2.1. Lớp giao thức trong IEEE 802.16 [6] [7]
2.1.2 Đặc trưng lớp MAC của IEEE 802.16
2.1.2.2 Lớp con phần chung ( MAC CPS)
Phần lừi của lớp MAC IEEE 802.16 là MAC CPS, cú 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 đường lên, điều khiển kết nối và ARQ.
- Truyền thông giữa CS và CPS được 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.
Định dạng và phân loại 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). Được 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. Được 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
Các trường trong tiêu đề MAC chung có ý nghĩa như sau:
- CI (1 bit) CRC Indicator: Nếu CI có giá trị là 1 có nghĩa CRC được 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
- EC (1 bit) Encryption Control: EC có giá trị bằng 0 nghĩa là tải trọng không được mật mã hóa.EC có giá trị 1 nghĩa là tải trọng được mật mã hóa.
- EKS (2 bit) Encryption Key Sequence Chỉ mục của khóa mật mã hóa lưu lượng (TEK) và vector khởi tạo được sử dụng để mật mã hóa tải trọng. Trường này chỉ có ý nghĩa nếu trường EC được thiết lập là 1.
- HCS (8 bit) Header Check Sequence: Một trường 8 bit được 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 trường HCS (byte cuối cùng của tiêu đề). Nó sẽ là số dư của phép chia (modulo 2) bởi đa thức đặc trưng g (D=D8+D2+D+1) của đa thức D8 nhân với nội dung của tiêu đề trừ trường HCS.
- HT (1bit) Header Type: HT được thiết lập là 0.
- LEN (11bit) Length- Trường độ dài theo byte của MAC PDU bao gồm tiêu đề MAC và CRC (nếu có).
- Type (6 bit) - Trường 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.
- Trường EC sẽ được thiết lập là 0, chỉ thị không mật mã hóa.
- CID sẽ cho biết kết nối cho SS yêu cầu băng thông đường lên.
- Trường BR (Bandwidth Request) sẽ cho biết số các byte được yêu cầu.
- Các loại yêu cầu băng thông được cho phép là 000 cho tăng dần và 001 cho toàn bộ.
Một SS nhận một tiêu đề yêu cầu băng thông trên đường xuống sẽ hủy bỏ PDU.Mỗi tiêu đề được mã hóa, bắt đầu với các trường HT và EC. Mã hóa các trường 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.
Các trường tiêu đề yêu cầu băng thông:
- BR (19 bit)- Số lượng các byte của băng thông đường lên được 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 như 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 như quản lí khóa bảo mật, yêu cầu thay đổi dịch vụ...
Kết nối quảng bá : Các bản tin quản lí MAC như 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
Bản tin quản lí MAC có thể được gửi trên các kết nối cơ bản, các kết nối sơ cấp, kết nối quảng bá và các kết nối Initial Ranging.
Lược đồ mã hóa TLV (type/ length/ value) được sử dụng trong bản tin quản lí MAC ví dụ như trong bản tin UCD (miêu tả kênh đường lên) cho trạng thái burst đường 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.
Một số kỹ thuật trong lớp MAC_SAP Kĩ thuật ARQ:
Kĩ thuật ARQ dùng để truyền lại các khung bị lỗi không sửa được bởi FEC. Khi được bổ sung, ARQ có thể được cho phép trên mỗi kết nối. Mỗi kết nối ARQ sẽ được
định rừ và thương lượng trong khi tạo kết nối. Một kết nối khụng thể cú sự pha trộn giữa lưu lượng ARQ và không ARQ.
Với các kết nối ARQ, cho phép phân đoạn là tùy chọn. Khi phân đoạn được cho phép, đầu phát có thể phân chia mỗi SDU thành nhiều phân đoạn để truyền dẫn riêng biệt dựa trên giá trị của tham số ARQ_BLOCK_SIZE. Khi việc phân đoạn không được phép, kết nối sẽ được quản lí giống như khi được phép. Trong trường hợp này, liên quan đến kích cỡ khối đã thỏa thuận, mỗi phân đoạn được 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 câyh của dịch vụ nhưng đồng thời giảm dung lượng đường 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 như polling yêu cầu và cấp phát:
Phần Polling:
Polling là quá trình được 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 được thực hiện trên cơ sở đơn điểm, đa điểm, hay quảng bá.
Polling đơn điểm :Trong trường hợp này, một SS được kiểm soát vòng một cách riêng biệt bởi BS. SS sẽ trả lời với các byte trộn nếu băng tần được 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 được dự trữ cho các nhóm đa điểm và cho các bản tin quảng bá.
Kiểm soát vòng đa điểm hay quảng bá cũng được 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 được định hướng đến một CID đa điểm hay quảng bá thay vì CID cụ thể hoặc SS.
Poll-me bit: Poll-me bit được sử dụng bởi các SS sử dụng dịch vụ UGS để thông báo cho BS rằng chúng cần được kiểm soát vòng. Poll-me bit là một phần của tiêu đề con
quản lí cấp phát. Khi poll-me bit được 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 đường lên.
Phần Yêu cầu:
là kĩ thuật mà các SS sử dụng để thông báo cho BS rằng nó cần được cấp phát băng tần đường lên. Một yêu cầu có thể đến như một tiêu đề yêu cầu băng tần đứng một mình hoặc có thể đến như một PiggyBack Request.
Bởi vì profile burst đường lên có thể thay đổi linh động, nên tất cả các yêu cầu băng tần sẽ được tạo thành số hạng của số các byte cần để mang tiêu đề và tải trọng MAC, nhưng không tính lớp vật lí. Bản tin yêu cầu băng tần có thể được phát trong bất kì thời điểm nào đường lên ngoại trừ trong khoảng thời gian Initial Ranging.
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 được sử dụng để yêu cầu thêm băng tần.
Piggyback Request : Phương 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 lượng băng tần được yêu cầu hiện thời của kết nối. Trường Type trong tiêu đề yêu cầu băng tần cho biết yêu cầu là tăng dần hay toàn bộ. Do PiggyBack Request không có trường 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 được mong đợi. Vì thế, các hệ thống GPC là đơn giản nhưng không hiệu quả. Việc cấp phát được 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 được 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 được 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 lượng băng tần còn thiếu. BS cũng đảm nhận hàng đợi ưu tiên trên cơ sở các loại lưu lượng. 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 được cung cấp trên cơ sở giao thức tự hiệu chỉnh trái ngược 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 bị mất hay trả lời không được thỏa mãn, và đơn giản sẽ gửi một yêu cầu khác đến BS mà không đợi một số xác nhận của yêu cầu ban đầu. Giao thức này bỏ qua tiêu đề kết hợp với các bản tin xác nhận.
Kỹ thuật dịch vụ lập lịch đường lên
Chất lượng dịch vụ nói đến khả năng cung cấp độ ưu tiên cho các dịch vụ khác nhau của mạng. Các tham số chính của QoS trong mạng bao gồm độ rộng băng tần chuyên dụng, góc trễ, jitter và tỉ lệ mất. Có nhiều dịch vụ với QoS khác nhau, điều này có nghĩa là các dịch vụ khác nhau được cấp phát các tài nguyên khác nhau và chất lượng dịch vụ đảm bảo. Phân loại dịch vụ đường lên dựa trên các yêu cầu khác nhau về băng tần, góc trễ và jitter.
Dịch vụ cấp phát không yêu cầu (UGS) :Tài nguyên vô tuyến đường lên được cấp phát ở một khoảng thời gian định kì. Bộ lập lịch BS đưa ra băng tần đường lên kích cỡ cố định chấp nhận cơ sở thời gian thực theo chu kì.Dịch vụ UGS được thiết kế cho các luồng lưu lượng thời gian thực mà phát các gói dữ liệu kích cỡ cố định trên nền tảng định kì như T1/E1 và VoIP. Dịch vụ kiểm soát vòng thời gian thực (rtPS)
Dịch vụ này cung cấp các cơ hội yêu cầu truyền dẫn đường lên ở các khoảng thời gian cố định. Theo cách này, tài nguyên trước hết phải được yêu cầu và sau đó được cấp phát bởi điểm truy nhập. Thông tin về các nguồn tài nguyên được cấp phát trong đường lên là quảng bá thông qua đường xuống đến tất cả các đầu cuối người dùng. Dịch vụ rtPS được dành cho các luồng lưu lượng thời gian thực mà phát các gói dữ liệu kích cỡ thay đổi trên nền tảng định kì như là video MPEG. Bộ lập lịch BS đưa ra các cơ hội yêu cầu
băng tần đường lên theo định kì, thời gian thực. SS sử dụng cơ hội yêu cầu UL-BW đã đưa ra để chỉ định việc chấp nhận UL-BW được mong muốn. SS không thể sử dụng yêu cầu BW trên cơ sở tranh chấp.
Dịch vụ kiểm soát vòng phi thời gian thực (nrtPS):Dịch vụ này cung cấp kĩ thuật lập lịch đường lên giống như rtPS mà không thăm dò góc trễ thấp. Phù hợp nhất với các luồng lưu lượng phi thời gian thực yêu cầu dữ liệu kích cỡ thay đổi chấp nhận trên nền tảng cách đều nhau như là FTP độ rộng dải tần cao. Cho các dịch vụ nrt-VBR như truyền tệp, cần nhiều độ rộng dải tần. Bộ lập lịch BS sẽ cung cấp các cơ hội yêu cầu UL-BW theo thời gian (khoảng 1s hay ít hơn). SS có thể sử dụng các cơ hội yêu cầu BW trên cơ sở tranh chấp để gửi yêu cầu BW.
Dịch vụ Best Effort (BE):Với dịch vụ này, các khoảng thời gian yêu cầu tranh chấp, các cơ hội yêu cầu đơn điểm hay các loại burst chấp nhận dữ liệu có thể được cấp phát. Trong cách này, các yêu cầu tài nguyên có thể tranh chấp chỉ trong khi kết nối đang xảy ra. Các gói dữ liệu được phát qua các tài nguyên được dành riêng theo các yêu cầu tài nguyên bởi bộ lập lịch đường lên trong điểm truy nhập. Cho lưu lượng best-effort ví dụ như HTTP, SMTP. SS sử dụng các cơ hội yêu cầu BW trên cơ sở tranh chấp.
2.1.2.3 Lớp con an ninh