：背景知識概述，介紹本篇論文所要探討的主題及其所應用到的相關知識，

包括 802.11s 的基本架構及其路由機制，802.11s 行動裝置換手後所會遭 遇到的問題及基本漫遊機制中利用交叉點情景的簡介。

第三章：相關研究，簡介本篇論文主題之前發表過的相關研究文獻資料。

第四章：交叉點探索機制，說明我們所提出之交叉點探索機制的原理與運作流程。

第五章：效能分析與結果，針對我們所提出的交叉點探索機制，進行相關的模擬環 境測試，並提供效能分析報告。

第六章：結論與未來工作，總結本篇論文的結果，以及未來可繼續研究的方向。

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第二章 背景知識介紹

2.1 IEEE 802.11s 無線網狀網路

IEEE 802.11s [3]為無線網狀網路（Wireless Mesh Network－WMN）標準規範，

為 IEEE 802.11 為了實現網狀網路所制定的標準，目前仍是草案（Draft），其主要定義 了無線節點彼此間的連接與溝通方式。想像一個情境，在一個由許多網狀節點所形成的 網路，這些網狀節點僅需要其中一、二個節點連結後端的有線骨幹網路，所有的網狀節 點皆透過無線的方式相互連結。透過這些網狀節點的無線連接，可以很輕易的擴大整個 網路的覆蓋範圍，且佈建的過程也不需要花費龐大的工程拉線。因此，無線網狀網路的 便利性是顯而易見的。IEEE 802.11s 規格主要的目標如下 [4]：

¾ 增加網路的涵蓋範圍與使用上的彈性

¾ 可靠的運作效率

¾ 無縫隙的安全性

¾ 支援多媒體的傳輸

¾ 運作省電

¾ 與 802.11 相容

¾ 能經由網路的不同階層

底下就無線網狀網路架構、無線網狀網路的路由（Routing）機制以及無線網狀網 路的換手所會遭遇的困難依序介紹。

2.1.1 IEEE 802.11s 無線網狀網路架構

802.11s 網路將節點依其功能性分為三類，網狀路口（Mesh Portal Point－MPP）、

網狀擷取點（Mesh Access Point－MAP）以及網狀節點（Mesh Point－MP），說明 如下：

¾ MPP：為連接後端骨幹網路的節點，一個網狀網路內至少要有一個網狀路口。

¾ MAP：可供行動裝置連接上的節點。

¾ MP：不含上述兩項功能的無線網狀網路內的節點，負責封包的路由，無線網 狀網路內的所有節點都可以稱作是 MP。

簡單來說，構成無線網狀網路的節點都可以稱其為 MP，負責封包的路由；若此

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MP 有對外連接後端骨幹網路的能力，便可稱其為 MPP；而若此 MP 具有讓行動裝置 連接的能力，便可稱其為 MAP，底下提到的網狀節點亦可以代表網狀擷取點或是網狀 路口。一個網狀網路的基本架構如 Figure 2-1 所示：

Figure 2-1 無線網狀網路與一般無線網路基本架構示意圖

2.1.2 IEEE 802.11s 無線網狀網路路由機制－Proxy-based Routing

網狀節點形成無線網狀網路後，其最重要的莫過於是資料封包處理與轉送：當無線 擷取點收到來自行動裝置的封包後，要如何將封包錄由到正確的目的地呢？此行為在無 線網狀網路裡扮演著很重要的角色。混合型無線網狀協定（Hybrid Wireless Mesh Protocol－HWMP）為 802.11s 所制定的網狀路徑選擇協定（Mesh Path Selection Protocol），其結合了需要式路徑選擇（On-demand Path Selection）與主動性樹狀 建立（Proactive Tree Building）。需要式路徑選擇提供了在變動環境時路徑選擇的彈 性，而主動性樹狀建立則是提供在固定環境時有較好的效率。IEEE 802.11s 建議這兩種 路選擇協定在無線網狀網路形成時是同時存在的 [3]。

其主要概念便是，當無線網狀網路形成時，網狀路口會主動地建立以其為 Root 的 樹狀網路（Tree-based）拓樸，此即主動性樹狀建立。建好後，網狀路口便會有到所 有網狀節點的路徑（以＜目的地，下一個節點＞方式儲存）；而所有網狀節點同樣也會 有到網狀路口的路徑。這對封包需要經由網狀路口進出其效果是很好的，不過，若是有 封包要送給同一個網狀網路內的節點或是行動裝置，若只靠此路徑協定，都必須先將封 包送往網狀路口，再由網狀路口送至目的地，就會有繞遠路的情形。需要式路徑選擇協 定就是為了解決上述問題，當有封包要送給同一個網狀網路內的節點時，來源網狀節點 啟動需要式路徑選擇協定可以找到到目的網狀節點的最好路徑，此法僅在網狀節點要傳

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送封包時且沒有到目的節點的路徑才會啟動。需要式路徑選擇協定是使用 Radio Aware Ad Hoc On Demand Distance Vector（RA-AODV）此路徑協定，本論文不會詳細說 明這兩種路徑選擇的細節，僅會介紹藉由上述這兩種路徑選擇找到路徑後，網狀節點如 何根據這些資訊將封包傳送到目的地，若讀者有興趣可自行參考 IEEE 802.11s Draft [3]，裡頭有很詳細的說明。

無線網狀網路的封包路由是以代理為基礎的路由方式（Proxy-based Routing），

亦即，行動裝置連接上的網狀擷取點做為代理行動裝置的角色，封包在網狀網路內的路 由都是針對代理的角色（即網狀節點）去查找而非行動裝置本身，不像一般的網路路由 都是針對行動裝置去查找。

其主要依照兩個表格的查詢在進行：路由表（Routing Table）以及代理表（Proxy Table）。路由表是封包在無線網狀網路內路由時會查詢的表格，紀錄格式為＜

Destination，Next Hop＞，代表若要將封包路由至目的地網狀節點時，需將封包傳往 哪個網狀節點；而代理表則是用來紀錄網狀擷取點與行動裝置的對應關係，紀錄格式為

<Owner，Station>，提供行動裝置連結在哪一個網狀擷取點的資訊。當一個來源網狀 擷取點要幫連接上的來源行動裝置傳送封包時，會有下列幾個動作：

一、 先查詢代理表，得知目的行動裝置連結在哪一個網狀擷取點底下。跳到 Step 2 二、 接著查詢路由表，得知封包送給目的網狀節點要傳送給哪一個網狀節點，接著

便將封包傳送給查詢到的網狀節點。跳到 Step 3

三、 網狀節點收到封包後，檢查自己是否為目的地網狀節點，是便跳到 Step 4，否 則重複 Step 2。

四、 目的網狀擷取點將封包收下，接著再將封包傳送給連接上的目的行動裝置。

Figure 2-2 為在代理表與路由表有資訊的情況下，封包傳送的示意圖，CN 欲傳送 封包給 MN：

1. MAP-S 收到 CN 的封包，查詢代理表得知 MN 於 MAP-D 底下。

2. MAP-S 接著查詢路由表，得知欲到 MAP-D 的下一個節點為 MAP-A。

3. MAP-S 將封包傳往 MAP-A。

4. 所有中間的節點皆查詢路由表，查找到 MAP-D 的下一個節點。

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MAP-S Proxy table MN MAP-D

--- ---MAP-S Route

Table Dest Next MAP-D MAP-A

--- ---MAP-D Proxy

table 網路情形，來源行動裝置可能會不知道目的行動裝置的實體位址（MAC Address，

802.11s 是根據實體位址來路由的，也就是所謂的 Layer2 Routing），而僅會知道目的 行動裝置的 IP 位址，並且路由表和代理表也尚未有相對應的資訊，此時無線網狀網路 其行為又會是怎樣呢？底下便介紹在這樣情況下時行動裝置欲傳送封包其網狀節點的 行為。

Figure 2-3 無線網狀網路封包傳送示意圖(二)

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的目的網狀節點會紀錄來源網狀節點與來源行動裝置的對應關係，並查看是否有到來源 網狀節點的路徑，若無的話便啟動需要式路徑選擇找尋到來源網狀節點的路徑，之後的 封包便可以依循著建好的最佳路徑傳送，如此僅有一開始的少數幾個封包需要經由網狀 路口，之後都可以透過最佳路徑傳送到目的地。

2.1.3 IEEE 802.11s 無線網狀網路換手情形及問題

根據上節介紹，無線網狀網路的封包路由是倚賴路由表與代理表的查詢所完成的，

即要傳送封包給某一行動裝置時，首先查詢代理表，得知此行動裝置在哪一個網狀擷取 點下，接著查詢路由表，將封包路由到此網狀擷取點，目的網狀擷取點收到封包後，再 將封包傳送給連接上的目的行動裝置。在這樣的網狀網路環境下，行動裝置的換手行為 便會產生一些問題，若要達到無接縫漫遊，則勢必要有一些機制來解決這些問題。

行動裝置換手後，第一個會遇到的問題便是：舊網狀擷取點仍會有一段時間持續收 到傳送給行動裝置的封包，但行動裝置卻已經不與舊網狀擷取點連接了，此時節點若沒 有任何漫遊機制，封包便會被舊網狀擷取點丟棄（Drop）。隨著第一點衍生出來的問 題便是：來源網狀擷取點代理表的更新，因為若沒有更新的機制，來源網狀擷取點會一 直紀錄著行動裝置在舊網狀擷取點底下的資訊，因此會持續的將封包往舊網狀擷取點 送，行動裝置在這段時間都無法收到封包，802.11s 並沒有規範行動裝置在無線網狀網 路內換手後，要如何去處理這些問題。在沒有任何的機制下，舊網狀擷取點發現其底下 並沒有此行動裝置時，便會通知來源網狀擷取點，請它重新詢問行動裝置現在在哪一個 網狀擷取點底下，而來源網狀擷取點便會啟動需要式路徑選擇去找尋路徑，接著再將封 包送往新網狀擷取點。在這樣的機制下，此行為便會有所謂的封包遺失（Packet Losses）

以及換手延遲（Handover Latencies），802.11s 並沒有規範這段時間的處理機制，這 便讓研究者可以有更多的想像空間，提出一些漫遊機制以其達到無接縫漫遊。

2.2 無接縫漫遊機制之交叉點使用情景

無接縫漫遊機制其主要目的是希望讓使用行動裝置的使用者在其移動的過程中，即 使行動裝置更換擷取點，使用者也不會感覺有任何斷線的情形，即使用者使用網路的情 形不會因為使用者的移動而有任何停頓。要達到無接縫漫遊，一般來說要符合以下兩個 條件：一為無封包遺失（No Packet Loss），即行動裝置在換到新擷取點時不會有任何 的封包遺失掉；另一為延遲時間要短（Low Latency），即行動裝置從舊擷取點斷線後

無接縫漫遊機制其主要目的是希望讓使用行動裝置的使用者在其移動的過程中，即 使行動裝置更換擷取點，使用者也不會感覺有任何斷線的情形，即使用者使用網路的情 形不會因為使用者的移動而有任何停頓。要達到無接縫漫遊，一般來說要符合以下兩個 條件：一為無封包遺失（No Packet Loss），即行動裝置在換到新擷取點時不會有任何 的封包遺失掉；另一為延遲時間要短（Low Latency），即行動裝置從舊擷取點斷線後