3.3.2. Đặc tính kỹ thuật lớp MAC và lớp vật lý
3.3.2.1. Tổng quan lớp MAC
Như trên đã nói lớp con MAC là lõi của chuẩn WiMax. Theo cách này thì WiMax hoạt động tương tự như 802.11(Wifi). WiMax có một trạm gốc (BS) và nhiều trạm thuê bao (SS) BS có thể được xem như là điểm truy cập . (AP) trong Wifi mặc dù hai chuẩn này là khác nhau nhưng chúng đều hoạt động dựa trên sóng điện từ BS thông thường là có dây và nó phát quảng bá . tới các SS. MAC được xây dựng để hỗ trợ công nghệ điểm tới đa điểm (PMP).
So sánh với lược đồ sử dụng CSMA/CA trong Wifi, WiMax sử dụng các bản đồ đường lên và đường xuống để chắc chắn là việc truy nhập không bị va chạm. Các SS sử dụng truy nhập đa phân chia theo thời gian (TDMA) để chia sẻ đường lên, trong khi đó thì BS sử dụng phân chia theo thời gian (TDM). Việc lập lịch (Schedule) đường lên và đường xuống được trao đổi trong mỗi khung bằng việc sử dụng các bản tin UL-MAP và DL MAP. -
MAC trong WiMax có tính hướng kết nối (connection oriented). Mỗi một dịch vụ sẽ được ánh xạ vào một kết nối và mỗi kết nối sẽ được tham chiếu bởi 16 bit nhận dạng kết nối (CID) và có thể yêu cầu băng thông được cấp phát một cách liên tục theo yêu cầu cần thiết Các kết nối lớp MAC có thể
được xem là giống như các kết nối TCP Theo như kết nối TCP mà ở đó máy . tính có thể có các kết nối tích cực khác nhau một cách đồng thời trong nhiều cổng khác nhau thì trong các kết nối MAC, SS có thể có nhiều kết nối tới một BS cho các dịch vụ khác nhau như là quản lý mạng hoặc vận chuyển dữ liệu người dùng Dù vậy thì sự khác nhau chính đó là trong kết nối MAC, mỗi kết . nối có các tham số khác nhau đó là băng thông, bảo mật và độ ưu tiên. Mỗi kết nối được nhận dạng bởi CID của nó, CID sẽ được gán bởi BS Khi một SS . tham gia vào mạng sẽ có 3 CID được gán tới SS và mỗi CID có các yêu cầu dịch vụ khác nhau được sử dụng bởi các mức quản lý khác nhau: kết nối cơ bản, kết nối quản lý sơ cấp và kết nối quản lý thứ cấp.
Kết nối cơ bản được dùng để chuyển các bản tin ngắn gọn, thời gian MAC nguy cấp và điều khiển liên kết sóng radio (RLC). Kết nối quản lý sơ cấp được dùng để chuyển các bản tin dài hơn, chịu được độ trễ cao hơn như là các bản tin yêu cầu đăng ký và quản lý khoá bảo mật (PKM) vì các bản tin này được dùng cho việc xác nhận và khởi tạo kết nối. Kết nối quản lý thứ cấp được dùng để chuyển các bản tin quản lý dựa trên các chuẩn như là giao thức cấu hình host động (DHCP), giao thức chuyển file thông thường (TFTP) và giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP) MAC còn dự trữ các kết nối phụ . cho những mục đích khác như việc truyền các lập lịch truyền dẫn đường lên và đường xuống Một CID có thể mang lưu lượng cho nhiều phiên lớp cao . hơn khác nhau.
WiMax là chuẩn được thiết kế để làm việc với các mạng ngoài trời và không chỉ trong các vùng ngoại ô mà còn làm việc tốt trong cả vùng nông thôn. Điều này có nghĩa là SS có thể ở xa so với BS và do vậy điều kiện thời tiết cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình trao đổi thông tin Câu trả lời cho . vấn đề này đó là việc sử dụng linh động sự điều chế lớp MAC và mã sửa lỗi trước (FEC). BS và SS có thể thích nghi với việc truyền dẫn theo cụm (burst
profile) bằng việc giảm băng thông đối với các yêu cầu không cao. BS luôn bắt đầu bằng việc điều chế mạnh nhất và giản đồ FEC để chắc chắn rằng tất cả các SS sẽ nhận được DL-MAP và UL MAP. -
Để mà làm cho điều này có hiệu quả thì phải xử lý các cụm lưu lượng, SS có thể nhờ BS để có được “cửa sổ” đường lên dài hơn Bằng việc trao đổi . các yêu cầu thay đổi dịch vụ động (DSCR) và cấp phát, BS và SS có thể dừng việc trao đổi băng thông cùng với các yêu cầu của chúng.
Định dạng khung
WiMax có 2 dạng song công truyền dẫn: song công phân chia theo thời gian (TDD) và song công phân chia theo tần số (FDD). Trong TDD, BS gửi toàn bộ khung con downlink, bắt đầu bằng DL-MAP và UL MAP dùng để mô - tả nội dung của downlink và uplink.
Trong downlink, BS sẽ thông tin tới SS khi mà SS được lập kế hoạch để thay đổi giản đồ cụm truyền dẫn trong suốt quá trình downlink. Trong Uplink, giản đồ thông báo tới mỗi SS khi SS được cho phép sủ dụng phổ truyền dẫn dành riêng.
Trong FDD, trong khi việc truyền dẫn vẫn còn đang được lập lịch bởi DL-MAP và UL-MAP thì việc truyền dẫn downlink và uplink sẽ cùng một thời điểm nhưng trên các tần số khác nhau.
Định dạng các bản tin MAC
BS MAC và SS MAC sẽ trao đổi các bản tin và những bản tin này được biết đến như là các đơn vị dữ liệu giao thức PDUs. Các bản tin này chứa 3 phần: Tiêu đề MAC có chiều dài cố định, tải có chiều dài thay đổi và CRC.
Có 2 dạng của tiêu đề MAC Dạng đầu tiên là tiêu đề MAC. chung GMH (Generic MAC Header) được dùng để truyền hầu hết các bản tin quản lý MAC chuẩn. Dạng thứ hai là tiêu đề yêu cầu băng thông BRH (Bandwidth Request Header) là tiêu đề đứng một mình không có tải. Ngoại trừ PDUs yêu
cầu băng thông (tức là không có tải) thì MAC PDUs có thể chứa các bản tin quản lý MAC hoặc dữ liệu lớp con hội tụ (đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC- MSDU). Tải là tuỳ chọn. Kiểm tra dư vòng (CRC) cũng là tuỳ chọn và nó chỉ được sử dụng nếu như SS yêu cầu các tham số chất lượng dịch vụ (QoS).
Khởi tạo một kết nối
SS bắt đầu quét trong dải tần số của nó để dò ra kênh đang hoạt động.
SS có thể được lập trình sẵn để đăng ký với một BS xác định. Sau khi dò được kênh, SS muốn tham gia vào, SS sẽ đồng bộ với truyền dẫn đường xuống. SS sẽ đợi để nhận các bản tin mô tả kênh đường xuồng (DCD) và mô tả kênh đường lên (UCD) đó là các bản tin được phát quảng bá (broadcast) theo chu kỳ để “học” sự điều chế và lược đồ FEC mà được dùng trên sóng mang. Sau khi “học” được các tham số là gì, SS sẽ sử dụng chúng cho việc truyền dẫn phân vùng đầu tiên, SS sẽ dò U MAP để tìm thời cơ tạo ra phân L- vùng. SS sẽ gửi đi bản tin yêu cầu phân vùng (RNG-REQ) với năng lượng nhỏ nhất nếu như BS không đáp lại thì SS sẽ tăng năng lượng truyền lên cao hơn. Điều này là rất quan trọng vì khi đó SS sẽ được cung cấp thông tin khi nào được yêu cầu phân vùng bởi vì nếu có nhiều SS cứ cố tham gia vào mạng tại cùng một thời điểm sẽ gây ra kết quả xấu trong hiệu ứng mạng.
BS gửi tới SS bằng bản tin đáp lại phân vùng (RNG RSP) với sự ưu - tiên thời điểm và sự điều chỉnh năng lượng. BS cũng sử dụng bản tin này để thông tin tới SS về các CID cơ bản và quản lý thứ cấp Khi mà thời điểm ưu . tiên của truyền dẫn SS được quyết định chính xác thì BS và SS tiếp tục trao đổi bản tin RNG-REQ và RNG-RSP cho đến khi liên kết sóng radio chấp nhận được đã được thiết lập.
Bước tiếp theo là xác nhận SS và đăng ký SS vào mạng BS yêu cầu sự . xác nhận chính xác từ SS Sau khi xác nhận thành công, SS sẽ đăng ký để vào . mạng. SS sẽ khởi tạo một kết nối quản lý thứ cấp và nó sẽ được gán tới CID
quản lý thứ cấp của nó. CID này được sử dụng cho SS để nhận được các bản tin quản lý thứ cấp dựa trên chuẩn cho nhiều dịch vụ khác nhau. Một trong những bản tin đó là DHCP. Thông qua DHCP SS nhận được địa chỉ IP và cũng được cung cấp địa chỉ của server TFTP từ đấy SS có thể yêu cầu một file cấu hình. Phần cuối của quá trình khởi tạo SS là thời gian trong ngày của mạng có được thông qua giao thức thời gian internet.