無線區域網路 (WLAN: Wireless Local Area Network)的規範中以 IEEE 802.11 最為普遍,802.11 中制定 physical layer 和 MAC layer (Medium Access Control)協定,從 1999 年提出的 802.11b 和 802.11a 到近年的 802.11y,802.11 系 列中定義了多個傳輸頻道,如 802.11b 定義在 2.4GHz ISM 頻帶,總共有 11 個頻 道,每個頻道有 22MHz 的頻寬,802.11a 則使用 5GHz 的頻帶並有 13 個頻道 (有 些國家則是 12 或是 14 個頻道),若是頻道可以獨自的傳送資料而不影響彼此的 傳送,這些頻道被稱做為”orthogonal channel”或者是“independent channel”,封包 即可以傳輸在不同的 orthogonal channel 上並且不受彼此的干擾;大多數的無線 網路標準包含了多個 orthogonal channel,在 802.11b 中包含了 11 個頻道,其中 有 3 個為 orthogonal channel,分別為 ch1、ch6、ch11,802.11a 則全為 orthogonal channel;802.11 DCF (Distributed Coordination Function)為一個常用的分散式協調 功能,主要探討單一頻道時節點如何取得頻道的使用權,因此 802.11 定義許多 的頻道,卻沒辦法有效發揮 multi-channel 的優點,圖(1-1a)為典型的 multi-channel 範例,節點 A 和節點 C 分別有資料要傳送給節點 B 和節點 D,在單一頻道環境 節點 A 和節點 C 會干擾對方的傳輸,為了成功傳送封包,則必須要將節點 A 節 點 C 有先後順序的傳送;相對的,圖(1-1b)在 multi-channel 環境下,節點 C 和節 點 D 可以切換到另一個頻道傳輸而節點 A 和節點 B 則可以留在原本的頻道。我 們主要研究一個分散式的媒介存取方式 (MAC)來運用 multi-channel 的優點,以 增加網路整體的吞吐量 (network aggregate throughput)。
圖 1-1 Multi-channel property
在許多探討 multi-channel MAC 的文獻中,常見的議題有兩個: 型網路 (network partitions),是這類多通道研究需要特別注意的議題。
2.) 選擇傳送頻道 (transmission channel selection):
當一個節點成功傳送 control packet 給接收端時,下個動作就是要決定傳送 封包的頻道;兩個以上的傳送端同時傳送在同一個頻道,則有可能發生碰撞 (collision),大部分的無線網路介面卡 (NIC: Network Interface Card)為半雙工 (half-duplex),在傳送封包時沒辦法偵測封包是否遭受到碰撞,傳送端必須等待 來自接收端的回應才能判斷封包是否傳送成功;在 multi-channel 環境下,則可以 允許多個傳輸同時進行在不同的頻道中,因此在多頻道環境中,傳送頻道的選擇 方式會直接影響到整體網路的效能。
另一個多通道環境常見的問題為: multi-channel hidden terminal problem,
DCF 利用 virtual carrier sensing 來防止 hidden terminal problem,而在 multi-channel 的環境下,因為節點可能因切換頻道而無法持續監控原頻道,有可能 virtual carrier sensing 並沒辦法成功通知該節點,結果 hidden terminal problem 依舊會發生;一 個簡單的做法是當節點切換使用頻道時,必須先等待一個最大封包長度傳輸時間 (transmission time of maximum-size packet)才能進行媒介競爭,如此一來 hidden terminal problem 將可被適當防止。
不同於以往的文獻中假設收發器切換接收頻道的時間 (switching delay)可以 被忽略,在文獻 [7]中提到,隨著頻道切換系統所需要花費的時間在數個毫秒 (millisecond),相對於封包傳輸時間 (亦可能數毫秒),switching delay 影響效能顯 著;在本篇論文中,我們提出了一個 partition-proof multi-channel scheduling (MCS) 演算法,可以保證網路的連結性;在 MCS 考慮的環境中,switching latency 是個 不可被忽略的要素,其中 switching latency 包含了切換頻道後所等待的最大封包 長度的傳輸時間,以及系統切換頻道的時間 (processing time),並且,MCS 針對 各個頻道的使用程度 (channel load)來分配傳輸對 (transmission pair)所在的頻 道,讓 CSMA/CA 可以保持較好的效能。
本 篇 論 文 剩 餘 的 部 份 則 為 : 第 二 章 節 介 紹 已 被 提 出 的 multi-channel protocols,並簡單敘述運作過程和特性;第三章節說明有關於 random sequence 的代數特性,並且於第四章節詳細說明有關於 MCS 的運作過程和原理;第五章 節為模擬驗證結果,最後為第六章的未來展望和第七章的總結。