1.緒論
近年來，無線寬頻網路存取技術的需求已日漸茁壯，越來越多的使用者藉由這項技 術進行高效率的無線訊號傳輸，因其擁有傳統定點寬頻的高傳輸率並具有任意移動的高 行動性與方便性。其中，WiMAX (Worldwide Interoperability of Microwave Access，全球 互通微波存取) 適用於無線都會型區域網路 (Wireless MAN)，不但具有高傳輸速率、訊 號涵蓋範圍廣、支援行動通訊、提供不同網路頻寬需求 (Quality of Service；QoS) 服務 等特性，並彌補傳統網路最後一哩 (Last mile) 的不足，是近來各國極力發展的一項新 興無線寬頻存取技術。
WiMAX 是 IEEE 802.16 工作小組針對無線都會網路進行規畫的一套標準。其發展 大致可分為五個階段：(1) IEEE 802.16，這是最早的 802.16 標準，於 2001 年 12 月提 出。主要著重在點對多點的直視性(Line of Sight，簡稱：LOS)傳輸，使用 10GHz~66GHz 頻段。(2) IEEE 802.16a，這是針對 IEEE 802.16 標準的修訂版，於 2003 年 1 月提出。
主 要 增 加 非 直 視 性 (None Line of Sight ， 簡 稱 ： NLOS) 傳 輸 並 將 可 用 頻 段 調 整 為 2GHz~11GHz。其中使用了正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，
簡稱：OFDM)技術與正交分頻多重存取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，
簡稱：OFDMA)技術，可以抵抗無線傳輸多重路徑衰減的問題。(3) IEEE 802.16-2004 (以下簡稱 IEEE 802.16d) ，這是 IEEE 802.16 與 IEEE 802.16a 以及 IEEE 802.16c 整合的 版本，在 2004 年 6 月提出，並成為未來固接式通訊裝置所應遵循的規格，一般稱為「固 定式 WiMAX」 (Fixed WiMAX) 。(4) IEEE 802.16e-2005 (以下簡稱 IEEE 802.16e) ， 這是 IEEE 802.16-2004 的增訂版，在 2005 年 12 月提出，主要針對原本固接式網路的基 礎 上 增 加 行 動 性 的 支 援 ， 一 般 稱 為 「 行 動 式 WiMAX 」 (Mobile WiMAX) 。 (5) IEEE 802.16-2009，在 2009 年 5 月發布，這份標準整合了 IEEE 802.16d、IEEE 802.16e、
IEEE 802.16f、IEEE 802.16g 等規格，算是目前為止 WiMAX 最新最完整的文件。除了 上述的正式規格之外，在 2009 年 6 月也發表了 IEEE 802.16j-2009 (以下簡稱 IEEE
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802.16j)，主要是為了降低設備價格、鋪設速度以及基地台收購的成本並且提供行動多 段轉傳 (Mobile Multi-hop Relay，簡稱：MMR)功能。此外目前尚有針對支援更高傳輸 速率並致力符合 4G 標準的 IEEE 802.16m 標準草案正在進行中。
前面提到，為了提升基地台覆蓋範圍以及強化資料傳輸率，MMR 的概念產生了。
其在 2005 年 IEEE 大會中被提出討論，並於 2006 年 3 月正式定名為 IEEE 802.16j 並成 立 802.16j Task Group，在緊鑼密鼓的會議討論之下第一份標準草案於 2008 年 8 月出爐，
而正式的規格已於 2009 年 6 月完成。由於 IEEE 802.16j 是以 IEEE 802.16e 標準為基礎 而制定延伸的規格，所以也向下相容於舊有的 IEEE 802.16d 規格，其主要目的在於延伸 WiMAX 系統的系統覆蓋範圍，加強 WiMAX 網路系統傳輸速率，解決基地台架設限制、
骨幹網路 (Backhaul)昂貴的營運成本及新興地區有線寬頻網路不佳等環境限制問題。
IEEE 802.16j 標準中定義了一種新的設備：中繼台 (Relay Station)，藉由中繼台的 部屬來達成上述的目標。也因此原有的 WiMAX 媒體存取控制層 (Medium Access Control Layer，簡稱：MAC)及實體層 (Physical Layer，簡稱：PHY) 規範都需要做對應 的調整。在實體層必頇修改訊框(frame)結構以達到轉傳的目的；而在媒體存取控制層增 加了中繼台入網程序以及使中繼台與基地台同步並避免中繼台間相互干擾的機制；同時 為了提升系統服務效能，IEEE 802.16j 標準亦規範支援各種資料傳輸之路由管理機制、
混合式自動重送請求機制、中繼台群播機制及支援中繼台移動換手之機制等。
目前 WiMAX 的研究已經相當普遍，但尚未有支援 IEEE 802.16j 非穿透式網路並能 與真實世界的網路協定堆疊結合的網路模擬工具，因此無法導入真實網路流量並做效能 測量。為了提供一個良好的 WiMAX 網路模擬研究帄台，我們將在 NCTUns 網路模擬 器上開發 IEEE 802.16j 網路協定，讓對 IEEE 802.16j 非穿透式網路有興趣的研究者，可 以方便地使用模擬器進行更深入的研究與探討。
NCTUns 網路模擬器具有以下幾項特點：首先，模擬器使用真實世界的網路協定堆 疊能夠真實地將模擬結果呈現出來，其次，在模擬的網路拓樸上亦可執行真實世界的應 用程式來產生真實的封包及流量。另外，NCTUns 網路模擬器提供人性化的圖形操作介
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面 (GUI)並且整合模擬環境的設定功能及相關模組參數設定，增加了操作的便利性。再 加上由於 NCTUns 網路模擬器提供免費下載及開放程式碼架構，使用者可以很容易地在 模擬器上增加新的網路模組，或是修改既有的模組功能，對於研究方面有相當大的幫助。
基於這些特點，我們在 NCTUns 網路模擬器上開發 IEEE 802.16j 中控型非穿透式網路模 組來提供使用者進行各方面的研究。
以下為本篇論文的架構：在第二章裡，將簡單描述 IEEE 802.16 系列標準的相關背 景與 WiMAX 模擬帄台的文獻調查。第三章中，我們將分成媒體存取控制層與實體層兩 個部份，來介紹模組的設計與實作架構。第四章將進行模擬結果的驗證與效能評估。最 後，在第五、六章裡，我們將提出一些未來展望並總結本篇論文。
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