（通信与信息系统专业论文）ieee+80216资源分配与调度模块设计.pdf

中文摘要 中文摘要 近几年，i e e e8 0 2 1 6 系列无线宽带接入标准受到业界的广泛关注。2 0 0 4 年 1 0 月支持固定接入的i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 4 规范正式发布，2 0 0 5 年底发布的i e e e 8 0 2 1 6 e 增加了对移动性的支持。 本文主要探讨了i e e e8 0 2 1 6 e 无线宽带城域网中的物理层无线资源分配和调 度模块设计中各个环节所采用的方案和算法。在对i e e e8 0 2 1 6 e 无线宽带城域网 的m a c 层和物理层规范进行详细分析的基础上，设计了基于1 0 2 4 点f f t 、1 0 m h z 带宽、5 m s 帧长的o f d m a 物理层实体，m a c 层支持u g s ，e r t p s ，b e 三种业务 类型的资源分配与调度模块的整体结构。将整个模块的功能划分为c i d 链表管理、 资源分配与调度、资源映射、资源预分配四个子模块，定义了各个子模块的功能， 详细描述了资源分配和调度、资源映射所采用的方案和算法。 在对资源分配和调度、资源映射等算法进行了充分研究的基础上，在实现中 对相应的模块进行了如下处理：把b e 业务c i d 按照优先级放入不同的t o s 队列 进行调度。每轮调度中，把分配给b e 业务的所有资源按照业务的权重分配给相应 的t o s 队列。并采用了限制各个t o s 队列队头c i d 每次可分配资源数目的算法， 从一定程度上保证相同t o s 队列中不同业务之间的公平性。同时根据m a x i m u m s u s t a i n e dr a t e 参数对b e 业务的峰值速率进行控制。采用了新颖的下行子帧资源 映射算法，半固定时间域，在频率域上对子信道进行划分，根据业务类型对分配 到的资源在时隙上进行向上或向下圆整，最终将资源映射到矩形的o f d m a 帧的 时间域和频率域二维空间上。 针对i e e e8 0 2 1 6 中资源分配和调度、资源映射等问题，在o d u 9 0 0 0 平台上 完成了相关的实现。通过系统测试，验证了所采用的方案和算法的性能。 关键词：宽带无线接入正交频分多址服务质量资源分配与调度资源 映射 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ei e e e8 0 2 16s e r i e so fb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s ss t a n d a r d s h a v eb e e ng r e a t l yc o n c e r n e db yt h ei n d u s t r y r n l ef i x e da c c e s ss u p p o r t e di e e e 8 0 2 16 d - 2 0 0 4s t a n d a r dw a sp u b l i c a t e do no c t o b e r2 0 0 4 a n di e e e8 0 2 16 er e l e a s e db y t h ee n do f2 0 0 5i n c r e a s e ss u p p o r to f m o b i l i t y s c h e m e sa n da l g o r i t h m s ，i nr e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n gm o d u l ed e s i g no f i e e e8 0 2 16 ew i r e l e s sb r o a d b a n dm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，a r ed i s c u s s e dh e r e o nt h e b a s i so fi e e e8 0 2 16 em a cl a y e ra n dp h y s i c a ll a y e rd e t a i l e da n a l y s i s ，a l lo v e r a l l s t r u c t u r eo fr e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n gm o d u l ei sd e s i g n e db a s e do n10 2 4p o i n t f f t ，10 m h zb a n d w i t ha n d5 m sf r a m el e n g t hp h y s i c a ll a y e re n t i t y , w i t hm a cl a y e r s u p p o r t i n gu g s ，e r t p sa n db es e r v i c e n ee n t i r em o d u l ei sd i v i d e db yf u n c t i o nt oc i d l i s tm a n a g e m e n t ，r e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n g , r e s o u r c em a p p i n ga n dp r e d i c t i v e r e s o u r c ea l l o c a t i o n s u b m o d u l e s ，w h o s e f u n c t i o n sa r e c l e a r l y d e f i n e d r e s o u r c e a l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n ga n dr e s o u r c em a p p i n gs c h e m e sa n da l g o r i t h m sa led e t a i l e d b a s e do nt h ef u l l s t u d yo fr e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds e h e d u l i n ga n dr e s o u r c e m a p p i n g ，c o r r e s p o n d i n gm o d u l e sa l ed e s i g n e da sf o l l o w s ：b es e r v i c ec i d sa l ep u ti n t o d i f f e r e n tt o sq u e u e sa c c o r d i n gt ot h e i rp r i o r i t i e sf o rs c h e d u l i n g a te a c hr o u n d ，t o t a l r e s o u r c e sa l l o c a t e dt ob es e r v i c ea lea s s i g n e dt od i f f e r e n tt o sq u e u e sa c c o r d i n gt ot h e i r w e i g h t s f u r t h e rm o r e ，a na l g o r i t h ml i m i t i n gr e s o u r c ea l l o c a t e dt oh e a d - o f - q u e u ec i d i s u s e dt og u a r a n t e et h ef a i r n e s sa m o n gc i d si nt h es a m eq u e u e a n da c c o d i n gt ot h e m a x i m u ms u s t a i n e dr a t ep a r a m e t e r , t h ep e a kr a t eo fb es e r v i c ei sc o n t r o l l e d an o v e l r e s o u r c em a p p i n ga l g o r i t h mi su s e df o rd o w n l i n ks u b f r a m e w i t hs e m i - f i x e dt i m e d o m a i n , s u b c h a n n e l si nf r e q u e n c yd o m a i na l ea l l o c a t e d r e s o u r c ea l ea d j u s t e db yu po r d o w nr o u n d i n go p e r a t i o ni na c c o r d a n c ew i 1i t ss e r v i c et y p ea n df i n a l l ym a p p e do n t o r e c t a n g u l a ra r e a so fo f d m af r a m e si nt i m ed o m a i na n df r e q u e n c yd o m a i no nt h e t w o d i m e n s i o ns p a c e a i m i n ga tp r o b l e m si nr e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n ga n dr e s o u r c em a p p i n go f i e e e8 0 2 16 ，t h er e l e v a n ta c h i e v ei s i m p l e m e n t e do no d u 9 0 0 0p l a t f o r m 1 1 1 e p e r f o r m a n c eo fa d o p t e ds c h e m e sa n da l g o r i t m si sv e r i f i e db ys y s t e mt e s t a b s t r a c t k e y w o r d s ： b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s so f d m a q u a l i t yo fs s e r v i c e r e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l i n gr e s o u r c em a p p i n g i n 图目录 图目录 图1 1o f d m 符号时间域结构2 图1 2o f d m a 符号频率域结构2 图1 3 数据区3 图1 4 下行p u s c 方式数据映射4 图1 5 上行p u s c 方式数据映射5 图1 - 6o f d m at d d 帧结构6 图1 7i e e e8 0 2 1 6 协议结构一7 图3 1c i d 链表数据结构1 4 图3 2i e e e8 0 2 1 6 ec i d 空间j 1 5 图4 1 调制编码过程一2 0 图4 2c i d 优先级顺序2 l 图4 3 资源分配流程2 2 图4 4 上行可划分区域2 3 图4 5r a n g i n g b w 请求机会2 4 图4 6 下行可划分区域2 7 图4 7 两级调度框架2 8 图4 8 文献调度方案2 9 图4 9u g s e r t p sc i d 资源分配流程31 图4 1 0g r a n tm a n a g e m e n ts u b h e a d e r 格式3 2 图4 _ 1 1b e 业务资源分配流程3 6 图4 1 2b e 业务峰值速率控制算法4 0 图5 1 交叠资源映射方案4 4 图5 2 下行子帧资源映射过程4 5 图5 3 下行子帧b u r s t 长度链表排放顺序。4 6 图5 _ 4 下行子帧映射链表第一次合并4 9 图5 5 下行子帧映射链表第二次合并4 9 图5 6 下行子帧映射链表两次合并后的资源面板5 0 图6 1 进入上行链路预分配队列过程5 3 v i i 图目录 图6 2 映射上行链路预分配队列5 3 图7 1 下行u g s e n p s 业务吞吐量曲线5 7 图7 2 上行u g s e r t p s 业务吞吐量曲线5 8 图7 3u g s e r t p s 业务端到端延时曲线5 9 图7 4 下行b e 业务配置权重4 3 2 1 吞吐量曲线5 9 图7 5 下行b e 业务配置权重7 5 3 1 吞吐量曲线6 0 图7 - 6 下行b e 业务峰值速率限制2 m b p s 吞吐量曲线6 0 图7 7 上行b e 业务峰值速率限制1 m b p s 吞吐量曲线6 1 表目录 表目录 表3 1c i d 空间划分1 6 表4 1b u r s tp r o f i l es y n t a x 2 6 表7 1 测试系统配置5 6 i x 缩略词表 英文缩写 b e b r b s b w a c d m a c i d c p c r c d a m a d c d d s a d s c e r t p s f c h f f t f n f u s c h o l e m a c m s n l o s n r t p s o f d m o f d m a p m p p s 英文全称 缩略词表 b e s te f f o r t b a n d w i t hr e q u e s t b a s es t a t i o n b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c o n n e c t i o ni d c y c l i cp r e f i x c y c l i cr e d u n d a n c y c h e c k d e m a n da s s i g n e dm u l t i p l ea c c e s s d o w n l i n kc h a n n e ld e s c r i p t o r d y n a m i cs e r v i c ea d d i t i o n d y n a m i cs e r v i c ec h a n g e e x t e n d e d - r e a l t i m ep o l l i n gs e r v i c e f r a m ec o n t r o ih e a d e r f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m f r a m en u m b e r f u l iu s es u b c h a n n e i h a n do v e r i n f o r m a t i o ne l e m e n t m e d i aa c c e s sc o n t r o l m o b i l es t a t i o n n o n - l i n e - o f - s i g h t n o n - r e a l t i m ep o l l i n gs e r v i c e o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s p o i n tt om u l t i p o i n t p h y s i c a ls l o t x 中文释义 尽力投递 带宽请求 基站 宽带无线接入 码分多址 连接标识符 循环前缀 循环冗余校验 按需分配多址 下行链路描述符 动态服务添加 动态服务改变 扩展实时轮询业务 帧控制头 快速傅立叶变换 帧号 全部利用子信道 切换 信息元素 媒质接入控制 移动站 非视距 非实时轮询业务 正交频分复用 正交频分多址 点对多点 物理时隙 缩略词表 p u s c q o s r a r r m r t g r t p s s d u s f i d t d d t d m t d m a t 1 g u c d u g s p a r t i a iu s es u b c h a n n e l q u a l i t yo fs e r v i c e r e s o u r c ea l l o c a t i o n r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t r e c e i v e t r a n s m i tt r a n s i t i o ng a p r e a l t i m ep o l l i n gs e r v i c e s e r v i c ed a t au n i t s e r v i c ef l o wi d t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t r a n s m i t r e c e i v et r a n s i t i o ng a p u p l i n kc h a n n e ld e s c r i p t o r u n s o l i c i t e dg r a n ts e r v i c e x i 部分利用子信道 服务质量 资源分配 无线资源管理 接收发射转换l h j 隔 实时轮询业务 服务数据单元 业务流标识符 时分双工 时分复用 时分多址 发射接收转换间隔 上行链路描述符 主动授权业务 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：骤击 日期：御毋年6 月y 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：甄墨签名：塑警 导师签名：立盔2 日期：勺硒3 年6 月日 第一章绪论 1 1课题背景 第一章绪论 随着无线网络技术的不断发展，人们对无线网络的带宽及速率提出了更高的 要求。对于主干网来说，各种宽带组网技术日趋成熟和完善，为承载各种宽带业 务做好了准备。而由于复杂的无线物理环境给技术上造成的各种困难，使得位于 通信网络与用户之间的无线接入网技术发展相对滞后，“最后一公里 技术成为制 约无线通信发展的瓶颈。 在此形势下，b w a ( b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s ，宽带无线接入) 以其系统容 量大、覆盖范围广、系统规划简单、扩容方便、接入方式快捷灵活、网络终端更 便携等特点和优势，正广泛兴起，成为无线接入技术的主力军。 i e e e8 0 2 1 6 工作组于2 0 0 1 年1 2 月首次发布了i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 1 协议，对 1 0 6 6 g h z 固定无线城域网系统的空中接口物理层和m a c ( m e d i a a c c e s sc o n t r o l ， 媒质接入控制) 层进行了规范。由于使用的频段较高，仅能应用于视距范围内。 作为i e e e8 0 2 1 6 协议的补充，i e e e8 0 2 1 6 a 于2 0 0 3 年1 月发布。补充支持 游离和移动用户，把空中接口扩展到2 1 1 g h z 的低频段，系统成本更低，覆盖范 围更广，但只能支持慢速移动终端，速率较低。 i e e e8 0 2 1 6 - 2 0 0 4 1 标准于2 0 0 4 年发布。该标准规范了2 6 6 g h z 固定无线城 域网系统的空中接口物理层和m a c 层，整合前期规范，采用n l o s ( n o n - l i n e o f - s i g h t ，非视距传输) 以及o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，正交频分复用) 技术，在2 0 m h z 的信道范围内提供7 5 m b p s 的速 率。同时，i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 4 还增加了部分功能以支持用户的移动性。 i e e e8 0 2 1 6 e 2 作为i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 4 的增补于2 0 0 5 年发布。其规定的无线 城域网系统，工作在2 1 1 g h z 之间适宜于移动性的许可频段，在o f d m 之外还采 用了o f d m a ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，正交频分多址) 技 术，在5 m h z 的信道范围内提供1 5 m b p s 的速率。在提供高速数据业务的基础上， 引入用户端的车载移动性，提出支持小区和信道间高层切换的能力。因此，有观 点认为该技术是能和3 g 技术竞争的下一代宽带无线接入技术。 电子科技大学硕士学位论文 1 1 1i e e e8 0 2 16w i r e l e s s m a n o f d m a 物理层规范简介 w i r e l e s s m a n o f d m a 物理层实体规范基于o f d m 技术，为2 1 1 g h z 的n l o s 而设计。在i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 4 标准中，支持的f f t ( f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ，快速 傅立叶变换) 点数为2 0 4 8 ；而在i e e e8 0 2 1 6 e 中，根据使用的带宽，除了必须支 持2 0 4 8 点的f f t 外，还可选支持1 2 8 、5 1 2 、1 0 2 4 等多种f f t 点数。在许可证频 段，允许的带宽值是所用带宽除以任何2 的幂次倍得到的，并且不小于1 o m h z 。 1 1 1 1o f d m 符号描述 时间域上，一个o f d m 符号包含两个部分，有用符号时间瓦和c p ( c y c l i c p r e f i x ， 循环前缀) 时间t ，如图1 1 所示，符号时间互= 瓦+ t 。c p 是将有用 符号时间的最后乏长度的部分复制到符号前部形成的。由于c p 的引入，接收处进 行f f t 的样值可在扩展符号内随意选取，这样既消除了多径产生的符号干扰，又 降低了对符号同步的要求。当m s ( m o b i l es t a t i o n ，移动站) 初始测距时，m s 搜 寻所有c p 可能的值直到找出b s ( b a s es t a t i o n ，基站) 使用的c p 。m s 将使用和 下行链路一样的c p ，当b s 选定c p 后就不会改变，否则m s 将与b s 重新同步。 如 图1 - 1o f d m 符号时间域结构 频率域上，子载波可以分为数据子载波、导频子载波和空子载波，如图1 。2 所示。o f d m a 方式下，激活的子载波被分成子载波组，即子信道。子信道分配方 式可以采用p u s c ( p a r t i a lu s es u b c h a n n e l ，部分利用子信道) 和f u s c ( f u l lu s e s u b c h a n n e l ，全部利用子信道) 两种。 醢a b e h a m a dl 鱼l b d 盥n i d2d c 飘i b 豳& 内d 哪d3 图1 - 2o f d m a 符号频率域结构 2 第一章绪论 m i c r o m u s e 公司的n e t c o o l ，v i t a l s i g n ss o f t w a r e 公司的v i t a l s u i t e ，c o n c o r d c o m m u n i c a t i o n s 公司的n e t w o r kh e a l t hr e p o r t e r ，h e w l e t tp a c k a r d 公司的h p f i r e h u n t e r 等等。这些工具可以监视网络服务，将网络监测和网络监控一体化，主 要用于主动监测和管理i n t e r n e t 上的各种服务信息，为各种服务信息指定一套基于 性能的基线【3 】。 在网络拓扑发现的研究领域，出现了以下的成果： 互联网数据分析协会( c a i d a ) 以t r a c e r o u t e 为基础，综合b g p 表，开发 了s k i t t e r 系统，探测组成i n t e m e t 的网络节点之间的连接关系。 c o m e l l 大学开发的o c t o p u s 系统，综合s n m p 、t r a c e r o u t e 、启发式猜想等 拓扑发现方法，进行域内和骨干网的拓扑发现。 南加州大学工程学院信息科学研究所，设计了一个拓扑发现原型 m e r c a t o r ，利用t r a c e r o u t e 等工具提供的逐级回馈发现网络拓扑中的i p 地 址，构造网络拓扑 t 4 1 。 国外网络管理系统已经有很多并且也带有各自的拓扑发现功能，使用较多的 有h p 公司的o p e n v i e w ，c i s c o 公司的w o r k s ，i b m 公司的n e t v i e w ，c a b l e t r o n 公司的s p e c t r u m 。虽然国外的商用网管软件在功能和性能上都是很出众的，而且 大多数的软件也都推出了第三方的开发平台，但是主要的问题是价格的昂贵和二 次开发的限制【5 】。 w o r k s 2 0 0 0 c i s c ow o r k s 2 0 0 0 是一款用于管理c i s c o 设备的产品。c i s c o 专门开发了c i s c o d i s c o v e r yp r o t o c o l 协议用于c i s c o 产品的通信取得设备的信息，也可以用于拓扑发 现。由于采取了专有的协议，在异构网络环境中c i s c ow o r k s 2 0 0 0 就无法使用了。 o p e n v i e w h p 公司的o p e n v i e w n e t w o r k n o d em a n a g e r 它以直观的图形方式提供了深入 的网络视图。h p 的这个系统可以发现网络设备，并且提供网络实际状况的视图。 在初始化的时候提供一些支持s n m p 节点，使用s n m p 提供的信息构建网络拓扑， 利用i c m p 动态发现设备的存在性 6 1 。 t i v o l in e t v i e w i b m 的t i v o l in e t v i e w 采用的是c m i p ( c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n p r o t o c 0 1 ) 管理协议，只能用于s n a ( s y s t e m sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ) 架构的网络拓 扑发现。t i v o l in e t v i e w 是i b m 公司在h po p e n v i e w 的基础上发展起来的，加入 了大量的应用，特别是对s n a 网络的支持。 电子科技大学硕士学位论文 下行采用p u s c 排列时，时隙在子信道和符号上的映射如图1 4 所示。 o f d m as y m b o li n d e x k - 2k 1kk + lk + 2k + 3k + 4n 5k 十6k + 7k 8k + 9 k + 1 0k + l lk + 1 2 瓣0 jt n ? 鄹静t i 牛l 翦j ， s k t矗争li !j _ ， ， fl， tj ，jj 1r k _ i ， ，： ， ， l t ， | 。t 。 ，e 1一 ，0 一一 s l o t l 矗+ 1 1 l 1r 1r - ， l、盛l 囊rp 例f 、1 一7 一 溉h a n n e l m m b e r 图l _ 4 下行p u s c 方式数据映射 上行链路： 第一步：给b u r s t ( 突发) 分配o f d m a 时隙： ( 1 ) 将数据分解成块，以适合一个o f d m a 时隙。 ( 2 ) 每个时隙在频率域上占一个或多个子信道，在时间域上占一个或多个 o f d m a 符号。时隙的映射保证编号最低的时隙占用编号最低的o f d m a 符号中编号最低的子信道。 ( 3 ) 按o f d m a 符号索引递增的方向继续映射。当映射到了上行数据区的边缘 时，继续从下一个可用子信道的编号最低的符号开始映射。 第二步：映射上行链路分配区域的o f d m a 时隙： ( 1 ) 映射时隙并保证编号最低的时隙占用编号最低的o f d m a 符号中编号最低 的子信道。 ( 2 ) 按子信道索引递增方向继续映射。当映射到了最后一个子信道，继续从下 4 o，23456789蛰2345 第章绪论 一个属于上行链路分配区域的o f d m a 符号的编号最低的子信道开始映 射。 上行采用p u s c 排列时，时隙在子信道和符号上的映射如图1 5 所示。 一 u p t i n kz e i f x d m a 吝v m b o ln u m b e r - 蠢- 2露一l蠢船l 鼢2 肛3k + 4 触5k + 6 抖7h s 量+ 9 鼢l o 触1 1 胁1 2 娜 ，ll + 1l 蜘瞒f h + 22 ， s 雕佃1， ，_ ， ， ， ， 1r ， ， ， ， ， 1r 1r 譬 娃曩+ l孵、 、 、 、 、 、 、ll 吩t 囊ra f ，l n l l o s u b c h a n n e l m l m b e r 图1 - 5 上行p u s c 方式数据映射 1 1 1 4帧结构 i e e e8 0 2 1 6 的o f d m a 帧在免许可证频段，采用t d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x ， 时分双工) 方式。t d d 方式下，每一帧由前导码、下行数据传输子帧和上行数据 传输子帧组成。在上下行子帧转换之间有t t g ( t r a n s m i t r e c e i v et r a n s i t i o ng a p ， 发送接收转换间隔) 和r t g ( r e c e i v e t r a n s m i t t r a n s i t i o n g a p ，接收发送转换间隔) 。 o f d m a 帧的分布是一个频率域和时间域的二维结构，如图1 - 6 所示： 5 o，23456789坶n屹埒m巧 电子科技大学硕士学位论文 隘 ，黛 牙 脱b t a a t 躬 一葛 鞋j 葛3 壹善 盟b u l m t 辨 ，7 妻爹 誊。 耋 阻b u r s t 孵 塞 0 d l 嘲救现i r a r s t 瓣 yj i，i j ：五j 1 + 1 7tk + 2 0 lk + 2 31k + 2 6 弛嘲s u b d m m m l 仉l r a r a t j | f l u l l r a m t 襻1 r 一 阻嘲移 图卜6o f d m at d d 帧结构 下行子信道分配可采用p u s c 和f u s c 两种方式。帧前导码占用下行第一个 符号的所有子信道。随后是f c h ( f r a m ec o n t r o lh e a d e r ，帧控制头) ，包含d lf r a m e p r e f i x ( 下行帧前缀) ，其中描述了d lf r a m ep r e f i x 之后的d lm a p ( 下行映射) 消息的长度以及重复编码。f c h 和d lm a p 在p u s c 区域中发送。在时间域的 o f d m a 符号边界，以及一个符号内的子信道上，调制和编码方式可以改变。 上行子帧包括测距子信道和突发子信道。测距子信道的组成由u lm a p 消息 指定，用于m s 进行初始周期测距和带宽请求。不同的子信道的调制方式可以不 同。 1 1 2i e e e8 0 2 1 6m a c 层规范简介 i e e e8 0 2 1 6 的m a c 层支持p m p ( p o i n tt om u l t i p o i n t ，点对多点) 和m e s h ( 网状网) 两种网络拓扑结构，现通常使用p m p 结构的m a c 层规范。p m p 网络 结构即一个b s 服务多个m s ，b s 集中控制上下行链路的资源，在不同m s 间进行 协调。下行方向，b s 以t d m ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x ，时分复用) 方式将消息发 送给服务范围内的m s ；上行方向，m s 根据b s 的调度信息，以t d m a ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，时分多址) 方式共享上行链路。 i e e e8 0 2 1 6 系列标准其空中接口由物理层和m a c 层组成，如图1 7 所示： 6 h苫昱辨蕃罨善一巷曩辱嚣器谤 第一章绪论 。翰赫碡赫a 黼。： i l r “ ：i 一一一 (镐s a p) i i f i | m a n a g e m e n te n t i t y i s 州f 潲p e c l f l 嚣 一 c 麓 f t 悖暑亭奠e e 辜擘b ! 搴掣 i 稻， s e r v i c e - s p e c i f i c c o n v e r g e n c es u b l a y e r s ( 1 a cs a p) l ll 堇lm a cc o l ! l n l l o r lp a r ts u b l a y e r l l ( m a c c p s ) l -m a n a g e m e n te n t i t y l i l| m a cc o m m o np a r ts u b l a y e r _ ll ls e c u r i t ys u b l a y e r l 卜一一一一一一一一一一一一一一1 l i _ s e c u a t ys u b l a y e r i r (phys a p ) l f l l ll 妻： p h y s i c a lla y e r ll l 妒哪 i l m a n a g e m e n te n t i t y t l ! -phy 崎 l ll m a n a g e m e n tp l a n e ：d a t a j c o n t r o lp l a n e： 图1 7i e e e8 0 2 1 6 协议结构 i e e e8 0 2 1 6 的m a c 层提供了一套带宽请求、设置q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ， 服务质量) 参数、把数据汇集到相应的汇聚子层的机制。它的功能独立于具体的 物理层规范，由上到下依次分为3 个子层： 特定业务会聚子层( s e r v i c es p e c i f i cc o n v e r g e n c es u b l a y e r ) 提供与高层的接口， 把高层业务映射到m a c 层，提供了由汇聚子层接入点接收数据并转换成能被m a c 公共子层接收的s d u ( s e r v i c ed a t au n i t ，服务数据单元) 的功能，确认外部s d u 类型并把它们汇聚到所对应的m a c 层s f i d ( s e r v i c ef l o wi d e n t i t y ，业务流标识 符) 和c i d ( c o n n e c t i o ni d e n t i t y ，连接标识符) 上，从而实现q o s 。m a c 公共部 分子层( c o m m o np a r ts u b l a y e r ) 是m a c 层的关键部分，负责执行系统接入、带 宽分配、连接建立、连接维护等核心功能。私密子层( s e c u r i t ys u b l a y e r ) 提供加 密、鉴权、密钥交换等与安全有关的功能。 i e e e8 0 2 1 6m a c 层是面向连接的，传输连接是m s 与b s 之间负责传输用户 数据的单向通道，每条传输连接都由一个c i d 表示。m a c 接口的数据被映射到不 同的业务流上，每个业务流由一个s f i d 来表示。它是一个双向的数据流，并且提 供一个特定的q o s 业务等级。m s 和b s 通过对每条业务流定义相应的q o s 参数 7 电子科技大学硕士学位论文 组来规定业务流的q o s 等级。每个被激活的业务流会被分配一个传输连接c i d ， 即与一个c i d 相对应。除了s f i d 和c i d ，一个业务流还要包含一些q o s 参数集， 在参数集中定义的资源主要是带宽、对延迟的控制能力等。 1 1 2 2 调度服务 为了能支持多媒体业务，结合使用单播、组播和广播3 种轮询方式以支持不 同的q o s ，i e e e8 0 2 1 6 2 0 0 4 定义了4 种调度业务类型，i e e e8 0 2 1 6 e 中增加为5 种，并对每种业务类型的带宽请求方式进行了规定： ( 1 ) u g s ( u n s o l i c i t e dg r a n ts e r v i c e ，主动授权业务) u g s 用于传输固定速率实时数据业务，例如t 1 e 1 以及没有静默压缩的v o i p 等。b s 周期地以强制方式进行调度，不接受来自m s 的请求，同时禁止使用捎带 请求。b s 基于业务流的最大连续业务速率周期性地提供固定大小的授权，这样避 免了带宽请求引入的开销和时延以满足实时业务的时延和时延抖动的要求。m s 可 以通过m a ch e a d e l 中的p m ( p o l l m e ) 比特的设置为同一m s 下的其他非u g s 业务流请求单播机会。如果需要改变某个授权周期内的授权数目，m s 必须启动 d s c ( d y n a m i cs e r v i c ec h a n g e ，动态服务改变) 过程。 ( 2 ) n p s ( r e a l t i m ep o l l i n gs e r v i c e ，实时轮询业务) r t p s 用于支持可变速率实时业务，是为满足动态变化的