（通信与信息系统专业论文）宽带无线接入—ieee+80216协议动态带宽分配的研究.pdf

摘要 摘要 随着人们对网络带宽和速率越来越高的要求，网络由低速向高速、由窄带向 宽带方向迅速发展。作为解决从客户端到核心网间接入瓶颈问题的有效途径，宽 带无线接入技术( b w a ) 获得了广泛关注，已经成为当前的研究热点。先前无 线接入技术标准众多，各厂家系统互不兼容。为了改变这种局面，i e e e 工作组 于2 0 0 2 年4 月底正式发布了新的协议标准i e e es t a n d a r d8 0 2 1 6 2 0 0 1 ，通过该协 议定义了无线城域网新的空中接口规范w i r e l e s s m a n l m ，以期望能统一业界标 准。 在对协议自身理解的基础上，本论文分析了i e e es t a n d a r d8 0 2 1 6 2 0 0 1 协议 中媒体接入控制( m a c ) 层和物理( p h y ) 层的部分内容和特点，尤其对有关 动态资源调度分配的部分内容进行了详细的研究。协议中规定，下行链路业务数 据由b s 侧统一按时分复用发送，不存在竞争问题；上行链路业务数据发送采取 时分多址接入( t d m a ) 和按需分配多址接入( d a m a ) 相结合的一种方式。为 实现该方式，系统需要复杂的上行链路带宽调度机制来实现动态带宽分配，以保 证各用户端( s s ) 的业务终端能够正常发送业务数据，并能充分满足各业务的 不同q o s 要求。 本论文通过在o p n e t ) i 真平台上搭建的基于t d m a d a m a f d d 模式的仿 真系统，在有一定噪声的环境下，设计了一整套带宽请求、碰撞退避、请求带宽 授予的算法，来实现动态带宽分配。最后，通过运行仿真，对于一个基站( b s ) 、 - - + n p n ( s s ) 、两种q o s 要求( c b r 和v b r ) 业务终端的配置环境，比较 讨论了动态带宽分配与静态带宽分配模式下、自适应调制与单一调制方式下，带 宽资源调度的不同情况和其对业务终端队列长度、网络时延的具体影响。 关键词：宽带无线接入，i e e e 8 0 2 1 6 ，无线城域网，按需分配多用 户接入，基于用户站的带宽授予，服务质量指标 皇! ! ! 塑! 一一 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gr e q u e s tf o rb a n d w i d t ha n dv e l o c i t y ，n e t w o r k sa r ed e v e l o p i n g r a p i d l yf r o ml o ws p e e dt o w a r dh i g hs p e e d ，f r o mn a r r o w b a n dt o w a r db r o a d b a n d a s a ne f f i c i e n ts o l u t i o nf o rt h ea c c e s sb o t t l e n e c kf r o mc l i e n tt oc o r en e t ，b w ah a sb e e n t h eh o t p o to fr e c e n tr e s e a r c h p r e v i o u s l y , t h e r ew e r el o t so fb w a p r o d u c t s ，a n dt h e s y s t e m sf r o md i f f e r e n tv e n d e r sw e r eu n c o m p a t i b l e i no r d e rt oc h a n g et h i ss i t u a t i o n ， i e e ew o r k i n gg r o u pp u to u tan e w p r o t o c o l ，i e e es t a n d a r d8 0 2 1 6 2 0 01 ，i na p r i l 2 0 0 2 t h i sp r o t o c o ld e f i n e dan e wa i ri n t e r f a c ec r i t e r i o n ，w i r e l e s s m a n ，h o p i n gt o p r o v i d ea u n i f o r ms t a n d a r d t h i st h e s i sr e s e a r c h e sc a r e f u l l yo ns o m ec o n t e n to ft h em a ca n dt h ep h y l a y e r ， e s p e c i a l l yt h o s ea s s o c i a t i n gw i t hd y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n a si sp r e s c r i b e di n t h e p r o t o c o l ，d o w n l i n k t r a f f i ci ss e n ti nab r o a d c a s t w a yu s i n g t i m ed i v i s i o n m u l t i p l e x i n gw i t hn oc o n t e n t i o n ，w h i l eu p l i n kc h a n n e li s s h a r e db yu s e r su s i n ga m i x e ds t r a t e g yo ft i m ed i v i s i o n m u l l t i p l ea c c e s s ( t d m a ) a n dd e m a n da s s i g n m e n t m u l t i p l ea c c e s s ( d a m a ) t h e r e f o r e ，i no r d e rt oa s s u r et r a f f i ct r a n s i t i o na n de x p e c t e d q o s ，s y s t e m sr e q u i r e a c o m p l i c a t e du p l i n k s c h e d u l e rt o i m p l e m e n td y n a m i c b a n d w i d t ha l l o c a t i o n w i t ht h ea i do fp r o t o c o ls i m u l a t i o ns y s t e md e s i g n e do no p n e t , id e v i s e da s e r i e s a l g o r i t h mo fb a n d w i d t hr e q u e s t ，c o l l i s i o nb a c k o f fa n dr e q u e s t e db a n d w i d t h g r a n t ，t oi m p l e m e n td y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o ni nt h ec i r c u m s t a n c eo fs o m en o i s e f i n a l l y , b y t h es i m u l a t i o n r e s u l t ，t h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nd y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o na n ds t a t i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o na r ea n a l y z e d ，ia l s oa n a l y z e dt h ed i f f e r e n c e s b e t w e e na d a p t i v em o d u l a t i o nm o d ea n ds i n g l em o d u l a t i o nm o d e t h e s ed i f f e r e n c e s a r et h ep e r f o r m a n c eo fb a n d w i d t ha l l o c a t i o na n di t s i m p a c tt o w a r d ss e r v i c eq u e u e l e n g t ha n dn e t w o r kd e l a y k e yw o r d s ：b w a ，i e e e 8 0 2 。1 6 ，w i r e l e s s m a n ，d a m a ，g p s s ，q o s v 6 2 8 8 4 1 南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：董磊日期：一争中， 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名： 童垒导师签名： 整叠 日期：! ! 丝! ：! 第一章宽带无线接入系统概述 第一章宽带无线接入系统概述 1 1 宽带接入系统的现状 随着i n t e r n e t 的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体 应用的需求大幅度增加，电子商务更是网络应用的典型热点。同时，人们对网络 带宽及速率也提出了更高的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄 带向宽带方向迅速发展。目前对于主干网来讲，各种宽带组网技术同益成熟和完 善，波分复用系统的带宽已达4 0 0 g b i t s ，i po v e r a t m 、i p o v e rs d h 、i po v e r w d m ( d w d m ) 等技术已经开始投入使用，并提出了建立全优化光学主干网络，可 以说网络的主干已经为承载各种宽带业务作好了准备。但是位于通信网络与用户 之间的接入网发展相对滞后，接入网技术成为制约通信发展的瓶颈。 网络接入发生在连接网络与用户的最后段路程，网络的接入部分是目前最 有希望大幅提高网络性能的环节。对本地环路网来说这是一个瓶颈，全球拥有上 亿条用户接入线，因其功能有限阻碍着网络用户业务的发展，而与用户线路另一 端的高性能设备形成了鲜明的反差。 目前正广泛兴起的宽带网接入相对于传统的窄带接入而言显示了其不可比 拟的优势和强劲的生命力。为了适应新的形式和需要，出现了多种宽带接入网技 术。包括铜线接入技术、光纤接入技术、混合光纤同轴( h f c ) 接入技术等多种 有线接入技术以及无线接入技术等。宽带无线接入( b w a ) 是指在终端用户和 交换局端间的接入网部分全部或部分采用无线传输方式，为用户提供固定或移动 的接入服务的技术。作为有线接入网的有效补充，它有系统容量大，话音质量与 有线样，覆盖范围广，系统规划简单，扩容方便，可加密码或用c d m a 增强 保密性等技术特点，可解决边远地区、难于架线地区的信息传输问题，是当前发 展最快的接入网之一。 1 2b w a 系统概述 宽带无线接入( b w a ) 通常指主要用来在用户终端和核心网间传递宽带业 务的固定无线系统。鉴于b w a 系统一直缺乏个统一的标准，i e e e8 0 2 ，1 6 工 作组于2 0 0 1 年1 0 月完成了i e e es t a n d a r d8 0 2 1 6 2 0 0 1 1 1 协议的定制并于2 0 0 2 年 第一章宽带无线接八系统概述 4 月8 日正式发布。协议为第2 代无线城域网( w m a n ) 定义了w i r e l e s s m a n 空中接口，支持1 0 到6 6 g h z 的超高频段( 这种微波频段要求b s 和s s 之间是 直视l o s 链路) 。基于该协议的w m a n 系统通过户外天线将大楼中客户网经由 s s ( 用户站) 至远处中心站( b s ) ，接入核心网络。作为i e e e 8 0 2 1 6 的补充，i e e e 还定制了i e e e8 0 2 1 6 a 协议。该协议直接支持游离和日益增长的移动用户。协议 把空中接口扩展到2 1 1 g h z 的低频段，包括了需要发放牌照频段和免牌照的频 段( i s m ：2 4 g h z ) 。在这个频段，系统成本更低，用户覆盖范围更大，受雨衰 影响不大，对直视( l o s ) 也要求不高，因此能直接支持慢速移动终端，但速率 也相对低些。 b w a 的典型系统包括：中心站或称基站( b s ) ，用户站( s s ) ，用户终端设 备( t e ) ，核心网设备，小区间链路，中继站( r s ) 等其它设备。通常采用一种 类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区，每个服 务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户站通信。 基站b s 采用多扇区覆盖，使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线来覆盖用 户端设备。多扇区基站可以更有效地利用频谱，进步扩大系统容量。l m d s 系 统根据采用天线的不同，可划分为1 5 度、2 2 5 度、3 0 度、4 5 度、6 0 度、9 0 度 的扇区，即最少4 个扇区，最多可达2 4 个扇区。基站至用户端的下行链路采用 t d m 模式，采用的调制方式为q p s k 和正交幅度调制q a m ，可使用1 6 a q m 、 6 4 q a m 等大大提高频率利用率的调制技术。调制阶数越高频谱利用率越高，但 衰落储备越小，相同条件下小区覆盖范围越小。混合选择多种调制方式能增加系 统容量。 用户站s s 设备的配置差异较大，不同的设备供应商有不同的选择。一般说 来都包括室外单元( 含定向天线、微波收发设备) 与室内单元( 含调制与解调模 块以及与用户室内设备相连的网络接口模块) 。多个用户端设备可通过时分多址 ( t d m a ) 、频分多址( f d m a ) 、o f d m 等无线多址接入方式与基站进行通信。 根据不同的业务接口，用户站可以连接a t m 子网、l a n 、p b x 、v o d 电视、i s d n 专线等多种业务终端。 由于系统工作频段通常在1 0 6 6 g h z ，电波遇障碍绕射能力差，并在2 0 3 0 g h z 频段内因降雨引起的散射衰减严重。因此b s 和s s 的天线须“视通，( l o s ) 第一章宽带无线接入系统概述 以保证无碍通信，并且应有一定的相对架设高度( 俯仰角) 以减小降雨影响。当 b s 在正常覆盖范围内和s s 不具直视( l o s ) 条件或要扩展b s 的正常覆盖范围 时，便采用r s 来中继转播b s 的信号到s s 。r s 下行频率可以和b s 相同也可以 不同( 即在不同的信道上解调和再调制) ，本身也可以是s s ，连接各种业务终端。 为减少雨衰，目前通常都采用自动发射功率控制( a t p c ) 对衰落自动补偿。 1 3i e e e 8 0 2 1 6 协议组成 i e e e 8 0 2 1 6 标准对点到多点的固定无线宽带接入系统的空中接口进行规范， 包括媒体接入控制层( m a c ) 和物理层( p h y ) 两大部分。m a c 层可支持多种 p h y 规范，以适应各种运行环境。该标准支持了全球统一规范的高效的宽带无 线接入产品，成为宽带接入方案中有线宽带接入之外又一个很好的选择，加速了 宽带无线接入频谱的商用进程。 宽带无线接入的频谱选定在1 0 6 6g h z 范围内，其频谱特性决定b s 和s s 必须直视( l o s ) ，并且无需考虑多径效应。在该物理环境中采用的信道有很宽 的带宽，一般采用2 5 或2 8m h z ，其数据速率可超过1 2 0m b i t s 。这样很适用于 有大量办公业务的小型办公室的点到多点接入服务应用。2 1 1o h z 的频谱应用 由i e e e 标准p 8 0 21 6 a 联合项目组定制，对m a c 层功能有所增强。 图1 1i e e e8 0 2 1 6 协议栈参考模型 第一章宽带无线接入系统概述 i e e e8 0 2 1 6 协议的参考模型如图1 1 所示。 由图中可以看出，m a c 层被分为3 个子层，分别为特定业务汇聚子层( c s ) 、 m a c 公共部分子层( m a cc p s ) 和加密子层( p r i v a c y ) 。 c s 子层通过c s 业务接入点( s a p ) 接收网络高层数据，并将其转换或映射， 形成m a c 业务数据单元( s d u ) ，由m a cs a p 传给m a cc p s 。其中包括将网 络高层的业务数据单元分类，并归类到相应的m a c 业务流( s e r v i c ef l o w ) ，分 配连接标志符( c i d ) 。可能还包括添加负荷压抑头( p h s ) 等过程。c s 负荷的 内部格式对于c s 层是独特的，m a c c p s 不需也不能解析c s 负荷的格式和内容。 m a cc p s 子层是m a c 层的核心功能所在，包括系统接入、带宽分配、连 接建立和连接维护等。它从m a cs a p 接收c s 层来的数据，分类划分到特定的 m a c 连接，并对p h y 层数据的传输和调度实行q o s 服务质量控制( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 。通常所蜕的m a c 层主要指的就是这个子层。 m a c 层还包括一个独立的加密子层( p r i v a c y ) ，提供鉴权、保护钥交换和加 密。 m a cc p s 通过p h y s a p 向p h y 层传送数据、p h y 控制和统计信息。 p h y 层可能包括多种规范，每种规范都对应于一个特定的频率范围应用。 p h y 层功能上划分为传输汇聚子层( t c l ) 和物理媒质依赖子层( p m d ) ，通 常随p h y 主要指后者。 1 4 本文主要内容和总体框架 本文在第二章和第三章分别阐述了i e e e8 0 2 1 6 协议中关于媒体接入控制层 ( m a c ) 和物理层( p h y ) 方面的内容，尤其详细地介绍了有关带宽资源分配 的部分内容。在第四章里，详细设计了上行带宽资源调度分配算法，实现了整个 上行链路的t d m a f d a m a 接入控制方式。其中，上行带宽资源调度通过s s 侧 带宽请求、竞争碰撞退避、b s 侧请求带宽授予三个部分来分别加以实现。第五 章中，描述了整个仿真系统的设计思路，阐述了协议中实现的各个功能实体，对 在上行带宽资源调度中起关键作用的几个模块作了详细的说明。在第六章里，针 对1 个b s 、3 个s s 、2 类共6 个业务终端( c b r 和v b r ) 的点到多点系统，按 。为了使m a c c p s 不致太过复杂在仿真中带宽请求膨 配的过程放在c s 子层实现。 4 第一章宽带无线接入系统概述 给定的配置方案进行多次的仿真，采集其仿真结果，进行分析比较。首先分析比 较了动态带宽分配和静态带宽分配模式下各个业务终端的分组队列情况和时延 曲线，并分析了d a m a 带宽请求和分配机制运行的具体工作情况和占用的协议 开销曲线。然后分析比较了自适应调制和单一调制方式下的业务终端分组队列情 况和时延曲线，并单独分析了自适应调制方式下带宽请求和分配机制运行情况。 第一二章i e e e8 0 2 1 6 协议m a c 层介绍 第二章i e e e8 0 2 1 6 协议m a c 层 i e e e8 0 2 1 6 协议的m a c 层由三部分组成：特定业务汇聚予层( c s ) 、m a c 公共部分子层( m a cc p s ) 和安全加密子层( p r i v a c y ) 。2 1 节描述了c s 子层为 了执行特定业务( a t m 和p a c k e t ) i _ e 聚功能而采用的规范；2 f 2 节介绍了m a cc p s 子层的协议封装、业务带宽调度和对物理层的支持等方面的内容；2 3 节简要介 绍了p r i v a c y 子层的功能。 2 1c s 子层 c s 子层位于m a c c p s 上面，通过m a cs a p 与m a c c p s 传输业务。它包 括以下几个功能： l 、接收高层传来的高层协议数据单元( p d u ) ( 非i e e e8 0 2 1 6 协议规定的) 。 2 、对高层p d u 进行分类并转换、映射到相应连接上。不同连接以c i d 作 为标志来区分。 3 、根据分类的结果对高层p d u 进行p h s 等处理( 如果需要的话) 4 、将c sp d u 传送到与业务流相关的m a cs a p ，以便传给对等的m a c c p s 。 5 、从对等的m a cc p s 实体接收c s p d u ，并可能根据需要重建被抑制的负 荷头信息。 目前，本协议提供了两种c s 规范：a t mc s 和p a c k e tc s ，将来根据需要 可能会加入新的c s 规范。 2 1 1 分类 分类是指当网络高层数据通过s a p 进入c s 层后，自动被映射到不同的出口 连接上a 其映射的匹配准则依c s 规范的不同而不同：a t mc s 根据不同的 v p f v c i 来匹配，p a c k e tc s 根据不同的目的地i p 地址来匹配。分类之后，c s 就可以根据连接的不同而分别进行相应的负荷头压抑处理( p h s ) 。 分类器就是用于分类的一组匹配准则，它逐个地处理每一个进入c s 层的高 层数据，并授予相应的c i d 。处理过后的数据根据授予的c i d ，被投递到相应的 m a c s a p ，以便m a c c p s 接收。这一过程也使该数据单元的q o s 控制便于进 - 6 第二章i e e e8 0 2 1 6 悱议m a c 层介绍 行。多个分类器可以将高层数据分类到同一个业务流上。分类器优先级用于指明 优先使用哪个分类器对高层数据分类。由于分类器使用的模式可能部分重叠，因 此有必要明确指定顺序。b s 和s s 侧分别应用下行链路、上行链路分类器对收到 的高层数据分类。c s 有可能接收到无法识别和分类的高层数据，此时应当为其 分配一个默认的c i d 或者只是简单地丢弃。 图2 1c s 层分类和c i d 映射( 下行) 图2 2 c s 层分类和c i d 映射( 上行) 2 1 2 负荷头压抑( p h s ) 在p h s 过程中，将进入c s 层的高层数据的负荷头的部分冗余信息在发送端 抑制掉，并在对等的发送端恢复被抑制掉的冗余头信息。在上行链路，s s 端抑 第二章i e e e8 0 21 6 协议m a c 层介绍 制，b s 端恢复；而在下行链路，由b s 端抑制，s s 端恢复。每一个s d u 添加了 p h s i 前缀，为冗余头信息的恢复提供参考。 进行压抑的原因在于：新形成的c sp d u 中头部信息保留了原s d u 头部必 要信息，而部分冗余信息，如a t mc ss d u 的v p i v c i 被映射成c i d ，校验信 息h e c 被丢弃，在m a cc p s 层中将使用新协议自身的校验位h c s 。这样通过 抑制冗余信息来节省带宽和协议开销。 发送端利用分类器将不同数据映射到业务流中，不同的业务流采用各自相应 的p h s 规则。接收端通过c i d 和p h s i 来恢复被抑制的p h s f 。一旦一种p h s f 被匹配到一个p h s i 上，就不能再更改了。同样，想要更改一个业务流的p h s f 值，就必须定义一个新的p h s 规则，将旧的规则剔除。当个分类器被删除时， 其相关的p h s 规则也同样被删除了。 2 2 m a cc p s 子层 2 2 1 m a cc p s 概述 一个采用共享传播媒介的网络必须要有一个高效的传输控制机理，点到多点 无线网络就是一个典型的这样的网络，这里共享的传播媒介就是无线电波传播的 大气空间。 从b s 至i j s s 的下行链路运行在点到多点的基础之上，b s 是这个方向上唯一的 发射端，所以它发射下行信号时无需和其他站协调，除了采用t d m a 方式时要区 分上下行时隙。它向扇区内所有s s 广播，各s s 检查收到的信息，只留下发给自 己的信息。 在另一个方向上，s s 通过请求机制，共享上行链路。根据提供服务的种类 不同，s s 可能可以连续地发送，也可能必须先向b s 请求，获得允许再发送。 除了针对单- - s s 的信号外，还存在多播信号( 比如控制信息和视频广播) 和针对全体s s 的广播信号。 每一个扇区内，各个s s 都要遵循一个发射的规则，以协调s s 间的竞争，满 足各项服务的时延和带宽需求。这些是通过5 个不同类型的上行链路调度机制及 其采用的主动带宽授予、轮询、竞争等过程来优化和完成的。 轮询简化了接入的操作过程，并且保证了业务服务需求能得到满足。一般来 第二章i e e e8 0 21 6 协泌m a c 层介绍 说，数据业务对时延要求不是很高，但实时业务( 如音频和视频) 就要求不一样的 服务，必须满足一个要求严格的时间表。 m a c 层是基于连接的。为了映射到各个s s 的服务，提供不同级别的q o s ， 所有的数据通信都是建立在连接的基础之上的。当网络系统中出现s s 时，业务 流就被提供了。随着s s 注册后，连接就与业务流一一对应，从而可让各端分清 是谁申请了带宽。此外，当一个用户的服务需要改变时，新的连接也将建立。 个连接标识了b s , d s s 的m a c 层中对等实体。间的连接，同时映射到一个业务流， 业务流则为该连接上交换的p d u 定义t q o s 参数。因此，业务流实际上提供了上 下行q o s 管理的机制，并且和带宽分配的进程紧密联系。个s s 以基于每个连接 ( 也即基于不同业务流) 的方式请求上行带宽，b s 在某个时间调度间隔内，或 者对一个s s 的所有请求总的授予一个带宽，或者按每个连接来授予带宽。 连接一旦建立可能需要活动维护，具体依赖于连接携带的业务类型而变化。 例如，未采用话音激活技术的话音业务每帧分配固定带宽故实际上不需要连接维 护；而采用话音激活技术的话音业务由于压缩的缘故使得带宽需求动态变化( 但 是变化相对来说很小) 故需要少量连接维护；i p 业务由于突发性和较高的分段可 能性导致带宽需求变化过大故更需要大量的频繁的维护。 最后，连接也可能会终结，这通常发生在一个用户的业务合同改变的时候。 一个连接的终结可以由b s 或s s 发起。 以上连接的建立、维护和终结过程是通过使用静态的配置和连接的动态添 加、修改和删除来完成的。 2 2 2m a c 业务定义 m a c c p s 子层以及c s 子层之间由于各自的需求而交换信息，这种跨越层 与层之间的信息流都可以归类为不同的“原语”。各种原语代表不同的信息，并 可触发不同的事件。出于存在几个子层，这些原语可以被分为两大类：向c s 层 提供m a c 服务的原语( 业务接入点是m a cs a p ) ：以及向外部高层( 非i e e e 8 0 2 1 6 协议) 提供业务的原语( 业务接入点是c ss a p ) 。 对于前一类，i e e e8 0 2 1 6 协议m a c 层支持以下原语： ：m 苎曼曼史对篓妾世不止一个。如：站维护管理实体，带宽请求实体，动态业务管理实体密钶管理实体 等它们的功能都发起和终止于m a c 层，这之间都使用c i d 寻址 9 - 兰兰兰! ! ! ! ! 竺! ! 坐坚竺垒! 堡坌塑一一 m a c _ c i 划s a t e _ c o n n e c t i o n r e q u e s t m a c _ c r e a t e _ c o n n e c t i o n i n d i c a t i o n m a c _ c r e , a t e _ c o n n e c t i o n r e s p o n s e m a cc r e a t ec o n n e c t i o n c o n f i r m a t i o n m a c _ c h a n g e _ c o n n e c t i o n r e q u e s t m a c - c h a n g e c o n n e c t i o n i n d i c a t i o n m a c c h a n g e c o n n e c t i o n r e s p o n s e m a c _ c h a n g e c o n n e c t i o n c o n f i r m a t i o n m a c j e r m i n a t e _ c o n n e c t i o n r e q u e s t m a c t e r m i n a t e c o n n e c t i o n i n d i c a t i o n m a c t e r m i n a t ec o n n e c t i o n r e s p o n s e m a c t e r m i n a t e c o n n e c t i o n c o n f i r m a t i o n m a c _ d a i ar e q u e s t m a c d a t a i n d i c a t i o n 使用这些原语提供c s - - m a c 层间通信的流程可由图2 - 3 表示：一项业务的 最初请求由“r e q u e s t ”原语提供：当这个请求通过空中链路传到对等的m a c 子 层时，生成“i n d i c a t e ”原语以通知对等c s 层该请求；该c s 层随即将一个 “r e s p o n s e ”原语返回给m a c 层；再通过空中链路返回发起侧，发送“c o n f i r m ” 原语给c s 层。 c o n v e r g e n c es u b l a y e rc o n v e r g e n c es u b l a y e r r 。p “e s 4 t r e l p 。“8 8 2 m ，c l c p sc s 。u b l a y e r i m 牟c c r s s 曲吣e r + 3i n d i c a t i o “ 图2 3c s m a c 层问业务原语 2 2 3 寻址和连接 i e e es t d8 0 2 2 0 0 1 规定每一个s s 都有一个4 8 b i t 的m a c 地址。这个地址 标志着浚s s 本身的唯一性。它表示了不同的厂家和设备；在注册过程中为s s 建立适当的连接；并于鉴权时帮助b s 和s s 相互认证。 连接通过一个1 6 b i t 的c i d 号加以识别。在s s 初始化时，上下行方向各有 三种不同的管理连接建立，即至少6 个不同的c i d 。这些c i d 通过b s 发出的 r n g - r s p 和r e g r s p 消息束分配，反映了b s 和s s 间三种不同q o s 的管理业 1 0 第一章i e e e 8 0 21 6 饥议m a c 层介绍 务：基本连接被用于交换短的、紧急的m a c 管理消息；主要管理连接被用于交 换长一点的、时延要求稍微宽松的管理消息：最后，次要管理连接被用于传递时 延大的、基于d h c p 、t f t p 等协议的管理消息。 数据发送的请求基于c i d 来实现，不同的连接所允许的业务类型和带宽范 围都各有不同。例如，一幢办公楼中拥有多个用户的s s 可以为它所有的用户发 送请求，尽管其业务类型和其他参数都各不相同。 许多高层会话可能应用了同一个c i d 。例如，一个公司内许多用户与不同地 点相互通信，但只要他们都采用同样的业务参数，他们的业务就可以通过同一个 连接来请求或授予，然后由发送数据的负荷部分中封装的地址来区分不同用户。 2 2 4 m a cp d u 格式 m a c p d u 格式如图2 4 所示。每一个p d u 都从一个固定长度的通用m a c 头开始，随后便可能是净负荷部分。净负荷部分可以没有( 如带宽请求头) ，也 可以由多个子头、多个m a cs d u 、以及其碎片组成。净负荷长度不一，这使得 m a c p d u 也长度不一，方便m a c 层封装高层业务数据时无视其比特格式。 l g e n e cm a ch e a d e r ， c r c ( o p t i o n a l ) p a y l o a d ( o p t i o n a l ) i ，j 图2 4 m a cp d u 格式 m a c p d u 包含通用m a cp d u 和带宽请求m a c p d u 两大类，每个头文件 中都有专门的l b i t 信息用于区分是哪一类p d u 。通用m a cp d u 包括m a c m a n a g e m e n t p d u 和u s e r p d u 两种，分别承载m a c 管理信息和c s 层的数据， 都是由通用m a c 头和p a y l o a d 所构成。带宽请求m a cp d u 只有带宽请求头， 而没有p a y l o a d 信息，只是用来请求带宽。 m a c p d u 中还可能存在三种不同的m a c 子头，分别是g r a n tm a n a g e m e n t s u b h e a d e r 、f r a g m e n t a t i o ns u b h e a d e r 和p a c k i n gs u b h e a d e r 。g r a n tm a n a g e m e n t s u b h e a d e r 和f r a g m e n t a t i o ns u b h e a d e r 依次紧随着通用m a c 头出现，而p a c k i n g s u b h e a d e r 则出现在每一个s d u 的前面。f r a g m e n t a t i o ns u b h e a d e r 与p a c k i n g s u b h e a d e r 不可能同时在个m a cp d u 中出现。 g r a n t m a n a g e m e n ts u b - h e a d e r ：长度为2 字节，由s s 用来向b s 指示其带宽 第二章i e e e8 0 2 1 6 协泌m a c 层介绍 管理需求。它是基于每p d u 的。对于非u g s 业务，s s 使用该子头的p b r 域( 捎 带请求) 来传递其上行所需带宽字节数( 不包括p h y 层开销) 。对于u g s 业务， 则只能使用p m 比特。 f r a g m e n t a t i o ns u b h e a d e r ：指示将m a cp d u 的净荷分段传递时所需操作。它 是基于每p d u 的，与g r a n tm a n a g e m e n t 子头同时出现时应置于其后。 p a c k i n gs u b h e a d e r ：指示将多个m a cs d u 打包成一个m a cp d u 传递，它 基于是每s d u 的，不能和f r a g m e n t a t i o n 子头使用在同一个m a cp d u 中。 仿真使用的m a cp d u h e a d e r 格式中的各域说明如图2 5 和表2 1 所示： 3u 蹬l 枷咄o l 面伍窜甜龇 鼍a 向 3 匿正二三至 ii 嘧冰咖m 峪s i 虹嘲t ， i l i p b r ( 1 5 ) i， ：j 开8 孕r 目i m 沁a d 日 ，7 l 同面订面习 1 l - - - - - - - - - l - - - - - - - - - l j? 图2 5m a cp d u 分组格式 域名头部域描述 取值范围 仿真设计否? b rb a n d w i d t h r e q u e s t0 t o6 5 5 3 5 ( 请求的带宽字节数，不包含t c 层和p h y y e s ( 1 6b i t s )层开销) c ic r c i n d i c a t o r ( ib i t )0 = n o c r c p r e s e n ti = c r cp r e s e n tn o c i dc o n n e c t i o ni d e n t i f i e r ( 1 6 b i t s ) 0 t o0 x f f f f y e s e c e n c r y o t i o nc o n t r o l ( ib i t ) 0 = p a y l o a di se n c r y p t e d1 = n o te n c r y p t e d n o ( s e t t o1 ) e k s e n e r y p t i o nk e ys e q u e n c ef 2b i t s ) n o ( 设为0 ) f c f r a g m e n t a t i o nc o n t r o l ( 3b i t s )0 0 = n of r a g m e n t a t i o n 0 1 = a s tf r a g m e n t 第二章i e e e8 0 21 6 协议m a c 层介绍 1 0 = f i r s t f r a g m e n t1 1 = m i d d l e f r a g m e n t f s n f r a g m e n t a t i o ns e q u e n c en u m b e r 0 t o7 y e s ( n o tu s e d ) ( 3b i t s ) h c sh e a d e rc h e c ks e o u e n c e ( 8b i t s )n o ( 设为0 ) h th c a d e tt y p er 1b i t )0 = g e n e r i ch e a d e r1 = b a n d w i d t hr e q u e s th e a d e ry e s l e n g t hl e n g t ho f p d u ( 1 1b i t s ) 7 t o2 0 4 8 f b y t e 】y e s p b r p i g g y b a c kr e q u e s t ( 1 6 b i t s ) 0 t o6 5 5 3 5 y e s ( n o tu s e d l p m p o l l m e ( 1b i t ) 0 = n oa c t i o n i = r e q u e s tap o l ly e s ( n o tu e s d ) r s v dr e s e r v e dt h e s eb i t sa r ea l w a y ss e tt o0y e s s i s l i pi n d i c a t o r ( 1b i t ) 0 = n oa c t i o n 1 = s l i p y e s t y p et y p eo f p a y l o a di n c l u d i n g 0 x 0 021 1 0s u b h e a d e r s0 x 0 i2 g r a n tm a n a g e m e n ty e s ( n o tu s e d ) s u b h e a d e r s ( 6b i t s ) 0 x 0 24 p a c k i n g 0 x 0 3 。g ma n dp a c k i n g 0 x 0 4 2 f r a g m e n t a t i o n 0 x 0 52g ma n df r a g m e n t a t i o n m a c 管理消息在m a c p d u 的p a y l o a d 中传递。所有m a c 管理消息以一个 管理消息类型域开始，后面接按t l v 格式编码的管理消息净荷。并且基本、广 播和初始测距c 1 d 的连接上的m a c 管理消息不能被拆分或组合，主要管理c i d 连接上的m a c 管理消息则可被拆分组合。管理消息的格式如图2 6 所示，其编 码形式由表2 2 给出。m a c 管理消息不能承载在t r a n s p o r tc i d 标志的连接上。 图26m a c 管理消息格式 表2 2m a c 管理消息域说明 类 仿真使用 型 消息名消息描述 使刚的连接 否? ou c d u p l i n kc h a n n e ld e s c r i p t o ry e sb r o a d c a s i ld c dd o w n l i