臺灣博碩士論文加值系統

無線網狀網路(Wireless Mesh Network, WMN)的應用相當熱門，而無線網狀網路是一種在網路節點間透過動態路由的方式來進行資料與控制指令的傳送，這種網路可以保持每一個節點之間的連線完整，當網路拓樸中有節點失效或無法服務時，這個架構允許使用多重躍點(Multi Hop)方式形成新的路由資訊後，將訊息送達至遠端目的地。
在無線網狀網路的低傳輸量應用方面，以短距離的方式建構無線網狀網路來達到擴大範圍目的，相對的為了擴大網狀網路可使用的範圍，單一節點的通訊距離與功率，取決於整個網狀網路的可使用範圍，隨著使用的節點數越多，成本也隨之提高，因此本研究提出一個長距離、高功率、低傳輸量的無線網狀網路，來減少大範圍無線網狀網路所需的節點數量，與路由資訊量的減少。
本研究建構一個自我組織的無線電通信網狀網路，具有自我組織(Self-Organization)，自我修復(Self-Repair)，以多重躍點(Mult-Hop)，可變功率(Variable Power)，群組化路徑(Group Routing)的功能，在通訊協定方面運用載波偵測多重存取(Carrier Sense Multiple Access, CSMA)、ALOHA、與分時多工(Time Division Multiple Access, TDMA)，來完成群組化網狀網路的封包傳遞規劃，而封包的傳遞必須經由加密保護不被竊取，所以每個封包在發送時使用，高級加密標準(Advanced Encryption Standard, AES)建立安全的通訊。由以上提出的功能建立一個可變功率(0.2W-2W)、超高頻433MHz(UHF)、長距離(預計單一節點最遠5公里)、低傳輸量(100Kbps)的無線網狀網路(Wireless Mesh Network, WMN)，而這個無線網狀網路使用群組化的方式來建構，節點數最多為255個節點，每個群組為1至10個節點所組成，每個群組內的節點依照所在的位置不同而改變角色，角色分為，協調者(Coordinator)、中心點(Center)、中繼器(Repeater)、節點(Node)。
在多節點(255以上)的網狀網路，要建立路由資訊，使用廣播的方式來交換路由會造成網路頻寬佔用且降低的情況，而微處理器(Microprocessor Control Unit, MCU)可使用的RAM以及ROM有限，所以本研究建構自我組織的無線電通訊網路，可以減少路由資訊量、減少封包的碰撞、有極佳的延展性、可多路徑傳遞封包，來改善多節點網狀網路的效益。

Wireless Mesh Networks the application of very hot, and is a wireless mesh network between nodes in the network through the dynamic routing approach to the delivery of data and control instructions, such networks can be maintained Connection between each node a complete, when the network topology in node failure or inability to service, this architecture allows the use of multi-hop and form the new routing information, the purpose of the message delivered to the remote Land.
In the wireless mesh network of low throughput applications, the way to construct a short distance wireless mesh networks to achieve the purpose of expanding the scope, the relative mesh network can be used to expand the scope of a single node communication distance and power , Depending on the mesh network can use the range, the number of nodes with the use of more cost will increase, therefore this study proposes a long distance, high-power, low-throughput wireless mesh network to Large-scale wireless mesh network to reduce the number of nodes required, and reduce the amount of routing information.
The construction of a self-organizing mesh network of radio communication, self-organization, self-healing, to multi-hop, variable power, group Group function, the use of agreements in the telecommunications carrier sense multiple access, ALOHA, and Time Division Multiple Access, TDMA, to complete the group Of the forwarding mesh network planning, and the transmission of packets to be protected by encryption is not stolen, so each packet is sent using the Advanced Encryption Standard to establish secure communications. Made from the above function to create a variable power (0.2W-2W), ultra high frequency 433MHz (UHF), Long (expected longest single node 5 km), low throughput (100Kbps) wireless mesh network, and this group of wireless mesh networks use a way to construct, the number of nodes up to 255 nodes, 1 to each group composed of 10 nodes, within each group The location of the node in accordance with change in different roles, divided, Coordinator, center, repeaters, node.
In the multi-node (255 or more) mesh network, to establish routing information, use the broadcast approach to exchange routing will result in lower network bandwidth occupation and the situation, and the Microprocessor Control Unit, MCU, can be used The RAM and ROM is limited, so the construction of self-organization of the radio communication network, can reduce the amount of routing information to reduce the packet collisions, have excellent scalability, multi-path transmission packets to improve the multi-node mesh network Benefits.

摘要 i
ABSTRACT iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
1. 緒論 1
1.1. 研究背景與動機 1
1.2. 研究方法與限制 1
1.3. 論文架構 3
2. 文獻探討 3
2.1. 無線網狀網路 3
2.2. ZigBee 4
2.2.1. ZigBee的設備 4
2.2.2. ZigBee的網路拓樸 5
2.2.3. ZigBee的特性 6
2.3. 網狀網路相關研究 8
2.3.1. 單頻道傳輸 8
2.3.2. 多頻道傳輸 9
2.3.3. 隱藏節點的問題 10
2.4. 無限多重存取 11
2.4.1. ALOHA 11
2.4.2. 時間分割多重存取 13
2.4.3. 載波偵測多重存取 14
2.4.4. 載波偵測多重存取/碰撞避免 15
2.4.5. 載波偵測多重存取/碰撞檢測 17
2.5. 路由的方式 19
2.5.1. 分層路由 20
2.5.2. 平面路由 21
2.5.3. 方位路由 24
2.6. 高級加密標準 24
2.6.1. 安全性 25
2.6.2. 成本 25
2.6.3. 演算法 26
2.6.4. 高級加密標準應用於8位元處理器 28
2.7. 循環冗餘校驗 30
2.8. 分貝 31
3. 無線網狀網路系統設計 31
3.1. 設計參數 32
3.1.1. 頻率 32
3.1.2. 功率、通訊距離、傳輸率 33
3.1.3. 封包格式 34
3.1.4. 通訊協定 35
3.1.5. 群組 36
3.2. 自我組織方法之設計 40
3.2.1. 自我組織方法定義 41
3.2.2. 尋找中心點 43
3.2.3. 改變功率 52
3.2.4. 建立群組 53
3.2.5. 節點遺失問題 54
3.2.6. 群組時間同步 56
3.2.7. 分時多工 57
3.2.8. 封包碰撞問題 62
3.2.9. 建立路由 64
3.2.10. 封包資料傳送 68
3.2.11. 完成自我組織 69
4. 系統評估與模擬 70
4.1. 減少路由資訊量 70
4.2. 群組化路徑問題 73
4.3. 路由表計算方式 74
4.4. 路由表的優勢 75
4.5. 路由資訊量總節 78
5. 結論與未來發展 78
參考文獻 79

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