（通信与信息系统专业论文）80216mac层业务流连接管理的研究.pdf

重庆邮电人学硕+ 论文摘要 摘要 无线通信历束是i t 业界研究的热点技术，其研究的重点主要是如何提高频 谱的利用效率，以便为用户提供更大的容量和优质、低价的服务。近年来，继 c d m a ( 码分多址) 技术后o f d m ( 讵交频分复用) 成为又一种有效提升频谱 利用率的技术。正是在这样的大背景下，围绕该技术，着眼于未来无线城域网接 入设备的互联互通，i e e e 提出了8 0 2 1 6 协议族。随后在i n t e l 等大厂商的发起下 成立了旨在推动8 0 2 1 6 协议产业化的w i m a x ( 全球微波接入互联) 联盟，随之 一条包括芯片生产，系统集成，解决方案在内的产业链条丌始形成。而在国内， 如何实现8 0 2 1 6 协议，制造出符合协议规定的产品对于我们来说仍是一片空白。 为了打破国外厂商对相关技术、产品的垄断，所以需要加快对8 0 2 1 6 协议的相 关研究。 8 0 2 1 6 协议包含了物理层和介质访问控制层的相关技术。对于介质访问控制 层，它的核心功能是区分高层协议数掘的业务类型，为不同的业务建立相应的 q o s 连接，并用该连接进行业务数据传送。鉴于“连接”在8 0 2 1 6 介质访问控 制层中的核心地位，本文将对其业务流连接的管理问题进行研究，并探索实现上 的相关技术。 本文首先介绍了8 0 2 1 6 协议所规定业务流数掘传输过程，以及该过程中的 业务流连接管理流程，随后对这些流程进行了模拟实现。论文取得了如下成果： ( 1 ) 设计了一种实现8 0 2 1 6 m a c 层业务流连接管理的模型。( 2 ) 根据上述模型， 按照软件工程的相关思想丌发实现了一个仿真软件系统( 原型机) 。( 3 ) 实现中 模拟了业务流的管理流程，以及利用连接进行高层协议数掘传送的流程。模拟测 试结果表明：系统基本完成了模拟业务流连接管理的功能。论文取得的已有成果， 对于今后进行相关产品开发具有一定的借鉴和参考意义。 关键词；8 0 2 1 6 ，m a c ，q o s ，业务流，连接 重庆邮电人学硕+ 论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n si sa l w a y sh o t s p o to fi n d u s t r y t h e i m p o r t a n tp o i n to fr e s e a r c hi s t of i n daw a yt oi m p r o v et h eu s ee f f i c i e n c yo f c o m m u n i c a t i o nf r e q u e n c ys p e c t r u ms ot h a tw ec a np r o v i d em o r ec a p a c i t yf o r c o m m u n i c a t i o n s ，h i g h e rq u a l i t ya n dl o w e rc o s ts e r v i c e sf o ru s e r s r e c e n t l y ，o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) i sc o n s i d e rt ob ean e wt e c h n o l o g y w h i c hc a ne v i d e n t l y i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ff r e q u e n c ys p e c t r u m u n d e rt h i s b a c k g r o u n d ，i no r d e rt ou n i f yt h es t a n d a r do fu s i n go f d mt e c h n o l o g ya n dm a k es u r e t h ee q u i p m e n tw h i c hi sp r o d u c e db yd i f f e r e n te q u i p m e n tp r o d u c e rc a nc o m m u n i c a t i o n t 0e a c ho t h e r ，i e e ea d v a n c e dt h e8 0 2 1 6p r o t o c o l s l a t e r 。w i m a x ( w o r l d w i d e i n t e r o p e r a b i l i t y f o rm i c r o w a v ea c c e s s ) f o r u n lc a m ei n t oe x i s t e n c ea n dt h e na i n t e g r i t yi n d u s t r yc h a i nb e g i nt of o r m a tt h es a m et i m e ，i no u rc h i n a ，w ea r ef a c i n g t h et e c h n o l o g yd i f f i c u l t yo fh o wt op r o d u c et h ee q u i p m e n tw h i c ha c c o r d 、析mt h e 8 0 2 1 6 8 0 2 1 6 p r o t o c o l s c o n t a i n k e yt e c h n o l o g y o fp h y ( p h y s i c a l l a y e r ) a n d m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) l a y e r f o rt h em a cl a y e r t h em o s ti m p o r t a n tf u n c t i o n i st 0d i f f e rs e r v i c e so fh i g h e rp r o t o c o l s a n dt h e ne s t a b l i s ha “c o n n e c t i o n w i t h c o r r e s p o n dq o sp a r a m e t e r sf o re a c hs e r v i c e ，l a t e r ，u s et h ec o n n e c t i o nt ot r a n s m i tt h e s e r v i c ed a 饥t h ec o n n e c t i o ni sv e r yi m p o r t a n tf o r8 0 2 1 6m a c ，s oi nt h i st h e s i s ，t h e r e s e a r c hp i v o ti st h em a n a g e m e n tm e c h a n i s mo fs e r v i c ef l o wc o n n e c t i o n t h i st h e s i sa n a l y s e st h ep r o c e s so f d a t as t r e a mf l o wi nt h e8 0 2 1 6s y s t e m l a t e r ， d e v e l o p e dap r o t o t y p em a c h i n eo fs e r v i c ef l o wc o n n e c t i o nm a n a g e m e n t t h ep a p e r ( 1 ) d e s i g n e dam o d e lw h i c hc a nb eu s et oi m p l e m e n ts e r v i c ef l o wc o n n e c t i o n m a n a g e m e n t ；( 2 ) d e v e l o p e d ap r o t o t y p em a c h i n eo fs e r v i c ef l o wc o n n e c t i o n m a n a g e m e n t , a n do b t a i n e dc o r r e l a t i o nd e v e l o p i n gd o c u m e n t ；( 3 ) t e s tt h ep r o t o t y p e m a c h i n e d u r i n gt h et e s t ，p r o t o t y p em a c h i n es i m u l a t et h eu s e rd a t at r a n s m i t , s e r v i c e f l o wc o n n e c t i o nm a n a g e m e n t t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tp r o t o t y p em a c h i n ec a n r e a l i z et h e8 0 2 1 6m a c l a y e rf u n c t i o no fs e r v i c ef l o wc o n n e c t i o nm a n a g e m e n t , i t a l s oc a n p r o v et h i st h e s i si sv a l u a b l ef o rd e v e l o p i n g8 0 2 1 6 m a cl a y e rp r o d u c t k e yw o r d ：8 0 2 1 6 ，m a c ，q o s ，s e r v i c ef l o w , c o n n e c t i o n l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。掘我所知，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，也不包含为获得重庞监血太堂或其他教 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 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：镝记 签字同期：穴艿年占月厌r 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞整血太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权重鏖整血太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 商亿 导师签名： 九f 、 签字日期：名拆6 月f 只日签字日期：2 ，占年占月萝日 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 1 1 18 0 2 1 6 协议族提出背景 在网络的发展过程中，存在“最后一公晕”的问题。意思是，目前的网络建 设中，骨干网的建设已经相对比较完善，但在端局到用户终端最后大约一公罩的 接入网罩，还欠缺高效的接入手段。端局到用户终端虽然距离不太长，但由于用 户数众多，接入网施工环境复杂等因素的制约，使其成为了网络发展的瓶颈。如 何能找到一种高效的接入手段，降低接入成本，减轻施工复杂度，并能快速向用 户提供接入服务，已经成为业界关注的热点。 近年来，随着各种接入技术的不断发展，出现了很多很有潜力的解决方案。 尤其是在有线接入技术方面，随着光纤技术的进一步发展，光纤接入成本呈r 趋 下降的趋势。目f i i ，光纤到大楼，光纤到路边，光纤到家等技术已经得到了广泛 商用。另外，各种x d s l ( 用户数字线) 接入技术也已经成熟并广泛商用。这些 技术给有线接入提供了宽带宽、高接入速率、低价的接入服务，从而使有线接入 解决方案开益完善。但与此同时，在无线接入领域，接入技术发展仍然相对滞后。 传统接入技术，如g s w w a p ，g p r s ，c d m a i x 等技术虽然能够提供接入服务，但因 其接入带宽窄，接入速率低，不能够承载未来的宽带多媒体业务。另外，它们的 使用费用较高，对于一般的终端用户难以负担。这一方面限制了无线网络的发展， 使无线宽带业务难以进入平常人家，另一方面使网络运营商“望洋兴叹”，面对 巨大的市场束手无策，造成巨大损失。 正是在这种巨大的市场需求刺激的推动下，业界不断推陈出新，出现了一批 新兴的、具有较大潜力的无线宽带接入技术。如宽带c d m a 、o f d m 等等。其中o f d m 被认为是能够匹敌3 g 甚至超3 g 的技术，因而受到业界重视。但由于目自i 各个设 备生产厂商所采用的技术标准和解决方案不同，导致了市面上基于o f d m 的无线 宽带接入设备不能互联互通。i e e e ( 美国电子、电器、工程师协会) j 下是看到了 该问题，为统一无线宽带接入领域内的标准，使各个设备厂商的产品具有很好的 互联互通性而提出了8 0 2 1 6 协议族。该协议旨在w m a n ( 无线城域网) 领域形成 一个统一的、基于o f d m 技术的无线宽带接入标准。 重庆邮电人学硕十论文第一章绪论 1 1 28 0 2 1 6 协议的优点 8 0 2 t 6 协议提出后，在众多方面表现出了优越性。为了说明，本文将8 0 2 1 1 6 与前面提到的几种已经商用的接入技术进行对比，对比结果见表l 。 从表l 比较得出：与有线接入技术相比，虽然带宽与接入速率不如光纤接入， 但却比a d s l 要好。并且8 0 2 1 6 的后续版本( 8 0 2 1 6 e ) 将能够提供对移动终端 接入的支持，这是光纤接入无法比拟的。另外，相对于有线接入来说，8 0 2 1 6 技术不需要铺设实际的物理线路。这将可以为网络运营商建网时节省很大一笔费 用。曾有资料作过统计，由于终端用户众多，最后一公罩的接入网铺设线路的费 用总和将超过骨干网的线路费用总和。由此可见，8 0 2 1 6 在提供高质量接入的 同时能有效地降低了接入成本。再者，相对有线网络，8 0 2 1 6 网络可以快速建 网。网络升级和扩容较容易，只需要增加几个基站即可。特别适宜在偏远地区， 城乡结合部地区的快速建网。在这些网络盲点地区，网络需求量不大，旌工难度 却很大，若铺设有线网络，将会造成成本过高。若采用8 0 2 1 6 设备就可以快速 建网，并有效控制成本，即使将来随着业务量增大需要重新规划网络也只需移动 基站即可。 指杯 接入连年 介质 咎功抖 施l 难度接入成本疆蒿他州 体输距离鲫， 邢电值p 行6 4 0 k b p s多是利用厦彳jf 包醺远55 k m p 亍8 m 尘际多为利用l 三n 的 晡线拽迅，施i 艘 。般小超j a d s l2 m 雌 。普通电话线尤胜低较低3 k m n 线i 洫接 最舳可j 占创1 0 m b p s 利用自线电砚电 技术 孔际施用户增多艘n 线电规f 乜缆改选，施i 难艘 c 曲i cm o d e m也多存2 m 以f缆 七 较低鞍低i k m 年台 f 1 1 ) ( 光 f毋觉可选剑l fm b p 5 矮入 纠采，人棱，以卜，吱际i - 信输墙；| ； 莹蕈新咖州，施可i ，1 k m “ 技术 饰) 串最快光纤 七 i 难度较人岛 g s m卜的 6 k b p s ( r p 冈移动】 p 脚赞用较可返3 0 k m u w a p 3 0 k b p s ( 中阳磁通) 尤百r 移动极小 釉 4 0 5 0 k b ( 巾同移；5 ；改恐胤打阿络。卜州费用较 上线10 p r s 动) 七可移动魄j 难度巾峰岛 较大 魂接入 约1 0 0 l 蝴( i l 阀域 禹救盘棘柯喇络p 叫敛用较 技术 c d m a l x 通)七可移动拖1 难度巾哗栅 童人 3 c , 1 c d m a )2 m a - 廿光可移动f 。答i t 七疑人 砬耐接入述崖可迭 8 0 2 1 6 ? 0 m i 私 七脚定移动施f 难度较小 七5 0 k m 以p 表1 当前土流接入技术比较表 2 重庆邮电人学硕十论文第一章绪论 而与传统的无线窄带接入技术相比，8 0 2 1 6 最大的优势在于它用低成本提供了 宽带宽和高接入速率。它的最高接入速率为7 0 m b p s ，即使终端在高速移动的状 念下也可达到1 5 m b p s 。这是其他技术无法比拟的。这将使许多无线宽带业务的 丌展成为可能。另外，它的低成本也是也有利于其走进千家万户。最后由表l 还可以看出，8 0 2 1 6 基站的覆盖范围很大，这使得同样的网络覆盖范围对8 0 2 1 6 基站的数量要求相对较少。一般一个城市几个基站就可以完成覆盖，这样使得建 网速度进一步提升而成本却进一步降低。 1 1 。38 0 2 1 6 协议的发展现状 8 0 2 1 6 协议的众多优点使得它一经推出就得到了国际上众多设备制造厂商 的支持。在i n t e l 、奥维通、a i r s p a nn e t w o r k s 、诺基亚、p r o x i m 、r e d l i n ea n d a p e r t on e t w o r k s 、a t t 等1 0 0 多家大公司的推动下成立了旨在推动8 0 2 1 6 产 业化的产业联盟( w i m a x 论坛，网址：h t t p ：w w w i m a x f o r u m o r g h o m e ) ，随 之一系列的8 0 2 1 6 产业链开始形成。 在相关芯片生产领域，i n t e l 的p r o w i r e l e s s5 11 6 又名r o s e d a l e 芯片于 2 0 0 5 年4 月萨式发布，目前正在等待w i m a x 的认证。目自# 版本支持8 0 2 1 6 d 。它 的后续版本将会支持带移动特性的8 0 2 1 6 e ，i n t e l 还为其提供了s d k ，便于后 续丌发的进行；另外w a v e s a t 公司的d m 2 5 6 ，已经于2 0 0 4 已经上市，于2 0 0 5 年 提请w i m a x 认证。在解决方案上，r e d l i n e 公司已经丌发出一系列相关产品，括 基站、用户终端，n m s ( 网络管理系统) 等等。( 注：r e d l i n e 公司w i m a x 产品采 用的是i n t e l 的p r o w i r e l e s s5 1 1 6 芯片。) 该公司的r e d m a x 系列产品j 下在等待 w i m a x 认证。 与此同时，在国内，对8 0 2 1 6 的相关研究仍然相对比较落后，目自仍属于 起步阶段，对8 0 2 1 6 物理层和m a c 层的的相关研究仍停留在表层。国内的众多 刊物都只对8 0 2 1 6 进行了较宏观的介绍，并未进行实现性的深入研究。8 0 2 1 6 的实现还有很多关键技术急待解决。但8 0 2 1 6 作为一种能够挑战3 g 的技术已经 引起了国内设备生产商的重视。目i i 中兴、华为已经积极的加入到了8 0 2 1 6 有 关协议族的研究和制定中来，成为w i m a x 产业链的一分子。 综上所述，为了加快我国无线通信的跨越式发展，为了保证我国在未来通信 领域仍能占有一席之地，必须加快8 0 2 1 6 协议的相关研究步伐，实现技术研究 的超前性。而无线通信也正是我校确定的一个未来的重点发展方向。随着t d s c d m a 终端研发取得重大进展，8 0 2 1 6 的相关研究也提上了同程。2 0 0 6 年我校 成立了4 g 通信重点实验室，承接了重庆市攻关项目一一基于o f d m s c - c p 的无线 接入机研制( 合同编号c s t c2 0 0 4 8 7 6 6 ) ，致力于8 0 2 1 6 d 的相关实现，并最终 3 重庆邮电人学硕十论文 第一章绪论 要研发出相关的终端设备。本文的主要工作是8 0 2 1 6 d 协议j i i a c 层业务流连接 管理的相关实现。 1 2 论文主要工作 在8 0 2 1 6 d 姒c 层的相关研究过程中将会遇到很多问题，如q o s 保障，带宽 请求分配机制，安全机制，业务流管理机制等等。鉴于面向“连接”概念在8 0 2 1 6 m a c 层中具有及其重要的位置，论文将把重点放在8 0 2 1 6b s 和s s 子系统问的 业务流连接管理机制的实现上。 1 。2 1 论文工作目标 对8 0 2 1 6 m a c 层业务流连接管理功能进行原型机丌发。最终，该原型机应该 ( 1 ) 具有模拟b s 和s s 业务流连接管理过程中信令交互的功能。( 2 ) 实现8 0 2 1 6 m h c 层协议规定用于业务流管理的有限状态机。( 3 ) 能够模拟高层协议数据通过 业务流连接传输的过程。论文的研究重点是，对业务流连接管理过程中有限状态 机的实现问题。 1 2 2 论文研究主要内容 ( 1 ) 协议分析研究：对8 0 2 1 6 d 协议中的m a c 层相关内容进行研究，弄清 m a c 层工作机制，尤其是b s 和s s 之间的各种数掘流程。 ( 2 ) 方案设计：设计一种8 0 2 1 6 i a c 层业务流管理实现方案。8 0 2 1 6 协议 中并未给出m a c 层的具体实现方案，而只是对空中接口进行了规定。m a c 层的具 体实现可以由各个厂商独立设计实现。为此，在本论文中设计了一种a c 结构， 其主要目的在于用它实现b s 和s s 间的业务流连接管理。 ( 3 ) 丌发实现：根据设计的模型，按照软件工程的方法进行软件丌发( 原 型丌发) ，获得丌发文档。 ( 4 ) 运行测试：运行刀：发得到的原型机软件，对业务流连接管理流程进行 模拟实验，并最终进行测试。 1 2 3 主要创新点 本文设计和实现了具有8 0 2 1 6 m a c 层业务流连接管理功能的原型机。该原型 机实现了模拟b s 和s sf b j 的业务流连接管理的流程，实现了协议中规定的业务流 4 重庆邮电人学硕+ 论文 第一章绪论 管理有限状态机，并能通过建立的业务流连接传送高层协议数掘。原型机的成功 丌发为将来研制8 0 2 1 6 m a c 层相关产品提供很好的借鉴。 1 2 4 论文内容安排 第二章8 0 2 1 6 协议综述：介绍了8 0 2 1 6 协议栈模型以及协议中各层的功 能，重点介绍b s 与s sm a c 层间由协议规定的标准数据交互流程。 第三章8 0 2 1 6m a c 层业务流管理原型机刀：发：在上一章的理论研究基础上 提出了业务流连接管理的实现方案，详细介绍了原型机设计思想，并进行相关文 档丌发。 第四章测试结果与分析：运行原型机进行测试，并对结果进行分析。 第血章总结：总结全文，对今后工作进行了展望。 5 重庆邮电人学硕十论文第二章8 0 2 1 6 协议综述 2 1 协议栈模型 第二章8 0 2 16 协议综述 8 0 2 1 6 协议可细分为p h y 层( 物理层) 和m a c 层( 介质访问控制层) ，它们 分别对应着0 s i 参考模型中的最低两层即物理层和数掘链路层。其协议栈模型如 图l 所示。 p h y 层( 物理层) n 层 会聚层业务访叫点 会聚子层 m a c 层业务访问点 垒荃音i 堑星一 安全子层 物理层业务访问 物理层 图18 0 2 1 6 协议栈模刑 图2p h y 层时域帧结构图 6 重庆邮电人学硕十论文 第二章8 0 2 1 6 协议综述 8 0 2 1 6p r y 层主要规定了系统物理层的一些电气规范。如调制技术，物理 参数等等。本文关注物理层的一个原因在于：在随后的m a c 层协议中，存在4 3 条标准消息，其中，一些重要消息的内部包含了与p r y 层相联系的内容，必须对 p r y 层的相关内容，尤其是p r y 层时域的帧结构进行了解后j 能很好的理解消息 中的相关字段的含义与用途，进而更好地理解m a c 层数据交互流程。 在p h y 层8 0 2 1 6 采用的是0 f d m ( 正交频分复用) 调制技术，其物理层时域 内的帧结构如图2 所示。习惯上我们用o f d m “符号”代替时间长度束表示在时 域上的分布 一个p r y 超帧可由多个p r y 帧组成。每一个p r y 帧包含了一个下行子帧和一 个上行子帧。下行子帧仅包含一个物理层p d u ，它由用于物理层同步的p r e a m b l e ( 前导，占1 2 个o f d m 符号) ，f c h ( 用于说明后面紧跟着的下行时隙- d l b u r s t 的长度，占1 个符号位) ，以及后续数个的下行时隙组成。其中，第一个 下行时隙主要用于系统广播。若b s 需要广播d l 一姒p 、u l 一姒p 、u c d 、d c d 等消 息则在该时隙进行。而其它的下行时隙则可为各个用户提供数据传输。上行子帧 中，首先分御的是初始化修正争用时隙。在s s 入网过程以及平常维护过程中， 各个s s 通过竞争该时隙来获得修j 下本系统参数的机会，如：s s 初始功率修j 下请 求就是通过该时隙发送的。初始化修正争用时隙之后是带宽请求争用时隙。各个 s s 通过竞争使用该时隙向b s 提出带宽申请。带宽请求争用时隙之后为每个s s 预留一个上行的物理层p d u ( 可变大小，可包含多个m a cp d u ) 传送该用户的上 行数据。 了解p r y 层o f d m 时域帧结构图，我们关心的是上述那么多的时隙信道是怎 样在系统中被精确划分和使用的。时隙信道划分是由b s 统一划分完成的。b s 划分好各个时隙信道后通过d l m a p ，u l m a p ，d c d ，u c d 消息广播给s s ，这4 条广播消息中精确刻画了时域帧结构图中的时隙信道分布，包括它们的起始， 所占o f d m 信号个数，以及使用方法等。相关的消息和功能实现将在m a c 层中介 绍。 2 1 2m a c 层 m a c 层的一个核心功能就是要提供一种高效使用p r y 层信道的方式。为了实 现这个功能，8 0 2 1 6 定义了4 3 条标准消息，通过它们来完成s s 与b s 的协调控 制，以到达高效利用信道。4 3 条消息中我们选取了其中较为关键的、与本文m a c 层密切相关的几条消息进行介绍。 ( 1 ) d l 一姒p d l 一姒p 刻画了图2 中下行子帧的各个时隙。它包括以下字段： 7 重庆邮电人学硕+ 论文第- 二章8 0 2 1 6 协议综述 p h ys y n c h r o n i z a t i o n ：刻画下行子帧中的p r e a m b l e 时隙。 d l - m a p i e ：一个用户时隙对应一个d l m a p _ i e ，它包括主要内容如下 c i d ：标明时隙出哪个用户建立的连接使用。 d i u c ：指明该下行时隙的用途。如是用于传输用户数据，还是预留， 还是作为f j 隔。 s t a r tt i m e = 指明该时隙的起始时1 日j ( 从p h yp d u 的第一个符号丌始 算起) 。 注意：i 幺消息通过广播信道( 即图2 中的下行子帧的第一个d lb u r s t ) 发送 ( 2 )u l m a p u l m a p 刻画了图2 中上行子帧的各个时隙。它包括以下字段： a l l o c a t i o ns t a r tt i m e ：相对下行子帧的起始时问。 u l 堋p i e ：功能与包含字段与d l m a p i e 类似，只是它用于描述上行时。 注意：该消息通过广播信道发送。 ( 3 ) d c d d c d 也是用于描述下行予帧时隙分布的。不同于d l m a p ，它是从另一个角度 对这些时隙进行刻画，其主要包括以下字段： d o w n l i n k _ b u r s tp r o f i l e ：每个时隙对应一个d o w n l i n kb u r s t _ p r o f i l e ，它包括 主要内容如下 f r e q u e n c y ：该时隙所采用的下行频率。 f e cc o d et y p e ：该时隙信道采用的调制方式和纠错方式。 退出阀门：退出系统的阀值。 入网阀门：可进入系统的阀值。 注意：该消息通过广播信道发送。 ( 4 ) u c d 与d c d 类似。 ( 5 ) r n g - - r e o 、r n g r s p r n g - - r e o 和r n g - - r s p 用于系统的修正过程。入网时需要系统需要对功率、 时偏等进行修正。平常的运行过程中也需要不时的修正调整。修币时，s s 向b s 发送r n g - - r e q 消息，其主要包含以下字段。 s sm a ca d d r e s s ：s s 的m a c 地址，r n g - - r e q 消息将s s 的m a c 地址发送给b s 。 r n g - - r s p 由b s 向s s 发出，它的作用时回应s s 发出的r n 6 一r e q 消息，该消 息捎带了时偏调整信息和功率调整信息等，其主要字段如下： 8 重庆邮电人学硕十论文 第一二章8 0 2 1 6 协议综述 t i m i n ga d j u s ti n f o r m a t i o n ：时偏调整的相关信息。 p o w e ra d j u s ti n f o r m a t i o n ：功率调整的相关信息。 b a s i cc i d ：b s 为s s 分配的基本管理连接的c i d 。 p r i m a r ym a n a g e m e n tc i d ：b s 为s s 分配的主管理连接c i d 。 f r e q u e n c ya d j u s ti n f o r m a t i o n ：中心频率调整信息。 ) 注意：在竞争获得修正机会阶段，这一对消息是通过i n i t i a lr a n g i n g 时隙 信道( 即图2 中上行子帧的c o n t e n t i o ns l o tf o ri n i t i a lr a n g i n g ) 发送； 而一旦b s 确认s s 获得修讵机会，以后的修币请求将通过s s 的b a s i c 连接来完 成。 ( 6 ) d s x - - r e q 、d s x r s p d s x 代中的x 可能代表的时a ，c ，d 。它们是一组用于管理m a c 层连接的消息。 d s a r e q 和d s a r s p 消息对用于m a c 层连接的建立；d s c 用于连接状态改变； d s d 用于删除连接。以d s a 为例介绍其中的主要字段，其余类似。 d s a - - r e q ：该消息可以被s s 或b s 用于发起建立连接请求。 主要字段如下： ft r a n s a c t o ni d ：事务i d ，标识一次d s a 系列交互过程。 s e r v i c ef l o wp a r a m e t e r ：与业务流相关的参数包括 s e r v i c ef l o wi d e n t i f i e r ：业务流i d 。 c i d ：该业务流将用哪一个连接柬传送数据。( 若由s s 发起消息则该字 段无意义) o o s 参数集：如m u x i m u ms u s t a i n e dt r a f f i cr a t e ( 最大流量速率) ， m u x i m u ml a t e n c y ( 最大时延) ，t o l e r a t e dj i t t e r ( 时延 抖动) 等等。 d s a r s p ：该消息可以被s s 或b s 用来相应d s a l c e q 消息。字段内容与d s a r e q 类似。除此之外还包含一个c o n f i r m a t i o nc o d e 字段用于响应建立连接的结 果。 注意：d s x 消息都是通过p r i m a r ym a n a g e m e n t 连接来传送的。 8 0 2 1 6 m a c 层是支持区分业务传送和面向连接的。8 0 2 1 6 协议认为现实网络 中所传送的数掘是可分类的。如：可分为语音、视频、纯数据文件等等业务，而 各种业务传输时对传输资源的需求是不同的。如：语音传输时对速度要求高，而 对错误却可以有一定的容忍度；视频传输时要求时延抖动要小；数据文件传输时 9 重庆邮电人学硕士论文 第二二章8 0 2 1 6 协议综述 要求绝对不能出错，但速度并不要求很高，等等。8 0 2 1 6 m a c 层对传输数掘进行 分类后，针对不同的业务将采取不同的q o s 保障，用不同的“连接”( c i d ) 束进 行传输。8 0 2 1 6 中定义了4 中业务流类型，u g s ( 非固定授予业务) 、r t p ( 实时 轮询业务) 、n r t p ( 非实时轮询业务) 、b e ( 尽力而为业务b 并定义了它们相关 的q o s 参数集。还规定每一个业务流将用一个s f i d ( 业务流i d ) 唯一标识。系 统将为每一个业务流建立一个连接。换言之，每一个连接都对应一个具有特定 q o s 保障的信道，它由c i d ( 连接i d ) 唯一标识，业务流中的数掘下是通过m a c 层协议映射到对应的连接c i d 中进行传输的。 图l 中，m a c 层又可细分为3 个子层，即c s 层( 会聚子层) 、c p s 层( 公共 部分子层) 、安全层。其中，c s 层负责和高层接口，会聚高层不同业务；c p s 层 实现m a c 核心助能，如：系统接入，带宽分配，“连接”管理等；安全子层提供 鉴权，加密，安全密钥交换等功能。 2 i 2 i c s 层 c s 层提供了一种数据分类和映射的功能。在数据发送过程中，c s 从c ss a p ( k 务访问点) 获得高层协议的s d u ( 业务数据单元) ，根掘其业务类型关键字 进行业务分类，然后把它们映射到对应的业务流中( s f i d ) ，并用建立好的相应 “连接”( c i d ) 进行数据发送；在接收数掘的过程中，c s 从m a cs a p 中接收c p s 层传来的数据，并进行一个逆映射过程，把数掘交给高层协议。 2 1 2 2o p s 层 在c p s 层中主要完成数据打包和系统的信令管理两大功能。 ( 1 ) 帧格式 8 0 2 1 6 m a c 层按图3 所示帧格式进行打包。 图3 m a c 帧结构图 一个完整的e 4 c 帧由4 8 比特固定长度的m a c 头、变长的有效载荷和可选的 3 2 比特的c r c ( 循环冗余校验和) 组成。m a c 头中包含了一个c i d 字段，标明该 m a c 层p d u 是用哪一个连接进行传送的。由此也可以看出m a c 层的c i d 其实相当 i o 重庆邮电人学硕十论文第- 二章8 0 2 1 6 协议综述 于在逻辑上的划分的一个信道。根据m a c 头的h t ( 头类型) 字段不同，m a c 头分 为普通m a c 头和带宽请求m a c 头两种。普通m a c 头用于传输数据管理信令：带 宽请求头直接形成帧，即不带有效载荷，s s 可用它申请带宽。m a c 层协议还定义 了5 种子头，分为两类：一类是p e r p d u 子头，即每个p d ul i i 出现一次的子头， 它们共有4 种，其中包括分段子头、授予管理子头等；第二类是p e r - s d u 子头， 每一个s d u 前出现一次，仅由打包子头。是否出现予头。是否出现子头和出现那 些子头是由姒c 头内的h t 域决定的。 ( 2 ) 信令管理 为了便于对系统进行管理，8 0 2 1 6 m a c 层定义了4 3 种管理信令用于维护系 统下常运行和管理。这些信令包含了系统同步，鉴权，功率控制，连接管理，快 速反馈等方面内容。s s 与b s 之间通过这些信令交互将可以很好地实现系统管理。 管理信令是作为普通m a c 帧的载荷被传送的，接收端根据m a c 内的c i d 判断有效 载荷中包含的是普通数掘还是管理信令。管理信令只能在协议规定在三个连接一 一b a s i c 、p r i m a r y 、s e c o n d a r y 连接( 协议中为它们规定了c i d ) 中传送。 2 1 2 3 安全子层 安全子层提供了一些与系统安全相关的功能，如：鉴权，加密，安全密钥交 换等功能，安全不是本文重点，所以不予讨论。 2 2 标准数据交互过程 为了进一步了解8 0 2 1 6 m a c 层工作机制，必须对它的数掘流程进行了解。 8 0 2 1 6 m a c 的标准数据流程大致可以分为两大部分入网流程，传送数掘流 程。 2 2 1 入网流程 8 0 2 1 6 系统可分为b s 子系统和s s 子系统，当b s 处于工作状态时，若有新 的s s 加入b s 网络，则s s 子系统将会进入一个入网流程，标准的入网流程如图 4 所示。入网流程大致上可分为8 个阶段。 ( 1 ) 扫描下行信道 当s s 进入或重新进入b s 网络时，s s 首先将会去扫描b s 的下行信道，并希 望从下行信道中获得系统相关信息。在这个过程中，s s 将逐个扫描8 0 2 1 6 协议 规定的所有可能的下行信道频点，直到找到一个有可用信号的下行信道为止。i 幺 功能实际上是由p h y 完成的，当s s 扫描到有可用信号的下行信道时，如果这时 重庆邮电人学硕十论文第_ 二章8 0 2 1 6 协议综述 b s 发送的下行子帧到来，s s 通过接收p r e a m b le 就可同步到该信道上，从而获得 物理层同步。物理层同步后，它将会给m a c 层一个提示，从而系统将进入下一个 阶段。( 该部分不属于m a c 功能，所以简略。) ( 2 ) 获取下行信道参数 s s 搜系”，片 下行情m ； p h y 层同步后抉般j 孺 俏怂从l m 了解佃越性爿j 竹况鲜 持m a c 层刷步 b s 7 m a c 同步后，等待下、 厂、 一个卜和的i m t l a l r n gr e q b s 把时偏，撇馏信 r a n g i n g 时隙创柬井竞 i 信息发琏给 的修正。机 为s s 分配b 越i c 和 小 蕾正睛求 ym a n g c m e m 硅 岳，修正1i b s r s p 偏t 额懈功 过稃中的数据交互流稃1 2 重庆邮电人学硕十论文第_ 二章8 0 2 1 6 协议综述 物理层同步后，s s 需要获得下行信道的相关参数信息，以便以后使用信道。 8 0 2 1 6 协议规定下行信道的信息包含在d l 一姒p 、d c d 两条标准消息中。其中d l 一a p 中定义了下行子帧上有些什么时隙，这些时隙在时间轴上是怎么分伟的， 这些时隙是用柬干什么的。而d c d 则定义了d l 一姒p 中对应时隙的一些特征信息， 如：i 幺时隙内采用什么调制方式，该时隙内信号利用和退出阀值等等。b s 会定 时通过广播信道广播这些消息。而s s 获得物理层同步后将会从下行子帧中的第 一个d lb u r s t 中截取d l - - m a p 和d c d 消息。如果获取了则s s 系统认为m a c 层已 经丌始同步到了b s 上，在以后的过程中，s sm a c 层必须定时收到b s 发送来的 d l m a p 和d c d 消息，只有这样，s s 才认为它的m a c 层是一直与b s 同步的，即 获取下行信道可参数分为两种过程第一次获取过程和维护同步过程。 ( 3 ) 获取上行信道信息。 同理s s 为了使用上行信道还要从b s 端获取相应的上行信道消息。相应的信 道消息包含在u l m a p 和u c d 标准消息中，它们的功能与d l m a p 和d c d 类似， 只不过是用于上行信道描述。该过程也属于m a c 层同步的一部分，一般下行予帧 中u l 一姒p 紧跟d l 一a p ，u c d 紧跟d c d ，所以获取下行信道信息后立即可以获 取上行信道信息。获取完所有信道信息后才认为m a c 层完成了同步。而这四条信 息的定时接收就成为了维护系统同步的重要标准。 ( 4 ) 初始化修正与自动调整 当m a c 层同步后，s s 会等待一个上行子帧时隙的到来，希望从中获得修币 调整s s 时偏和功率的机会。上行子帧中存在一个初始化修正争用的时隙，其中 包含了数个争用“机会”( 是一些小时隙，它们在时间轴上的分御由u l 一姒p 定 义) 。每个s s 都可以通过接收u l 一姒p 和u c d 获取这些“机会”的信息。这些机 会相对于众多的s s 来说是有限的，s s 要使用这些机会就需要采用一种二进制回 归争用的机制来竞争使用这些机会。一个s s 在一个“机会”中向b s 发出修f 请 求，如果被b s 接受，则b s 会在下一天u l m a p 中给出回应，标明该“机会”已 经被某s s 占用。获得该“机会”的s s 可以在随后的一段时间内使用该“机会” 和b s 交互，进行修j 下调整，直到修证过程完成，释放该“机会”。在初始化修萨 过程中，系统还为s s 建立b a s i c 和p r i m a r ym a n a g e m e n t 连接，它们的c i d 是 标准定义且由b s 统一分配。 ( 5 )