1.1 研究背景與目的
無線隨意網路是一種可以自動建立節點之間連結的網路，他具有快速部署以及不 需要固定基礎網路建設支援的特性，因此非常適合用在戰場、緊急事件的救災，或是 探勘等等任務。無線隨意網路中的節點使用共同的無線頻道來傳送 Data，因此需要 一個媒體存取控制(MAC)機制來處理。目前 802.11[17] 中的 DCF 是最常被使用的一 個方法，DCF 主要是透過 RTS/CTS 的協調機制來減少因為隱藏節點或者外部節點所 造成的封包的碰撞情形。
目 前 隨 意 網 路 所 使 用 的 都 是 全 方 位 天 線 ， 透 過 RTS/CTS 的交換來通知在 sender/receiver 附近的節點不要傳送封包，也就是同一時間之內只有一對節點可以做 傳送或是接收的動作，但是這樣的方式會使的空間使用率大大降低.，因此很多研究 人員提出了一些方法[1][21][22][23]來改進這樣的情形。其中[1]透過傳輸方向的特 性，讓同一時間可以有數對節點進行傳輸，有效的提升了網路流通(Throughput)。
控制功率(Power Control)[19][20][21]藉由降低傳輸功率的方式來縮小節點的覆蓋 範圍，當節點進行 RTS/CTS 封包交換時，受到影響的節點也相對變少，也提升了空 間使用率。然而，因為非對稱的因素，Poojary 在[19]提出當節點使用不同功率傳輸時，
傳輸功率較低的節點會受到傳輸功率較高節點的影響，而有碰撞的情形發生。PCM[20]
會在資料傳輸期間，週期性的增加傳輸功率到最大值，可以有效避免碰撞的發生。
PCMA[21]則是藉由忙碌通知頻道(busy tone channel)來避免碰撞，每一個接收節點 (Receiver)會週期性的在忙碌通知頻道送出一個訊號，用來通知其他節點傳輸時所能 使用的功率上限。不過，這樣的改善還是因為全方位天線本身的特性而有所限制。
使用方向性天線，是另外一種增加空間使用率的想法，因為方向性天線可以針對 某個固定的方向來接收或者是傳送，可以有效的減少不必要的干擾，提供比全方向性 天 線 遠 的 傳 輸 距 離 ， 以 及 電 力 的 節 省 。 數 種 適 用 於 方 向 性 天 線 的 MAC 協 定 [3][5][7][8][10][11][12][13][14][15]相繼被提出，在[3]所提出的協定中，要傳送方向性 RTS 或者是全方向性 RTS，是由鄰近區域是否有正在進行中的傳輸而決定，節點之間 的傳輸方向則是透過 GPS 的方式來得知。在[5][8]所提出的協定中，Sender/Receiver 可以透過 RTS/CTS 封包交換來得知彼此的方向，而 Sender/Receiver 的鄰居節點也可 以透過這一個資訊來避免干擾的發生。
控制功率與方向型天線兩種方法的共同特性都是可以增加空間的使用率，而缺點 是都會產生隱藏節點的問題並造成碰撞的發生，因此有研究學者把控制功率運用在方 向性天線上[2][6][7][9][16]， 得到非常好的流通提升。[7]提出了一個結合方向性天線 的分散式功率控制協定(DPC)，在這一個方法中，Receiver 會收集干擾資訊並且把資 訊回送給 Sender，然後 Sender 便可以使用這個參考資料來估計下次傳送所需的功率。
經由實驗結果，可以得知這樣的結合可以有效的提升網路流量。因此我們也希望設計 出一個在無線隨意網路環境下具有功率控制的方向性 MAC 協定。
1.2 研究方法
在我們的研究之中，D-MAC[3]中的第一個 Scheme 提供了非常高的空間使用率，
不過卻會造成一些碰撞的情形發生，因此第二個 Scheme 為了解決這樣的問題而被提 出。可是 D-MAC Scheme 2 無法在 Block 狀態下傳送 CTS 封包，因此降低了空間的 使用率。針對這個問題，我們提出了一個加強 D-MAC Scheme 2 的方法，叫做 F-DMAC。F-DMAC 讓節點的狀態處於 Block 時，也可以進行 CTS 封包的傳送，因
Deafness 的情形，因此我們先利用封包大小來做為傳送與否的判斷，當新連線的傳輸 時間比現在進行中的連線短時，代表新連線不會發生 Deafness 情形;反之，新連線的 時間比較長時，可能會有 Deafness 的情形發生。我們使用 Fragmentation 的方式來切割 封包，然後 Receiver 再使用 DTS 來通知舊連線相關的 NAV 資訊，如此便可以避免碰 撞的情形發生。我們也發現 D-MAC Scheme 2 在傳輸方向性 RTS 封包時，也會有相同 的 Deafness 問題發生，而之前所提的 Fragmentation 也可以用來解決這樣的問題，不同 的是 DTS 是由 Sender 來送出。
控制方向性天線的傳輸功率也可以增加空間使用率[9]，因此我們把提出的 F-DMAC 加以改進之後，提出了另一個叫做 PCF-DMAC 的方法。在這一個方法中我們延 續了 F-DMAC 的機制，並以控制傳輸功率的方式來控制封包的傳送距離，藉以避免封 包碰撞的情形。使用 J-Sim 模擬實驗後，F-DMAC 在 Multi-hop、Mesh 的環境下，網 路輸出都表現的比 IEEE 802.11 以及 D-MAC Scheme 2 平均好 19%左右，而 PCF-DMAC 在 Multi-pair 的情況下則比 IEEE 802.11、D-MAC Scheme 2 以及 F-DMAC 平均好 20%
左右。
1.3 論文架構
本論文共分為五個章節，除了第一章緒論外，論文架構與內容概要如下：第二章 將說明IEEE 802.11的基本運作方式以及Hidden and Exposed Node的問題。對於現有的 全方性天線MAC以及方向性天線MAC做一些分析；第三章是本論文的主題，此章將 詳細介紹我們所提出的第一個方法，從控制封包的傳送方式、控制封包的格式、鄰居 節點的方向取得，到整個存取控制的流程都會做詳細的解說；第四章會介紹我們提出 的另外一個方法，說明如何結合功率控制與方向性天線；第五章則是透過模擬來分析 探討我們所提出的MAC協定；第六章則是我們的結論。