Уровень МАС стандарта IEEE 802.16e
Физический уровень стандарта IEEE802.16 (L1) обеспечивает непосредственную доставку потоков данных между БС и АС. Все задачи, связанные с формированием структур этих данных, а также управлением передачей потоков решаются на MAC-уровне (Medium Access Control).
Оборудование стандарта IEEE 802.16 формирует транспортную среду для передачи потоков различных услуг (сервисов). Поток услуги (service flow) – центральная концепция МАС-протокола.
Общая задача, решаемая уровнем МАС, – это механизм поддержки разнообразных услуг верхнего уровня. Разработчики стандарта стремились создать единый для всех приложений протокол MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала (рис.12.1). Это существенно упрощает связь терминалов конечных пользователей с кабельными сетями передачи данных.
Физически среды передачи в разных соединениях сети могут быть различны, но структура данных едина. В одном канале могут работать (не единовременно) десятки различных абонентских терминалов. Абонентам необходимы самые разные сервисы (приложения) 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.
Структурно МАС-уровень IEEE 802.16 разделен на три подуровня (рис.12.1):
- подуровень преобразования потоков услуг (CS - Convergence Sublayer);
- основной подуровень (CPS - Common Part Sublayer);
- подуровень защиты (PS - Privacy Sublayer)
Рис.12.1. Структура МАС-уровня стандарта IEEE 802.16
На подуровне защиты реализуют функции, обеспечивающие криптозащиту данных и механизмы аутентификации/предотвращения несанкционированного доступа. Для этого предусмотрены наборы алгоритмов криптозащиты и протокол управления ключами шифрации.
На подуровне преобразования потоков услуг происходит трансформация потоков данных протоколов верхних уровней для передачи по сети WiMAX. Для каждого типа приложений верхних уровней стандарт предусматривает свой механизм преобразования. При этом на уровне L2 можно реализовать различные протоколы пакетной передачи данных: АТМ, РРР, IEEE 802.3 (Ethernet).
Все услуги разделены на классы 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)
При организации транспортного соединения каждому потоку данных (service flow) присваивают SFID (Service Flow Identifier) (32 бита). При назначении SFID устанавливают значения параметров QoS, индивидуально в направлениях вверх и вниз. Эти параметры могут быть совершенно разными, например, при однонаправленной передаче видеотрафика.
Работу по выделению канального ресурса с учетом обеспечения QoS выполняет планировщик (scheduler). Это ПО в базовой станции, поставляемое производителем аппаратуры. При организации передачи вниз (БС→АС) планировщик всегда имеет полную информацию о всех обслуживаемых потоках данных и может оптимизировать распределение канального ресурса. При организации передач вверх (АС→БС) специфицировано 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, предназначена 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.12.2 указаны операции, выполняемые 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.12.2. Основные операции на уровне МАС.
Для 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 поступает на БС в виде потока пакетов SDU (Service Data Unit). На верхнем подуровне (рис.12.2) SDU преобразуют в МАС PDU (Protocol Data Unit), причем несколько SDU, передаваемых одному абоненту, могут быть упакованы в одном PDU. Далее пакеты данных MAС PDU передают на физический уровень и транслируют по каналу связи. Каждому активному соединению присваивают идентификатор CID (Connection Identifier) длиной 16 бит. Каждому SFID соответствует свой CID.