Магистерская диссертация «Исследование аппаратных средств радиопередатчиков стандарта WiMAX» (стр. 6 )

Рис.1.14 - Пакет МАС – уровня.

Определены два формата заголовка МАС. Первый - основной заголовок МАС, с которого начинается каждый протокольный блок данных уровня MAC PDU и содержащий или сообщения управления МАС или данные CS. Второй – заголовок запроса дополнительной пропускной способности. Общий заголовок используют в пакетах, у которых присутствует поле данных. Формат основного заголовка МАС приведена на рис. 1.15.

Заголовок запроса полосы используют, когда АС обращается к БС с запросом о выделении или увеличении полосы пропускания в восходящем канале. При этом в заголовке указывают CID и размер требуемой полосы. Поле данных после заголовка запроса полосы отсутствует.

Рис. 1.15. Формат основного заголовка МАС.

Поля основного заголовка MAC определены в табл. 1.6.

Поля основного заголовка МАС

Таблица 1.6

Поле	Длина, bit	Описание
HT	1	Указатель типа заголовка. HT=0 – заголовок общего типа HT=1 – заголовок запроса пропускной способности
EC	1	Признак шифрования поля данных. EC=0 – содержимое поля данных не шифруется EC=1 – содержимое поля данных шифруется
Type	6	Тип поля данных.
ESF	1	Указатель наличия расширенного подзаголовка.
CI	1	Признак наличия контрольной суммы CRC. CI=0 – контрольная сумма отсутствует CI=1 – контрольная сумма CRC содержится в пакете
EKS	2	Индекс ключа шифрования
Rsv	1	Rsv=0 – не используется
LEN	11	Длина в байтах пакета MAC PDU, включая МАС заголовок и контрольную сумму CRC, если она присутствует.
CID	16	Идентификатор соединения.
HCS	8	Контрольная сумма заголовка.

Поле данных может содержать подзаголовки МАС, управляющие сообщения и собственно данные приложений верхних уровней, преобразованные на CS-подуровне. В стандарте описано пять типов МАС - подзаголовков:

-  упаковки – используют, если поле данных одного PDU содержит несколько пакетов верхних уровней;

-  фрагментации – используют, если, напротив, один пакет верхнего уровня разбит на несколько PDU;

-  управления предоставлением канала – используется абонентской станцией, чтобы сообщить базовой станции о необходимости в управлении пропускной способностью;

-  расширенный подзаголовок, с помощью которого внутри одного пакета МАС PDU может располагаться несколько подзаголовков;

-  Mesh – используют в Mesh-сетях;

Подзаголовки располагаются сразу за основным заголовком МАС.

Управляющие сообщения – это основной механизм управления системой IEEE 802.16. Описание профилей пакетов, управление доступом, механизмы криптозащиты, динамическое изменение работы системы и т. д. – все функции управления, запроса и подтверждения реализуют через управляющие сообщения. Запросы полосы могут быть как эпизодическими для БС, так и планируемыми. В первом случае запросы реализуют посредством пакетов, состоящих из заголовка запроса, передаваемых на конкурентной основе абонентскими станциями в специально выделенном для них интервале восходящего канала. Процедура плановых запросов полосы в восходящем канале называется опросом (polling). БС опрашивает АС об их потребностях в увеличении полосы пропускания. Реально это означает, что базовая станция предоставляет конкретной АС интервал для передачи запроса о предоставлении/изменении полосы, т. е. при запросе полосы не используют алгоритм состязаний.

Опрос может быть осуществлен в «реальном времени»: интервалы для запроса предоставляют АС с тем же периодом, с каким у нее может возникнуть потребность в изменении условий доступа (например, в каждом кадре). Другой вариант опроса – вне «реального времени». В этом случае БС предоставляет АС интервал для запроса также периодически, но период этот существенно больше.

Для приложений, у которых периодичность и размер пакетов фиксированы (например, в телефонии по Е1), предусмотрен механизм доступа к каналу без требования UGS (Unsolicited Grant Service). В этом случае БС с заданным периодом предоставляет АС для передачи данных интервалы фиксированного размера, соответствующие скорости потока данных. Если в ходе работы АС нужно изменить условия доступа, она делает это посредством специального МАС-подзаголовка управления предоставлением канала. В этом подзаголовке есть флаг «опроси меня», установив который, АС запрашивает у БС интервал для новой полосы. Существенно, что в упомянутом подзаголовке есть специальный бит индикации переполнения выходного буфера передатчика АС, что приводит к потере данных (slip). БС может отреагировать на появление этого сигнала, например, увеличив полосу для данной АС.

Технологии, используемые в стандарте 802.16, требуют соответствующего управления радиоканалом, особенно управления характеристиками физического уровня передачи в зависимости от индивидуальных особенностей канала конкретного абонента и его потребностей в пропускной способности. Уровень управления радиоканалом RLC (Radio Link Control) обеспечивает как эти возможности, так и традиционные функции управления мощностью излучения.

5. Архитектура построения сети WiMAX

5.1. Базовая модель сети

Спецификации стандарта WiMAX определяют передачу трафика и сигнальный обмен только на радиоинтерфейсе. Что касается соединения БС с Интернетом, сетями беспроводного доступа и сетями различных операторов, решения по архитектуре сети принимает оператор совместно с производителем. В целях унификации и определенной оптимизации WiMAX Forum предложена базовая архитектура сети (рисунок 1.16).

На рисунке 1.16 показана базовая модель сети NRM (network reference model) WiMAX, которая является логическим представлением сетевой архитектуры. NRM разделяет систему на три логические части:

1) мобильные станции, используемые абонентами для получения доступа к сети;

2) ASN (access services network) – сеть доступа к услугам, которая является собственностью оператора доступа к сети (NAP – Network Access Provider); ASN состоит из одной или нескольких базовых станций, которыми управляет один или несколько шлюзов ASN (ASN-GW).

3) CSN (connectivity services nerwork) – подсеть оператора, обеспечивающая выход на IP и другие сети для реализации абонентских услуг. Эта подсеть обеспечивает необходимые коммутационные функции и функции безопасности. Абонента может обслуживать оператор домашней сети NSP (Network Services Provider). Абонент может также находиться в роуминге. В этом случае его обслуживает оператор визитной сети; при этом происходит обмен сигнальной информацией CSN визитного и домашнего оператора.

ASN выполняет следующие функции:

·  соединение на уровне L2 с АС;

·  поиск и выбор сети на основе предпочтений абонента о CSN/NSP;

·  обеспечение безопасности: передача данных об устройствах, пользователях, и услугах, серверу безопасности, временное хранение профилей пользователей;

·  организация сквозных IP-соединений между АС и CSN;

·  управление радиоресурсом (RRM) в соответствии с классом трафика и требуемым QoS;

·  обеспечение мобильности, т. е. выполнение процедур хэндовера, локализации и пейджинга.

Рис.1.16 - Базовая модель сети.

WiMAX Forum определил различные способы организации ASN, получившие название профилей. Существуют профили A, B, C. Шлюз ASN представляет логическое устройство, которое может быть организовано по-разному. Профиль B ASN представляет простую организацию, которая включает БС и шлюз ASN. Профили A и C разделяют функции между БС и шлюзом ASN по-разному, а именно, в управлении мобильностью и радиоресурсами.

Функционально БС обеспечивает как один сектор с выделенным частотным диапазоном, поддерживая интерфейс IEEE 802.16e с АС. Дополнительные функции, выполняемые БС в обоих профилях, включают распределение для восходящего и нисходящего каналов, классификацию трафика и SFM (управление сервисным потоком). При этом должны быть выполнены требования по QoS для различных классов трафика, передаваемых по радиоинтерфейсу. БС также управляет статусом АС (активный, неработающий), поддерживает туннельный протокол в направлении к шлюзу ASN, обеспечивает с помощью сервера DHCP динамическими адресами. БС также транслирует сигнальный обмен по протоколам MM, обеспечивая все уровни защиты, предусмотренные стандартом. БС может быть подключена одновременно к двум шлюзам для баланса нагрузки.

Шлюз ASN является основным элементом сети. Во время сеансов связи шлюз организует хэндовер абонентам и пейджинг АС, управляет доступом к сети. Для каждого подсоединенного абонента в шлюзе открыта база данных, содержащая профили абонента и ключи шифрования. На шлюз возложены задачи авторизации потока услуг согласно профилю абонентов и QoS. В направлении БС шлюз поддерживает туннельное соединение; в направлении ядра сети (CSN) шлюз организует соединение по стандартному IP протоколу.

В таблице 1.8 показано разделение функций в ASN между БС и шлюзом ASN в соответствии с профилями ASN, установленными WiMAX Forum. Профиль B характеризуется интеграцией в одном элементе. Профиль целесообразно использовать в небольшим по объему сетях. Профили A и C предусматривают организацию шлюза в виде отдельного функционального узла. Отличие между профилями А и С незначительны. В профиле A за хэндовер отвечает шлюз ASN; в профиле C это БС, а шлюз ASN выполняет функцию переключения при хэндовере. В профиле A управление радиоресурсами осуществляет шлюз ASN, что позволяет динамически перераспределять радиоресурс между разными БС. В профиле C радиоресурс фиксирован для каждой БС и его назначение для конкретных абонентов производит сама БС.