Структурно канальный уровень IEEE 802.16 подразделяется на три подуровня (см. рис. 2) - подуровень преобразования сервиса CS Convergence Sublayer, основной подуровень CPS Common Part Sublayer и подуровень защиты PS Privacy Sublayer. На подуровне защиты реализуются функции, обеспечивающие криптографическую защиту данных и механизмы аутентификации (подробнее этот подуровень будет рассмотрен в дальнейшем).

На подуровне преобразования сервиса происходит трансформация потоков данных протоколов верхних уровней для передачи через сети IEEE 802.16. Для каждого типа приложений верхних уровней стандарт предусматривает свой механизм преобразования, но пока описаны и вошли в спецификацию IEEE 802.16 только два - для работы в режиме ATM и для пакетной передачи. Под пакетной передачей подразумевают достаточно широкий набор протоколов, включая IP. Цель работы на CS-подуровне - оптимизация передаваемых потоков данных каждого приложения верхнего уровня с учетом их специфики. Поэтому важнейшая задача, решаемая на данном подуровне, - классификация пакетов/ячеек. От результатов ее зависит и оптимизация передаваемых потоков, и выделение полосы пропускания для каждого из них.

Для оптимизации транслируемых потоков предусмотрен специальный механизм удаления повторяющихся фрагментов заголовков PHS Payload Header Suppression. Действительно, и в ATM, и в пакетном режиме данные передаются отдельными порциями - ячейками и пакетами, соответственно. Каждая такая порция данных состоит, в общем случае, из заголовка и поля данных - фиксированных размеров для ATM (5 и 48 байт, соответственно) и достаточно произвольных при пакетной передаче. Во многих случаях заголовки пакетов и ячеек содержат повторяющуюся информацию, излишнюю при трансляции посредством протокола IEEE 802.16. Механизм PHS позволяет избавиться от передачи избыточной информации: на передающем конце пакеты приложений в соответствии с определенными правилами преобразуются в структуры данных канального уровня IEEE 802.16, на приемном - восстанавливаются.

На основном подуровне канального уровня формируются пакеты данных (MAC PDU MAC Protocol Data Unit - блоки данных канального уровня), которые затем передаются на физический уровень и транслируются через канал связи. Пакет MAC PDU (далее PDU) включает заголовок и поле данных (его может и не быть), за которым может следовать контрольная сумма CRC (рис. 3.8). Заголовок PDU занимает 6 байт и может быть двух типов - общий и заголовок запроса полосы пропускания. Общий заголовок используется в пакетах, у которых присутствует поле данных. В общем заголовке указывается идентификатор соединения CID, тип и контрольная сумма заголовка, а также приводится информация о поле данных (см. табл. 1).

Заголовок запроса полосы применяется, когда АС просит у БС выделить или увеличить ей полосу пропускания в нисходящем канале. При этом в заголовке указывается CID и размер требуемой полосы (в байтах, без учета заголовков физических пакетов). Поля данных после заголовков запроса полосы быть не может.

Пакет канального уровня IEEE 802.16

Рис. 3.8

Таблица 1

Структура заголовка MAC PDU (от старшего к младшим битам)

Поле данных может содержать подзаголовки канального уровня, управляющие сообщения и собственно данные приложений верхних уровней, преобразованные на CS-подуровне. В стандарте описано три типа подзаголовков канального уровня - упаковки, фрагментации и управления предоставлением канала. Подзаголовок упаковки используется, если в поле данных одного PDU содержатся несколько пакетов верхних уровней; подзаголовок фрагментирования - если, напротив, один пакет верхнего уровня разбит на несколько PDU. Подзаголовок управления предоставлением канала предназначен, чтобы АС сообщала БС изменение своих потребностей в полосе пропускания (число байт в восходящем канале для определения соединения, сообщение о переполнении выходной очереди в АС, требование регулярного опроса со стороны БС для выяснения потребной полосы).

Управляющие сообщения - это основной механизм управления системой IEEE 802.16. Всего зарезервировано 256 типов управляющих сообщений, из них 30 описано в стандарте IEEE 802.16. Описание профилей пакетов, управление доступом, механизмы криптографической защиты, динамическое изменение работы системы и т.д. - все функции управления, запроса и подтверждения реализуются через управляющие сообщения. Рассмотренные выше карты входящего/нисходящего каналов (UL-/DL-MAP) также являются управляющими сообщениями. Формат управляющих сообщений прост -- поле типа сообщения (1 байт) и поле данных (параметров).

Управление соединениями в IEEE 802.16

Ключевой момент в стандарте IEEE 802.16 - это понятие «сервисного потока» и связанные с ним понятия «соединение» и «идентификатор соединения» (CID). Поскольку система IEEE 802.16 - лишь транспортная среда, ее инфраструктура фактически формирует коммуникационные каналы для потоков данных различных приложений верхних уровней (сервисов) - передача видеоданных, АТМ-потоки, IP-потоки, передача телефонных мультиплексированных пакетов типа E1 и т.д. Каждое из таких приложений обладает своими требованиями к скорости передачи, надежности (качеству обслуживания), криптозащите и т.д. Соответственно, и данные каждого приложения следует передавать через транспортную среду с учетом этой специфики. Сервисным потоком в стандарте IEEE 802.16 называется поток данных, связанный с определенным приложением. В этом контексте соединение - это установление логической связи на канальных уровнях на передающей и приемной стороне для передачи сервисного потока. Каждому соединению присваивается 16-ти разрядный идентификатор CID, с которым однозначно связаны тип и характеристики соединения. В частности, по запросу предоставления/изменения полосы пропускания со стороны АС базовая станция стазу понимает, с каким сервисным потоком имеет дело и какие условия передачи ему нужно обеспечить. Так при начальной инициализации в сети каждой АС назначается три CID для служебных сообщений трех уровней. Принципиально, что одна АС может устанавливать множество различных соединений с различными CID. Характерный пример - когда связь крупного офиса с телекоммуникационным узлом организована через систему IEEE 802.16. В этом случае одна АС в офисе может поддерживать совершенно разные приложения - телефонию, телевидение, доступ в Интернет и в распределенную корпоративную сеть и т.д. Каждое из этих приложений предъявляет свои требования к QoS и скорости передачи, которые нужно удовлетворить. Посредством CID базовая станция узнает, с чем имеет дело, и предоставляет необходимый ресурс.

Не менее важным для понимания идеологии IEEE 802.16 является принцип предоставления доступа к каналу по запросу (DAMA Demand Assigned Multiple Access). Ни одна АС не может ничего передавать, кроме запросов на регистрацию и предоставление канала, пока БС не разрешит ей этого - т.е. отведет временной интервал в восходящем канале и укажет его расположение в карте UL-MAP. Абонентская станция может запрашивать как определенный размер полосы в канале, так и просить об изменении уже предоставленного ей канального ресурса.

Стандарт IEEE 802.16 предусматривает два режима предоставления доступа - для каждого отдельного соединения (GPC Grants per Connection) и для всех соединений определенной АС (GPSS Grants per subscriber station). Режим GPSS обязателен для всех устройств в диапазоне 10-66 ГГц. Очевидно, что первый механизм обеспечивает большую гибкость, однако второй существенно сокращает объем служебных сообщений и требует меньшей производительности от аппаратуры.

Запросы могут быть как спорадическими для БС, так и планированными. В первом случае запросы реализуются посредством пакетов, состоящих из заголовка запроса, передаваемых на конкурентной основе в специально выделенном для них интервале восходящего канала. Процедура плановых запросов полосы в восходящем канале называется опросом polling - БС как бы опрашивает АС об их потребностях. Реально это означает, что базовая станция предоставляет конкретной АС интервал для передачи запроса о предоставлении/изменении полосы, т.е. никакой конкуренции уже нет.

Опрос может быть в «реальном времени» - интервалы для запроса предоставляются АС с тем же периодом, с каким у нее может возникнуть потребность в изменении условий доступа (например, в каждом кадре). Этот режим удобен для приложений, когда пакеты данных следуют с фиксированным периодом, но их размер не стабилен (например, видео-MPEG). Другой вариант опроса - вне «реального времени». В этом случае БС предоставляет АС интервал для запроса также периодически, но этот период существенно больше - например, 1 с. Характерное приложение, для которого эффективен этот механизм, - FTP-протокол.

Для приложений, у которых периодичность и размер пакетов фиксированы (например, в телефонии шина E1), 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 MAC-подзаголовка управления предоставлением канала. В этом подзаголовке есть специальный флаг «опроси меня», установив который, АС просит у БС интервал для запроса 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.

Стандарты группы IEEE 802.16 включали три основных документа - собственно стандарт IEEE 802.16-2001 Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, описывающий общие принципы сети и сосредотачивающийся на диапазоне 10-66 ГГц, и два дополнения - IEEE 802.16c-2002 (особенности работы в диапазоне 10-66 ГГц) и IEEE 802.16a-2003 - сети в диапазоне 2-11 ГГц. Все три документа - IEEE 802.16-2001, IEEE 802.16a и IEEE 802.16c - фактически представляли собой набор исправлений и дополнений к базовому стандарту IEEE 802.16. Разумеется, работать с тремя документами вместо одного неудобно. Кроме того, сразу же после публикации стандартов стали появляться многочисленные исправления и дополнения.

Труд учитывать поправки и дополнения взяла на себя рабочая группа IEEE 802.16d. Непосредственно к работе по созданию единого документа, с учетом всех поправок она приступила к 11 сентября 2003 года рабочее название draft-версии того периода - IEEE 802.16REVd. Не прошло и года, как 24 июня 2004 года был официально утвержден новый стандарт - IEEE 802.16-2004, заменяющий собой документы IEEE 802.16-2001, IEEE 802.16c-2002 и IEEE 802.16a-2003. Дата его публикации - 1 октября 2004 года.

Структура и особенности стандарта IEEE 802.16-2004

Новый документ - это компиляция уже существующих стандартов, однако с достаточно серьезными изменениями и уточнениями в отдельных главах. Главным образом они затронули главы, входившие ранее в IEEE 802.16a. Стандарт описывает принципы построения сетей регионального масштаба в диапазонах до 66 ГГц - точнее, их физический и канальный уровни. Для этого предусмотрено пять режимов (см табл. 2). Из них только WirelessMAN-SC предназначен для работы в диапазоне 10-66 ГГц. Он ориентирован на магистральные сети («точка-точка», «точка-многоточка»), работающие в режиме прямой видимости (так как затухание столь высокочастотных сигналов при отражении очень велико) с типичными скоростями потока данных 120 Мбит/с и шириной канала порядка 25 МГц. Это фактически описанный в документе IEEE 802.16-2001 радиоинтерфейс широкополосного доступа с модуляцией одной несущей на канал (SC Single Carrier), который рассматривался выше.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7