Phần lõi của lớp MAC IEEE 802.16 là MAC CPS, có nhiệm vụ là : - Định nghĩa tất cả các quản lý kết nối.
- Phân phối băng thông, yêu cầu và cấp phát, thủ tục truy nhập hệ thống. - Lập lịch đƣờng lên, điều khiển kết nối và ARQ.
- Truyền thông giữa CS và CPS đƣợc các điểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) duy trì. Thiết lập, thay đổi, xóa kết nối và truyền tải dữ liệu trên các kênh là bốn chức năng cơ bản trong quá trình truyền thông tại lớp này.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
a/ Định dạng và phân loại MAC PDU
MSB LSB
Tiêu đề MAC
(6 byte) Tải trọng (tùy chọn)
CRC (tùy chọn)
Hình 2.2 Định dạng MAC PDU
Phân loại MAC PDU
MAC PDU dữ liệu:
- Tiêu đề là tiêu đề MAC chung với HT=0.
- Tải trọng là các MAC SDU, hay các phân đoạn là dữ liệu từ lớp phía trên (các CSPDU). Đƣợc phát trên các kết nối truyền tải.
Các MAC PDU quản lí:
- Tiêu đề là tiêu đề MAC chung với HT=0.
- Tải trọng là các bản tin quản lí MAC. Đƣợc phát trên các kết nối quản lí. Các MAC PDU yêu cầu băng thông (BW):
- Tiêu đề là tiêu đề yêu cầu băng thông với HT=1. - Không có tải trọng.
Tiêu đề MAC chung
HT EC Type(6 bit) Rsv CI EKS Rsv LEN MSB (3 bit) LEN LSB (8 bit) CID MSB (8 bit)
CID LSB (8 bit) HCS (8 bit)
Hình 2.3 Định dạng tiêu đề MAC chung
Các trƣờng trong tiêu đề MAC chung có ý nghĩa nhƣ sau:
- CI (1 bit) CRC Indicator: Nếu CI có giá trị là 1 có nghĩa CRC đƣợc tính đến trong PDU bằng cách gắn vào tải trọng PDU sau khi mật mã hóa, nếu có giá trị 0 nghĩa là không có CRC.
- CID (16 bit) Connection Identifier: nhận dạng kết nối.
- EC (1 bit) Encryption Control: EC có giá trị bằng 0 nghĩa là tải trọng không đƣợc mật mã hóa. EC có giá trị 1 nghĩa là tải trọng đƣợc mật mã hóa.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ - EKS (2 bit) Encryption Key Sequence: Chỉ mục của khóa mật mã hóa lƣu
lƣợng (TEK) và vector khởi tạo đƣợc sử dụng để mật mã hóa tải trọng. Trƣờng này chỉ có ý nghĩa nếu trƣờng EC đƣợc thiết lập là 1.
- HCS (8 bit) Header Check Sequence: Một trƣờng 8 bit đƣợc sử dụng để phát hiện lỗi trong tiêu đề. Máy phát sẽ tính toán giá trị HCS cho các byte đầu tiên của tiêu đề tế bào và chèn kết quả vào trƣờng HCS (byte cuối cùng của tiêu đề). Nó sẽ là số dƣ của phép chia bởi đa thức đặc trƣng (D=D8+D2+D+1) của đa thức D8 nhân với nội dung của tiêu đề trừ trƣờng HCS.
- HT (1bit) Header Type: HT đƣợc thiết lập là 0.
- LEN (11bit) Length: Trƣờng độ dài theo byte của MAC PDU bao gồm tiêu đề MAC và CRC (nếu có). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Type (6 bit) - Trƣờng này cho biết các tiêu đề con và các loại tải trọng đặc biệt trong tải trọng của bản tin.
Tiêu đề yêu cầu băng thông
PDU yêu cầu băng thông sẽ chỉ có tiêu đề yêu cầu băng thông và không chứa tải trọng. Yêu cầu băng thông sẽ có các đặc tính sau:
- Độ dài của tiêu đề sẽ luôn là 6 byte.
- Trƣờng EC sẽ đƣợc thiết lập là 0, chỉ thị không mật mã hóa. - CID sẽ cho biết kết nối cho SS yêu cầu băng thông đƣờng lên.
- Trƣờng BR (Bandwidth Request) sẽ cho biết số các byte đƣợc yêu cầu. - Các loại yêu cầu băng thông đƣợc cho phép là 000 cho tăng dần và 001 cho
toàn bộ.
EC Type (3 bit)
BR MSB (11 bit)
BR LSB (8 bit) CID MSB (8 bit)
CID LSB (8 bit) HCS (8 bit)
Hình 2.4 Định dạng tiêu đề yêu cầu băng thông
Một SS nhận một tiêu đề yêu cầu băng thông trên đƣờng xuống sẽ hủy bỏ PDU.Mỗi tiêu đề đƣợc mã hóa, bắt đầu với các trƣờng HT và EC. Mã hóa các trƣờng này là để byte đầu tiên của tiêu đề MAC sẽ không bao giờ có giá trị 0xFF. Điều này ngăn chặn lỗi phát hiện các byte đệm.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ - BR (19 bit): Số lƣợng các byte của băng thông đƣờng lên đƣợc yêu cầu bởi SS. Yêu cầu băng thông là để cho CID. Yêu cầu sẽ không bao gồm bất kì mào đầu PHY nào.
- CID (16 bit) nhận dạng kết nối. - HT có giá trị là 1.
- Type ( 3 bit) : Chỉ thị loại tiêu đề yêu cầu băng thông.
Các kết nối quản lí MAC
Có 4 loại kết nối quản lí:
Kết nối cơ bản: Các bản tin quản lí MAC khẩn cấp về thời gian và ngắn. Các bản tin quản lí MAC nhƣ yêu cầu hủy, thiết lập ARQ...
Kết nối quản lí sơ cấp: Các bản tin quản lí dung sai trễ lớn hơn và dài hơn. Các bản tin quản lí MAC nhƣ quản lí khóa bảo mật, yêu cầu thay đổi dịch vụ...
Kết nối quảng bá: Các bản tin quản lí MAC nhƣ miêu tả kênh, DL-MAP, UL- MAP...
Kết nối quản lí Initial Ranging :Các bản tin quản lí yêu cầu Ranging.
Định dạng bản tin quản lí MAC
MSB LSB
Loại bản tin quản lí MAC (8 bit)
Tải trọng bản tin quản lí MAC
Hình 2.5 Định dạng bản tin quản lí MAC
Bản tin quản lí MAC có thể đƣợc gửi trên các kết nối cơ bản, các kết nối sơ cấp, kết nối quảng bá và các kết nối Initial Ranging.
Lƣợc đồ mã hóa TLV (type/ length/ value) đƣợc sử dụng trong bản tin quản lí MAC ví dụ nhƣ trong bản tin UCD (miêu tả kênh đƣờng lên) cho trạng thái burst đƣờng lên.
• ( type=1, length=1, value=1)-> điều chế QPSK. • ( type=1, length=1, value=2)-> điều chế 16-QAM. • ( type=1, length=1, value=3)-> điều chế 64-QAM. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
b/ Truyền các MAC PDU
Các MAC PDU đƣợc truyền trong các burst. Các burst PHY có thể chứa nhiều khối FEC. Các MAC PDU có thể kéo dài qua các đƣờng biên khối. Quá trình truyền gồm các bƣớc sau: - Ghép nối - Phân đoạn - Đóng gói - Tính CRC - Đệm Quy ƣớc
Các trƣờng của bản tin MAC sẽ đƣợc phát theo thứ tự nhƣ xuất hiện trong các bảng ở trên. Các trƣờng của bản tin MAC và các trƣờng của TLV, đã đƣợc chỉ ra là các số nhị phân (bao gồm CRC và HSC) sẽ đƣợc phát nhƣ một chuỗi các digit nhị phân của chúng, bắt đầu từ MSB.
Các mặt nạ bit (ví dụ nhƣ trong ARQ) đƣợc xem nhƣ các trƣờng số. Các số MSB đã đánh dấu đƣợc định vị để làm dấu.
Trƣờng độ dài trong dạng xác định của ITU-T X.690 cũng đƣợc xem nhƣ một trƣờng số. Các trƣờng đƣợc chỉ thị nhƣ các SDU hay phân đoạn SDU (ví dụ tải trọng MAC PDU) đƣợc phát theo thứ tự các byte nhƣ đã nhận đƣợc từ lớp trên.
Các trƣờng chỉ thị nhƣ các chuỗi cũng đƣợc phát theo thứ tự các symbol trong chuỗi.Trong trƣờng hợp 3 và 4, các bit trong một byte đƣợc phát theo nguyên tắc “MSB trƣớc”.
Bƣớc 1:Ghép nối MAC PDU
Có nhiều MAC PDU đƣợc ghép nối trong cùng một burst PHY. Các MAC PDU có thể đƣợc ghép trong một luồng truyền dẫn đơn ở đƣờng lên hoặc đƣờng xuống. Do mỗi MAC PDU đƣợc nhận dạng bởi một CID, thực thể MAC nhận có thể tạo ra MAC SDU (sau khi lắp ráp MAC SDU từ một hay nhiều MAC PDU đã nhận) đến trƣờng hợp chính xác của MAC SAP. Các bản tin quản lí MAC, dữ liệu ngƣời dùng, và các MAC PDU yêu cầu băng tần có thể đƣợc ghép vào cùng một luồng truyền dẫn.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 2.6 Ghép nối MAC_PDU
Bƣớc 2: Phân đoạn MAC PDU
Mỗi MAC SDU có thể đƣợc phân đoạn thành nhiều phân đoạn, mỗi phân đoạn đƣợc đóng gói thành một MAC PDU. Quá trình này đƣợc đảm bảo để cho phép sử dụng băng tần có sẵn hiệu quả liên quan đến các yêu cầu QoS của mỗi luồng dịch vụ của một kết nối. Khả năng phân đoạn và lắp ráp là bắt buộc.
Độ tin cậy của lƣu lƣợng phân đoạn trên một kết nối đƣợc định nghĩa khi kết nối đƣợc tạo ra bởi MAC SAP. Việc phân đoạn có thể đƣợc khởi tạo bởi BS cho các kết nối đƣờng xuống và bởi SS cho các kết nối đƣờng lên.
Các kết nối không ARQ: với các kết nối không ARQ, các phân đoạn đƣợc phát chỉ một lần và theo tuần tự. Số tuần tự đƣợc gán cho mỗi phân đoạn cho phép đầu thu tái tạo lại tải trọng ban đầu và phát hiện mất bất kì gói nào ngay lập tức. Một kết nối có thể chỉ có một trạng thái phân đoạn ở một thời gian bất kì cho trƣớc.
Các kết nối ARQ: với các kết nối ARQ, phân đoạn đƣợc định dạng cho mỗi luồng truyền dẫn bằng cách ghép một tập hợp các khối ARQ với các số tuần tự liền nhau. Giá trị BSN trong tiêu đề con phân đoạn là BSN cho khối ARQ đầu tiên xuất hiện trong phân đoạn. FSH là tiêu đề con phân đoạn có độ dài 8 bit.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 2.7 Phân đoạn MAC_PDU
Bƣớc 3 :Đóng gói các MAC PDU
Đóng gói đƣợc thực hiện trên mỗi kết nối, MAC có thể gói nhiều MAC SDU vào một MAC PDU đơn. Đóng gói tạo ra việc sử dụng chỉ số thuộc tính kết nối là kết nối mang các gói có độ dài thay đổi hay độ dài cố định. Phía phát hoàn toàn chủ động trong việc đóng gói hay không một nhóm các MAC SDU trong một MAC PDU đơn. Khả năng không đóng gói là bắt buộc. Cấu trúc của các PDU thay đổi với các kết nối ARQ và không ARQ với các cú pháp phân đoạn và đóng gói cụ thể.
Bƣớc 4:Tính CRC
Một luồng dịch vụ có thể yêu cầu CRC thêm vào mỗi MAC PDU mang dữ liệu cho luồng dịch vụ đó. Trong trƣờng hợp này với HT=0, một CRC sẽ đƣợc gắn vào tải trọng MAC PDU. CRC sẽ kiểm soát tiêu đề MAC chung và tải trọng MAC PDU. CRC sẽ đuợc tính toán sau khi mật mã hóa chẳng hạn CRC bảo vệ tiêu đề chung và mật mã hóa tải trọng.
c/ Một số kỹ thuật trong lớp MAC_SAP Kĩ thuật ARQ:
Kĩ thuật ARQ dùng để truyền lại các khung bị lỗi không sửa đƣợc bởi FEC. Khi đƣợc bổ sung, ARQ có thể đƣợc cho phép trên mỗi kết nối. Mỗi kết nối ARQ sẽ đƣợc định rõ và thƣơng lƣợng trong khi tạo kết nối. Một kết nối không thể có sự pha trộn giữa lƣu lƣợng ARQ và không ARQ.
Với các kết nối ARQ, cho phép phân đoạn là tùy chọn. Khi phân đoạn đƣợc cho phép, đầu phát có thể phân chia mỗi SDU thành nhiều phân đoạn để truyền dẫn
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ riêng biệt dựa trên giá trị của tham số ARQ_BLOCK_SIZE. Khi việc phân đoạn không đƣợc phép, kết nối sẽ đƣợc quản lí giống nhƣ khi đƣợc phép. Trong trƣờng hợp này, liên quan đến kích cỡ khối đã thỏa thuận, mỗi phân đoạn đƣợc định dạng để truyền dẫn sẽ chứa tất cả các khối dữ liệu kết hợp với SDU gốc.
Kỹ thuật này cho phép tăng độ tin cậy của dịch vụ nhƣng đồng thời giảm dung lƣợng đƣờng truyền và tăng thời gian trễ.
Kĩ thuật yêu cầu và cấp phát băng tần
Để thực hiện quá trình yêu cầu và cấp phát băng tần sẽ có các quá trình nhƣ polling yêu cầu và cấp phát:
Phần Polling: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Polling là quá trình đƣợc sử dụng bởi BS để cấp phát các cơ hội yêu cầu băng tần cho các SS. Khi BS muốn thông báo cho một SS một cơ hội yêu cầu băng tần đang đến, nó sẽ sử dụng một phần tử thông tin IE bản tin UL-MAP để làm việc đó. UL- MAP IE sẽ chấp nhận băng tần đủ cho SS hay các SS để xem xét các yêu cầu băng tần của chúng trong chu kì yêu cầu theo lí thuyết. Cấp phát cơ hội yêu cầu băng tần sẽ đƣợc thực hiện trên cơ sở đơn điểm, đa điểm, hay quảng bá.
Polling đơn điểm: Trong trƣờng hợp này, một SS đƣợc kiểm soát vòng một cách riêng biệt bởi BS. SS sẽ trả lời với các byte trộn nếu băng tần đƣợc cấp là không cần thiết.
Polling đa điểm và quảng bá: BS sẽ sử dụng đến kiểm soát vòng đa điểm hay quảng bá đến các SS nếu băng tần đang sẵn có không đủ để kiểm soát nhiều SS một cách riêng biệt. Các CID bất kì đƣợc dự trữ cho các nhóm đa điểm và cho các bản tin quảng bá. Kiểm soát vòng đa điểm hay quảng bá cũng đƣợc thực hiện qua bản tin UL-MAP trong cùng một kiểu với polling đơn điểm. Sự khác biệt cơ bản ở đây là bản tin polling đƣợc định hƣớng đến một CID đa điểm hay quảng bá thay vì CID cụ thể hoặc SS.
Poll-me bit: Poll-me bit đƣợc sử dụng bởi các SS sử dụng dịch vụ UGS để thông báo cho BS rằng chúng cần đƣợc kiểm soát vòng. Poll-me bit là một phần của tiêu đề con quản lí cấp phát. Khi poll-me bit đƣợc phát hiện, BS sẽ sử dụng một polling đơn điểm đến SS yêu cầu nó. Để giảm thiểu nguy cơ BS làm mất Poll-me bit, SS có thể thiết lập bit trong tất cả tiêu đề con quản lí cấp phát MAC UGS ở khoảng thời gian lập lịch đƣờng lên.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Phần Yêu cầu:
Cơ chế yêu cầu băng thông đƣợc trạm SS sử dụng để thông báo cho BS rằng nó cần đƣợc cấp phát băng tần đƣờng lên. Một yêu cầu có thể đến nhƣ một tiêu đề yêu cầu băng tần đứng một mình hoặc có thể đến nhƣ một PiggyBack Request.
Bandwidth Request Header: SS có thể yêu cầu cấp phát băng tần vào bất kì thời điểm nào bằng cách gửi một MAC PDU yêu cầu băng tần với một tiêu đề yêu cầu băng tần và không có tải trọng. Tiêu đề yêu cầu băng tần đƣợc sử dụng để yêu cầu thêm băng tần.
Piggyback Request: Phƣơng pháp thông dụng để yêu cầu băng tần sử dụng một tiêu đề con quản lí cấp phát để mang một yêu cầu cho băng tần thêm vào để cho cùng một kết nối trong MAC PDU. Mang một bản tin BW Request trên một gói dữ liệu.
Yêu cầu băng tần có thể là tăng dần hoặc toàn bộ. Khi BS nhận một yêu cầu băng tần tăng dần, nó sẽ ghi nhớ số lƣợng băng tần đƣợc yêu cầu hiện thời của kết nối. Trƣờng Type trong tiêu đề yêu cầu băng tần cho biết yêu cầu là tăng dần hay toàn bộ. Do PiggyBack Request không có trƣờng Type, nên nó sẽ luôn là tăng dần.
Phần Cấp phát
Cấp phát trên mỗi kết nối (GPC): SS chỉ nhận các cấp phát cho các kết nối cụ thể (bao gồm cả các kết nối quản lí) và kết quả phải yêu cầu băng tần cho mỗi kết nối cụ thể khi có nhu cầu. Hơn nữa, SS phải yêu cầu thêm băng tần để đáp ứng các yêu cầu của RLC không đƣợc mong đợi. Vì thế, các hệ thống GPC là đơn giản nhƣng không hiệu quả. Việc cấp phát đƣợc quyết định dựa trên băng tần đã yêu cầu và các yêu cầu QoS và tài nguyên sẵn có.
Cấp phát trên mỗi trạm thuê bao (GPSS): SS nhận một cấp phát băng tần đƣợc sử dụng để đáp ứng các nhu cầu của tất cả các kết nối của nó. Tự SS phải quản lí bao nhiêu băng tần đƣợc cấp phát cho mỗi kết nối. Nếu một kết nối yêu cầu nhiều hơn băng tần có thể phục vụ, SS có thể “lấy cắp” băng tần từ một kết nối khác để lấp đầy lƣợng băng tần còn thiếu. BS cũng đảm nhận hàng đợi ƣu tiên trên cơ sở các loại lƣu lƣợng. SS sau đó có thể gửi một yêu cầu đến BS để yêu cầu tăng thêm băng tần nhằm đáp ứng các nhu cầu mới của nó.
Các cấp phát băng tần đƣợc cung cấp trên cơ sở giao thức tự hiệu chỉnh trái ngƣợc với giao thức đã biết ở trên. Trong giao thức này, nếu SS không nhận một cấp phát băng tần trả lời yêu cầu băng tần của nó, SS sẽ thừa nhận rằng yêu cầu đã
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/