本章主要闡述本論文的重心:IEEE 802.11。分別描述 MAC 層的運作 機制、網路使用模式與實體層的頻道規範,並將使用IEEE 802.11 所必然 面對的傳輸問題加以說明,且描述 RTS/CTS 淨空程序的機制與作用,以 深入淺出的方式,提供概要性的背景知識。[15, 16] (註:RTS: Request to Send, CTS: Clean-to-Send)
2.1 MAC 層的運作機制
802.11 屬於 IEEE 802 的成員之一,如下圖所示,而 IEEE 802 主要規 範OSI 模型最底下的兩層:實體層(PHY Layer)、資料鏈路層(Data Link Layer)。只要是 802 系列的網路,必然具備上述兩種元件,其中 MAC 用以決定如何存取媒介與傳送資料的規則,至於傳送與接收的細節,則交 由PHY 負責處理。
圖2-1:IEEE 802.11 家族,以及與 OSI 模型的關係
802.11 規格的關鍵在於媒介存取控制層(MAC),MAC 層位於實體 層之上,控制資料的傳輸,負責核心的訊框封裝作業(core framing operation),以及與相連接的骨幹網路作必要的互動。至於實體層(PHY),
則可能提供不同的傳輸速度,不過實體層之間必須能交互作用。
相較於與 Ethernet 有關的 802.3,802.3 是載波偵測多重存取/碰撞偵 測 ( carrier sense multiple access network with collision detection;
CSMA/CD),802.11 同樣採用載波偵測多重存取(carrier sense multiple access; CSMA)機制來控制傳輸媒介的存取,不過由於底層媒介的不同,
802.11 無法達到碰撞偵測的要求,為了避免封包碰撞(collision)浪費了 寶貴的傳輸資源,因此 802.11 轉而使用載波偵測多重存取/碰撞避免
( carrier sense multiple access network with collision avoidance;
CSMA/CA)。然而和 Ethernet 一樣,802.11 採用的是不具中樞控制功能 的分散式存取機制,因而每部 802.11 工作站存取媒介的方式都一樣,主 要差異只在於所使用的底層媒介不同而已。
2.2 使用模式與頻道規範
使用模式:
IEEE 802.11 提供了兩種使用模式:(1)ad-hoc mode、(2)infrastructure mode。
(1)ad-hoc mode:
使用這種模式建立的網路,通常是因應各種特殊的需求所建立的特設 網路(ad-hoc network),由於此網路的點對點性質(peer-to-peer),又 稱點對點網路,具有便利性與可移動性,不像 infrastructure network,必 須架設基礎設備,就能提供工作站之間的傳輸。(註:ad-hoc 係拉丁文,
原意是「特別的」、「針對特殊情形的」。)
(2)infrastructure mode:
使用這種模式建立的網路,必須使用基地台(access point; AP)負責 傳輸範圍內的所有工作站通訊行為,通訊行為包括兩個步驟,首先由起始 對話的工作站將訊框傳遞給基地台,然後再由基地台將此訊框傳送到目的 工作站,意味著所有的通訊都必須透過基地台運作。
平時使用的無線網路即是使用這個模式,來與 Ethernet 作連結,透過 基地台,可以作異類的網路連接,並且協助工作站節省電力,甚至是更進 一步的網路服務。最常見的例子即是速食店、學校、醫院、機場、飯店提 供 的 無 線 上 網 , 甚 至 最 近 台 北 提 出 的 無 線 城 市 , 皆 是 中 控 型 網 路
(infrastructure network)的典型例子。
圖2-2:MAC 協調功能
延續上一節所提到的 CSMA/CA 機制,此機制是由分散是協調機制
(distributed coordination function; DCF)所控管,如果需要用到免競爭服 務(contention-free service),則可透過架構於 DCF 之上的中樞協調功能
(point coordination function; PCF)來控管,而此服務只提供中控型網路
(infrastructure network)協助校調相關功能。
而本論文採用的是 ad-hoc mode,針對交通路網中,方格狀的架構限 制,建立一個大型的點對點網路(ad-hoc network),來滿足代理人的通 訊需求。就網路協調機制而言,使用的是DCF。
頻道規範: 2.4835 GHz,日本還額外的使用2.471 GHz ~ 2.497 GHz,法國允許的運作 頻道為2.4465 GHz ~ 2.4835 GHz,西班牙為2.445 GHz ~ 2.475 GHz,雖然 各個管理組織與國家訂定的頻率範圍(frequency range)不盡相同,但各個 頻道的中央頻率(The channel center frequencies)則是相同的,因此美國與 台灣使用的頻道為1~11,日本為1~14,西班牙為10~11,法國為10~13。