WiMAX关键技术研究

三、WiMAX的关键技术

1. 地址和连接

和大部分的有线网络设备一样, 每一个SS都有一个48位的MAC地址。该地址在SS向BS注册以建立连接时使用, 同时也作为BS和SS彼此相互识别时认证的一部分。

前面提到过, MAC 层是面向连接的, 因此,在实际的数据传输过程中, 使用的地址信息主要为16位的CID (因此每个上下行通道理论上可以有64 K个连接) 。连接是单向的, 当SS初始化时,每个方向(BS到SS和SS到BS) 都建立了三个管理连接: 基本连接(Basic Connection) 、主要管理连接( Primary Management Connection) 和辅助管理连接( SecondaryManagement Connection) 。这些连接分别对应不同的QoS流量管理。基本连接用于在BS和SSMAC层之间交换短的、紧急的MAC 管理信息。主要管理连接用于在BS和SSMAC层之间交换稍长的、时间要求不严格的管理信息。辅助管理连接用于交换基于标准的管理信息, 如DHCP、TFTP、SNMP等, 这些管理信息都是基于IP 报文的, 因此, 报文将被映射到辅助管理连接。

另外, 系统还保留了一些CID, 用于SS的初始接入、下行链路的广播、多播等。

上述提及的连接均称为管理连接, 用于传送MAC层的管理信息。MAC层的其他连接称为传输连接, 只能用于传送用户数据。BS将根据获得的信息建立传输连接。SS初始化、SS服务合同的修改等事件都能够触发BS初始化并建立连接。

2. 带宽请求和分配

MAC层的一个重要功能就是带宽请求和分配。在下行链路, BS向扇区内所有SS按TDM方式发射数据, 各SS根据接收消息中的CID地址来判断是否是属于自己的消息。在上行链路, SS发射携带C ID的带宽请求消息, BS按需分配并预定SS下一帧接入时间。

SS通过从上一下行帧收到的ULMAP消息得知接入时间和带宽, 从而按TDMA / DAMA方式接入BS。

IEEE802.16中并没有明确的具体规定带宽的分配算法, 各个设备供应商可以自行开发。SS向BS提出带宽请求有两种方式, 即单独请求( standalone request) 和捎带请求( p iggyback request) 。 当BS为SS分配了业务信道时, SS可在此业务信道中捎带其带宽请求消息。为了支持不同类型的业务, IEEE 802.16结合使用单播、多播、广播三种查询方式来支持不同的QoS, 在这个标准中定义了四种类型的业务, 并对每种业务的带宽请求方式做了相关的规定: 主动授权业务(UGS) 、实时查询业务( rtPS) 、非实时查询业务( nrtPS) 、尽力而为业务(BE) 。

3. IEEE802116的组网

IEEE802.16的应用包括提供住宅和SOHO 所需的DSL 速率的无线宽带连接, 用于企业的T1 /E1级业务(所有这些不仅支持数据, 而且还支持话音和视像) , 还包括用于热点的无线回传和蜂窝小区基站回传业务等。所有的SS都只能和BS进行数据交换, 是一个点(一个BS) 到多点(多个SS) 的系统。

当SS初始化或信号丢失时, 它将持续扫描所有可能的下行链路通道的操作频段, 直到找到一个合法的下行链路信号。当PHY层取得了同步以后, MAC子层会尝试着取得下行链路和上行链路的通道控制参数。

若SS的MAC 子层接收到至少一个DLMAP (由BS在广播连接发送) 消息, 它就取得同步。

接下来SS要发起初始测距过程( Initial Ranging) ,这主要是为了调整SS的时间偏差, 使其能够确定每个物理时隙(Minislot) 开始的确切位置。SS在ULMAP消息中扫描以获得初始维护时间( Initial Maintenance Interval) , 然后在该时间发送RNGREQ消息。

BS在该过程将分配一个基本管理连接和主要管理连接给SS, 该过程还将进行射频功率等级调整、频率偏移调整及时间偏移校正等动作。

初始测距过程完成之后, SS与BS进行基本能力协商, 然后是SS的认证和密钥交换过程。再下来是注册过程, 通过注册过程, SS将获得它的辅助管理连接C ID, 因此可被BS管理。在注册请求报文(REGREQ) 中可能会包含SS的IP 版本参数, 用于指明辅助管理连接所支持的IP版本, 如果没有IP版本参数, 则默认为只支持IPv4。

注册完成后, SS调用DHCP机制来获得IP地址及其它建立IP连接所需的参数。DHCP的响应中含有一个配置文件的名字, 该配置文件中有更多的配置参数。SS将通过辅助管理连接建立IP 连接。

SS和BS需要知道当前的日期和时间。这个过程通过时间协议(Time Protocol) 实现。SS还会利用TFTP协议通过辅助管理连接从TFTP配置文件服务器上取得SS配置文件, 这是一个二进制文件, 包含了一些配置信息。

所有前面的过程完成之后, BS可以发送DSAREQ给BS, 请求建立预设的特定服务流相关的连接。服务流是提供特定QoS控制的单向报文流。

它定义了对应连接的服务调度方法和QoS参数集以及其他一些信息。每个服务流都有一个32位的服务流标识符( Service Flow Identifier) , 活动的服务流还有一个CID, 对应某个连接。BS和SS均可以主动发起请求, 动态的建立、修改和删除服务流, 从而达到建立、修改和删除连接的目的。