（通信与信息系统专业论文）基于ieee+80216e的mac仿真平台实现及下行分组调度算法研究.pdf

摘要 为了满足日益增长的高速移动数据业务，特别是移动互联网业务的需求，无 线宽带接入系统同蜂窝移动通信系统一样，也在迅速发展。宽带无线接入技术作 为下一代通信网中最具发展潜力的接入技术之一，正受到业界越来越多的关注。 全球微波接入互操作性( w i m a x ，w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) 属于 新一代宽带无线城域网( w m a n 。w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) 接入技术，而 基于i e e e8 0 2 1 6 e 的w i m a x 技术一般称作移动w i m a x ，它作为一种新的宽带无线 解决方案，利用通用的广域宽带无线接入技术和灵活的网络架构，促进了移动和 固定宽带网络的融合。w i m a x 技术能够很好地解决“最后一公里 的接入问题。 在对i e e e8 0 2 1 6 e 标准长期研究的基础上，本文首先简单介绍了其中关于媒体 接入控制层( m a c ) 的相关协议内容，主要包括m a c 层的三个子层及其相关的功 能、m a c 层中关于用户数据包的处理操作、服务流q o s 保证机制及服务流管理操 作。 然后着重从系统整体架构上介绍了本文所设计的基站( b s ) 端m a c 仿真平台， 包括平台所要实现的功能、系统的相关参数以及仿真目标；同时本文还研究了关 于w i m a x 系统中下行分组调度算法，比较了现有的几种算法的优缺点，并提出了 一种新的下行分组调度架构和相应的算法。 最后利用o p n e t 网络仿真软件对整个m a c 层进行系统建模，对本文提出的下 行分组调度算法进行了仿真验证。 最后的仿真结果显示，该仿真平台的数据通道已经正确打通，本文提出的下 行分组调度算法能够在兼顾系统吞吐量和公平性的前提下，保证各服务流的q o s 要求。 关键词：i e e e8 0 2 1 6 em a cq o so p n e t 下行分组调度 a bs t r a c t i no r d e rt os a t i s f yt h eg r o w i n gn e e do fh i g h s p e e dd a t as e r v i c e s ，e s p e c i a l l yt h e d e m a n df o rm o b i l ei n t e m e tb u s i n e s s ，w i r e l e s sb r o a d b a n da c c e s ss y s t e mi sa l s o ， d e v e l o p i n gr a p i d l y 勰w e l la sc e l l u l a rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m a so n eo ft h e m o s tp o t e n t i a la c c e s st e c h n o l o g i e si nt h en e x tg e n e r a t i o nc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k s ， b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g yi sc a t c h i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n w o r l d 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 si san e w - g e n e r a t i o nb r o a d b a n dw i r e l e s s m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r ka c c e s st e c h n o l o g y w i m a xt e c h n o l o g yb a s e do ni e e e 8 0 2 16 ei s g e n e r a l l yk n o w na sm o b i l ew i m a x a san e ws o l u t i o no fb r o a d b a n d w i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y , i tu s e sc o m m o nw i d ea r e ab r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s t e c h n o l o g ya n df l e x i b l en e t w o r ka r c h i t e c t u r et op r o m o t et h ec o m b i n a t i o no f m o b i l ea n d f i x e db r o a d b a n dn e t w o r k s i tc a nr e s o l v et h ep r o b l e mo f t h e1 a s tm i l e a c c e s s t h i st h e s i ss i m p l yi n t r o d u c e st h ec o m m e n to fm a ci ni e e e8 0 2 16 ea tf i r s t ， i n c l u d i n gt h et h r e es u b l a y e r si nm a c a n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gf u n c t i o n s ，p r o c e s sf o r u s e rd a t ap a c k e ta n dq o sg u a r a n t e ea sw e l la ss e r v i c ef l o wm a n a g e m e n t t h e nt h et h e s i sf o c u s e so nt h eo v e r a l ld e s i g no fs i m u l a t i o np l a t f o r mf o r t h em o b i l e w i m a x s y s t e m ，i n c l u d i n gp l a t f o r ma r c h i t e c h t u r e ，m o d u l ef u n c t i o n s ，s y s t e mp a r a m e t e r s a n ds i m u l a t i o nt a r g e t m o r e o v e r , t h et h e s i sa l s or e s e a r c h e s t h ed o w n l i n kp a c k e t s c h e d u l i n ga l g o r i t h m sp r e s e n t ，c o m p a r i n g a n d d i s c u s s i n g t h e a d v a n t a g e a n d d i s a d v a n t a g eo ft h e m b a s e do nt h er e s e a r c h ，an o v e ld o w n l i n kp a c k e ts c h e d u l i n g s c h e m ei sp r o p o s e d f i n a l l y ，t h et h e s i sp a r t i c u l a r l yd e s c r i b e st h er e a l i z a t i o no fs i m u l a t i o np l a t f o r m u s i n go p n e t ，a n dp e r f o r m a n c eo ft h ep l a t f o r mw i t ht h ep r o p o s e dd o w n l i n kp a c k e t s c h e d u l i n gs c h e m ei se v a l u a t e d t h es i m u l a t i o nr e s u l ts h o w st h a tt h ep l a t f o r mc a n w o r k c o r r e c t l ya n de f f e c t i v e l y ，g u a r a n t e e i n gt h eb a s i cr e q u i r e m e n tf o rd i f f e r e n ts e r v i c ef l o w s b yc o n s i d e r i n gb o t hs y s t e mt h r o u g h p u ta n df a i m e s sa m o n g t h e m k e y w o r d ：i e e e8 0 2 1 6 em a cq o so p n e ts c h e d u l i n g 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 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 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得诬安电子科技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做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：艄wii -日期耸泛 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 寻垆名：乔篆耍 等 第一章绪论 第一章绪论 近些年来，随着因特网的迅速发展和人们对通信需求的迅速增加，通信产业 的发展越来越倾向于无线、宽带和i p 化。无线宽带接入技术得到了快速发展，因其 投资小、组网灵活和建设速度快等特点受到越来越多的重视，其市场定位于小型 家庭办公( s o h o ) 、中小企业、城市商业中心等用户，尤其是中小企业和城市人1 2 1 密集的高楼商业区。宽带无线接入技术传输能力越来越强，移动性也在逐步改善， 这一技术的繁荣壮大需要一个统一的全球性宽带无线接入标准。完善的技术标准、 成熟的运营模式将会促进这一产业的快速增长，拥有很好的应用前景【l 】。 1 1w i m a x 技术的发展及应用 无线城域网技术是解决“最后一公里 接入的最佳方式，可快速为运营商提 供各种业务，组建一个支持城域范围内的综合业务网络。它能向固定的或移动的 便携设备提供高速的无线数据和语音服务，并能用来连接无线局域网( w l a n ) 热点( h o t s p o t ) 与因特网，以及实现各种局域网之间的自由连接。它支持如语音和视 频等低时延应用，同时也可以在可靠性和服务质量( q o s ) 方面提供电信级的性能。 1 9 9 9 年，i e e e 成立了i e e e8 0 2 1 6 工作组来专门研究宽带固定无线接入技术规 范，目标就是要建立一个全球统一的宽带无线接入标准。i e e e8 0 2 1 6 工作组的出 现大大地推动了宽带无线接入技术在全球的发展。i e e e8 0 2 1 6 工作组主要负责固 定无线接入的空中接口标准制订。为了推广基于i e e e8 0 2 1 6 矛1 欧洲电信标准组织 高性能无线城域网协议的无线宽带接入设备，并且确保他们之间的兼容性和互操 作性，2 0 0 1 年4 月，由业界主要的无线宽带接入厂商和芯片制造商共同成立了一个 非营利工业贸易联盟一全球微波接入互操作性组织( 、i m a x ) 。w i m a x 主要成员 包括设备制造商、器件供应商、运营商等，主要任务是通过对产品进行兼容性和 互操作性认证，消除i e e e8 0 2 1 6 标准应用的障碍，扩大标准应用范围。即两者关 系为，i e e e8 0 2 1 6 w g 是8 0 2 1 6 空口技术标准的制定者，w i m a x 是标准的推动者。 因此人们常把8 0 2 1 6 技术称为w i m a x 技术【2 1 。2 0 0 7 年1 0 月1 9 同，在瑞士日内瓦举 行的无线通信全体会议上，移动w i m a x 标准i e e e8 0 2 16 e 在w r c 0 7 大会上正式通 过成为i m t - 2 0 0 0 的一员。w i m a x 在全球的发展面临着没有统一频率的问题，也是 w i m a x 希望加入i m t 2 0 0 0 的主要目的，此次w i m a x 技术加入3 g ，从一定程度上 可以解决全球频率的使用问题。 支持i e e e 8 0 2 1 6 e 的芯片已经推出，初期阶段的设备将支持固定和游牧方式， 支持全移动方式的设备将在1 2 年后推出。从终端的形式而言，目前主要以笔记 基- f i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 仿真平台实现及卜- 行分组调度算法研究 本$ i i c p e 为主。面向个人用户市场的手持式p d a 终端全移动业务应用，商用时间估 计要n 2 0 0 年以后。 在2 0 0 8 全球w i m a x 峰会上，w i m a x 论坛主席r o n a l dr e s n i c k 介绍了w i m a x 在全球发展的最新进展，他表示，内嵌w i m a x 技术的笔记本，已经成为了一个现 实，这是一个非常重要的商业进程。全球w i m a x 高峰会议主席刘东则介绍说，在 刚刚过去的1 年中，全球的厂家都在开发w i m a x 产品，超过6 0 家的公司为w i m a x 提供客户端、芯片组、解决方案，w i m a x 论坛的成员达到了5 3 0 家企业，预计到 今年年底将会超过6 0 0 家。截止今年8 月w i m a x 在1 1 8 个国家进行了商业部署，并 拥有了3 0 0 个商业案例，可以预见，w i m a x 在未来1 年左右将大发展。在芯片方面， 英特尔中国区电信业总经理黄节透露，包括i n t e l 在内的w i m a x 芯片公司超过6 0 家， 为w i m a x 提供了客户端和芯片的解决方案。产业链的成熟为w i m a x 网络商用部 署创造了非常好的条件。他还透露，由运营商、电信设备商、芯片商联合组成的 一个全球巨无霸似的w i m a x 运营商将于1 0 月诞生，注册资本金1 4 5 亿美元，将在 全球w i m a x 运营中起示范作用。目前，全球w i m a x 商用同益普及，但是用户发 展还需要时间，尤其是w i m a x 的运营经验缺乏，上述w i m a x 运营企业的成立除 了本身经营目的外，从战略上的另一个作用就是将为w i m a x 起示范作用【3 】。 c l e a r w i r e 是英特尔与摩托罗拉共同参与投资的一家w i m a x 运营商，c l e a r w i r e 公司今年第二财季的营收由去年同期的3 5 5 0 万美元增长至5 8 6 0 万美元。但黄节表 示，在这个运营商中，英特尔投资l o 亿美元，这个运营商与c l e a r w i r e 有一定关联， 但根据美国的法律，在批准之前，这两个公司是必须独立经营的，他们不能有任 何协调的行为，而且也不能动用合资公司的钱。 1 2 论文选题意义及成果 本文通过对i e e e8 0 2 1 6 em a c 协议的研究和分析，结合o p n e t 网络仿真软件， 独立地设计了一个基于i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议的仿真平台，为后期的相关算法 仿真和验证提供了一个完整可靠的仿真平台，同时也为相关产品开发提供理论技 术支持，从而节省了产品开发的成本，缩短了产品开发的周期。下行分组调度作为 实现q o s 保障的一个核心部分，其算法是协议中没有规定的，是一个开放的课题， 同时，该算法的性能好坏也是衡量一个产品性能的重要标准。 1 3 论文内容安排 第二章介绍了i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议的大致内容，从m a c 层的三个子层开 始，介绍了m a c 层中用户数据包的处理过程和服务流管理的相关操作。 第一章绪论 3 第三章介绍了基于i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议的o p n e t 仿真平台，主要是从平 台的整体架构及相应功能进行介绍；本章还简单介绍了当前关于o f d m a 系统下行 无线分组调度算法，并简单分析了各算法的优缺点；同时本章还提出了一个新的 下行调度架构及相应的下行分组调度算法。 第四章详细介绍了在6 p n e t n 络仿真软件下i e e e8 0 2 1 6 em a c 仿真平台的具 体实现，仿真了本文所提出的下行分组调度算法，并对仿真结果做了相应的分析。 第五章是对全文的一个总结，以及对未来工作的一个展望。 第二章i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议分析 第二章 i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议分析 2 1m a c 层协议总述【4 1 5 i e e e8 0 2 1 6 e 协议的空中接口由物理层( p h y ) 和媒体接入控s o ( m a c ) 层组成。 由于本文是关于m a c 层的分析和研究，所以本节主要介绍i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 层 协议。i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 层又分三个子层，分别是特定业务汇聚子层 c 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 es u b l a y e r ) 、m a c 公共部分子层c p s ( m a cc o m m o n p a r ts u b l a y e r ) 和安全子层s s ( s e c u r i t ys u b l a y e r ) 。其中公共部分子层完成大部分m a c 层的核心功能。本文所设计的m a c 层仿真平台和下行调度算法都是基于i e e e 8 0 2 1 6 em a c 层协议的，因此i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议是本文的研究基础和出发 点。 i e e e8 0 2 1 6 e 协议实现了o s i 七层参考模型大部分关键功能，对应关系如图2 1 所示 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 1c s s a pr 、- 、_ 汇聚子层 、 1m a cs a p 卜 、 公共部分子层 安全子层 p h ys a p 物理层 图2 1 协议与o s i 网络模型的对应关系 i e e e8 0 2 1 6 em a c 层有如下优势和特点： 1 可根据系统负荷情况动态分配上下行带宽资源； 2 采用h g q 和h a r q 重传功能，进一步提高系统传输的可靠性； 3 基于连接的包传输，快速实现分组选路转发； 6 基t i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 仿真平台实现及卜行分组调度算法研究 4 采用q o s 保障机制，实现多种业务的有效融合； 5 支持自适应编码技术，能够进一步提高系统容量； 6 安全方面，有效地保障用户通信安全和隐私； i e e e8 0 2 1 6 e 协议中定义了两种网格结构：点到多点( p m p ) 结构和网格( m e s h ) 结构。本文仅介绍点对多点结构下的系统结构和功能。 m a c 层三个子层功能分布如下： 特定服务汇聚子层( c s ) 特定服务汇聚子层负责接收高层服务数据单元( s d u ) ，并将其映射n m a c 层 连接上，或将c p s 层来的s d u 发往高层。其主要功能有： 1 ) 接收高层协议数据单元( s d u ) ； 2 ) 对高层s d u 进行分类，将s d u 映射到不同的连接上； 3 ) 基于分类对高层p d u 进行处理； 4 ) 将c sp d u 传递给j 下确的m a c 服务接入点( s a p ) ： 5 ) 从对等层接收c sp d u 。 i e e e8 0 2 1 6 e 协议定义了两种特定服务汇聚子层：a t m 汇聚子层和分组汇聚子 层。a t m 汇聚子层用于支持基于a t m 连接的各类数据单元，分组汇聚子层则用于 映射类似于i p v 4 、i p v 6 、以太网和虚拟局域网的分组业务数据单元。 公共部分子层( c p s ) m a c 公共部分子层完成大部分的m a c 层核心功能，包括系统接入、带宽分配、 连接建立维护，它从汇聚子层接收高层发来的数据包，并且保证其服务质量。主 要有以下功能： 1 ) m a cp d u 构建和传输； 2 ) m a c 对物理层的支持( u c d 、d c d 、u l m a p 、d l m a p ) ； 3 ) 无线资源管理： 4 ) 动态服务流管理； 5 ) 网络接入控制。 安全子层 第二章1 e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议分析 7 m a c 层的安全予层，用来提供鉴权、密钥交换和加密功能。它通过对b s 和s s 之间的连接进行加密，为经过w m a n 网络的用户数据提供保密。 另外，安全子层还为运营商们提供强有力的防止服务被窃取的保护机制。通 过对网络中的服务流进行加密，b s 可以阻止那些对数据传输服务进行的未授权的 访问。基本密钥管理机制中还加入了基于电子证书的s s 授权机制，进一步加强了 基本保密机制。 2 2 数据包处理 2 2 1m p d u 格式 m p d u 的总体格式如图2 2 所示。 图2 2m p d u 格式 每个p d u 的最前端是一个固定长度( 4 8 b i t ) 的m a c 头。m a c 头分为两类，一 类是后面紧跟有p a y l o a d 的g e n e r i cm a ch e a d e r ：另一类是后面没有p a y l o a d 的，比 如带宽请求( b r ) 头。图2 3 给蹬的m a c 头是g e n e r i cm a ch e a d e r 。而p a y l o a d 部分 是由一个或多个s d u 或s d uf r a g m e n t 组成的。对于o f d m a 系统，c r c 功能也是必 须支持的。下面我们分别介绍g e n e r i cm a ch e a d e r 和一些s u b h e a d e r 。 g e n e r i cm a ch e a d e r g e n e r i cm a ch e a d e r 的格式如图2 3 所示。 ， _ 、 一 e k s ，、 l e no，、 t y p e ( 6 ) - _ ， ： l l0 2 ) m s b ( 3 ) 卜o 仂一 价 工 u u山u t y l e nl s b ( 8 )c i dm s b 8 ) ! ； c i dl s b 8 h c s ( 8 ) lliitil-l f il 图2 3g e n e r i cm a ch e a d e t 格式 基丁i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 仿真平台实现及卜行分组调度算法研究 以下是对上图中各域的具体说明：。 1 ) h t 是m a c 头类型的标识符，h t = 0 表示是g e n e r i cm a ch e a d e r ；h t = 1 表示 是诸如b rh e a d e r 等没有载荷的m a c 头。 2 ) e c 是加密控制符，e c = 0 表示载荷不加密；e c = i 表示对载荷进行加密。 ，3 ) c i 表示c r c 控制符，c i = l 表示在p d u 后面附加上c r c ，c i = 0 表示没有c r c 。 4 ) c i d 表示连接号，长度为1 6 b i t 。 5 ) e k s 表示密钥序列。 6 ) e s f 表示扩展子头标识符，e s f = 0 表示没有扩展子头；e s f = i 表示有扩展子 头，扩展子头应紧跟在g e n e r i cm a ch e a d e r 的后面并在其它子头的前面，并且扩展 子头不能被加密。 7 ) h c s 称为头校验序列。它的取值可以通过将不包括h c s 域在内的g e n e r i c m a ch e a d e r 序列乘上d 8 ，再除上生成多项式d 8 + d 2 + d + i ，所得余数序列即为 h c s 序列。 8 ) l e n 是整个m p d u 的长度，包括m a c 头和c r c ，单位为字节。 t y p e 域是子头的标识符，其编码情况见表2 1 ： 表2 。1t y p ee n c o d i n g 1 ) 。p pb l g 、j h i f 卢sr 曩：o n 鼙a t i l l o ts i g n i f i c a n tt ，i t ( m s b ) 牟4 a r of c , c d b a c kp a y l o a d 1 一p r e s e n i 0 一a b s e n l 霉3e x x , i 1 4 e dt v o c u d i c a l o , 。t l c n l c f 吐艟p t e = , c t x tp a e k a j i 1t u ) 0 1 1 e a d 亡： ( p s h o ff a l m o t l t a l t o t i u b - h f a d f i ( f ，l e x l t i t i k df o ii i o l l r qf l g l b i dc o 孔z 培f ，i i l 一 x ：e n d - e d 0 一n o le x l r i t d e d r o ra r o e n a b l e df l l l i n t ( 7 t i o i p , i h i , b i t , , h a l lb e 一i ol 芦2 f r a g m e n t a l l o n - ) u h h e a d a ( r s h ) i - p r c e n i 0 一a b s e n l 年1 p a c k i n gs i c b h e a d c ro s h ) l p l t e t i i 0 3 b e n l 芦od lf a s i f e e d b a c ka l l o c a b o a u b h e a d c r ( f f s h ) i , t , a s , li i l l l i u f i c l n l lb i l ( l s b )u lc c l a n ti i k l l l a 1 f 1 1 ：c 1 1 1 - u b l w a d t nt g m 3 h ) l p r e e n i 0 一a b s e n l m a c 子头 在具有g e n e r i cm a ch e a d e r 的m p d u 中，有6 种m a c 子头可能会出现，比如 e s f ，m e s h ，f s h ，f f s h 和g m s h 。它们是紧跟在g e n e r i cm a ch e a d e r ) 舌面的。如 果f s h 和g m s h 同时出现，那么g m s h 应放在f s h 的前面。如果有m e s h 子头，那么 它应该在除扩展子头之外的所以子头的前面。在下行m p d u 中，f f s h 总是放在所 第二章i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议分析 9 有子头的后面。p s h 矛i f s h 是相互排斥的，即二者不可能同时出现在一个m p d u 中。 由于本文主要是关于下行的，所以我们不考虑b r 的情况。 p s h 。 当g e n e r i cm a ch e a d e r 的t y p e 中与p s h 对应的b i t 设为l 时，表示该p d u 中有 p s h 。所谓的打包，就是m a c 将多个s d u 打包成一个m a cp d u 。当打包的m a c s d u 是可变长度时，m a c 会在每个s d u 前面都加上一个p s h 。p s h 的格式如表2 2 所示。 f s h f s h 的格式如表2 3 所示。 表2 2 p s h 格式 s i z 辄t - ix t ( b i t ) p a c k i n gs u b h e a d e r o f c i n d t t c a t e st h en 毒窖l n 椰l a n o n n i eo f 也tp a y l o 赳l o o n of r a e a n e n r a t i o n 0 1 一l a s t 口a g n l c n l l o = f h - 、t r 1 1 z i t e r r ! l1 _ c o ；“i ：i i ：i fi t m d d | ) i t s a l i t a l e n ! i ff a r q - e ：| 3 b l e dc u t l t t c c t t o b ) b n 1 l 气e r l t t t 1 l t - t - ：u h l l b 哪o rf u lb l o c km f i r ec 1 l l r t t o l t l | s d u 丘a q t x t e f l t e l i t ，f ( t y p w i , ) 1 1e x t e n d e di y p t ) s t t 了出l e6 f 、nl l s e q u e m - et i u t n b e t o f t h ec m t e t t ts d u f 1 t 口：n e t i ! t h e f s mv a l t t c h 3 l li ：1 c i 亡n 】c n eb yo n 亡f m o , 1 u l o2 0 - t 8 ) o fe a r hf i a y t t ：e t t tm e h l _ d t x t f1 e l na f l r a e a l t e ds d u s a n du n p a c k e ds d uo f $ d uf r 矗鲁m c l l t s t l 号亡 f s n 3 s e q u e l l c em l l l 址亡ro f t i l ec u f r t n ts d u a c q t l e t l t 了b 亡 r s n 。m u e 讪a i li l l c ! c 1 | 1 c n lb yt o t l ei i 】o 血r i o8 】f o r e 3 c ! lt - a 8 i i 湘i im c 】t | d i l i 叠u “n a - 窖n t b - e t i t e ds d u ，a n d , a n p a c k e d d l to rs d u 仃a g m c n f l e n g t h l l l 蜘g 也o f h es d uf l a s m e a tt i tb y t e sm c t u d m g t b t p s h ) i o 基丁i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 仿真平台实现及卜行分组调度算法研究 表2 3f s h 格式 s i z e s y n t a x n o r e s ( b j f ) f r a g m e m a u o n $ u b h e a d e r 0i f c2l n a , c a t e 5t h ef f a g m e m a t m ns t a t eo ft h ep a y l o a d ： 0 0 _ n of 3 9 m e j 碥l n o n o i = l a s tf x a g x n e u t 1 0 = f n s tf i a g m e a t i1 - c o n t m m n g ( m i d d l e ) f r a g m e n t i f ( a r q - e n a b l e dc o r m e c t w n ) b s nl l s e q u e n c en u m b e ro f 五f s tb l o c km t h ec u i t e n t s d uf t a g m e m e r i e l f ( t 、甲b i te x t e n d e dt y p e ) s e e t a b l e6 f s n l i s e q u e n c en m u b e ro fm ec u i t c b t $ d u r a g m e r a t h ef s nv a l u el t l c r e m e h i b yo f l e 【m o d u l o2 0 4 8 ) 舸e a c hf r a g m e m i n c l u c h n gu a f i - a g m e n t e d s d u e l s e f s n3 s e q u e n c em a n l x - ro ft h ec u i r t e n ts d u 盘a 掣n c 眦 t h ef s nv a l u e f i c e f l i c n t , ib y e ( m o d u l os ) f o r e a c h 厅a 毋l 瑚t i n c l u d i n gu a f r a g m e a t e d d u s r e j e r e d3s i m u b es e ti oz e r o 。 ) 2 2 2m a cp d u 的构建和传输 分段( f r a g m e n t a t i o n ) 将一个m s d u 分解为多个部分的过程称为分段。通过分段处理能够有效利用可 用带宽，从而满足连接的q o s 需求。分段和重组是强制功能。分段功能是在连接建 立时确定的。b s 和s s 可能支持3 b i t 的f s n 。所有的管理连接都使用1l b i t 的f s n 。f s n 的大小也是在连接建立时确立的。每个分段都有一个标识其在s d u 中的位置的标 识符f c ( 见表2 4 ) 。 表2 4 分段规则 r 1 a g m e n lf 1 a g m e n t a f i o nc o b b o lf f c ) f l r s lf r a g m e n t1 0 c o n t i n u i n gf r a g m e n t l l l a s tf r a g m e n t0 1 l n f r a g m e n t e d 0 0 由于本文不考虑a r q 功能，所以这里只介绍非a r q 情况下的分段。在非a r q 第二章i e e e8 0 2 1 6 em a c 层协议分析 连接上，每个分段只能发送一次，并没有重传的概念。每个分段都分配了一个分 段号，这样有利于接收端判断是否有分段丢失，正确重组m s d u 。如果有分段丢失 了，则接收端丢弃s d u 的所有分段，并等待下一个s d u 分段或下一个s d u 。 打包( p a c k i n g ) 打包和分段的作用相反，打包是将多个s d u 组装成一个m p d u 的过程。根据连 接上的s d u 是固定长度的还是可变长度的，打包可分为固定长度s d u 打包和变长 s d u 打包。是否进行打包完全有发射端来判定。由于分段和打包需要分a r q 和非 a r q 情况，所以m p d u 的构建也分为a r q 和非- a r q 两种情况。这里我们只介绍非 a r q 的情况。 1 ) 固定长度s d u 的打包 对于没有采用a r q 功能并且s d u 是固定长度的连接，本节将介绍它的打包情 况。而对于s d u 是可变长度的连接，它的打包情况将在下一节介绍。 对于s d u 是固定长度的连接，r e q u e s t t r a n s m i s s i o n 机制设置为允许打包不允许 分段，并且s d u 的长度在连接建立时的6 s a r e q 消息中给出。m a c 头的长度域其 实就间接地告诉了这个m a cp d u 中有多少个m a cs d u 。长度域中的值减去m a c 头和一些其它子头的长度就是所有s d u 的总长度，再除上每个s d u 的长度就能够 得到p d u 中s d u 的个数。请参见图2 4 。 i 卜一鼻m a cs d u s 尊量 力 f i x e d 2 e n g l hf , ：l 【e d e n g l h f l 矧，鲫9 小 i c a cs d u ：s d um a 0s c uit 耋z l e n g l h 2nl e n g l h ：疗l e n , 锄：n 三一 图2 4 打包崩定长度的s d u 2 ) 可变长度的s d u 的打包 如果某个连接上的s d u 长度是可变的，并且r e q u e s t t r a n s m i s s i o n 机制设为允许 打包，那么图2 5 就解释了这种情况下的打包。与固定长度的s d u 的打包不同的是， 在每个m a cs d u f i i j 面都有一个p s h ，这个子头主要是用来说明它后面的那个m a c s d u 的长度。 1 2 基t i e e e8 0 2 1 6 e 的m a c 仿真平台实现及卜行分组凋度算法研究 m a cs d u ， zz 耋至羹 誊豪 7 x 缢訾嚣谬价 _ 一 h e 州g c l h 。d 圣誊 7 弋羞磐喜昌铲h l e w t h2b 墨岩蠹 基参 3 图2 5 可变长度的s d u 的打包 同时进行打包和分段能够更有效的利用接口资源，但是需要附加说明哪个 s d u 处于分段的状态。为了做到这点，引进了p s h 。单独的s d u 或s d u 分段的分段 信息都存在了相关的p s h 中。如果m a cp d u 中没有p s h ，则将s d u 的分段信息存 在相关的f s h 中。如图2 6 所示。 一 fm o u u ， 口 u oo 2hz 磊萎i u n 午a 溪 磊星喜 l a 懿静m e n 舌萎； u n f r a g r n e n t e d n ：e n t l 厶5 名 o f cs c u 山茎； l e n c j t h = # 山髻喜 m a cs i 1c l e n g b h = = a m a c s d u ) 6 l e n g t h kl 甚至 i 5 ，+ 1 m a cp d u s 一 a 4 - - 兰 萎譬耋 i c o n t n u ! n g 意。基 i c o n d n u , n g f r a 9 1 1 j e n to f 凡l a c s l ) u l e n g t h = f z i ：r ， k ： c ：r ：z f ! a 拿, r e ：n to f 嚣 “ m cs u u 甄 l 上 l e n g l h = e u u l 一。炙囊 z 焉 c o m r a t i n g 廿 f 1 ：，) k f r 3 9 m 翻o fm a c sdu f e n g 蚋= g o u n 盎 鼍霉星 兰 ： = u n f r 副3 c： 至差； m js o l 1 垂差主 u n , - o g r n e n t e d 委至； nented m a c s d u acsou 参量薹 l e e g l l - , = t l |l e n g t h 2 f c) length刁 ： 壁 吾参簪毒 ( ) o ! u u ! u u l 图2 6 打包s d u _ 币l ls d u 分段 填充( p a d d i n g ) 在数据b u r s t 中，如果有剩余的部分没有被利用，那么应该将其置为已知状态， 可以对其进行全1 填充。但是如果剩余部分大小大于等于m a c 头