（通信与信息系统专业论文）ieee+80216+mac层协议重配置技术研究及实现.pdf

l 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 研究方向： 作 者： 指导教师： 工学通信与信息系统 i p 与宽带网络技术 柯灿强 糜正琨 l i i i ii ii i i ii i lll l1 1 1 1 1 1 1 1 0 y 17 5 5 2 8 9 题目： i e e e8 0 2 16m a c 层协议重配置技术研究及实现 英文题目：t h es t u d ya n di m p l e m e n t a t i o no fi e e e8 0 2 16m a c l a y e r p r o t o c o lr e c o n f i g u r a t i o n 主题词：协议重配置i e e e 8 0 2 1 6 媒体接入控制数字信号处理 动态加载技术 k e y w o r d s ：p r o t o c o lr e c o n f i g u r a t i o n ，i e e e 8 0 2 1 6 ，m e d i aa c c e s s c o n t r o l ( m a c ) ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) ，d y n a m i c l o a d e r a ”铲二 _ i 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 随着无线通信技术的快速发展，支持不同无线接入技术的异构网络融合己成为通信网 络的发展趋势，端到端重配置( e 2 r ) 就是多无线电环境融合通信的重要技术。其中，基 于软件无线电的终端重配置技术是e 2 r 的主要内容之一。 论文基于笔者参与江苏省工业高科技项目“下一代泛在网络端到端重配置关键技术 的研究，t 3 得，系统研究终端重配置中的协议重配置技术，开发实现了可动态重配置的 i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层协议软件。 论文首先介绍软件无线电技术和端到端重配置技术及其体系结构，阐述协议重配置概 念和实现特点。然后概述i e e e 8 0 2 1 6 d 标准并详细分析其m a c 层各个子层的功能结构及 其关键技术。接着介绍所参与项目开发的原型系统的硬件结构，实现m a c 层功能的d s p 开发平台和实现协议重配置的核心部分_ t i 公司提供的d y n a m i cl o a d e r 套件。在此基础 上，提出基于d s p 的i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层可重配置协议的实现技术，详细描述可动态重 配置的i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层协议基本模块和动态模块的软件实现，最后给出协议软件和协 议重配置测试的结果。 测试结果表明，所提出的m a c 层协议重配置技术具有可行性和有效性，所开发的可 重配置协议软件具有良好的规范性，可靠性和稳定性，符合研发项目的要求。 关键词：协议重配置，i e e e 8 0 2 1 6 ，媒体接入控制，数字信号处理，动态加载技术 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，t h ei n t e g r a t i o no f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r kw h i c hs u p p o r t sd i f f e r e n tw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g i e s ，h a sb e c o m et h e d e v e l o p m e n tt r e n do fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k e n d - t o - e n dr e c o n f i g u r a t i o n ( e 2 r ) i sa ni m p o r t a n t t e c h n o l o g yo fc o n v e r g e dc o m m u n i c a t i o nu n d e rm u l t i r a d i oe n v i r o n m e n t ，i nw h i c hs o f t w a r er a d i o b a s e dt e r m i n a lr e c o n f i g u r a t i o ni so n eo ft h ek e ye l e m e n t s w i t ht h ee x p e r i e n c eg a i n e di nj i a n g s ui n d u s t r i a lh i g h t e c hp r o je c t r e s e a r c ho nt h ek e y t e c h n o l o g i e so fe rf o rn e x tg e n e r a t i o nu b i q u i t o u sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ”t h ep a p e r s y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e st h ep r o t o c o lr e c o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g ya n dd e v e l o p st h ed y n a m i c r e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eo fi e e e 8 0 2 16 dm a c - l a y e rp r o t o c 0 1 f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h es o f t w a r er a d i ot e c h n o l o g y , e n d - t o - e n dr e c o n f i g u r a b i l i t y t e c h n o l o g ya n di t sa r c h i t e c t u r e ，a s w e l la st h e c o n c e p ta n di m p l e m e n t a t i o no fp r o t o c o l r e c o n f i g u r a t i o n t h e ni tr e v i e w si e e e 8 0 2 16 da n da n a l y z e st h es t r u c t u r a lf u n c t i o n sa n dk e y t e c h n o l o g i e so fi t sm a cs u b - l a y e r b a s e do nt h ea b o v ed e s c r i p t i o n ，i ti n t r o d u c e st h eh a r d w a r e a r c h i t e c t u r eo ft h ep r o j e c tp r o t o t y p e ，t h ed s pd e v e l o p m e n tp l a t f o r mf o rt h em a cl a y e r f u n c t i o n a l i t y , a n d t h et i p r o v i d e dd y n a m i c l o a d e r p a c k a g e t or e a l i z et h e p r o t o c o l r e c o n f i g u r a t i o n f u r t h e r m o r e ，w i t hd s pa s t h ep l a t f o r m ，t h ep a p e rp r o p o s e sap r o t o c o l r e c o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g ya n dg i v e sd e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h ed y n a m i cr e c o n f i g u r a t i o n s o f t - w a r eo fi e e e 8 0 2 16 dm a c - l a y e rp r o t o c o l ，i n c l u d i n gb a s em o d u l ea n dd y n a m i cm o d u l e f i n a l l y , t h et e s tr e s u l t so fp r o t o c o ls o f t w a r ea n dp r o t o c o lr e c o n f i g u r a t i o na r eg i v e n t h et e s t i n gr e s u l t sh a v es h o w nt h a tt h er e c o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yo fm a c l a y e rp r o t o c o l i sf e a s i b l ea n de f f e c t i v e a n dt h er e c o n f i g u r a b l ep r o t o c o ls o f t w a r ei so fg o o ds t y l e ，r e l i a b i l i t ya n d s t a b i l i t ya n df u l l ym e e t st h er e q u i r e m e n to ft h er & dp r o j e c t y w o r d s ：p r o t o c o lr e c o n f i g u r a t i o n ，i e e e 8 0 2 1 6 ，m e d i a a c c e s sc o n t r o l ( m a c ) ，d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s i n g ( d s p ) ，d y n a m i cl o a d e r i i 譬 辩 ，fi- 4 ， 1 1 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第一章引言l 1 1 软件无线电技术：1 1 2 端到端重配置技术及其管理体系结构1 1 2 1 端到端重配置的概述1 l - 2 2端到端重配置的管理体系结构2 1 3 动态协议重配置技术3 1 4 i e e e 8 0 2 16 d 标准概述4 1 4 1i e e e 8 0 2 16 d 协议栈参考模型4 1 4 2i e e e 8 0 2 16 d 物理层4 1 4 3i e e e 8 0 2 16 dm a c 层5 1 5 本文的主要工作5 第二章i e e e 8 0 2 16 dm a c 层分析7 2 1 汇聚子层7 2 1 1 c s 子层概述! 7 2 1 2p a c k e tc s 子层7 2 2 公共部分子层1 0 2 2 1m a cp d u 帧格式和管理信令1 0 2 2 2m a cp d u 构建与传输1 2 2 2 3 网络接入和初始化1 3 2 2 4 物理层支持1 4 2 2 5 连接和业务流1 7 2 3 安全子层1 9 第三章原型系统及基于d s p b i o s 的程序设计2 0 3 1 原型系统硬件结构2 0 3 2 t m s 3 2 0 c 5 4 x 系列处理器特点2 1 3 3 基于d s p b l o s 的程序设计2 3 3 3 】 b i o s 系统的优点与组成2 3 3 3 2 d s p b i o s 应用程序执行2 6 3 3 3d s p b i o s 分析工具应用2 7 3 4 d y n a m i cl o a d e r 技术3l 第四章i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层可重配置协议实现技术3 3 4 1 基于d y n a m i cl o a d e r 重配置协议模块分解3 3 4 1 1 m a c 层协议基本模块设计3 3 4 1 2 m a c 层协议动态模块设计3 4 4 2 基于d y n a m i cl o a d e r 可重配置模块构建3 6 4 2 1 d s p b i o s 初始化：3 6 4 2 2 动态模块的构建_ 3 9 4 2 3 基本模块的构建n 4 2 4 3 协议重配置实现4 6 第五章i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层可重配置协议的软件实现4 8 5 1 基本模块的t s k 软件调度器4 8 5 1 1总体结构4 8 5 1 2 消息队列4 8 5 1 3 有限状态机4 9 5 2 基本模块的中断机制5 l i i i a 一。39 r 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 5 2 i h p i 数据通信5 l 5 2 2 f p g a 数据通信5 3 5 3 i e e e 8 0 2 1 6 d 动态模块的软件实现5 5 5 3 1 接入初始化模块5 5 5 3 2 分类模块5 9 5 3 3 数据服务模块6 0 5 3 4 服务流管理模块6 1 5 3 5 数据传输调度模块6 8 5 3 6 上行链路调度模块7 0 第六章i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层可重配置协议软件测试7 2 6 1 8 0 2 1 6 dm a c 层可重配置协议软件单元测试案例7 2 6 2 8 0 2 1 6 d 基带系统集成测试7 6 6 3 协议重配置测试7 7 6 4 可重配置协议软件测试分析7 8 结束语。7 9 j ( 谢8 0 参考文献8 1 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果。8 3 i v i，。 ，-o h 0 、 。唾，。， 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 第一章引言 1 1 软件无线电技术 随着移动通信和宽带无线接入技术的迅猛发展，未来移动通信发展的趋势将是多种无 线接入技术共存、相互补充，提供多样化的接入服务，实现无缝的移动性，有效地满足个 人通信和信息获取的需求。未来移动通信网络必将朝着宽带化、扁平化、泛在化、全i p 异 构无线融合网络的方向发展。各种无线网络之间的异构特性，对于网络的稳定性、可靠性 和高效性提出了挑战。异构无线网络融合涉及移动通信系统的多个层面，包括业务层面、 控制层面、接入层面、传送层面和空中接口层面。在设计和实现异构无线网络融合系统的 过程中，不同无线接入网络之间的融合将面临诸多的技术问题，如无缝移动性管理、融合 网络架构、异构无线资源管理以及q o s 保障等。为了使这些异构的无线网络协同工作，实 现不同系统之间的互联和兼容，2 0 世纪9 0 年代提出了一种新的无线通信理念软件无线 电( s d r ，s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ) 技术。 s d r 的核心思想是让硬件系统软件化，即用软件完成尽可能多的无线电功能。根据国 际电信联盟( i t u ) 的定义，软件无线电是一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件 平台，将各种功能，如调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成， 并使宽带a d 、d a 尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信 系统。软件无线电技术是各界公认的发展方向，将使通信电子设备的设计、开发及使用等 产生革命性的变化，在产品质量、成本、技术先进性等方面发生实质性的改变。 s d r 虽然提供了设备的可重配置能力，但是对于满足实现异构网络之间的灵活互通、 网络之间的资源调度，并为用户提供真正意义上的无缝业务体验的需求还远远不够，于是 人们开始从系统级的视角关注s d r 在整个网络体系架构中的端到端应用。此时，端到端重 配置技术成为了s d r 研究的新方向j 。 1 2 端到端重配置技术及其管理体系结构 1 2 1 端到端重配置的概述 端到端重配置( e 2 r e n d t o e n dr e c o n f i g u r a t i o n ) 技术是指针对无线接入技术环境的 异构性特点，以异构资源的最优化使用和用户对业务的最优化体璋为目标，综合可编程、 尸 可配置、可抽象的硬件环境以及模块化的软件设计思想。有别于s d r 贝i 重于研究终端设备， 它强调的是系统的概念，从系统的视角关注软件无线电在整个网络体系架构中的端到端应 用，涉及从通信源端到目的端的各个环节和协议标准的所有层次，是一种具有前瞻性的异 构网络融合的解决方案。 舅京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 端到端重配置技术包括终端重配置技术、网络重配置技术和业务重配置技术。重配置 技术的相关研究包括：终端和网络设备软件下载和无线接入技术重配置，重配置的控制管 理机制，异构网络的联合无线资源管理，动态频谱分配技术。相对于传统的技术融合思路， 端到端重配置技术具有更广泛的通用性和可扩展性。重配置环境下的终端和网络设备具有 灵活的软件下载和无线技术的重配置能力，用户可以根据终端所处的环境特征和业务需要 选择合适的无线接入技术。端到端重配置技术对于解决目前复杂的异构无线技术共存问题 有着重要的意义。可重配置实体通过灵活配置和选择合适的接入技术，可以减少异构环境 中可能的系统干扰，并可缓解资源不足等问题。通过联合无线资源管理等技术，实现了对 不同网络资源的最优化使用。 1 2 2 端到端重配置的管理体系结构 e 2 r 的管理体系结构如图1 1 所示。该体系结构重点解决了两方面的问题：一是对可重 配置网络元素的管理，又称为网元管理( n e m ，n e t - w o r ke l e m e mm a n a g e m e n t ) ；二是在 传统的管理平面和用户平面之外，定义了重配置管理平面( r m p ，r e c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e mp l a n e ) 。 图1 1e 2 r 的管理体系结构 r m p 主要包括4 个功能模块：重配置管理模块( c m m ，c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t m o d u l e ) 、重配置控制功能模块( c c m ，c o n f i g u r a t i o nc o n t r o lm o d u l e ) 、执行环境以及 可重配置协议栈。c m m 和c c m 的设置实现了管理和控制酌分离，c m m 负责重配置过程的 决策、监控和实施，使管理过程更具通用性；而重配置的具体操作，如软件下载安装和配 置参数的变更则由c m m 控制下的c c m 来完成，基于软件模块化思想c c m 使其扩展能力得 到提升。执行环境提供了访问硬件环境的统接口，屏蔽了底层的实施细节。可重配置协 议栈则是协议功能模块的一个数据库，不同模块的组合构成特定标准的协议栈，模块化的 2 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章引言 思想有利于代码重用，其扩展性和灵活性都得到了提耐3 1 。 r m p 作为一个完整的管理体系框架，融合了平面管理和分层管理两方面的内容。在平 面管理模块的设计上，r m p 既包含传统的网络性能管理、业务提供、计费管理，也融入了 重配置管理、软件下载管理和上下文管理等新内容。在分层管理功能的设置中，r m p 把重 配置的相关内容扩展为5 个管理层次：业务应用的、操作系统的、核心网相关的、接入网 相关的和设备相关的运营维护功能。其中接入网层是重点，它负责异构无线环境的管理， 包括网络元素管理和网络性能管理。 1 3 动态协议重配置技术 协议重配置就是对一种的通信协议进行适当的更新和配置，形成另一种功能完备的目 标协议。如果整个协议配置过程是实时动态进行的，称为动态协议重配置。支持重配置的 协议，必须采用软件实现，而不是硬件实现。实现动态协议重配置的重点是基于通用协议 栈的理念设计重配置多模协议栈。 重配置多模协议栈统一建模流程如图1 2 所示。 图1 2 可重配置多模协议栈结构模型 目前异构网络接入技术的协议栈执行着很多相似的功能，抽取这些通用功能，并结合 与技术相关的特殊功能构造出系统专用协议栈，通过增加重配置管理功能形成重配置多模 协议栈。流程的关键在于将每层功能划分为通用和特殊部分，不同协议层在协议架构、协 议功能、数据结构、协议框架及协议管理方面都能提取相应的通用功能。通用协议栈在整 合协议栈的通用功能之后，根据无线接入技术的具体要求定制通用功能的参数，再结合各 种无线接入技术的特殊功能部分，从而得到不同接入技术所特有的协议栈功能。这种方法 的优点有：重配置功能在协议栈的运行过程中能够实时执行，并保证协议栈软件模块的可 维护性，代码资源实现了共享，同时代码的可重用性提高了协议栈的效率。 从软件工程的角度看，有两种构建通用部分的方法：可参数化的功能模块方法和抽取 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言 特定协议栈通用部分的继承方法，这两种方法的结合是构造多模协议栈的最理想方法。特 殊部分主要是与技术相关的功能，这部分功能是不同无线空中接口技术所特有的、其他类 型的无线空中接口技术或同一类型的无线空中接口技术的其他模式中不具备的功能。例 如，与某一通信环境相关的模式中的物理资源和参数分配功能。多模协议栈通过对通用功 能和特殊功能的逐层分解，实现了灵活的多模式支持能力【4 1 。 1 4 i e e e 8 0 2 16 d 标准概述 。 i e e e 8 0 2 1 6 的主要内容是规定了工作于2 - 6 6 g h z 频率的无线接入系统空中接口物理 层和m a c 层规范，同时还有与空中接口协议相关的一致性测试，以及不同无线接入系统 之间的共存规范。i e e e 8 0 2 1 6 d 是目前该系列标准中相对比较成熟并且最具实用性的一个 版本。 1 4 1i e e e 8 0 2 16 d 协议栈参考模型 图1 3 给出了i e e e 8 0 2 1 6 d 协议栈参考模型。协议栈模型横向可以分为数据控制平面 和管理平面，i e e e 8 0 2 1 6 d 协议只规定了数据控制平面部分；模型纵向则可分为媒体接入 控制( m a c ) 层和物理层，协议对这两层的功能作了详细的规定。 标准范围 l( c ss a p ) 一 特定业务汇聚子层。管理实体 ( c s )7 特定业务汇聚子层1 ( m a cs a p 一 m a cj 鲁 眦公共部分子层 络 五 ( m a c c p s ) 一 。管理实体管 1 7 m a c 公共部分子层1 理 安全予层 系 ( p r i v a c y ) 、 - ；安全子层 统 r f - p h ys a p ) 一 l 物理层 。管理实体 | p h 赁 ( e r l v ) 1 7 物理层 1 ； 数据控制平面 管理平面 i 1 4 2i e e e 8 0 2 1 6 d 物理层 物理层使用1 0 6 6 g h z 和2 1 1 g h z 的频率范围，并可以支持时分刃2 i ( t d d ) j y 式和频分 双i ( f d d ) 方式。时分双工是指上行传输和下行传输占用不同的时间段，频分双工是指上 行传输和下行传输占用不同的频率。物理层主要功能包括从无线信道上接收和发送比特 4 南京邮电大学硕：l 研究生学位论文第一覃引言 流、信号的调制解调、编码解码、同步和自动功率控制等。 物理层定义了多种规范，每一种都为了适用于特殊的频率范围和应用。在1 0 6 6 g h z 这个频段，需要满足视距传输的需求，可以不用考虑多径效应。针对此频段8 0 2 1 6 d 协议定 义了一种物理层规范即无线城域网单载波( w i r e l e s sm a n s c ) 模式，即采用单载波调 制方式，可以采用q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m 调制技术。在该模式下，下行信道采用时分复 用( t d m ) 方式，上行信道采用时分多址接j x ( t d m a ) 与按需分配多址接, n ( d a m a ) x i 结合的 多址方式。 在2 1 1 g h z 这个频段，是专门为满足非视距传播要求而设计的，是对8 0 2 1 6 a 标准的修 订。针对此频段8 0 2 1 6 d 标准定义了三种物理层规范，分别为无线城域网增强单载波 ( w i r e l e s sm a n s c a ) 模式、无线城域网正交频分复用( w i r e l e s sm a n o f d m ) 模式以及 无线城域网正交频分多址( w i r e l e s sm a n o f d m a ) 模式。w i r e l e s sm a n s c a 、w i r e l e s s m a n o f d m 模式，3 1 w i r e l e s sm a n s c 模式类似，一般在下行信道采用时分复用( t d m ) 方 式，上行信道采用时分多址接, x ( t d m a ) 与按需分配多址接n ( d a m a ) i 结合的多址方式， 而在w i r e l e s sm a n o f d m a 模式中，上行信道和下行信道都采用了正交频分多址( o f d m a ) 方式。 1 4 3i e e e 8 0 2 16 d 队c 层 前面提到，i e e e 8 0 2 1 6 d 的m a c 层由3 个子层组成：特定业务汇聚子层、m a c 公共 部分子层和安全子层。特定业务汇聚子层( s e r v i c e - s p e c i f i cc s ，s e r v i c e s p e c i f i cc o n v e r g e n c e s u b l a y e r ) 提供了对来自外部网络的数据进行转换或者映射的机制，包括对来自外部网络的 服务数据单元( s d u ，s e r v i c ed a t au n i t ) 进行分类，并将它们与对应的m a c 服务流标识( s f i d ， s e r v i c ef l o wi d e m i f i e r ) $ 1 连接标识( c i d ，c o n n e c t i o ni d e n t i f i e r ) 相关联。为了与不同的外部网 络接口，协议定义了两种c s 规范：a t mc s 和p a c k e tc s 。m a c 公共部分予层( m a cc p s ， m a cc o m m o np a r ts u b l a y e r ) 主要提供m a c 层的所有核心功能，包括系统接入、带宽分配、 连接建立以及连接维护，它通过m a cs a p 从各种类型的汇聚子层接收数据还可以提供 q o s 机制。安全子层( s s ，s e c u r i tys u b l a y e r ) 提供鉴权、安全密钥交换和加密功能，用于保 证通信的安全性【8 】。 1 5 本文的主要工作 本文的主要工作是基于江苏省高科技项目“下一代泛在网络端到端重配置关键技术 ， 对m a c 层动态协议重配置技术进行研究，通过抽取特定协议栈通用部分的继承方法，实现 整个协议的实时动态配置。本文研究的m a c 层协议重配置主要是以i e e e 8 0 2 1 6 d 宽带无线 南京邮电大学硕七研究生学位论文第一章引言 标准为主要研究对象，通过分析i e e e s 0 2 1 6 d 无线标准m a c 层协议的特点，实现了w i m a x 系统m a c 层协议动态重配置过程，包括协议的分解、协议的构建、协议的重配置等。在协 议的分解过程中，根据标准把i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层分解为通用协议部分和特殊协议部分。 通用协议部分是实现无线接入标准m a c 层协议动态重配置所共用的，主要功能是：实现与 上下层的信息交互并传输数据；在协议构建过程中，实现在指定的存储空间上装载动态模 块并以链表的方式形成有限状态机，以形成完整的m a c 协议；在协议重配置过程中，卸载 已经存在的协议特殊模块而重新下载新协议的特殊模块。i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层协议特殊协 议部分包括接入初始化模块、分类模块、数据服务模块、服务流管理模块、数据传输调度 模块、链路调度模块和收发模块，协议特殊部分下载到处理器之后，在控制层面上主要负 责初始化测距、协商基本功能、建立预连接、连接维护，服务流管理等；在数据传输层面 上主要负责在对等实体间传输音频或视频等数据，包括上层s d u 、m a c 层p d u 和物理层 s d u 等数据格式间的相互转换以及为保证数据可靠传输所采用的c r c 校验过程。所有协议 过程均通过软件设计完成，m a c 层协议的通用协议部分和特殊协议部分均给出了完整的设 ， 计方案，并最终用软件实现。m a c 协议开发平台是t i 公司的t m s 3 2 0 c 5 4 1 0d s p ，采用的 是b i o s 开发模式。最终的调试结果是，在终端开机时，d s p 采用h p i 启动方式，首先是通 过h p i 接口从应用层中下载通用协议部分，然后通过网络通道到网络服务器上下载相应的 特殊协议部分，形成完整的m a c 协议。此时，b s 和s s 之间可以互相传输文件，互相通话， s s 端p c 可以在线播放b s 端p c 的视频文件，其中b s 端p c 有架设视频服务器，打开架设在b s 端p c 的网站等。同时，通过终端重配置或参数重配置等方式，可以实现i e e e 8 0 2 1 6 d 与 i e e e 8 0 2 11m a c 层协议的替换，实现协议重配置。 本文的主要贡献在于基于d s p 平台上提出一种利用d y n a m i cl o a d e r 来实现 i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层协议动态重配置的方案，用c 语言设计了m a c 层静态和动态软件模块， 实现m a c 层与物理层，m a c 层与应用层的通信，最终在所项目组开发的端到端重配置演 示平台上验证了本文所提出的i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 协议动态重配置实现方案的可行性。 6 南京邮电人学硕上研究生学位论文第二章i e e e 8 0 2 1 6m a c 层分析 第二章i e e e 8 0 2 1 6 dm a c 层分析 2 0 0 4 年6 月2 3 日，i e e e 正式批准t 8 0 2 1 6 d 标准。使用了多种先进技术的无线城域网标 准i e e e 8 0 2 1 6 d 定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的m a c 层。本章将对 i e e e 8 0 2 16 d 标准的m a c 层协议进行详细的分析和研究。 2 1 汇聚子层 2 1 1c s 子层概述 i e e e 8 0 2 1 6 d 的m a c 机制是基于连接的，所有的业务，无论是面向连接的语音业务， 还是无连接的数据传输业务，都必须与某个连接相联系。连接为系统的带宽请求、q o s 支 持提供最基本的机制，并且根据连接能将数据传输到正确的汇聚子层。协议定义了两种c s 子层将上层业务映射成连接，a t m 汇聚子层( a t mc s ) 和包汇聚子层( p a c k e tc s ) 。 a t mc s 子层提供对a t m 的业务支持；p a c k e tc s 提供用于传输所有基于包的协议，如i p 协议、p p p 协议和以太网i e e e 8 0 2 3 协议。由于目前通信网络中最大的数据业务是基于i p 的分组业务，而且w i m a x 组织仅认证与i p 相关的i e e e 8 0 2 1 6 d 设备，因此本文主要涉及 的是p a c k e tc s 。 2 1 2 p a c k e tc s 子层 w i m a x 8 0 2 1 6 标准中定义了面向分组业务的p a c k e tc s 需要完成以下功能： 对高层到达的p d u 进行分类，并将其分配给相应的连接； 压缩负荷信息头( p h s ) ( 可选) ； 将重组后的c sp d u 送往m a c 服务访问点，进而发往目的节点的对应实体； 接收来自对等实体的c sp d u ； 对于进行了报头压缩的p d u ，要重建其报头包含的所有信息。 发送端的汇聚子层负责把m a c 层s d u 传送到m a cs a p 。根据q o s 、分段、打包以 及和特定连接的业务流特性相关的功能，m a c 层负责将m a cs d u 传递到对端的m a c d s a p 。接收端的汇聚子层负责接收来自对端m a cs a p 的m a cs o u ，并将它传递到上层 实体【9 1 。 2 1 2 1m a c 层s d u 格式 一旦被分类并且与特定m a c 连接关联，上层的p d u 必须按m a c 层s d u 格式进行 封装，如图2 1 。当为相应连接定义了净荷帧头压缩( p h s ，p a y l o a dh e a d e rs u p p r e s s i o n ) 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章i e e e 8 0 2 1 6m a c 层分析 规则，8 比特的净荷帧头压缩索引( p h s i ，p a y l o a dh e a d e rs u p p r e s s i o ni n d e x ) 必须出现。 图2 1m a cs d u 格式 2 1 2 2 分组业务数据的分类 为了在两个m a c 对端之间进行传输，要将m a c 层s d u 映射到特定连接上，这个过 程就是“分类 。分类容器是一组应用到每个进入8 0 2 1 6 网络的分组包的规则。它包含特 定协议分组映射规则( 例如目的i p 地址) 、分类器级别和一个连接标识c i d 的参考。如果 一个分组与特定分组映射规则相匹配，它将被传递到业务接入点( s a p ，s e r v i c ea c c e s s p o i n t ) ，并在由c i d 定义的连接上传递。 多个分类器可能涉及到同一个业务流。此时用分类器优先级来决定各分类器应用到分 组的顺序。由于分类器的使用方式可能会相互重叠，所以必须有明确的分级策略。优先级 不一定是惟一的，但必须注意避免出现分类优先级含糊不清的情况。下行链路的分类器被 b s 应用到正在发送的分组包中，上行链路分类器被应用在s s 上。上述映射过程分别见图 2 2 和图2 3 。 如果一个分组无法匹配上任一个分类器时，汇聚子层将认为接收到无效数据而直接丢 弃。 高层实体( 路由器，桥) 百习一 下行 分类器 c s 层土羔 b s m a c s a p 、- - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ 一 m a c c p s 层 高层实体( 路由器，桥) = 磊莘_ c s龚 图2 = 2c s 层的分类和c i d 映射( b s 到s s ) i 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章i e e e 8 0 2 1 6m a c 层分析 高层实体( 路由器，桥) i 磊济- c s 层型 高层实体( 路由器，桥) 丙对一 上行 分类器 c s 层出s s ( 竺三竺! m a c c p s 层 图2 - 3c s 层的分类和c i d 映射( s s 到b s ) 2 1 2 3 分组业务数据的净荷报头压缩 净荷报头压缩是指发送实体对上层s d u 的净荷报头进行压缩，随后在接收端的对应 实体中被创建的过程。在8 0 2 1 6 d 系统中，p h s 功能的实现是可选的。如果实现了p h s 功 能，则上层净荷帧头中的重复部分会压缩在发送实体的m a cs d u 中，并由接收实体恢复。 r 当m a c 层连接中的p h s 功能被开启时，每个m a cs d u 会以一个p h s i 为前缀，p h s i 指 示净荷帧头压缩字段( p h s f ，p a y l o a dh e a d e rs u p p r e s s i o nf i l e d ) 。 p h s 准则提供一组数据字节( p h s f , p h s i ，p h s m ，p h s s 和p h s v ) 。当p h s v = i 时，发 送方c s 层把高层p d u 头部字节和p h s f 中将被抑制的字节( 由p h s m 掩码指示) 做比较， 若匹配则抑制p h s f 中除p h s m 屏蔽外的所有字节。最后，在高层p d u 上加上p h s i 前缀 构成c sp d u 并递交给m a cs a p 。收端m a cc p s 去掉m a c 头得到c sp d u 和相应c