課程參與度之評估方式

1. 課程參與度之評估方式 • 上課時必須專心聽講，跟上進度，參與討論 • 扣分項目 • 玩線上遊戲一次扣1分 • 玩手機一次扣1分 • 睡覺一次扣1分 • 聊天一次扣1分 • 無法回答老師提出的問題一次扣1分 • 加分項目 • 主動回答老師的問題一次加2分 • 找出老師程式中的錯誤一次加1分 • 修正老師程式中的錯誤一次加4分

2. 無線通訊網路CH08 無線隨意網路電源管理協定 鄧姚文

3. 大綱 IEEE 802.11 電源管理 非同步式電源管理協定 半同步式電源管理協定 電力控制（Power Control）

4. 概述 • MANET • Mobile Ad hoc Network • 電源管理 Power Management • 進入睡眠模式以節省電力 • 電源控制 Power Control • 動態調整發送封包的電力

5. 概述 • 同步 Synchronous • 同時醒來、同時休眠 • 非同步 Asynchronous • 各做各的 • 半同步 Semi-Synchronous • Cluster 內同步 • Cluster 之間非同步

6. 8.2 IEEE 802.11 電源管理 • 醒著的工作站為處於睡眠模式的其他工作站暫存訊框 • 試著在那些工作站醒來之後進行資料傳輸 • 資料待傳指示通知訊息 ATIM • Announcement Traffic Indication Message • 告知彼此是否有待傳資料 • 處於睡眠模式的工作站會定時醒來，檢查是否有 ATIM

7. 8.2 IEEE 802.11 電源管理 • ATIM 期間 • ATIM Window • 工作站只在某段固定的時間內傳送 ATIM • 若有某個工作站為另一個工作站暫存訊框 • 在 ATIM Window 內送出 ATIM 通知對方 • IEEE 802.11 規定在 ATIM 時期，所有的工作站都必須保持清醒。 • 沒有資料需要傳輸的工作站會在 ATIM Window 結束後進入睡眠狀態 • 有需要資料傳輸的工作站會在 ATIM Window 結束後持續保持清醒，以便進行資料傳輸

8. 8.2 IEEE 802.11 電源管理

9. 8.2 IEEE 802.11 電源管理 • 獨立型基本服務組合 IBSS • Independent Basic Service Set • 網路中的任兩個工作站彼此都位於對方的通訊範圍內 • 分散式時間同步機制 TFS • Timing Synchronization Function • 每個工作站都會有一個獨立的內部計時器 • 工作站間彼此交換時間資訊 • 時間資訊（Timestamp）帶在 Beacon 訊框中 • 工作站收到 Beacon 訊框後就，比對自己當時的時間 • 內部計時器只會往後（未來的時間）調整，不會往前（過去的時間）調整 • Backoff避免 Beacon 碰撞

10. 彈性的時間同步機制 ATSP • ATSP • Adaptive Timing Synchronization Protocol • 時間比較快的工作站，發送 Beacon 的機會比較高

11. 彈性的時間同步機制 ATSP • 工作站 i • I(i) 間隔多久發一次 Beacon • C(i) 已經過了多少的 Beacon Interval • Imax：I(i) 的最大值

12. 彈性的時間同步機制 ATSP • 初始： • I(i)=Random(1, Imax) • C(i)=1 • 若 C(i) mod I(i)==0 則競爭發送 Beacon • 若收到 Beacon[timestamp] > Localtime(i) 則 • Localtime(i)=Beacon[timestamp] • If I(i)<Imax then I(i)++, C(i)=0 • Else If C(i)==Imax then I(i)--, C(i)=0 • C(i)++

13. 8.2 IEEE 802.11 電源管理 初始時間：S>T>U>V Imax=3 若 C(i) mod I(i) == 0，則發送 Beacon， i {S, T, U, V}

14. 8.3 非同步式電源管理協定 • 工作站之間不需要達到時間同步 • Neighbor Discovery • 即使任兩工作站間的清醒時間並沒有交集，仍然能夠在一定時間內發現彼此的存在 • 三種非同步式電源管理協定 • 絕大部分醒來（Dominating-awake-interval） • 定期完整醒來（Periodically-fully-awake-interval） • 以 Quorum 為基礎的（Quorum-based）協定

15. 8.3 非同步式電源管理協定 共通原則 • ATIM 期間允許多個 Beacon 訊框 • 避免不正確的鄰近工作站資訊，工作站儘可能發送 Beacon 訊框 • 根據鄰近工作站的 Beacon 估算該工作站的清醒模式 • 估算 Beacon 發送者大約什麼時間會定期醒來 • 送暫存訊框給他 • 每一個 Beacon 間隔切割成三個期間（Window） • Active Window: 清醒期間 Receiver powered on • Beacon Window: beacon transmission • MTIM Window: Similar to ATIM frames

16. Window透過窗，只能看到片段

17. 8.3 非同步式電源管理協定 Dominating-Awake-Interval • 要求每一個工作站都必須在足夠長的時間內保持清醒 • 確保相鄰的工作站彼此之間有機會可以發現對方的存在 • 工作站在每一個 Beacon Interval 內至少有一半以上的時間保持清醒 • 確保任一工作站的 Beacon Window 會和鄰近工作站的 Active Window 有交集

18. 8.3 非同步式電源管理協定 Dominating-Awake-Interval • 確保相鄰的工作站彼此之間有機會可以發現對方的存在 • AW: Active Window • BI: Beacon Interval • BW: Beacon Window Length • 保證任兩工作站的清醒期間會有交集 • 不保證任一工作站的 Beacon 發送期間會和相鄰工作站的清醒期間有所交集

19. 8.3 非同步式電源管理協定Dominating-Awake-Interval Beacon Window 在 Beacon Interval 的開頭

20. 8.3 非同步式電源管理協定Dominating-Awake-Interval

21. 8.3 非同步式電源管理協定Dominating-Awake-Interval • Dominating-awake-interval 電源管理協定並不是一個很省電的方案 • 至少一半時間清醒

22. 8.3 非同步式電源管理協定Periodically-Fully-Awake-Interval • Beacon 間隔分成兩種類型 • 省電的（Low-Power）Beacon 間隔 • 以一個清醒期間為開始 • AW=BW+MW • 用來知會鄰居 • 完整清醒的（Fully-Awake）Beacon 間隔 • AW=BI • 每 N 個Beacon 間隔出現一次 • 其他都是 Low-Power BeaconInterval • 用來發現鄰居的存在

23. 8.3 非同步式電源管理協定Periodically-Fully-Awake-Interval

24. 8.3 非同步式電源管理協定Periodically-Fully-Awake-Interval • 優點 • 若N>2，比 Dominating-Awake-Interval 省電 • 缺點 • 發現鄰居的速度比較慢

25. 8.3 非同步式電源管理協定Quorum-Based • 一個 Quorum 是一個實體集合 • 當某個體想從事某特定的關鍵行為時，必須先從該實體集合中獲得允許。 • 任意兩個 Quorum 集合，彼此之間必定有交集 • 應用於分散式作業系統

26. 8.3 非同步式電源管理協定Quorum-Based • 每連續 m2 個 Beacon 間隔視為一個群組稱為 Quorum • 全部的工作站都知道 m 值的大小 • 每一個群組先排列（Row）再排欄（Column），排列成一個二維的 (m×m) 陣列 • 每一個工作站任選一列和一欄，選中的這 2m-1 個 Beacon 間隔，稱為 Quorum 時間間隔 • 其餘的 m2 -2m+1 個 Beacon 間隔，稱為 non-Quorum 時間間隔

27. 8.3 非同步式電源管理協定Quorum-Based

28. 8.3 非同步式電源管理協定Quorum-Based • Quorum Interval • Quorum 時間間隔以一個 Beacon 發送期間開始，後面緊接著一個 MTIM 期間 • AW=BI • Non-Quorum Interval • Non-Quorum 時間間隔以一個 MTIM 期間開始，在 MTIM 期間結束後，如果沒有封包要傳送或接收，工作站便可以進入睡眠模式 • AW=MW。

29. 8.3 非同步式電源管理協定Quorum-Based • 優點 • 工作站競爭發送 Beacon 的頻率大幅降低 • 只有在 Quorum 時間間隔才競爭發送 Beacon • 不是每個 Beacon 間隔都會參與競爭 • 缺點 • 無法迅速發現鄰近工作站的存在

30. 8.4 半同步式電源管理協定Semi-Synchronous • 鄰近的工作站組成一個 Cluster • 具有充足電力和最快的內部計時器的工作站將會成為叢集首（Cluster head） • 叢集首到叢集成員只相距一跳躍（hop），因此對叢集首而言，要做到同步化該叢集內的所有成員的時間並不困難。

31. 8.4 半同步式電源管理協定Semi-Synchronous • 一個 Beacon 間隔可能含有四種期間 • 清醒期間（Active Window） • 無線電收發器保持開啟 • 同步期間（Synchronous Window） • 叢集首發送 Beacon 訊框 • Beacon 發送期間（Beacon Window） • 讓叢集成員競爭發送 Beacon 訊框 • MTIM 期間（MTIM Window） • 讓工作站發送 MTIM 訊框

32. 8.4 半同步式電源管理協定Semi-Synchronous • Round 回合 • 每一個回合剛開始的時候，工作站決定自己在該回合是否須擔任看守者 Watcher • 看守者採取非同步式電源管理協定 • Quorum • Periodically-Fully-Awake-Interval • 非看守者採取同步式電源管理協定

33. 8.4 半同步式電源管理協定Semi-Synchronous

34. 8.4 半同步式電源管理協定Semi-Synchronous • SNR-Probability-Based • 鬆散組成 Loosely-Coupled • 叢集首不維護整個叢集的架構 • 每一個工作站主動計算一個機率，判斷自己是否在該回合必須擔任看守者 • Location-Based • 緊密組成 Tightly-Coupled • 叢集首掌握每一個叢集成員的所在位置資訊 • 叢集首在每一個回合以 Greedy 演算法指派 k 個叢集成員擔任看守者

35. 8.5 電力控制（Power Control） • 調整傳送訊號時使用的功率大小 • 省電 • 提高無線電頻道的使用率

36. 8.5.1 BASIC 協定 • RTS 和 CTS • 使用最大的電力傳送 • DATA 和 ACK • 傳送到目的工作站所需的最小電力 • 藉由 RTS-CTS 交換程序，推測傳送 DATA 和 ACK 所需電力

37. 8.5.1 BASIC 協定 • 缺點 • 增加碰撞 Increasing collision • 降低網路吞吐量 Degrades network throughput • 在 BASIC 協定中，由於工作站會以最大電力 p max 傳送 RTS 或 CTS 訊框，將可能會導致和目前正在傳輸中的 DATA-ACK 發生碰撞，進而導致同樣的封包必需重新發送。

38. 8.5.1 BASIC 協定 • 傳輸範圍 • Transmission Range • It can receiver and correctly decode packet from sender node • 載波偵測範圍 • Carrier Sensing Range • 載波偵測區域 • Carrier Sensing Zone • It can sense the signal but cannot decode it correctly • 參考 DCF pp. 3-7; NAV pp. 3-10

39. EIFS=SIFS+DIFS

41. 8.5 電力控制（Power Control） • 8.5.2 定期脈衝調整的電力控制協定 • RTS, CTS：最大功率 • 載波偵測區域內：NAV=EIFS • ACK: P desired • DATA: 定期從 P desired 提昇到 P max • 每隔一個 EIFS 調整一次

42. 8.5.2 定期脈衝調整的電力控制協定

43. 8.5.3 利用忙碌訊息的電力控制協定 透過 RTS-CTS 交換程序可以推測出兩工作站之間的相對距離， 利用距離資訊決定傳送 DATA 所需的最小電力 Data Channel Control Channel: RTS, CTS Transmit Busy Tone: BT t Receive Busy Tone: BT r

44. 8.5.3 利用忙碌訊息的電力控制協定 DATA 訊框和 BT t 會使用電力控制機制去調整發送所需電力 CTS 訊框和 BT r 將使用最大的電力去發送 傳送 RTS 訊框所需的電力大小，將根據該工作站所偵測到周圍的 BT r 的強度大小而做適當的調整

45. 8.5.3 利用忙碌訊息的電力控制協定