隨著無線網路的發展，無疑地帶給我們生活莫大的便利。另一方面，多媒體資料的盛行，服務品質 (QoS) 的需求也愈顯現其重要性。因此，在無線網路上提供 QoS，是一個相當值得研究的議題。 802.11 是目前部署最廣的無線區域網路，而 802.11e 工作小組的宗旨就是在 802.11 上支援 QoS。本篇論文提出了一個在 802.11e 環境下進一步強化 QoS 的方法，藉由不同 CBR-like / VBR-like 之資料分佈，動態地調適 競爭/免競爭 媒介存取方法的比例，並搭配對應之允入控制。其基本精神在於針對不同的資料性質，選擇較有利的傳輸方式，以用來降低 average delay。此外，我們也提出了一個機制，使得在降低 average delay 之餘，還能夠設法維持或改善系統的 total throughput。

As the development of wireless networks, no doubt it brings much more convenience to us. Besides, QoS (Quality of Service) demand emerges due to the popularity of multimedia traffic. Therefore, it is quite worthwhile to do researches about how to provide QoS in wireless networks. 802.11 wireless networks are the most widespread wireless networks currently, and the main goal of 802.11e task group is to support QoS. This thesis proposes a method for further improving QoS under 802.11e environment. According to varying ratio of CBR-like / VBR-like traffic, it adaptively adjusts the proportion of CP/CF medium access mode, and selects the corresponding admission control mechanism. The basic philosophy is to choose favorable transfer ways for different traffic characteristics, hence to reduce average delay. In addition to reduce average delay, we propose another mechanism to maintain or improve system throughput as well.

第一章 導論.........................................1
1.1 前言............................................1
1.2 研究動機........................................1
1.3 研究方法........................................3
1.4 論文架構........................................4

第二章 發展背景與相關研究...........................5
2.1 QoS 背景知識....................................5
2.1.1 QoS 簡介......................................5
2.1.2 QoS 需求之爭議性..............................5
2.1.3 QoS 之衡量標準................................5
2.1.4 支援 QoS 之研究...............................6
2.1.4.1 從網路架構來分類............................7
2.1.4.2 從網路層級 ＜－＞ 協定來分類................8
2.1.4.3 QoS 研究小結...............................12
2.2 802.11 WLAN 對 QoS 支援的演進歷程..............13
2.2.1 802.11 WLAN 基礎知識.........................13
2.2.1.1 802.11 WLAN 相關名詞與概念.................13
2.2.1.2 網路類型...................................14
2.2.1.3 頻道存取機制...............................14
2.2.1.4 MAC 存取時機...............................15
2.2.1.5 MAC frame 格式.............................18
2.2.2 原來標準之 802.11 WLAN MAC...................19
2.2.2.1 DCF － 未支援 QoS..........................19
2.2.2.2 PCF － 支援有限的 QoS......................24
2.2.3 標準 802.11 WLAN 的相關數學分析..............26
2.2.4 802.11 WLAN 對 QoS 支援的努力................27
2.2.4.1 在競爭式存取 DCF 模式下....................27
2.2.4.2 在中控式存取 PCF 模式下....................33
2.2.4.3 動態調整 PCF / DCF 比例....................34
2.2.4.4 以 802.11 WLAN 上 QoS 發展的
Survey Papers 來分類.......................35
2.2.4.5 另外一些改進 QoS 的方法....................41
2.3 IEEE 802.11 任務小組 E －
提升 802.11 WLAN 之 QoS........................42
2.3.1 802.11e 基礎知識.............................42
2.3.1.1 相關名詞與概念.............................42
2.3.1.2 訊框格式...................................46
2.3.2 802.11e QoS MAC 之機制.......................47
2.3.2.1 競爭式存取 802.11e EDCA....................47
2.3.2.2 競爭式 / 中控式存取 802.11e HCCA...........50
2.3.2.3 802.11e EDCA 和 HCCA 小結..................54
2.3.2.4 其餘 802.11e MAC 對 QoS 的改進.............55
2.3.3 802.11e EDCA (EDCF) 的相關數學分析...........56
2.3.4 有關 802.11e 之效能評比......................56
2.3.4.1 在 802.11e EDCA (EDCF) 模式下..............56
2.3.4.2 在 802.11e EDCA 和 HCCA (HCF) 模式下.......57
2.3.5 在 802.11e EDCA (EDCF) 中提升 QoS............57
2.3.5.1 動態調整 AC 參數或改進 backoff 機制........57
2.3.5.2 有關 admission control 的研究..............58
2.3.5.3 其餘對 802.11e EDCA (EDCF)
改進 QoS 的研究............................58
2.3.6 在 802.11e HCCA (HCF) 中提升 QoS
(請參見 2.4).................................59
2.4 在 802.11e HCCA (HCF) 中提升 QoS...............59
2.4.1 對 802.11e HCCA (HCF) example scheduler
的改進.......................................59
2.4.2 對 802.11e HCCA (HCF) 傳輸 VBR 的改進........61
2.4.3 在 802.11e HCF 中動態調整 traffic flows
於EDCA 或 HCCA 模式下傳送....................62
2.4.4 其餘對 802.11e HCCA (HCF) 的改進.............64

第三章 強化在 802.11e HCF 下對 QoS 之支援
AT-HCF (Adaptively Tunalble HCF)............66
3.1 AT-HCF 的調整對象..............................66
3.2 延伸原有 802.11e 之 beacon format
以支援 AT-HCF..................................67
3.3 AT-HCF 細部方法................................69
3.3.1 AT-HCF 所需仰賴的 Estimators.................69
3.3.2 AT-HCF 之 admission control 機制.............73
3.3.3 階段一： 根據 CBR-like / VBR-like 比例
調整 CAPLimit................................74
3.3.3.1 CAPLimit 參數之可調變範圍..................74
3.3.3.2 計算這次 beacon 分配之 CAPLimit 參數.......76
3.3.3.3 何時進入階段二 / 何時返回階段一............77
3.3.3.4 階段一之流程圖.............................79
3.3.4 階段二： 根據 Total Throughput 比例
微調 CAPLimit................................81
3.3.4.1 微調刻度 (Finetune Scale)..................81
3.3.4.2 如何決定微調方向...........................83
3.3.4.3 計算微調之 CAPLimit........................84
3.3.4.4 階段二之流程圖.............................85
3.4 AT-HCF 小結....................................87

第四章 模擬與分析..................................97
4.1 模擬環境與參數.................................97
4.2 模擬結果與分析................................100
4.2.1 在固定之 VBR-like flows 下變動傳輸的 CBR-like flows
以改變 CBR-like / VBR-like 比例.............100
4.2.2 在固定之 CBR-like flows 下變動傳輸的 VBR-like flows
以改變 CBR-like / VBR-like 比例.............106
4.2.3 考慮 Background Traffic 加入................111
4.2.4 階段二嘗試以 Jitter 來微調 CAPLimit.........113

第五章 結論.......................................115

參考文獻 (Reference)..............................116

[1] IEEE 802.11 WG, Reference number ISO/IEC 8802-11: 1999
(E) IEEE Std 802.11, 1999 edition. International
Standard for Information technology –
Telecommunications and information exchange between
systems - Local and metropolitan area networks -
Specific requirements – “Part 11: Wireless LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
specifications,” 1999.
[2] Matthew S. Gast, “802.11 Wireless Networks: The
Definitive Guide,” Published by O’Reilly &
Associates, Inc., 2003
[3] Jos