MAC là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Media Access Control” có nghĩa là điều khiển phương tiện truy cập. Tầng MAC được phân chia thành 3 tầng con theo chức năng bao gồm: tầng hội tụ dịch vụ chuyên biệt (CS- Convergence Sublayer), tầng chung (Common Part Sublayer) và tầng bảo vệ (Security Sublayer). Tầng cung cấp một số chức năng chính như sau:
Tập hợp các gói SDU (service data unit) từ các tầng cao hơn sau đó phân mảnh hoặc móc nối thành các gói PDU (protocol data unit) là đơn vị cơ bản chứa thông tin (payload) tại tầng MAC.
31
Chuyển các gói PDU có chứa các burst profile và điêù chỉnh mức công suất phù hợp.
Phát lại các gói PDU bị lỗi thông qua cơ chế yêu cầu tự động truyền lại ARQ.
Cung cấp điều khiển QoS và các chu kỳ bắt tay cho gói PDU tùy thuộc vào loại dữ liệu và các tín hiệu báo cáo.
Lập lịch cho các gói MAC PDU để sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên vật lý.
Hỗ trợ quản lý cho tầng cao hơn.
Cung cấp các chế độ bảo mật và khoá.
Hỗ trợ các chế độ tiết kiệm năng lượng và các hoạt động nhàn rỗi.
Hình 2.10: Tầng MAC và Tầng Vật lý trong hệ thống WiMAX 2.2.1 Tầng hội tụ các dịch vụ chuyên biệt (Service- Specific Convergence Sublayer -CS).
MAC CS có 2 loại lớp con: lớp con hội tụ ATM, và lớp con hội tụ gói dành cho các dịch vụ dữ liệu dạng gói ví dụ như Ethernet, PPP, IP và VLAN. Chức năng
32
cơ bản của lớp CS là nhận dữ liệu từ lớp cao hơn, phân loại dữ liệu dạng ATM hay dạng gói và chuyển các khung này tới lớp CPS. CS cố gắng đáp ứng tất cả các hoạt động vốn là đặc tính tự nhiên của của các tầng cao hơn như là nén gói tin tiêu đề hay ánh xạ địa chỉ. Tầng CS còn được coi như là tầng điều hợp bới tính năng chuyển các traffic khác nhau thành các gói tin tầng MAC, loại gói tin được thừa nhận trong mạng. Các gói tin PDU khi đến tầng MAC sẽ được gọi là các SDU.
Một số chức năng chính của tầng CS:
Tiếp nhận và phân loại các gói tin nhân được từ tầng cao hơn vào các kết nối WiMAX.
Phân phát các gói vừa nhận vào các SAP (MAC) phù hợp.
Loại bỏ các thông tin tiêu đề (nếu cần thiết).
Nhận các gói PDU từ các tầng ngang hàng để chuyển lên tầng cao hơn.
Tái tạo các thông tin tiêu đề đã bị loại bỏ từ trạm phát.
33
2.2.2 Sự phân loại (Classification).
Trong mô hình của hệ thống WiMAX, tại tầng MAC, địa chỉ IP của gói tin sẽ không nhìn thấy thay vào đó sẽ là các chỉ số định dạng kết nối CID (Connection
Identifier).
Sự phân loại là quá trình ánh xạ các gói tin SDU thành các kết nối riêng biệt giúp cho việc truyền nhận giữa các tầng MAC ngang hàng. Tiến trình ánh xạ sẽ gắn một gói tin SDU vào một kết nối (thông qua chỉ số kết nối CID) hoặc vào một luồng phục vụ có các đặc tính tương đồng (có cùng các tham số về chất lượng dịch vụ QoS).
Các gói tin gửi từ tầng trên xuống tầng MAC (gọi là gói tin SDU) sẽ được phân loại và gán cho một số hiệu thường gọi là chỉ số kết nối CID (Connection
Identifier- CID) nhằm hỗ trợ cho công tác nhận dạng sau khi truyền đến nơi nhận.
CID cho quá trình lên (Upload) và xuống (Download) là khác nhau và được coi như là một địa chỉ động sử dụng tại tầng 2, qua đó xác định các kết nối vô hướng giữa các thực thể ngang hàng MAC/PHY. Để ánh xạ các địa chỉ ở tầng trên sang chỉ số CID, tầng CS phải lưu lại một bản ánh xạ giữa địa chỉ đích và chỉ số tương ứng. Những gói SDU có cùng một địa chỉ IP đích có thể được gán cho các kết nối khác nhau, phụ thuộc vào những yêu cầu về QoS. Tầng CS xác định các SDU cùng chỉ số CID thì không chỉ phụ thuộc vào địa chỉ IP đích mà còn vào các yếu tố khác như chỉ số luồng phục vụ (Service flow ID- SFID) hay địa chỉ nguồn.
Quá trình phân loại các luồng download sẽ được quản lý bởi trạm BS còn ngược lại quá trình upload sẽ do SS quản lý. Một khi CID đã được xác định thì một số thông tin tiêu đề cố định (ATM cell, điạ chỉ IP) có thể được loại bỏ bởi quá trình loại bỏ gói tin tiêu đề (PHS).
34
Hình 2.12: Phân loại và ánh xạ chỉ số kết nối CID (BS sang SS) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.13: Phân loại và ánh xạ chỉ số kết nối CID(SS sang BS) 2.2.3 Quá trình loại bỏ gói tin tiêu đề (Packet Header Suppression- PHS).
WiMax là dịch vụ kết nối có hướng, hầu hết các thông tin định tuyến trong gói tin sẽ bị dư thừa mỗi khi kết nối thành công vì thế tầng Hội tụ cung cấp một cơ
35
chế gọi là “Cơ chế loại bỏ gói tin tiêu đề - PHS” nhằm tránh dư thừa các thông tin này. Các thông tin dư thừa sẽ được lưu dữ và phục hồi tại nơi nhận.
Quá trình loại bỏ là tùy chọn, tuy nhiên hầu hết các hệ thống đều sử dụng đặc tính này vì nó làm tăng tính hiệu quả cho các dịch vụ như VoIP, … Hoạt động của quá trình loại bỏ dựa trên các luật PHS sử dụng các tham số liên quan đến tiêu đề như địa chỉ IP nguồn, đích,… Luật loại bỏ PHS phụ thuộc vào loại hình dịch vụ (VoIP, Http, FTP…) và vì vậy số lượng byte có thể bị ngắt tùy thuộc vào đặc tính tự nhiên của các dịch vụ này. Ví dụ: dịch vụ VoIP, thông tin lặp lại trong gói tiêu đề không chỉ là địa chỉ IP nguồn và IP đích, mà còn thông tin về chiều dài của gói. Trong khi đó dịch vụ Http thì độ dài có thể thay đổi đối với từng gói SDU.
Quá trình loại bỏ sử dụng chỉ số loại bỏ gói tin tiêu đề PHSI (Packet Header
Suppression Index) để gán cho các SDU có thông tin tiêu đề bị ngắt. Chỉ số PHSI
có độ dài 8 bít, khi gói tin SDU không tiến hành loại bỏ tiêu đề thì chỉ số PHSI =0 và ngược lại PHSI #0. Các chỉ số này được lưu dữ trong bảng danh sách các chỉ số PHSF (Packet Header Suppression Field). Sự phân loại sẽ ánh xạ duy nhất một luật PHS cho một gói tin vì vậy khi sự phân loại bị xóa, các luật này cũng bị xóa theo. Nơi nhận sử dụng chỉ số định dạng kết nối CID và chỉ số loại bỏ gói tin để phục hồi danh sách PHSF.
Quá trình PHS sử dụng một tham số để xác định có hay không quá trình loại bỏ các thông tin gọi là tham số xác định PHSV (Payload Header Suppression
Valid) và một tham số mặt nạ PHSM (Payload Header Suppressiong Mask) nhằm
giữ lại những byte không bị loại bỏ. Chuỗi bít mặt nạ sẽ loại bỏ các thông tin lặp lại từ các tầng cao hơn như địa chỉ IP v.v… và cho phép truyền đi các thông tin có khả năng thay đổi khi truyền qua các tầng phiên.
Trạm gốc cung cấp các giá trị CID và PHSI. Các trạm gửi và nhận sẽ xác định danh sách trường PHSF và kích cỡ của phần bị loại bỏ PHSS (Payload Header Suppression Size). Điều này cho phép cấu hình trước các tiêu đề hoặc thiết lập các bộ đệm cho các giao thức không thuộc chuẩn WiMAX.
36
Hình 2.14 Quá trình loại bỏ gói tin tiêu đề.
Mô tả quá trình loại bỏ thông tin dư thừa.
Khi một gói SDU đến (từ tầng cao hơn), trước tiên tầng CS xác định gói tin có tồn tại luật loại bỏ gói tin dư tiêu đề hay không. Nếu luật được tìm thấy, tầng CS xác định phần gói tin không bị loại bỏ thông qua tham số mặt nạ PHSM gắn liền với gói tin SDU và danh sách trường PHSF sẽ lưu lại những phần bị loại bỏ.
Khi tham số PHSV được xác định, tầng CS tiến hành so sánh giữa các bít trong danh sách trường PHSF với các bít trong gói tiêu đề dựa trên luật PHS. Nếu có sự trùng lặp giữa danh sách trường PHSF của gói tin SDU và danh sách trong bộ đệm, các byte tương ứng sẽ bị loại bỏ và thay vào đó gói tin SDU được gắn thêm chỉ số PHSI. Ngược lại nếu không có sự trùng lặp, quá trình loại bỏ sẽ không xảy ra và chỉ số PHSI được gán bằng 0.
Trong khi đó, nếu chỉ số PHSV không sử dụng, quá trình so sánh chỉ số PHSF của gói SDU và bộ đệm được bỏ quá. Và thay vào đó, công việc loại bỏ gói tin tiêu đề được thực hiện trên tất cả các gói SDU.
Tại nơi nhận, khi gói tin PDU đến, tầng MAC xác định chỉ số định dạng kết nối CID gắn liền bằng cách kiểm tra toàn bộ gói tin tiêu đề. Thông qua chỉ số CID và PHSI, tầng CS tại nơi nhận tìm ra các chỉ số PHSF, PHSM, PHSS và qua đó tái tạo lại gói tin tiêu đề.
37
Hình 2.15: Sơ đồ quá trình loại bỏ gói tin tiêu đề.
Để quá trình PHS hoạt động thì giữa trạm phát và nhận phải có sự đồng bộ. Khi bắt đầu hoặc thay đổi luật PHS, trạm gốc sẽ gửi một thông điệp phân phát dịch vụ động (DSA- Dynamic Service Allocation) hoặc thay đổi dịch vụ động (Dynamic Service Change) tương ứng với các tham số PHSI, PHSF, hoặc PSHM. Còn đối với các trạm thuê bao, các thông điệp trên cũng sẽ được gửi với tất cả các tham số ngoại trừ PHSI. Như chỉ số kết nối CID, PHSI chỉ được cấp phát bởi trạm gốc BS và vì vậy khi một trạm thuê bao gửi thông điệp sẽ nhận được một đáp ứng
Xác định CID và PHSI
Xác định PHSF và PHSM từ luật PHS
Tái tạo gói tin tiêu đề
Gửi gói SDU lên tầng cao hơn Trạm thu Yes No Xác định luật PHS: PHSF, PHSI, PHSM, CID PHSV=0
Xác định tiêu đề gói tin SDU với PHSF và PHSM Loại bỏ và gán chỉ số PHSI PHSF(SDU)= PHSF(cache) Bỏ qua và gắn chỉ số PHSI= 0
Chuyển gói tin SDU xuống tầng MAC Yes
No
38 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
từ trạm gốc BS với PHSI thường được dùng trong luật PHS. Để xóa một luật loại bỏ gói tin tiêu đề PHS, trạm gốc BS hoặc trạm thuê bao SS sẽ gửi một thông điệp xóa dịch vụ động (DSD- Dynamic Service Delete).
2.2.4 Tầng Chung (Common Part Sublayer).
Tầng chung MAC CPS (Common-Part Sublayer) là phần lõi của lớp IEEE 802.16 MAC 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.Truyền thông giữa CS và CPS được các điểm truy nhập dịch vụ MAC (MAC SAP) duy trì.
Các gói SDU đi xuống từ các tầng cao hơn được tầng Chung CPS tập hợp để tạo thành gói tin MAC PDU, đơn vị tải cơ bản liên kết giữa tầng MAC và tầng Vật lý (PHY). Dựa trên kích cỡ của đơn vị tải, nhiều gói SDU có thể được mang trên cùng một gói MAC PDU, hoặc một gói SDU có thể được phân mảnh để ghép trên nhiều gói MAC PDU. Khi chia nhỏ gói tin SDU, vị trí của mỗi mảnh sẽ được đánh dấu theo số thứ tự, cho phép tại nơi nhận sắp xếp các phân mảnh theo đúng trình tự.
Một khi các gói tin SDU từ tầng Hội tụ chuyển xuống tầng Chung CPS sẽ được thêm vào các thông tin tiêu đề và mã sửa lỗi CRC (lựa chọn) để trở thành các gói tin PDU tầng MAC. Thông thường các luồng traffic TCP sẽ được đóng gói thành các gói tin IP để rồi sau đó trở thành các frame Ethernet.
PHSI (optional) Packet PDU (a) Gói tin MAC SDU
39
Hình 2.16: Định nghĩa các gói tin SDU và PDU
Ngoài các kết nối dành cho việc truyền dữ liệu, tầng MAC còn sử dụng một số kết nối cho mục đích khác: 01 kết nối cho việc thăm dò đường truyền, 01 kết nối cho việc truyền quảng bá (broadcast tranmission) trong quá trình tải xuống (download) cũng như cho truyền quảng bá thăm dò trong quá trình cạnh tranh băng thông của trạm thuê bao SS…
2.2.5 Tầng tập hợp truyền ( Tranmission Convergence Sublayer- TC Sublayer) Sublayer)
Nằm giữa tầng Vật lý PHY và tầng MAC là tầng tập hợp truyền TC với chức năng kết hợp các gói MAC PDU có độ dài khác nhau thành các block FEC có độ dài cố định (các bit PAD sẽ được đệm thêm vào cuối mỗi burst nếu như các PDU không đủ độ dài).
Các gói PDU tại tầng TC được bắt đầu bằng một con trỏ (Pointer), chỉ ra điểm bắt đầu của gói tin MAC PDU tiếp theo nằm trong block FEC. Điều này cho phép tái đồng bộ gói tin MAC PDU tiếp theo trong trường hợp block FEC trước đó xẩy ra lỗi không thể phục hồi .
PHSI ≠0 IEEE 802.16 PDU đã loại bỏ tiêu đề dư thừa
(b) Gói tin 802.16 CS PDU đã loại bỏ gói tin tiêu đề.
Gói tin tiêu đề GMH MAC SDU (CS PDU) CRC (opt)
40
Hình 2.17: Gói PDU tại tầng với các gói tin MAC PDU
Các bít dữ liệu tại Tầng TC sẽ được ngẫu nhiên hoá, mã hoá FEC (Forward
Error Correction code- Mã sửa lỗi trước), và ánh xạ thành các tín hiệu chòm sao
QPSK, hoặc QAM.
2.3 Cơ chế truyền gói tin MAC SDU, PDU. 2.3.1 Định dạng gói MAC PDU. 2.3.1 Định dạng gói MAC PDU.
Tầng MAC trong WiMAX cung cấp các dịch vụ thông minh như phân bố dải thông động cho tầng vật lý để chắc rằng một số các yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS được thoả mãn. Phân bố dải thông động là phương pháp hiệu quả nhất để làm giảm dung sai thời gian và trễ bởi vậy mà định dạng gói tin MAC PDU được thiết kế để thỏa mãn các tính năng này.
Gói PDU tầng MAC bao gồm một gói tin tiêu đề, tải dữ liệu và mã kiểm lỗi CRC (Cyclic Redundancy Check).
Hình 2.18: Định dạng gói tin PDU
Mỗi gói MAC PDU được bắt đầu bằng một gói tin tiêu đề GMH (Generic
MAC Header) có độ dài cố định. Tiếp theo có thể là các đơn vị dữ liệu bao gồm
các gói tiêu đề con, các gói SDU, hay là các phân mảnh của gói SDU. Chiều dài của các đơn vị dữ liệu là khác nhau vì vậy mà gói tin PDU có thể có độ dài thay đổi. Điều này giúp cho tầng MAC chấp nhận các loại traffic khác nhau từ các tầng cao hơn mà không cần biết định dạng hoặc các mẫu bít của các thông điệp.
Pointer MAC PDU that has started First MAC PDU of Second MAC PDU of
in previous TC PDU this TC PDU this TC PDU
Gói tin tiêu đề GMH (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(Generic MAC Header) Tải dữ liệu (Payload) Mã kiểm lỗi CRC
41
WiMAX có hai loại gói PDU, được xác định thông qua gói tin tiêu đề.
+ Gói PDU loại thông thường được dùng để mang dữ liệu và các thông điệp tín hiệu của tầng MAC. Chúng thường chứa gói tin tiêu đề, các đơn vị dữ liệu tải (payload) và mã CRC.
+ Gói PDU yêu cầu băng thông thường được dùng cho các trạm thuê bao SS để thông báo với trạm gốc BS xin thêm băng thông cho quá trình gửi lên UL. Loại PDU này chỉ chứa tiêu đề đặc trưng xin cấp phát mà không chứa dữ liệu hoặc mã kiểm tra.
Cuối một gói PDU thường được gắn thêm vào các mã kiểm lỗi. Mã kiểm lỗi CRC dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.3 và được tính toán trên toàn bộ gói PDU. Tuy nhiên mã CRC là tùy chọn.
2.3.2 Gói tin tiêu đề MAC.
Thông qua gói tin tiêu đề mà MAC PDU được phân thành 2 loại: gói tin PDU thông thường và gói tin PDU yêu cầu băng thông.
+ Gói tin tiêu đề thông thường.
Hình 2.19 : Gói tin tiêu đề của gói PDU thông thƣờng;
Các trường trong gói tin tiêu đề thông thường được định nghĩa như trong bảng. Các tiêu đề đều được mã hóa và bắt đầu bằng trường phân loại tiêu đề HT
(Header Type) và trường điều khiển mã hóa EC (Encryption Control).
.
42
HT 1 Định nghĩa loại gói tin tiêu đề (=0 Gói tiêu đề thông thường)
EC 1 Điều khiển mã hoá
(1= Mã hoá dữ liệu, 0= không mã hoá) Type 6 Trường Type chỉ ra loại gói tin tiêu đề