MAC-уровень.Физический уровень стандарта IEEE 802.16 обеспечивает непосредственную доставку потоков данных между БС и АС. Все задачи, связанные с формированием структур этих данных, а также управлением работой системы решаются на MAC (Medium Access Control) - уровне. Оборудование стандарта IEEE 802.16 формирует транспортную среду для различных услуг (сервисов). Первая задача, решаемая в IEEE 802.16, – это механизм поддержки разнообразных сервисов верхнего уровня. Разработчики стандарта стремились создать единый для всех приложений протокол MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала (рис. 1.7). Это существенно упрощает связь терминалов конечных пользователей с городской сетью передачи данных. Физически среды передачи в разных фрагментах WMAN могут быть различны, но структура данных едина. В одном канале могут работать (не единовременно) сотни различных терминалов большого числа конечных пользователей. Этим пользователям необходимы самые разные сервисы (приложения): передача голоса и данных с временным разделением, соединения по протоколу IP, пакетная передача речи через IP (VoIP) и т.п. Качество услуг (QoS) каждого отдельного сервиса не должно изменяться при работе через сети IEEE 802.16. Алгоритмы и механизмы доступа МАС-уровня должны решать все эти задачи.
Рис. 1.7. Структура МАС-уровня стандарта IEEE 802.16. Структурно МАС-уровень IEEE 802.16 разделен на три подуровня (рис. 1.7): - подуровень преобразования сервиса CS (Convergence Sublayer); - основной подуровень CPS (Common Part Sublayer); - подуровень защиты PS (Privacy Sublayer) На подуровне защиты реализуют функции, обеспечивающие криптозащиту данных и механизмы аутентификации/предотвращения несанкционированного доступа. Для этого предусмотрены наборы алгоритмов криптозащиты и протокол управления ключом шифрования. Ключ каждой АС базовая станция может передавать в процессе авторизации, используя схему работы «клиент (АС) – сервер (БС)». На подуровне преобразования сервиса происходит трансформация потоков данных протоколов верхних уровней для передачи через сети IEEE 802.16. Для каждого типа приложений верхних уровней стандарт предусматривает свой механизм преобразования. Спецификации стандарта IEEE 802.16 содержат механизмы работы в режиме АТМ и пакетной передачи. Под пакетной передачей подразумевают достаточно широкий набор различных пакетов типа IP, РРР и IEEE Std 802.3 (Ethernet). Цель работы на CS-подуровне – оптимизация передаваемых потоков данных каждого приложения верхнего уровня с учетом их специфики. Различают 4 типа трафика по требованиям к задержкам: UGS – Unsolicited Grant Service – передача в реальном времени сигналов и потоков телефонии (Е1) и VoIP. Допустимая задержка менее 5 – 10 мс в одном направлении при BER = 10-6… 10-4. rtPS – Real Time Polling Service – потоки реального времени с пакетами переменной длины (MPEG видео). nrtPS – Non-Real-Time Polling Service – поддержка потоков переменной длины при передаче файлов в широкополосном режиме. BE – Best Effort – остальной трафик. Механизм обеспечения QoS состоит в присоединении на уровне конвергенции в МАС заголовок сведений о типе передаваемого потока. Для этого используют либо 32–битовый идентификатор потока услуг SFID (Service Flow Identifier), либо CID (Connection Identifier). Для оптимизации транслируемых потоков предусмотрен также специальный механизм удаления повторяющихся фрагментов заголовков PHS (Payload Header Suppression) АТМ ячеек и пакетов, которые восстанавливают на приемном конце. На рис. 1.8 указаны операции, выполняемые на отдельных подуровнях уровня МАС.
Рис. 1.8. Основные операции на уровне МАС.
Рис. 1.9. Пакет МАС – уровня.
Определены два формата заголовка МАС. Первый - основной заголовок МАС, с которого начинается каждый протокольный блок данных уровня MAC PDU и содержащий или сообщения управления МАС или данные CS. Второй – заголовок запроса дополнительной пропускной способности. Общий заголовок используют в пакетах, у которых присутствует поле данных. Формат основного заголовка МАС приведена на рис. 1.10. Заголовок запроса полосы используют, когда АС обращается к БС с запросом о выделении или увеличении полосы пропускания в восходящем канале. При этом в заголовке указывают CID и размер требуемой полосы. Поле данных после заголовка запроса полосы отсутствует.
Поля основного заголовка MAC определены в табл. 1.6. Поля основного заголовка МАС Таблица 1.6.
Поле данных может содержать подзаголовки МАС, управляющие сообщения и собственно данные приложений верхних уровней, преобразованные на CS-подуровне. В стандарте описано пять типов МАС - подзаголовков: - упаковки – используют, если поле данных одного PDU содержит несколько пакетов верхних уровней; - фрагментации – используют, если, напротив, один пакет верхнего уровня разбит на несколько PDU; - управления предоставлением канала – используется абонентской станцией, чтобы сообщить базовой станции о необходимости в управлении пропускной способностью; - расширенный подзаголовок, с помощью которого внутри одного пакета МАС PDU может располагаться несколько подзаголовков; - Mesh – используют в Mesh-сетях; Подзаголовки располагаются сразу за основным заголовком МАС. Управляющие сообщения – это основной механизм управления системой IEEE 802.16. Описание профилей пакетов, управление доступом, механизмы криптозащиты, динамическое изменение работы системы и т.д. – все функции управления, запроса и подтверждения реализуют через управляющие сообщения. Запросы полосы могут быть как эпизодическими для БС, так и планируемыми. В первом случае запросы реализуют посредством пакетов, состоящих из заголовка запроса, передаваемых на конкурентной основе абонентскими станциями в специально выделенном для них интервале восходящего канала. Процедура плановых запросов полосы в восходящем канале называется опросом (polling). БС опрашивает АС об их потребностях в увеличении полосы пропускания. Реально это означает, что базовая станция предоставляет конкретной АС интервал для передачи запроса о предоставлении/изменении полосы, т.е. при запросе полосы не используют алгоритм состязаний. Опрос может быть осуществлен в «реальном времени»: интервалы для запроса предоставляют АС с тем же периодом, с каким у нее может возникнуть потребность в изменении условий доступа (например, в каждом кадре). Другой вариант опроса – вне «реального времени». В этом случае БС предоставляет АС интервал для запроса также периодически, но период этот существенно больше. Для приложений, у которых периодичность и размер пакетов фиксированы (например, в телефонии по Е1), предусмотрен механизм доступа к каналу без требования UGS (Unsolicited Grant Service). В этом случае БС с заданным периодом предоставляет АС для передачи данных интервалы фиксированного размера, соответствующие скорости потока данных. Если в ходе работы АС нужно изменить условия доступа, она делает это посредством специального МАС-подзаголовка управления предоставлением канала. В этом подзаголовке есть флаг «опроси меня», установив который, АС запрашивает у БС интервал для новой полосы. Существенно, что в упомянутом подзаголовке есть специальный бит индикации переполнения выходного буфера передатчика АС, что приводит к потере данных (slip). БС может отреагировать на появление этого сигнала, например, увеличив полосу для данной АС. Технологии, используемые в стандарте 802.16, требуют соответствующего управления радиоканалом, особенно управления характеристиками физического уровня передачи в зависимости от индивидуальных особенностей канала конкретного абонента и его потребностей в пропускной способности. Уровень управления радиоканалом RLC (Radio Link Control) обеспечивает как эти возможности, так и традиционные функции управления мощностью излучения.
|
