WiMAX协议的体系结构研究

2 MAC层

MAC 层又分为三个子层:特定服务汇聚子层、公共部分子层、安全子层。

(1) 特定服务汇聚子层。

CS 子层提供与更高层的接口,按照不同的汇聚方式来适配各种上层协议。将所有从汇聚子层服务接入(SAP ,Service Access Point) 接收到的外部网络数据与MAC 业务流标识( SFID , Service Flow IDentifier) 和连接标识( CID , Connection IDentifier) 关联。并映射成MAC SDU ,然后通过MAC SAP 发送给MAC CPS。CS又可以分为ATM 汇聚子层和包汇聚子层两种,包汇聚子层支持所有的基于分组的协议。

(2) 公共部分子层。

CPS 子层负责执行MAC 的核心功能,包括系统接入、带宽分配、连接建立、连接维护等。该子层从MAC SAP 接收来自CS 子层的数据,然后根据SFID和CID 分类到不同的MAC 连接上。QoS 将被应用到传输中并由物理层来保证。通常说的MAC 层主要指MAC CPS。

(3) 安全子层。

MAC 层包含独立的安全子层,能够提供加密、鉴权、密钥交换等与安全有关的功能。

2. 1 　拓扑结构

IEEE802. 16 的MAC 层支持点对多点( PMP , Point to Mult - Point) 和多点对多点(mesh) 两种拓扑结构,其中多点对多点模式最初由诺基亚提出 ,通过时分复用支持OFDM 模式物理层,但要使用全向天线。依靠配置PMP 模式定向多点对多点模式也可以被用来提供点对点连接。

(1) 点对多点模式。

在一个频点及扇区内,下行方向只有基站发送,因此没有必要与其它基站同步,除了TDD 系统。终端必须在下行链路上监听,并检查接收到PDU 的连接标识符(CID ,Connection IDentifier) ,只接收发送给本终端的PDU。

在上行方向,所有的SS 在请求带宽的基础上来共享与基站之间的链路。根据其服务类型, SS 可能被BS 授权持续进行发送,或者在BS 收到其带宽请求并允许后才能发送。消息发送的机制可以是单播、组播或广播。

(2) 多点对多点模式。

IEEE 802. 16 在帧长度固定的情况下,提供了一个灵活的字段类型帧结构,每发送一个下行链路子帧,都要首先广播一个同步前导码和一个包含控制信息的帧控制头部( FCH ,Frame Control Header) ,在上行链路情况下,在每个上行子帧前,都提供了一个用于发起加入和带宽请求的争用时隙,这就为新用户加入网络和SS 发起带宽请求提供了一个快速响应机制。

IEEE802. 16 标准定义了一个MAC 管理消息集,并根据在帧中的传输位置对帧定义了子划分,在FCH 后传输DL - MAP、UL - MAP、下行编码标识符、上行编码标识符等消息。

2. 2 　QoS 机制

WiMAX系统的QoS 机制包含两部分的内容: 一部分是关于业务流的管理,它提供了一种实现上、下行QoS 管理的机制,它是MAC 层的核心功能,包括QoS参数集、业务流定义、分类符和动态业务管理等,在协议标准中进行了详细规定;另一部分是相应的QoS 保证机制,包括调度算法、缓冲池管理和流量控制等,在协议中对这些算法并没有进行定义和阐述。

(1) 业务流管理。

通过将MAC 层传输过来的数据包与一个CID 标识的业务流关联,在CID 中包含数据包的业务类型和相应参数,使每个数据包在进行调度前具有相应的QoS 要求。

WiMAX根据业务的不同将上行业务分为四种: 主动授权业务(UGS ,Unsolicited Grant Service) 、实时轮询业务( rt PS ,Real -time Polling Service) 、非实时轮询业务(nrt PS ,Non - real - time Polling Service) 、尽力而为(BE ,Best Effort) 业务,对下行业务没有区分,为不同的业务进行区分服务。这对于多媒体和Vo IP 业务尤其重要。

主动授权业务用于传输固定速率实时数据业务,如没有静默压缩的Vo IP。基站周期地以强制方式进行调度,不接受来自用户站的请求,同时禁止使用捎带请求。

实时轮询业务用于支持可变速率实时业务, 如MPEG视频业务,是为满足动态变化的业务需求而设计。

非实时轮询业务支持非周期变长分组的非实时数据流。如有保证最小速率要求的因特网接入。非实时轮询业务提供比实时查询业务更长的周期或不定期的单播请求机会。可以使用竞争请求(多播或广播) 机会,甚至被主动授权。非实时轮询业务可以被设置成不同优先级。尽力而为业务支持非实时无任何速率和时延抖动要求的分组数据业务,如电子邮件、短信等。

不提供吞吐量和时延保证。尽力而为业务允许使用任何类型的请求机会和捎带请求。

(2) 相应QoS 保障机制。

WiMAX同时采用区分服务和集成服务,对不同的业务进行区分、通过设置优先级并采用不同的排队和调度机制,同时对业务进行接入控制和资源预留,从而可以很好地满足不同业务的QoS 要求。