Range1 環境下封包狀態分析

在本小節中將針對當 IEEE 802.11 與 IEEE 802.15.4 共存於在 Range1 情形下，

IEEE 802.11 對於 IEEE 802.15.4 的同頻干擾所造成之影響做詳細的分析。本研究 參考文獻[32]以及文獻[33]中，所描述 IEEE 802.11 與 IEEE 802.15.4 之狀態機，

首先我們使用 PRISM [34]狀態機模擬器，如圖 4-1 所示，基於 Range1 的環境中 分析 IEEE 802.11 對 IEEE 802.15.4 的影響，其相關參數設定則如表 4-1 所示。

兩者在協議方面之比較，WI-FI (IEEE 802.11)的資料傳輸型態較適合於大量 的資料傳輸。相對的，Zigbee (IEEE 802.15.4)則較適合低速率且長度較短的封包 傳送。因此我們在 PRISM 中讓 IEEE 802.11 送出長度均為 1500 byte (以 IEEE

802.11 協議為基準)的連續封包，並針對傳送 133 byte 長度之 IEEE 802.15.4 單一 封包做為分析之依據。在圖中所呈現之上圖為 IEEE 802.11 封包傳送結果，而下 圖為 IEEE 802.15.4 的傳送結果。

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表 4-1 Range1 模擬相關參數與配置 IEEE 802.15.4 IEEE 802.11b Packet Length (byte) 133 1500

4th Backoff ‧‧‧

‧‧‧ 5th Backoff DATA

ACK

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入下一個封包。當封包傳送完畢時會確認在 ACK time-out 之前是否有收到 ACK 訊息；若 ACK time-out 之後沒有收到訊息，則將回到 Backoff 程序並開始執行

Backoff，若收到 ACK 訊息表示此次封包為成功傳輸。

另一方面，以 IEEE 802.11 的流程而言，封包傳送開始前必須等待一段 DIFS 時間，若在等待期間通道是忙碌時，將會暫停倒數須等到通道淨空後，計數器將 等待 DIFS 時間後進入 Backoff 程序，在第 3.2.3 節中有提到 IEEE 802.11 與 IEEE

802.15.4 Backoff 程序是有所不同的； IEEE 802.15.4 backoff 延遲時間會一直倒 數至零後，則再執行 CCA 確認通道是否為淨空，且 IEEE 802.15.4 在 backoff 延 遲時間倒數期間將不會停止倒數。然而 IEEE 802.11 每個 backoff time unit 都會執 行 CCA，當裝置在 backoff 延遲時間偵測到通道已被佔用，backoff 延遲倒退則會 凍結在當前的 time unit，直到通道再度淨空，backoff 倒數計數器將恢復運作，繼 續接續倒數動作。然而 Backoff 後之流程皆與 IEEE 802.15.4 雷同，唯一差別則是 在 ACK time-out 之後沒有收到 ACK 訊息，則會回去重新等待一段 DIFS 時間，

再接著資料重傳程序。

從圖 4-2 中可以明顯發現，IEEE 802.11 與 IEEE 802.15.4 在封包傳送的流程 中，有兩個部分須要特別注意；第一部分是在通道偵測部分，如當 IEEE 802.11 與 IEEE 802.15.4 各以一個傳送節點分別傳送封包至其指定之目的端而言；在 Range1 的環境當中，因同頻干擾關係彼此將互為其競爭節點，因此，在通道偵測

37 IEEE 802.11 Backoff Num >

MAX

IEEE 802.11 Transmit

No

Yes If channel

busy

Backoff

Drop

IEEE 802.15.4 Packet Success IEEE 802.15.4

Transmit No

Yes

If channel busy?

Perform sensing

ACK Received Before Time-out?

No Yes

No

Yes IEEE 802.15.4

Backoff Num >

MAX

IEEE 802.15.4 ACK Time-out IEEE 802.11 ACK Time-out No

IEEE 802.15.4 channel busy

IEEE 802.11 channel busy

No

IEEE 802.11 Packet Success Yes

Yes IEEE 802.15.4

Initial

Clear Channel Assessment

圖 4-2、共存網路環境的流程圖

從共存網路環境的流程圖而言，當 IEEE 802.11 與 IEEE 802.15.4 封包同時傳 送出，IEEE 802.11 須等待一段 DIFS 時間(50μs)，而 IEEE 802.15.4 則需占用一個

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Slot Time CCA 的時間(320μs)，兩者間以時間長度而言相差達 6.4 倍；從表 4-1 中 可以發現 IEEE 802.11 與 IEEE 802.15.4 的 Slot Time 是以不同的時間長度為基礎，

IEEE 802.15.4 之 Slot Time 長度為 IEEE 802.11 之 16 倍，因此在其協定的傳輸機 制比較下，IEEE 802.11 因有較短的 DIFS，而擁有優先送出封包的優勢，而每當 IEEE 802.15.4 進行傳送前的空閒頻道評估(CCA)時，將會接收到正在傳送的 IEEE 802.11 封包，因而導致封包無法傳送而進入 Backoff 狀態；當 Backoff 次數達到 最大限制次數時，此一 IEEE 802.15.4 封包將會因此丟棄。所以若沒有適當的協 調機制，IEEE 802.15.4 的封包可以傳送成功的機率將微乎其微。