在802.16e中，行动通讯台（Mobile Station，缩写为MS）会藉由扫瞄所在地点的相关频带，得知基地台（Base Station，缩写为BS）的讯息，MS挑选最适合的BS进行连线，MS向BS完成注册手续后，便透过此BS与网路进行连线，传送资料。

由于在移动式的WiMAX系统下MS可以自由地移动，因此与BS间的讯号状态会随着移动而改变，当MS与目前连接的BS讯号状态不够理想或是有其他的BS更适合此MS进行连接时，MS会进行换手（handover）动作更换所属的基地台，借此来维持网路连线。

此外，省电是行动装置必须要考量的重要功能，睡眠模式（sleep mode）以及闲置模式（idle mode）在802.16e中被应用来达到省电的功能。

在此篇文章中，我们会介绍换手以及闲置模式的概念以及相关实作。

基本架构

在基本架构的介绍中，我们主要分成BS的资料库架构以及BS如何对MS进行状态管控的架构进行说明。

BS资料库架构利用以下几点来简略说明。

存放BS资讯的资料库

存放与BS整体有关的静态或动态参数，静态参数如BS基本的能力设定等参数，动态参数则如目前在BS中MS的数目等参数。

存放MS资讯的资料库

存放在此BS中每个MS的相关资讯，举凡包括目前MS的状态、MAC address、SBC（SS basic capability，即SS（MS）的基本能力）参数、REG参数（注册相关参数）、服务流（ service flow）参数等等的资料都放置在其中。

暂时MS资料库

暂时MS资料库目的在于存放，进行位置更新（location update）以及进行关联性测试（association）的MS的相关资讯，由于这些MS仅透过BS与后端网路作为沟通桥梁，并不是要向此BS注册，因此建立暂时的MS资料库与一般向此BS注册的MS资料库作为区别。

BS对于MS状态控制上，BS会针对每个MS存在独有的状态机(state machine)，这些状态利用以下几点来简略说明。

主要模组状态

在进入网路过程中，MS都必须完成向网路注册的程序，在这些阶段中，我们会有一个主要的模组状态，来控制目前MS进行到注册程序的哪一个阶段，如等待RNG、 SBC、PKM、REG等等状态，这些状态无法并行存在。

次要模组状态

当向网路注册完成后，BS会针对MS各个不同的功能，产生多个不同的次要模组状态机，如扫瞄模组状态机、换手状态机、闲置功能状态机等等，这些功能在许多时候是能够平行进行而不会相互干扰，因此这些状态机的运作上，都是各自独立运作。

暂时模组状态

使用在暂时MS资料库的状态机。

换手(Handover)

换手的程序可由BS发起也亦可以由MS发起，在此篇文章中，我们主要针对由MS主动要求进行换手的程序进行说明。

换手模式特性

在实作上802.16e的换手动作可分为硬换手（hard handover）以及软换手（soft handover），主要的差别在于是否要先跟目前服务MS的BS （serving BS）离线后再重新与挑选的目标BS（target BS）重新连线，目前我们仅就硬换手的部份进行说明。以下将分别描述BS在担任serving BS以及target BS时换手程序的实作概念。

MOB NBR-ADV讯息

BS广播MOB NBR-ADV讯息,用来提供附近BS的相关资讯,便于MS进行扫描。

进行扫描(scan)

MS可以藉由扫描target BS得知与target BS信号连接状况，以及若是能与BS进行关联（association）动作，则另外可以得知target BS是否可以提供MS必要的服务以及调整与target BS连结的信号状态。

扫描的动作可以分为单纯的扫描不建立关联性、建立关联性层级0、建立关联性层级1、建立关联性层级2。建立关联性层级的差异在于是否后端网路可以进行协调与沟通，层级0不会藉由后端协调安排进行连结的区间（进行ranging的区间），层级1会安排进行连结的区间、层级2除了层级1的功能外还会将结果汇总告知serving BS。

为了维持与BS间的资料传送，MS在进行扫描的过程中，会区分为扫描区间（scan interval）以及穿插区间（interleaving interval），在扫描区间扫描target BS，在穿插区间回来听取serving BS，如此重覆一定的次数。用来沟通扫描的讯息为MS提出的MOB_SCN-REQ以及BS回覆的MOB_SCN-RSP，此外，MS藉由MOB_SCN-REP讯息将扫描得来的结果回报给BS。

提出换手要求（handover request）

当MS与serving BS间的讯号不够理想时，MS会向serving BS提出MOB_MSHO-REQ讯息要求进行换手，serving BS会将MS提出的换手清单向后端进行询问适合的target BSs，再将询问后的结果带在MOB_BSHO-RSP中给予MS作为参考，MS发送MOB_HO-IND告知serving BS关于MS是否进行换手的动作。另外BS亦可主动发送MOB_BSHO-REQ要求MS进行换手，在此篇文章中，我们主要针对MS主动提出的换手要求进行说明。

换手进入网路动作（handover entry）

当MS送出MOB_HO-IND为serving BS release时，MS决定要进行换手，MS会在target BS进行换手进入网路的动作。换手进入网路的动作类似于进入网路的程序，但可以依据BS的指示，略过部分程序。

实作

进行扫描要求(scanning request)

简单的描述整个扫描流程在MS、BS以及后端网路间的互动，BS负责扫描相关动作的为图中的SCN模组。

当serving BS收到MS提出的MOB_SCN-REQ时，会尽可能的根据MS提出的要求配与扫描区间，若是无法达成则会将scan duration设为0并带在MOB_SCN-RSP中回覆给MS代表拒绝此次扫描的要求。

BS在接收MS提出的MOB_SCN-REQ后会往后端网路询问，若是MS提出单纯扫描target BS而不建立关联性，此时后端网路不会事先通知target BS，若是在扫描target BS同时，需建立关联性，后端网路则会事先向target BS进行协调的动作，并将结果告知MS目前的实作在建立关联性上仅支援层级0。

而在沟通成功的情况下BS会根据带在MOB_SCN-RSP中的资讯得知何时MS会进行扫描的动作，如图一，BS会依据扫描开始的frame（start frame）、扫描区间、穿插区间、重复次数，决定扫描何时开始进行、扫描何时结束、何时可以与MS传送资料、何时不能传送资料。此一计算区间的工作目前由资料传送的模组（Data Part，简称DP模组）负责，直到此次扫描整个结束为止。值得注意的是MS在扫描区间内传送资料给BS时，SCN模组会认为MS提前取消此次扫描的动作，并通知DP模组结束计算扫描区间。

在收到MS回报的MOB_SCN-REP时，BS除了将必要资讯传往后端外，目前的设计也会在BS端留存一份，这份资料有其时效性，但因Neighbor BS被作为扫描对象的机会较大，因此在资料库的设计方面是以一链结串列来储存回报的资料，该串列只有在MOB_NBR-ADV需要更新时才重新建立，并利用一旗标纪录其时效是否已过，而相对于neighbor BS，MS另外扫描的BS（full BS）则是在每次时效过期时就将此BS的扫描资料清除掉，如此的设计可以较有效率的建立MS扫描报告的资料库。

《图一 Scan程序互动图》

提出换手要求(handover request)

为整个MS发起换手到target BS的流程，为了加快换手的速度，后端网路可以预先将MS的资讯传送给target BS，本节讨论的这整段流程主要是让MS透过与serving BS交换讯息沟通好换手前的准备，并且选择较理想的target BS作为换手的目标。

在MS送来MOB_MSHO-REQ讯息后，serving BS会将MS提出的target BS列表向后端询问，再将询问后的结果带在MOB_BSHO-RSP中供MS做选择，MS收到后若认为没有可以作为换手对象的target BS也可以藉由MOB_HO-IND (HO_IND_type为reject)要求serving BS重新带一BS串列让MS挑选，成功挑选后除了在MOB_HO-IND的HO_IND_type设定为0b00 （Serving BS release）来对serving BS做个确认外，也要带上target BS的BSID用以让后端能事先沟通建立好所需的连线。此外MOB_BSHO-RSP也会带上一些有助于MS挑选target BS的参数，如service level prediction告知此target BS未来可能提供给MS的服务等级，换手处理最佳化（HO process optimization）告知将来在此target BS换手进入网路时可能可以省略的步骤（target BS可能已经透过后端从serving BS得到得需要的资讯）。

《图二 MS发起的换手程序互动图》

实作上在我们的BS有一模组负责在担任serving BS角色时处理MS离线前的换手相关动作，为该模组简化后的状态机（state machine）。该模组（以下简称为HO模组）直到MS提出MSHO-REQ后才开始动作，并且在将此换手要求往后端网路询问后进入Backbone Communication状态等待回应。后端网路在沟通好后回覆serving BS，此回应中应带有一串BS的资讯，HO模组会利用这些资讯组成BSHO-RSP传送给MS，之后进入Wait HO-IND状态。

因为HO-IND是MS最后作为确认用的讯息，802.16e的规格中定了三种状况-Release （HO确定执行，Serving BS可释放此MS）、Reject（拒绝）以及Cancel（取消），当MS回覆拒绝后HO模组告知后端并且回到Backbone Communication状态，等待后端重组另一串BS资讯后重送BSHO-RSP讯息并重新进入Wait HO-IND状态，若MS仍回覆拒绝则重复之前的步骤，直到超过重试次数仍不能获得MS告知换手确定的HO-IND则视为此次换手动作失败，重新回到Wait MSHO-REQ状态等带下一次换手动作的开始。当HO-IND回覆为Cancel，则直接重新回到Wait MSHO-REQ状态。

《图三 MS发起的换手程序互动图》

在MS利用HO-IND讯息确认执行换手后，HO模组会告知后端（即最后的HO confirm），开启资源保留计时器（resource retain timer）并且进入Wait Resource Retain Timer Timeout状态，在计时器到期前serving BS都会将MS的资讯保留着，包括相关状态机、服务流（service flow）等，期间内若MS希望重回serving BS下只要藉由发送HO-IND带Cancel就可以快速回覆正常连线状态。最后当计时器到期后整个换手动作结束，HO模组会告知BS及后端网路清除此MS的资料。

换手进入目标基地台要求(handover entry)

在BS中会有一个负责处理MS进入网路的模组，当MS要进入网路、换手进入网路、重新进入网路都是由此模组负责。如图四所示，模组会有以下几种状态。

《图四　进入网路状态图》

进入网路的流程如图五所示，虚线部分代表可能可以省略的步骤，MS以BS为要重新进入网路的目标BS。

BS处于等待RNG-REQ讯息的状态，当收到RNG-REQ讯息时，如果讯息的目的为换手进入网路或是重新进入网路，则BS会向后端网路询问要求取得此MS的相关资讯，此时BS会将状态改变为收到RNG等待后端沟通状态。若收到的RNG-REQ讯息目的是进入网路的话，则可以直接跳过此状态。当BS收到后端回应后，可藉由后端取得的MS相关资讯来决定MS进入网路时，有哪些步骤可以省略，在此，我们分为能够取得MS所有资讯以及无法取得MS任何资讯来进行说明，当能够取得所有资讯时，BS可以选择设定换手处理最佳化(HO process optimization)为完全最佳化(full optimization)，即BS回覆完RNG-RSP后，进入网路的程序便已经完成，因此进入网路的状态即可跳到结束;若是BS无法由后端网路取得任何有关MS的资讯，则换手处理最佳化设定为无最佳化(no optimization)，必须和进入网路一般，不能省略必须的程序，依序进行SBC讯息交换、PKM讯息交换、REG讯息交换、TFTP讯息交换等等的动作，进入网路的步骤才能算是完成。

《图五 换手进入网络流程图》

闲置模式(idle mode)

闲置模式的机制，我们分为以下几点说明，包括闲置模式特性、进入闲置模式（enter idle mode）、发送呼叫通知（MOB_PAG-ADV）、位置更新（location update）、重新进入网路（re- entry）、以及实作方面进行说明。再者，闲置模式可由BS发起也亦可以由MS发起，在此篇文章中，我们主要针对由MS主动要求进入闲置模式进行说明。

闲置模式特性

闲置模式的机制主要在于MS可以周期性的听取BS的广播讯息，并且不用向特定的BS进行注册，因此在呼叫群组（paging group）下的BS间移动时， MS会自行选取及更换目前听取的BS，且不需要进行换手的程序。而在网路端，呼叫控制器（paging controller）可以选择保留此MS的相关资讯，当有资料要传送给此MS时，藉由发送呼叫通知（MOB_PAG-ADV）要求MS与BS连接，重新进入网路，收取资料。而在MS端，若是有资料要传送，也必须要完成重新进入网路的动作。

进入闲置模式(enter idle mode)

当MS欲进入闲置模式时，会发送DREG-REQ讯息（Request_code = 0x1），BS会向后端网路告知MS欲进入闲置模式，后端网路会回传此MS被分配到的呼叫控制器辨识码（paging controller ID）、呼叫控制器资讯（paging information）等等的资料给BS，BS会利用DREG-CMD讯息（action code = 0x5）告知MS这些资讯。当MS收到此DREG-CMD讯息时，MS便进入闲置模式。

发送呼叫通知(MOB_PAG-ADV)讯息

BS会依据所属的呼叫群组的周期，在听取时段（paging interval）区间发送MOB_PAG-ADV讯息，用来要求MS进行位置更新或是重新进入网路。

位置更新（location update）

当MS处于闲置模式时，会有以下情况MS必须进行位置更新的动作。

当MS进行位置更新时，会传送RNG-REQ讯息（目的为位置更新），当BS收到此讯息后，会将MS资讯暂存后，向后端网路传送MS欲进行位置更新讯息，藉由后端取得的资讯，进行验证，此后BS再透过RNG-RSP讯息告知MS此次位置更新的结果。

离开闲置模式，重新进入网路（re-entry）

当MS处于闲置模式时，若是欲重新回到网路连线，则必须进行重新进入网路的动作。 MS会发送RNG-REQ讯息（目的为重新进入网路），BS收到讯息后，向后端网路发送MS欲重新进入网路的讯息，并向后端要求取得此MS的相关资讯，当后端取得（或未取得）MS资讯会回覆讯息给予BS，BS藉由从后端取得的资讯决定重新进入网路时，是否可以省略进入网路时需要进行的动作，之后BS回覆讯息给予MS。

实作

在闲置模式的实作上，BS会因应不同的功能，切割不同的模组，在实作的说明中，主要以BS如何掌控MS的状态进行说明，而为了读者容易了解，例外状况或是特殊情形在此不加以说明。

发起进入闲置模组

在BS中会有一个处理MS进入闲置模式的模组，称为闲置模组(idle mode module)。闲置模组有以下的状态，如图六所示。

《图六 进入闲置状态模块状态图》

闲置状态流程如图七所示，假设BS1与BS2在同一个呼叫群组下，MS原先与BS1进行连接。 BS1在等待DREG-REQ状态，收到DREG-REQ并进行处理后，向后端送出MS要进入闲置模式讯息，等待后端网路回应，此时将状态变为与后端沟通的等待状态。当后端回应，BS将必要讯息在DREG-CMD中传送给MS后，此时将状态变为等待管理资源保留计时器到期的状态，当计时器到期时，整个状态程序结束。当MS进入闲置模式后，MS可以自由选择听取BS1或BS2讯息。

《图七 进入闲置模式流程图》

发送MOB_PAG-ADV

在BS中会有一个负责发送MOB_PAG-ADV的BMG模组（broadcast message generator），后端可以透过讯息要求BS在呼叫群组加入或删除呼叫一个MS的讯息，BMG模组会记录需要进行呼叫的MS相关资讯并且在依据呼叫群组的听取时段（listening interval）来发送MOB_PAG-ADV讯息。

位置更新

在BS中会有一个负责处理位置更新的模组，位置更新状态如图八所示，其中会有以下几种状态：

位置更新流程如图九所示。模组状态处于等待位置更新，当收到RNG-REQ讯息目的为位置更新时，会将MS的相关资讯透过讯息传送给后端网路，等待由后端取得此MS的相关security资讯，此时将模组状态转变为与后端进行沟通的等待状态。等到收到后端回应讯息给BS，此时透过security模组进行验证后，将结果藉由RNG-RSP讯息传送给MS，同时也会将结果告知后端决定是否真正执行位置更新的动作，之后结束此状态机。

《图八 位置更新状态图》

《图九 位置更新流程图》

结束闲置模式，重新进入网路

重新进入网路程序与换手进入网路程序大致相同，因此不在此赘述，请参考换手进入目标基地台要求（handover entry）程序。两者之间的差异点主要在于，向后端要求取得MS资讯时，后端网路取得资讯的地方可能不同，换手时，可能由原来的serving BS取得资讯，若是重新进入网路，则必须向呼叫控制器要求MS资讯。

结论

在802.16e中，针对移动式装置特性新增了包括换手、闲置模式等的功能，希望借着这些功能的加入，使得WIMAX的应用更加广泛以及便利。借着此篇文章介绍，希望读着对WIMAX对于移动性的支援功能有初步性的了解，由于篇幅的关系，无法进行更为深入的探讨，有兴趣的读者可以参考802.16e相关书籍。