Уровень МАС стандарта IEEE 802.16e

Физический уровень стандарта IEEE802.16 (L1) организует непосредственную доставку потоков данных между БС и АС. Все задачи, относящиеся к формированию структур этих данных, а также контроль передачи потоков производятся на MAC-уровне (Medium Access Control).

Оборудование стандарта IEEE 802.16 создаёт транспортную среду для трансляции потоков различных услуг (сервисов). Поток услуги (service flow) – центральная концепция МАС-протокола.

Обобщенная задача уровня МАС – это поддержка механизма различных услуг верхнего уровня. Разработчики стандарта стремились реализовать единый для всех приложений протокол MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала (рис. 1), что позволяет сопрягать терминалы конечных пользователей с кабельными сетями передачи.

Физически среды передачи в разных соединениях сети могут быть различны, но структура данных одинакова. В одном канале могут работать (не одновременно) десятки различных абонентских терминалов. Абоненты являются потребителями самых разных сервисов (приложений) в виде соединений по протоколу IP. Качество услуг (QoS) каждого отдельного соединения не должно изменяться при передаче информации через сети IEEE 802.16е. Алгоритмы и механизмы доступа МАС-уровня должны решать эти задачи.

МАС-уровень IEEE 802.16 включает три подуровня (рис. 1):

- подуровень преобразования потоков услуг (CS - Convergence Sublayer);

- основной подуровень (CPS - Common Part Sublayer);

- подуровень безопасности (PS - Privacy Sublayer).

Структура МАС-уровня стандарта IEEE 802.16

Рис. 1. Структура МАС-уровня стандарта IEEE 802.16

Подуровень безопасности осуществляет криптозащиту данных и механизмы аутентификации/предотвращения несанкционированного доступа. С этой целью реализованы наборы алгоритмов криптозащиты и протокол управления ключами шифрации.

На подуровне преобразования потоков услуг осуществляется преобразование потоков данных протоколов верхних уровней для передачи по сети WiMAX. Стандарт предусматривает свой механизм трансформации для каждого типа приложений верхних уровней. При этом на уровне L2 можно реализовать различные протоколы пакетной передачи данных: АТМ,  РРР, IEEE 802.3 (Ethernet).

Разнообразные услуги имеют соответствующую классификацию и для каждого класса специфицированы качественные показатели QoS (Quality of Service). Характеристики QoS определяют:

- приоритетность трафика,

- допустимые задержки,

- надежность передачи,

- требуемые скорости передачи: максимальную поддерживаемую скорость трафика и минимальную зарезервированную скорость,

- допустимый временной джиттер (неравномерность в периодичности доставки пакетов).

Во время реализации транспортного соединения любому потоку данных (service flow) присваивают SFID (Service Flow Identifier) (32 бита). При  назначении SFID индивидуально в направлениях вверх и вниз указывают значения параметров QoS, которые могут быть абсолютно разными, например, при однонаправленной передаче видеотрафика.

Функцию по выделению канального ресурса с учетом обеспечения QoS реализует планировщик (scheduler). Это ПО в базовой станции, поставляемое производителем аппаратуры. При осуществлении передачи вниз (БС→АС) планировщик всегда знает полную информацию обо всех обслуживаемых потоках данных и может обеспечить оптимальное распределение канального ресурса. При организации передач вверх (АС→БС) существует 5 типов трафика в зависимости от их приоритета и требованиям к задержкам. В трех из них предусмотрен опрос (polling) АС с тем, чтобы оперативно изменять  выделяемый конкретной АС канальный ресурс:

UGS – Unsolicited Grant Service: передача в реальном времени сигналов и потоков телефонии (Е1) и VoIP; допустимая задержка менее 5 – 10 мс в одном  направлении при BER = 10-6… 10-4,

ertPS – extended real time Polling Service, необходима для передачи вверх телефонии с использованием детектора речевой активности абонента,

 rtPS – real time Polling Service: передача потоков реального времени с пакетами переменной длины (например, видео),

nrtPS – non-real-time Polling Service: поддержка потоков переменной длины при передаче файлов в широкополосном режиме,

BE – Best Effort: остальной трафик.

На рис.2 отмечены операции, реализуемые на отдельных подуровнях уровня МАС.

Подуровень преобразования

- Упаковка PDU для нижестоящего уровня

- Распаковка PDU для вышестоящего уровня

Общая часть МАС

- Ввод и подавление заголовков

- Режим запроса повторной передачи

- Фрагментация

- Установление соединения/разъединения

- Управление качеством (QoS)

- Многопользовательские услуги

- Соединение/разъединение с сетью

- Управление предоставляемой полосой частот

Подуровень безопасности

- Поддержка режима шифрации

- Обмен данными при переходе к шифрации

- Обмен ключом авторизации

- Взаимная аутентификация

Рис.2. Основные операции на уровне МАС.

С целью оптимизации транслируемых потоков предусмотрен специальный механизм удаления повторяющихся фрагментов заголовков PHS (Payload Header Suppression) IP-дейтаграмм и АТМ ячеек, которые восстанавливают на приемном конце.

Информационное сообщение приходит на БС в виде потока пакетов SDU (Service Data Unit). На верхнем подуровне (рис.2) SDU преобразуют в МАС PDU (Protocol Data Unit), при этом несколько SDU, передаваемых одному абоненту, могут быть упакованы в одном PDU. Затем пакеты данных MAС PDU транслируют на физический уровень и передают по каналу связи. Любому активному соединению присваивают идентификатор CID (Connection Identifier)  длиной 16 бит. Каждому SFID соответствует собственный CID.

Яндекс.Метрика