隨著IEEE 802.11(WiFi)的大量建置，使用WiFi 上網的使用者逐年增加，使用者使用網路的情況也由固定式網路，改變為使用手持式系統運用無線網路來擷取資訊。其中，最受人注目的就是即時影像服務與VoIP。對於即時服務的應用程式而言，最重要的就是網路延遲率，IEEE 802.11家族，為了能夠支援在高速的移動率下，仍然能夠提供無縫式換手，訂定了IEEE 802.11r protocol，IEEE 802.11r 定義了新的金鑰架構，利用事先註冊金鑰的方式，將註冊程序提前到re-association 之前，讓換手時間大幅降低，同時，為了避免金鑰因為預先註冊而有被盜用的危險，IEEE 802.11r 使用了IEEE 802.11i 對於金鑰有更嚴格的產生方式，用來作安全的金鑰交換。
由於IEEE 802.11r 中預設所有基地台都會有身份認證的金鑰，雖然因此降低了換手的時間，但無形中也增加了在網路上的認證資訊，在本論文中，提出基於IEEE 802.11r 的架構下，對數個基地台做預先註冊的程序避免因為安全認證資訊增加了網路的負擔。論文中，先將基地台分為四個區域(前、後、左、右)。接著，利用移動使用者在速度越快的情況下越不易改變移動方向的特性來縮減考慮預先註冊的基地台範圍。
最後，再預估使用者前方的基地台所服務的使用者數目，選擇使用者較少的基地台作為預先註冊的基地台。藉此平衡基地台的服務負荷量，避免大量使用者同時與同一個基地台請求連線服務。經過了本論文的改善後，IEEE 802.11r 不但能夠兼顧快速換手的需求，還能避免過多的認證資訊交換造成網路的負擔，並且能夠平衡基地台的服務負荷量。

Recently, with the more extensive deployment of Wireless Local Area Networks (WLAN) and the growing population of mobile users, more users accustomed getting information by way of wireless network. For real-time service, real-time video and VOIP attract many attentions and the delay time which the mobile user executes handoff is the most important issue for the service. In order to provide high speed and low delay service, IEEE 802.11r defines new key architecture which executes register a part of procedure before re-association procedure to reduce handoff time. Moreover in order to prevent the information security, IEEE 802.11r keeps using IEEE 802.11i which defines strict key generation to execute secure key exchange.
Due to IEEE 802.11r will expect that all Access Point (AP) has exchanged secure keys. In this way it will reduce handoff delay time but will cause the authenticated information increment. In this paper which based on IEEE 802.11r, executes pre-register procedure with several specific AP in order to reduce exchanged secure keys. First, separates APs into for regions (besides user’s front, behind, left or right) using RSSI variation. Second, uses user’s feature that moves high speed, changes direction hardly, when user moves faster, the region (besides user’s front) changes concentration. Finally, predicts AP service number of persons, and choices AP that services fewest people. And it will avoid users register with unique AP at the same time; balance the AP service overhead. Through above three suggestions, IEEE 802.11r will execute fast handoff, avoid a lot of authenticated messages exchange over the air and balance the APs service overhead.

目 錄
第1章 緒論 ........................................... 1
1.1 前言 ............................................
1.2 動機與目的 ..................................... 2
1.3 論文與架構 ..................................... 3
第2章 研究背景介紹 ................................... 4
2.1 IEEE 802.11架構-簡介BSS換手和ESS換手 ........... 4
2.1.1 802.11四種主要元件 ............................. 4
2.1.2 服務區域架構 ................................... 5
2.1.3 基本服務組合換手(BSS Transition) ............... 5
2.1.4 延伸式服務組合換手 ............................. 6
2.2 IEEE 802.1x的簡介 .............................. 7
2.2.1 IEEE 802.1x的三個組成元件 ...................... 7
2.3 IEEE 802.11i ................................... 8
第3章 IEEE 802.11r .................................. 10
3.1 IEEE 802.11r簡介 .............................. 10
3.2 Key Holders ................................... 12
3.3 802.11r key hierarchy ......................... 13
3.4 初次進入mobile domain ......................... 16
3.5 IEEE 802.11r快速換手 .......................... 20
第4章 系統架構 ...................................... 23
4.1 換手流程 ...................................... 23
4.2 劃分區域 ...................................... 24
4.2.1 RSSI .......................................... 24
VI
4.2.2 ΔRSSI ........................................ 26
4.3 修正範圍 ...................................... 29
4.4 選擇預先註冊基地台 ............................ 32
第5章 模擬與研究分析 ................................ 36
5.1 環境佈建： .................................... 36
5.2 基地台佈建： .................................. 36
5.3 區域分佈 ...................................... 37
5.3.1 區域分佈 ...................................... 37
5.3.2 區域分佈(根據移動方向與基地台位置做區域分佈) .. 38
5.4 修正區域範圍 .................................. 45
5.5 選擇預先註冊基地台 ............................ 54
第6章 結論與未來研究 ................................ 56
第7章 參考文獻 ...................................... 58

圖目錄 
圖2. 1基本服務組合換手	6
圖2. 2延伸式服務組合換手	7
圖2. 3802.1x的架構	8
圖2. 4 802.11i的金鑰產生過程	9
圖3. 1 802.11r Key Holder 架構	13
圖3. 2 IEEE 802.11r金鑰階層	16
圖3. 3 初次進入網路時的連線程序	17
圖3. 4 移動使用者在相同ESS範圍下進行換手的流程	20
圖4. 1 快速換手流程	24
圖4. 2 距離與RSSI的關係	25
圖4. 3移動設備往東北方移動         	28
圖4. 4移動設備往西南方移動	28
圖4. 5移動設備往西北方移動	28
圖4. 6移動設備往東南方移動	28
圖4. 7 基地台數目與速度的關係	31
圖4. 8 使用者在休眠模式時，基地台傳送資料給使用者	35
圖5. 1 基地台分佈圖	37
圖5. 2使用者由(250,250)移動到(350,250)，基地台區域分佈	38
圖5. 3移動使用者的移動方程式與基地台位置的關係	40
圖5. 4移動設備Δx>0且m>0時，基地台分佈情況	41
圖5. 5當移動設備Δx>0且m>0時，基地台分佈情況	41
圖5. 6移動設備Δx>0且m<0時，基地台分佈情況	42
圖5. 7移動設備Δx>0且m<0時，基地台分佈情況	42
圖5. 8移動設備Δx<0且m>0時，基地台分佈情況	43
圖5. 9當移動設備Δx<0且m>0時，基地台分佈情況	43
圖5. 10移動設備Δx<0且m<0時，基地台分佈情況	44
圖5. 11當移動設備Δx<0且m<0移動，基地台分佈情況	44
圖5. 12當設備Δx>0且m>0時，根據速度重新劃分的基地台分佈	46
圖5. 13當設備Δx>0且m<0時，根據速度重新劃分的基地台分佈	47
圖5. 14當設備Δx<0且m>0時，根據速度重新劃分的基地台分佈	48
圖5. 15當設備Δx<0且m<0時，根據速度重新劃分的基地台分佈	49
圖5. 16 速度與基地台數量關係圖-等比例方式	50
圖5. 17速度與基地台數量關係圖-指數比例方式	51
圖5. 18速度與基地台數量關係圖-次方比例方式	52
圖5. 19修改區域I內基地台數量	53
圖5. 20 不同方式下，基地台刪減率	54
圖5. 21選擇預先註冊基地台	55

表目錄
表3. 1 IEEE 802.11r Key Holder	12
表3. 2金鑰名稱與傳遞方式	14
表3. 3 Authentication message	17
表3. 4 Association message	18
表3. 5 FT 4-Way Handshake message	19
表3. 6快速換手請求	21
表3. 7 Re-association message	21
表4. 1 ΔRSSI的區域定義整理	29

[1]	 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide, 2e
[2]	IEEE Std 802.1x(2001),IEEE Standards for Local and Metropolitan Area Networks:Standard for Port Based Network Access Control
[3]	IEEE STD 802.11i-2004(Amendment to IEEE Std 802.11-1999)
[4]	T. Dierks,” The TLS Protocol Version 1.0” RFC2246 
[5]	IEEE Standard for Fast Basic Service Set (BSS) Transition, IEEE 802.11r
[6]	Sangeetha Bangolae, "Performance study of fast BSS transition using IEEE 802.11r", 2006
[7]	Hassan Ahmed and Hossam Hassanein “A performance study of roaming in wireless local area networks based on IEEE 802.11r”, June 2008
[8]	IEEE Standard for Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 2007
[9]	Erin-Ee-Lin Lau, Boon-Giin Lee, Seung-Chul Lee, Wan-Young Chung ,“ENHANCED RSSI-BASED HIGH ACCURACY REAL-TIME USER LOCATION TRACKING SYSTEM FOR INDOOR AND OUTDOOR ENVIRONMENTS”, JUNE 2008
[10]	TIP Data Sheet, http://www.maxfor.co.kr
[11]	Ebeling,C.E.,"An Introduction to Reliability and Maintain Engineering",1997
[12]	Murad Abusubaih , "On Access Point Selection in IEEE 802.11Wireless Local Area Networks", 14-16 Nov. 2006  
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[14]	Rivera-Lara, E.J. Herrerias-Hernandez, R. Perez-Diaz, J.A. Garcia-Hernandez, C.F, “Analysis of the Relationship between QoS and SNR for an 802.11g WLAN” , May,2007.
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[16]	Yutaka FUKUDA,Yuji OIE,"Decentralized Access Point Selection Architecture for Wireless LANs -Deployability and Robustness-",May,2004
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