WiTDM无线网桥技术.doc

技术说明
WiTDM® vs.传统802.11

WiTDM®是一种时分多址(TDMA)的通信技术, 适用於户外长距离一对多设备的传输协议. 有别於传统802.11 CSMA/CA, WiTDM的传输效率最高可为CSMA/CA 802.11 的150%。 在户外环境的应用中, WiTDM®不会有802. 11常遇到的隐藏节点(Hidden Node)的问题, 网路总体带宽并不会因為隐藏节点而严重降低. 在802.11网路中,远端的传输设备因為传输品质差,佔用更多的时间资源, 所以会因此严重影响其他的传输设备, 而WiTDM®并不存在这种远近效应（NEAR-FAR）问题.

一. 网路与协议架构 Network and agreement construction

基站 (BS) 对每个用户终端（CPE）的通讯传输分為上行(US) 与 下行(DS) 两个方向. 以每10ms為一单位, 在10ms的时间间隙内, 分為 上行、下行与Gard Time三种时间段（见下图）. 而Gard Time是為了保证在长距离40km的情况下, 通讯的双方不会因為传输延迟而导致彼此的碰撞.

二. 传输效率 Transmission efficiency

WiTDM®在单位时间间隙内使用的是猝发（bursting）的数据发送方式, 每个数据包 的时间间隔仅9~10us, 不需要等待对方的确认信息（ACK）, 也不需要再做随机退避（random backoff）,而传统802.11每个数据包之间的间隔时间需要200~300us，因此WiTDM®的传输效率比传统的WiFi要高出狠多. 不过虽然WiTDM®不需要等待对方的确认信息, 但WiTDM®依然有选择性重传协议（ARQ）的设计, 也就是接收方如果出现数据丢失, 发送方会依据需要, 重新发送接收方没接收到的数据, 而这些重传协议的信息交换是夹杂在双方发送的数据包内, 没有因此而佔用很多频宽. 同时WiTDM®亦有针对远距传输所设计的auto rate control, 会依发送方与接收方间的距离与环境情况决定出最佳的正交频分复用（OFDM）调变方式. 经实测, WiTDM®在真实的数据传输中, 虽然包含了以上提到的各种通信消费（Overhead）, 但是仍然比传统的802.11要高出最多50%的效能.

三. 长距离与非视距状况下的应用
传统802.11在点对点之间进行数据传输时，因为基站需要等待对方ACK(确认信息)之后才会传输后续数据。当基站与终端距离过远（约40km）时，ACK会因为传输时间太长而超过基站的等待时间，基站会判定终端未收到数据包而再次发送重复的数据，从而使传输质量因距离延伸而明显下降。另外，在非视距的状况下应用，即当两点之间存在如建筑、高山、森林等各类障碍物时，会大大影响甚至阻断数据的传输。从而限制了应用环境，也给设备的安装带来了很大困难。
而WiTDM在长距离和非视距情况的应用上和传统WiFi相比有些非常明显的优点。经过实测数据表明，WiTDM在有效传输范围以内，当传输环境为视距（LOS）或者接近视距(Near LOS)时延距离方向上带宽的质量相对保持稳定（约40Mbps）。当环境为完全的非视距(None LOS)时，传输效率也远比传统WiFi要高出许多。测试的详细数据见下表。

四. 隐藏节点问题 Problem of Hidden Node

传统802.11是基於CSMA/CA的机制, 也就是每个设备在传输资料之前会先侦测是否有设备在发送资料, 如果有的话它会先做随机退避（random backoff）, 然后再尝试发送资料, 这样可相当程度地避免彼此的碰撞. 但在户外使用的情况下, 用户终端（CPE）通常是使用方向性天线对向基站（BS）, 加上距离的因素, 导致各个用户终端之间并不能彼此侦测到对方在发送资料. 如下图, 当终端1在发送资料时, 终端5完全查觉不到, 而这时如果终端5也要发送资料时, 它会因為认為没有设备在发送资料而直接把资料发送出去给基站, 当到达基站时便会与终端1送出的资料产生碰撞, 也就是基站所收到的将会是无效的资料, 导致两个用户终端都必需再重新发送重传资料. 依据实际操作中的经验, 当网路中超过八个设备时, 隐藏节点的问题将使整体的网路频宽减少至少50%.

然而当使用WiTDM®时, 由於每个用户终端的传送时间都是预先安排好了,并不存在两个终端在同一时间发送资料的情况, 因此在网路有多个设备时, 整体的网路频宽并不会因為隐藏节点的问题而减少, 能充份而有效的利用无线网路资源.

五. 远近效应问题 Problem of NEAR-FAR
传统的802.11是基於CSMA/CA的机制, 也就是网路的资源由每个设备自由竞争, 理论上每个设备所能得到发送资料的权利是均等的. 但每个设备的环境条件并不相同, 发送时所用的OFDM调变也不相同, 这意味着发送同样长度的数据包, 距离远的设备因為使用低速的调变, 甚至重传的机率也高, 所以将使用更多的网路资源, 这会导致距离近之设备的效能会受距离远的设备所严重影响.也就是我们通常所说的“远近效应”。

而WiTDM®因為是平均分配每个设备所传输的时间, 所以距离远的设备在传送资料时并不会佔用到其他设备的传输时间. 也就是每个设备都能得到保证的传输时间. 因此就不会出现传统802.11的“远近效应”问题.