（通信与信息系统专业论文）mesh结构fbwa网络路由机制和资源管理的研究.pdf

! 薹奎塑墨 一 摘要 在固定宽带无线接入的m e s h 网络中，每个节点都具备路由选择功能，只 和邻近的节点通信，构成自组织和有管理的网络。网络几乎是互联网的无线 版本，数据报文从一条路由到另一条路由进行传播，直至到达目的地。m e s h 技术与传统的点对多点相比，具有节能、自动配置和易于扩展等许多优势。 i e e e 于2 0 0 3 年发布的8 0 2 1 6 a 标准支持m e s h 结构的网络。本论文研究这个标 准支持的m e s h 网络上的路由机制和资源管理问题。 i e e e 8 0 2 1 6 详细指定了固定宽带无线接入网络物理层和媒体接入控制 层的空中接口，在底层实现了m e s h 型的网络拓扑结构。本文的研究首先按标 准的建议，设计并模拟地实现了m e s h 结构的无线通信网络。网络中的用户站 不必与中心基站真接相连，可以通过其他用户站的赞助接受中心基站的统一 协调管理。本论文研究的协调管理集中在时间资源的调度管理上，中心基站 和用户站采用t d m a t d m 复用方式共享广播式无线信道。 由于标准只定义了底层接口，本文研究的另个重要问题就是如何在这 种特定底层接口上实现有效的路由机制。根据媒体接入控制层采用的中心控 制策略，网络层利用变长子网掩码技术，采用动态主机配置协议配置成分等 级的集群结构网络：按照用户站与中心基站的跳数分成不同的层次，然后按 用户站之间的赞助关系划分成包含不同层次用户站的集群。通过减少参与路 由计算的节点数目，减少路由表尺寸，降低交换路由信息所需的通信开销和 维护路由表所需的内存开销。此外，还定制了一个中心路由协议，完成最优 路径的中心计算和下载功能。 仿真研究由o p n e tm o d e le r 完成，并给出不同层的性能参数。在论文的 最后部分，总结全文的工作，提出相关邻域中一些值得进一步研究的技术。 关键词：m e s h 网络资源调度调度策略等级网络集群路由 壅堕奎兰婴主竺墅兰塑苎 a b s tr a c t i nf i x e db r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s sm e s hn e t w o r k ，e v e r yn o d ei sc a p a b l eo f s u p p o r t i n gs e r v i c eo fr o u t i n gw h i c ho n l yc o m m u n i c a t e sw i t hi t sn e i g h b o r sa n d f o r m sak i n do fs e l f - o r g a n i z e da n d a d m i n i s t r a t e dn e t w o r k t h en e t w o r ki s a l m o s tw i r e l e s se d i t i o no fi n t e r n e t ，w h e r eo n ed a t a g r a mt r a n s f e r sf r o mo n ep a t h t oa n o t h e rp a t ht i l li tr e a c h e sd e s t i n a t i o n u n l i k et r a d i t i o n a lp o i n tt om u l t ip o i n t m o d e ，m e s hn e t w o r ki sa l o n gw i t ht h em a n ya d v a n t a g e ss u c ha ss a v i n ge n e r g y ， s e l f c o n f i g u r i n g ，e a s ye x p a n d i n g a n de t c t h es t a n d a r d i e e e s 0 2 16 aw a s a p p r o v e di na p r i l2 0 0 3 ，w h i c hs u p p o r t s m e s ht o p o l o g i e s t h i st h e s i s m a i n l y d i s c u s s e sr o u t i n gm e c h a n i s ma n dr e s o u r c em a n a g e m e n to v e rt h em e s hn e t w o r k t h i ss t a n d a r ds p e c i f i e st h ea i ri n t e r f a c eo ff i x e db r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s s y s t e m si n c l u d i n gp h y s i c a ll a y e ra n dm e d i u m a c c e s sc o n t r o ll a y e ra n ds u p p o r t s m e s ht o p o l o g i e s a c c o r d i n gt ot h es t a n d a r dw i r e l e s sm e s hn e t w o r ki s d e s i g n e d a n ds i m u l a t e db yu s f i r s t l y i nt h en e t w o r k ，b s ( b a s es t a t i o n ) s h a l lp r o v i d e s c h e d u l ef o ra l ls s ( s u b s c r i b e rs t a t i o n ) e v e nw i t h o u tad i r e c tl i n kb e t w e e nt h e m ， a n dt h e m a n a g e m e n tc a n b ef u l f i l l e d t h r o u g hs p o n s o rc h a n n e l s t h et h e s i s d is c u s s e sh o wt o a r r a n g e s c h e d u l ei nt h em o d eo ft d m a t d m s h a r i n g b r o a d c a s tw i r e l e s sc h a n n e l b e c a u s et h es t a n d a r d o n l ys p e c i f i e s i n t e r f a c eo nl o w e r l a y e r ，a n o t h e r i m p o r t a n tp r o b l e mi nt h et h e s i si sr o u t i n gm e c h a n i s mo v e rt h es p e c i f i cn e t w o r k a c c o r d i n gt ot h ec e n t r a lc o n t r o lm o d ea p p l i e di nl o w e rl a y e r ，h i e r a r c h i c a la n d c l u s t e rn e t w o r ki sa d o p t e di nt h en e t w o r k l a y e rw i t hd h c p a n dv l s m t h e h o p s c o u n tb e t w e e nb sa n ds sd e c i d et h e1 e v e la n d s p o n s o r s h i p sr e s u l t i nt h e d i f f e r e n tc l u s t e r s i nt h i s w a y ，n o to n l yr o u t i n gt a b l eb e c o m e ss m a l l e rb u ta l s o r o u t i n gc o m m u n i c a t i o nr e d u c e sd r a m a t i c a l l y a d d i t i o n a l l y ，o n ec e n t r a lr o u t i n g p r o t o c o li sa c h i e v e df o rc o m p u t i n gc e n t r a l l ya n dd o w n l o a d i n gt h eb e s tp a t h a 1 1t h es i m u l a t i o ni sf i n i s h e d b y o p n e tm o d e l e ra n dc o m m u n i c a t i o n p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so nt h ed i f f e r e n tl a y e r sa r es u p p o r t e di nt h ef i f t hc h a r t e r k e y w o r d s ：m e s hn e t w o r k ，r e s o u r c e s c h e d u l e ，s c h e d u l i n gp o l i c y ， h i e r a r c h i c a ln e t w o r k ，c l u s t e rr o u t i n g 东南大学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，也不包含为获得东南大学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：e 漫郎日 期：! 竺! ：三2 d 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、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) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：唐寝新 导师签名：虹日期：2 卯产；。口 塑堕堕塞一 缩略语表 a b ra s s o c i a t iv i t yb a s e dr o u t i n gp r o t o c o l 基于结合关系的路由协议 a o d va dh o co n - d e m a n dd is t a n t ev e c t o tr o u t i n ga dh o c 按需距离矢量路由 a r pa d d r e ssr e s o l u t i o np r o t o c 0 1 地址解析协议 a sa u t o n o m o uss y s t e m 自治系统 a t ma s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 b g pb o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l 边界网关协议 b sb a s es t a t i o d 基站 b t cb 1 0 c kt u r b oc o d e 块t u r b o 码 b w ab r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s 宽带无线接入 c b r pc 1 us t e rb a s e dr o u t i n gp r o t o c 0 1 基于簇路由协议 c g s rc l us t e rh e a dg a t e w a ys w i t c hr o u t i n g 群首网关交换路由 c hc l u s t e rh e a d 群首 c i dc o n n e c t i o ni d e n t i f i e r 链路标识 c s c o n v e r g e n t es u b l a y e r 会聚子层 c p sc o m m o np a r t s u b l a y e r 通用部分子层 d a m ad e m a n da s s i g n e dm u l t i p lea e c e s s 按需分配多路接入 d h c pd y n a m ich o s t c o n f i g u r a t i o np r o t o c o l 动态主机配置协议 d o c s i sd a t ao v e rc a b lese r v ic ei n t e r f a c es p ec i f ic a t i o n 电缆数据业务接口指标 d s rd y n a m i cs o u r c er o u t i n gp r o t o c 0 1 动态源路由协议 e g pe x t e r n a l g a t e w a yp r o t o c o l 外部网关协议 f e ef o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错 g p c cg r a n tp e r c o n n e c t i o n 每条链路授权 l a rl o c a t i o na id e dr o u t i n g 位置辅助路由 l c cle a s tc l u s t e rc h a n g e 最小簇改变 l f s rl i n e a rf e e d b a c ks h i f t r e g i s t e r s 线性反馈移位寄存器 i g pi n te r i o r g a t e w a yp r o t o e o l 内部网关协议 l m d sl o c a l m u l t i p o i n td is t r i b u t i o ns y s t e m 本地多点分布系统 i pi n t e r n e t p r o t o c o l 网际协议 m a cm e d i u ma c c e ssc o n t r o l 1 a y e r 媒体接入控制层 m i bm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n b a s e 管理信息库 m m d sm u t ic h a n n e l m u l t i p o i n td is t r i b u t i o ns y s t e m 多信道多点分布系统 n r t p sn o b r e a l t i m e p o i i i n gs e r v ic e 非实时轮询服务 o f d m ao t h g o n a l f r e q u e n c yd i v i d em u l t ia c c e s s 正交频分多址接入 p m dp h ys i c a lm e d i u m d e p e n d e n t 相关物理媒体 p m pp o i n tt om u l t i p o i n t 点对多点 塑堕堡壅 o o sq u a i t yo f s e r v ic e 服务质量 r d m a rr e l a t i v ed i s t a n c em i e r ed is c o v e r ya d h o cr o u t i n g 相对距离微观发现路由 s n m ps i m p le n e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l 简单网络管理协议 s p fs h o r t e s tp a t hf i r s t 最短路径优先 s ss u b s c r i b e rs t a t i o n 用户站 t c pt r a n s p o r t a t i o nc o n t r 0 1p r o t o c o l 传输控制协议 t d dt i m e d i v is i o nd u p l e x 时分双工 t d mt i l l ed i v is i o nm u l t i p l e x 时分复用 t d m at i m ed i v i s i o nm u l t i p l e xa c c e s s 时分复用接入 v l s mv a r y i n gl e n g t hs u b n e tm a s k 变长掩码 ， u d pu s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 用户数据报协议 u g su n s o l ic i t e dg r a n ts e r v i e e 未经申请即授权服务 u t cc o o r d i n a t e du n i v e r s a lt i m e 通用一致时间 z r pz o n er o u t i n gp r o t o e o l 区域路由协议 苎二垦堡垒 第一章绪论 1 1 宽带无线接入( b w a ) 系统的发展 在过去的几年里，宽带无线接入( b w a ) 系统已经引起了人们的广泛关注。以l m d s 、 m m d s 为代表的第一代b w a 系统与c a b l em o d e m 、x d s l 相比容量更高，其无线接入方式和 光纤相比具有迅速部署、逐步投资等优势。l m d s 的市场定位于小型家庭办公、中小企 业、城市商业中心等广阔范围。l m d s 技术最初由美国c e l l t l l a rv is i o i l 公司开发，目 前世界上已有不少厂家可以提供完整的l m d s 解决方案，其中美国p - c o m 、加拿大 n e l b r i d g en e t w o r k s 、瑞典e r i c s s o n 、法国m c a t e l 等公司的产品在世界上都有规模商 用的经验。我国通信运营商和制造商也密切关注着l m d s 的进展。目前联通、网通、移 动、电信纷纷在各地开展了l m d s 的试验网。对新兴的网络运营商而言，采用l m d s 技术 可在短期内建设成覆盖广泛无缝接入网络，迅速成为传统运营商强有力的竞争对手。 而传统的运营商则可利用晟先进的l m d s 技术进行宽带业务分配，使用户能迅速享受到 宽带业务。同样对移动运营商来说，可使用l m d s 技术进行基站间的互联，节省昂贵的 租用线路费用。我国通信制造商也密切关注l m d s 技术和设备的研发，如中兴已推出国 内具有自主知识产权的b w a 产品z x b w a 一3 e 。此外，我国把3 5 g h z 频带上的带宽划给 l m d s m m d s 系统，该频段虽然可用带宽不如2 6 g h z 多，但系统受雨衰影响小，b s 和s s 无 需视距传输。因此可以考虑在较大覆盖半径内，用户密集程度较低的地区或某些常年 降雨量大的地区部署该频段的l m d s 系统作为补充。 b w a 系统的主要应用有：高速i n t e r n e t 接入和企业l a n 间互联、混合多业务集成、 无线传输干线等。随着i p 技术的成熟和发展，越来越多的人认为高速率1 1 t s y n e t 接入 几乎完全可以实现其他各种业务。为适合突发数据和多载波组网，可以在某些频段上 采用o f d m a 多址方式。 1 2b w a 系统协议制定情况 b w a 的发展不仅仅是一种代替光纤的备用微波传输手段，它提供了多种协议的用户 终端到宽带核心网的多业务接入平台。目前市场上的b w a 系统主要是以l m d s 为r 代表的第 一代b w a 系统，支持无线a t m 的空中接口，设备成本较高。第一代b w a 缺乏个统一标准， 不同设备制造商使用自己的标准，不同产品之间不能相互兼容。有的直接采用流行的 有线标准电缆传输数据服务接口规范作为其无线应用。 为提供统业界标准，2 0 0 2 年4 月底，i e e e s 0 2 1 6 工作组正式发布了宽带无线接入 网标准i e e e 8 0 2 1 6 ，即i e e ew i r e le s s m a n 。这一新协议采纳了i ) o c s i s 的媒体接入方案， 查堕查堂竺主型塞生兰苎 并做了大量修改，使之适合无线环境。它摈弃了单一协议的空中接口，能兼容多种高 层协议。协议主要由m a c 层和p h y 层组成。m a c 层中m a cc p s 公共部分子层之上是会聚子 层( c s ) 。协议提供了a t mc s * op a c k e tu s 两种c s 层，从而支持对外部网络a t m 层、以 太网层、i p 层的分组会聚功能，标准还保留了- b 其他协议接口的未来发展的余地。协 议旨在开发具有创新性、成本有效性、能兼容多家产商的宽带无线接入设备以快速组 建宽带无线城域网。m a c 层的m a cc p s 是协议的核心部分，具有动态连接关联、业务流 的q o s 控制、基于连接的带宽资源调度等特点。图l 协议栈的下半部表示i e e e 8 0 2 1 6 的 系统协议组成。 萎。 商用甚f 竹 应用瑶c n 毒 d 蠢 岳 一 1 c p 纂 岳 鼍 删口 鬻1 l a i m 岱p b t t 岱 越 熏 ￥ m c 公托静分子屡辩 c c p s l | 安垒子崖删白 氆 - - 擂输 【= 聚干屡o h 嫦啊i i o n c s ) ，童， 鲁毽罐赢相美子扉口 、 图1 系统协议栈 i e e e 8 0 2 ，1 6 负责为宽带无线接入的无线接口及其相关功能制定标准，提供多种有 服务质量保证的宽带无线接入业务服务的空中接口标准。它起先由三个小工作组组成， 每个小工作组分别负责不同的方面：i e e e 8 0 2 1 6 1 负责制定频率为l o 6 0 g l z 的无线接 口标准；i e e e 8 0 2 1 6 2 负责制定宽带无线接八系统共存方面的标准；i e e e 8 0 2 1 6 3 负 责制定频率范围在2 1 0 g h z 间获得频率使用许可的应用的无线接口标准。2 0 0 1 年1 2 月， 美国i e e e 3 2 作组确定一个固定宽带无线接入系统空中接口的i e e e8 0 2 1 6 的标准，也就 是原来的i e e e 8 0 21 6 1 。2 0 0 3 年初i e e e 纤 织将i e e e 8 0 2 1 6 3 作为增补协议8 0 2 1 6 a 发 布，对8 0 2 1 6 协议的m a c 层和p r y 层做了部分修改，把空中接口扩展到2 1 1 g h z 频段。在 这个频段，系统受雨衰影响小，并且该协议物理层支持3 种空中接口规范：( 1 ) 基于 频域自适应均衡器的单载波系统w i r e l e s sm a n s c ，下行t d m ，上行t d m a 方式：( 2 ) 基 于o f d m 调制技术的w i r e l e s s a n o f d a 系统，采用2 5 6 个子载波，下行t d m ，上行t i ) i a 方 式；( 3 ) 基于o f d m a 调制技术的w i l - e l e ss m a n o v d h i a 系统，采用2 0 4 8 个子载波的o f d m 调制。 由于8 0 2 1 6 宽带无线接入系统只支持固定接入或慢速移动接入。不支持高速移动 业务，使其应用范围受到一定限制。2 0 0 2 年3 月，在8 0 2 1 6 工作组内又成立了针对移动 宽带无线接八( m b w a ) 空中接口技术的研究组，2 0 0 2 年1 2 月i e e e 标准协会( i e e e s a ，i e e e 2 第一章绪论 s t a n d a r d sa ss o c i a t i o n ) 正式批准了移动宽带无线接入项目的项目授权请求( p a r t p r o je c ta u t h o r i z a t i o nr e q u e s t ) 和项目实施的5 个准则，预计在2 0 0 4 年1 2 月完成和 通过m b w a 移动宽带无线接入标准。 与i e e e 8 0 2 1 6 协议相似的欧洲标准是e t s ib r a n 项目组发布的h i p e r a c c e s s 标准， 该标准定义的系统工作在2 4 0 g h z 频段内，数据速率从2 - 2 5 m b i t s 。另外，i t u 成立i t u r j r g8 a 一9 b 工作组负责宽带无线接入技术的标准化工作。该工作组负责从b r a n 和i e e e 8 0 2 ，1 6 接收提案，并试图从i t u 的立场和功能出发使宽带无线接入技术达到全球一致。 其中，i e e e 8 0 2 1 6 涉及的范围最广泛、工作进展最快，而h i p e r a c c e s s 标准正在开发中， 并可能与i e e e 8 0 2 1 6 融合。 1 3f b w a 系统的m e s h 网络结构 根据标准i e e e s 0 2 1 6 a 的规定，固定宽带无线接入系统可以支持m e s h 型的网络结 构。m e s h 与p m p 网络的基本区别在于：p m p 网络的每个s s 直接与b s 相连，而m e s h 网络则 是部分s s 与m e s hb s 直联，其他s s 通过接力的方式逐跳接入b s 。 图2m e s h 网络应用示例 m e s h 网络中的每个设备可以根据需要为其他设备转发业务。因此对覆盖范围带来 了两种主要影响； i m e s h 网络的自我配置特性使得每个用户设备周围对应一个微小区形成了微小 区结构，因此大大降低了所需连接的链路距离。 2 m e s h 网络根据当时本地传输环境，在设备之间自发选择最优无线链路，在用户 设备和路由设备之间选择最优多跳路由。所以，网络采用了晟优无线路径，而不需要 运营方为网络采购能用于昂差路径的设备。 从无线传输、链路可用、链路损耗性能方面考虑，m e s h 网络都比p m p 网络性能更 优越。在链路变化时，m e s h 网络更加健壮。如果采用无线链路性能调优时，m e s h 网络 查堕查堂堡主翌壅竺堡塞一 覆盖率将获得更加明显的改善结果。 1 。4 本文的内容安排 本文的工作主要集中在固定宽带无线接a m e s h n 络的路由机制和资源调度两方面 技术的研究和探讨，内容安排如下： 第一章首先简要介绍了宽带无线接入系统的产生和发展，再介绍不同组织的相关 协议及其制定和发展过程。然后阐述区别于p m p 网络的m e s h 网络结构特点和优点。最后 对本文研究的内容和组织结构做简单介绍。 第二章介绍宽带无线接入系统的b s 和s s 的分层结构模型，然后按照不同层次分别 介绍各层的功能：介绍了标准i e e e 8 0 2 、1 6 空中接口规定的物理层和媒体接入层的基本 情况，在此基础上，按照通用的标准架构网络屡积运输层，并在运输层上加载专门的 中心路由协议。 第三章详细介绍i e e e 8 0 2 1 6 和i e e e 8 0 2 1 6 a 协议m a c 层部分的具体内容和资源调度 的实现。首先介绍m a c 层的基本操作流程。包括s s 接入网络所进行的初始化操作测距、 注册和业务变更等一系列操作，再介绍提供的传输服务类型。然后就时间资源调度的 问题介绍所使用的多址接入机制时分多址t d m a 以及时分双工的基本工作原理，以及 使用的资源调度方法，最后介绍网络基本广播信息传播和依靠广播信息建立m e s h 结构 网络的过程。 第四章集中介绍路由机制，包括对底层的接口管理、被路由协议i p 、动态分配i p 地址、寻址路由等内容，以及路由协议即基本路由基础、无线路由技术和仿真使用的 中心路由协议等。在上一章介绍m e s h 结构网络的基础上，利用变长掩码技术，采取动 态主机配置协议将网络配置成分等级的集群网络；然后讨论相关的路由技术，在学习 和分析这些技术之后，根据网络的特点，设计完成中心路由协议，负责最优路径的集 中计算并提供下载功能。 第五章具体介绍o p n e t 仿真方案和性能，首先介绍仿真场景、节点模型和简单处理 过程。由于i e e e 标准给出的是通用模型，而且仿真工具也具有一定的局限性，所以还 必须作许多设计修改，这部分的工作就在仿真模块的处理过程中介绍。摄后按层次分 别给出不同仿真结果，分析其性能。 最后一章对全文进行总结，分析取得成果和存在不足，并指出进一步的研究方向。 4 苎三童墨竺塑蕉一 2 1 分层体系结构 第二章系统概述 本文研究的网络系统由两种通信设备构成，一是负责中心控制的基站b s 二是接 受b s 控制的用户站s s 。根据开放式系统互联参考模式的体系结构概念可以将它们划 分为如下图所示的分层结构模型，从底层往上看分剐是：物理层。媒体接入控制层， 接口层，网络层，运输层。其中，在媒体控制层b s 和s s 实体协议处理功能是完全不同 的 另外，在运输层上两者也有区别，除了都用作数据产生的源头和处理的宿端之外。 b s 需要承担中心路由处理功能，而s s 只需要配合b s 成为路由处理的代理。除了上述的 这两层上存在的区别之外，其他各层的功能都是相同的。以下的内容将详细介绍各层 的构成和功能。 2 2 物理层 b s 软件分层结构 图3 系统分层体系 s s 软件分层结构 为了实现物理连接上的数据链路实体之间的比特流传输，由物理层负责建立、维 持和拆除物理连结，提供机械、电气、功能及规程方法。物理层提供给数据链路层的 服务包括物理连接，物理服务数据块，物理连接端点，数据电路识别，故障情况报告， 服务指标参数。 5 查堕查兰堑主堕塞生垒塞一 根据i e e e s t d 8 0 2 1 6 标准有关物理层结构的规定，物理层的收发环节中的编码、调 制、解码和解调的结构如下图所示。 图4 物理屡结构示意囤 发送方的数据需要通过随机化、f e c 编码、预先加前缀、符号映射、基带脉冲成形、 调制之后由发送天线发送到无线信道，接收方通过接收天线接收到信号需要经过对应 的处理，还原成可由上层处理的数据形式。 2 2 i 信源比特流随机化处理 进入f e c 编码器的比特流成为信源比特流。为使接收机便于进行时钟恢复( c l o c k r e c o v e r y ) 操作，必须对信源比特流进行随机化处理，具体过程如下式所述：i + x “+ x ”。 信源输入比特和线性反馈移位寄存器( l f s r ) 生成p n 比特进行异或操作( x o r ) ， 以生成进入f e c 编码器的随机化比特流。此外，l f s r 的初始状态设为1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 。 2 2 2f e c 编码 前向纠错编码有4 种可选的方案： a 外码采用g f ( 2 5 6 ) 上的r s ，内码不作处理 的码率。 b 外码采用g f ( 2 5 6 ) 上的r s ，内码采用( 2 4 好的载波噪声比率，采用较低的编码速率。 c 外码采用g f ( 2 5 6 ) 上的r s ，内码采用( 9 ， 高编码速率。 适用于传输大的数据块或者要求较高 16 ) 块卷积码( 软译码) 。为了提供更 8 ) 奇偶校码；提供小于介质大小块的 d 外码采用b t c ( b l o c kt u r b oc o d e ) 。为了在裉低c i 情况下提供可靠的通信，能 够扩展基站的覆盖范围或者为了更高的吞吐量增建码率。 6 笙三兰至竺塑蕉 2 2 3 基带脉冲成形 在将信号加以调制之前，将i 和q 上的信号用平方根升余弦滤波器进行滤波滚降 系数a 取0 2 5 。 2 2 4 调制 为了最大化利用空中链路。物理层使用多种调制方式。调制星座图的选择基于每 个移动台无线信道的质量。如果链路条件允许，在保障数据传输可靠的前提下，可以 使用较复杂的调制方式，提高空中链路的吞吐量。如果空中链路可能因为环境因素造 成恶化，系统为了更可靠的数据传输切换到一种复杂度较低的星座图。可供选择的调 制方式有q p s k ，1 6 - q a m ，6 4 一q a m ，以及o f d m 。 2 2 5 发送波形 在天线端口发送波形s ( t ) 应是：s ( t ) = i ( t ) c o s ( 2 f 。t ) 一q ( t ) s i n ( 2 f 。t ) ，其中 i ( t ) 和q ( t ) 是i - 和0 - 符号滤波后基带( 脉冲成形) 信号k 是离散符号索引，f 。是载波 频率 对于接收机一端的操作，则需要根据发送机相应地进行解调，f e c 解码等操作，因 此在此不再作赘述。 2 3 媒体访问控制层 媒体访问控制方法与传输媒体无关，而与网络结构有一定的关系。媒体访问控制 通常可以分成三个过程，并相应地采用三方面地控制策略： 1 发送策略 发送策略在于确定每一个工作站向广播式信道发送报文的时机。 2 冲突检测策略 即检测信道传输是否发生冲突的方法。 3 重发策略 参与传输冲突的各站在知道信道冲突之后，在延迟一段时间后再重发的方法。 本文研究的媒体访问控制方法的争用方式与完全随机式或发送前检测式不同，s s 在初始接入网络时监测特定的广播信息，在广播信息指定的时间内按随机发送策略发 送接入请求。如果在一定时间内未收到网络接入的反馈信息即认为发生冲突，重复接 查查查堂堑主塑窒竺堡苎一 入请求操作。而在b s 检测到竞争接入信道的冲突之后，采取二进制指数回退算法修改 竞争接入信道的带宽。 在媒体访问控制层即数据链路层，数据链路层负责的工作有：l 链路连接的建立， 拆除，分离；2 数据链路服务数据块映射；3 帧定界和帧同步。链路层的数据传输单 元是帧，协议不同，帧的长短和界面也有差别，但必须对帧进行定界；4 顺序控制， 指对帧的收发顺序的控制，5 差错检测和恢复。还有链路标识，流量控制等等。差错 检测多用方阵码校验和循环码校：6 识别和参数变换；7 数据电路互联的控制；8 数 据链路层的控制。 2 4 接口层 因为i e e e s t d 8 0 2 1 6 标准提供物理层和媒体接入控制层的空中接口规范，提供了 a t mc s 和p a c k e tc s 两种c s 层，从而支持对外部网络a t m 层、以太网层、i p 层的分组会 聚功能。因此，在媒体接入控制层与网络层之间建立专门的接口层，一来可以保证这 两层功能的相对独立性，= 也适应了网络层所采用的i p 协议对底层管理模式。 接口层完成媒体控制层与网络层之间的数据传输，将通信设备作为系统的一个子 接口接受系统的统一管理，承担接口管理的功能。作为通信接口，接口层负责网络逻 辑地址与物理硬件地址间的映射，所以接口层需要承担提供网络地址的任务。从这个 意义上看，接口层与有线局域网的地址解析协议a r p 的作用类似，但不同的是，接口层 用链路号c i d 标识从源节点到目标节点的连接，而a r p 用源：宵点和目的节点双方的物理 地址标识连接，所以接口层不是借助a r p 广播信息获得可能连接的基本信息，而是通过 专门的存储空间保留连接信息。 2 5 网络层 网络层为通信应用实体的系统之间网络连接的建立、维持及终止提供了所需要的 方法，并为通过网络连接在转送实体之间交换网络服务数据块所需要的功能方法和过 程方法。网络层使得转送实体不必考虑建立和操作，如指定网络连接时有限路径的选 择和中转细节等，即使是在几个子网串联或并联使用的情况下。如何使用下层的资源 来提供网络连接对转按实体是透明的。 网络层具有为运输层提供一个严格的网络层运输层边界所需的功能，而且该边界 ( 除服务特性外的所有方面) 独立于下层的通信媒体。从而网络层能将不同的传输、 子网技术等的特性差异加以屏蔽，转换成一致的网络服务。对于运输层来说，网络需 要提供网络地址，转送实体可以使用网络地址来唯一识别其他的转送实体，即对于利 用网络服务来通信的转送实体来说，网络地址是必需的。网络层通过网络地址来唯一 识别各个端点系统，而可姒不必考虑以下各层所需要的寻址操作。 第二章系统概述 网络层功能主要是提供支持网络连接的各种结构。网络层实现的各种功能有：1 路由选择和中转；2 网络连接；3 网络连接多路复用；4 分段与组块；5 差错检测；6 差错恢复：7 排序；8 流量控制；9 加快的数据传送：1 0 服务重置；1 1 服务选择： 1 2 网络层管理。其中路由选择和中转的目的是网络的中间结点根据分组中的的地址和 依据某种策略或路由选择算法作出决策，以使分组尽快地通过网络送往目的地。当网 络层是通过几个单独子层组合起来完成时，具体的路由选择和中转功能可以用子层的 形式来实现，而单独子网内的路由选择和中转功能与子网互联构成的网际网内的路由 选择和中转功能是不同的。 2 6 运输层 从通信和信息处理的角度看，运输层属于面向通信部分的最高层。但从用户功能 角度看，运输层却属于用户功能的最低层。运输层是整个网络体系结构中关键的一层， 但在通信子网中没有运输层，运输层只存在于通信子网以外的主机中。 运输层使高层用户看见的就是好像在两个运输层实体之间有一个端到端的、可靠 的、全双工的通信通道。运输层根据底层通信子网的特性晟佳地利用网络资源，并以 可靠和经济的方式，为端到端的主机( 即源站和目的站) 的进程之阿，建立一条运输 连接，以便透明地传送报文。也就是，运输层向上一层进行通信的两个进程之间提供 一个可靠的端到端的服务，使它们看不到运输层以下的数据通信的细节。 运输层的功能与网络层功能的区别在于：网络层的任务主要是完成屏辙所有底层 网络的物理差异，完成对子网内通信路径的选择，以及尽力而为地执行传输任务。在 很大程度上是实现各种网络技术的互连，而不是支持网上的应用，只提供无连接的服 务。而运输层的任务支持网上应用，提供面向连接的服务。 t c p i p 体系中的运输层有两个不同的协议，即用户数据报协议u d p 和传输控制协议 t c p 。t j d p d t c p 使用i p 协议，即这两个协议在传送数据时，协议数据单元p d u 都作为下 层i p 数据报中的数据。 u d p 在传送数据之前不需要先建立连接。u d p 只在i p 的数据报服务之上增加很少的 功能，这就是端口的功能一一应用层的各种进程是通过相应的端口才能与运输实体进 行交互服务。远端主机的运输层在收到u d p 数据报后，不需要给出任何应答。在某些应 用下，u d p 是一种最有效的运输方式。 t c p 则提供面向连接的服务，不提供广播或多播服务。因为t c p 要提供可靠的、按 序传送数据、无丢失和无重复的运输服务，提供的连接是双向的，即全双工的，因此 t c p 就不可避免地增加了许多的开销，如应答、流量控制、定时器以及连接管理，协议 数据单元增大了很多，此外还要占用许多的主机处理资源。 在运输层所使用的中心路由协议就是采用用户数据报协议进行传输。某个s s 需要 知道到另一+ s s 的最短路径时，即可通过默认路径向b s 发送个路由请求。b s 在计算 东南大学研士研究生论文 出这个最短路径之后，将计算出的结果回复给这个s s 。如果在整个过程中出现了数据 报丢失，s s 在等待超时后，再次发送路由请求。因此，u d p 在中心路由协议的使用是简 单有效的。 苎三童堡笪堡垒篓型墨竺塑塑塑壅一一一 第三章媒体接入控制层的资源调度 3 1 操作规程 按照i e e e s 0 2 1 6 的规定，s s 在网络中的通信过程必须遵守固定的操作规程，全过 程的流程如下图所示。第一步需要获得接入信道，进行授权登记之后才能建立有效的 连接。对于不同的传输业务类型，决定是否需要申请额外的带宽，如果需要，则要等 到申请通过之后才能进行业务传输，另外，在s s 接入网络之后还需要定期地调整参数。 以下按照流程图标识的次序详细介绍操作规程。 ss 通信全过程流程图 图5 操作流程 5 ) 查壹查堂堑主塑墨生塑 3 1 1 获得信道 3 1 。1 1 扫描和同步下行信道 s s 在启动后或信号损耗后，需要获得下行信道，s s 可从常驻内存调出上次操作参 数而获得下行信道。如果没有上次的参数，则连续扫描下行频率范围，寻找可能的下 行信道，直到找到确定的下行信号为止。先在物理层进行操作，与下行信道同步，产 生p h y * 示，m a c 子层将获得下行信道控制参数，进而获得上行信道控制参数。 3 1 1 2 获得下行信道参数 s s 扫描可用频率段，找到工作信遵。b s 和相邻的s s 都广播包含b s i d 的网络控制消 息，因此s s 通过天线选择合适的b s i d ，选择将要通信的信道或信道对，并与下行发射 同步。然后s s 检测网络控制信息和信道描述消息，获得调制和f e c 方式。 s s 的m a c 子层在消息中寻找网络调度消息。s s 旦收到至少一个网络调度消息消息 时获得m a c 同步。s s 的m a c 只有在能继续成功收到广播消息，对信道保持同步。如果在 一段时间没有收到可靠的广播消息之后，s s 将尝试重新建立同步。 3 1 1 4 初始测距 测距是获得正确定时偏移的过程，保证s s 的发送与标记微时隙边界开始的字符对 齐。( 注：经过p h y 的定时延迟相对稳定，p h y 的延迟在上行p h yo v e r h e a d 的守护时间 中解决。) 首先，s