Технология WiMax (стр. 8 из 12)

Кадр Mesh-сети делится на управляющий субкадр и субкадр данных (рис. 3.16). Длина управляющего субкадра – переменная величина, задаваемая БС. Управляющий

Пример Mesh-сети Структура кадра Mesh-сети

Рис. 3.15 Рис. 3.16

субкадр представляет собой набор пакетов МАС-уровня с тем отличием, что сразу после общего заголовка МАС-пакета следует подзаголовок Mesh-сети. Управляющий субкадр, в зависимости от реализуемых функций, может быть двух типов – управления сетью[38] и управления очередностью доступа к каналам связи[39]. В субкадрах всегда используется модуляция QPSK со скоростью кодирования 1/2.

Субкадры управления включают интервалы для подключения к сети новых устройств[40] и следующие за ними сообщения «конфигурация сети». Сообщения типа «конфигурация сети» содержат всю необходимую информацию о составе сети. Они же реализуют процедуры управления. Эти сообщения генерирует каждый узел и транслирует по сети через свое соседское окружение. Среди передаваемой информации – списки соседей каждого узла, идентификационный номер БС и число ее соседей, номер логического канала для передачи графика доступа к каналам, удаленность узла (ранг соседства) от БС и т.д. Посредством таких сообщений с заданной периодичностью транслируется дескриптор сети – таблица, полностью описывающая текущие параметры сети. Среди них – длительность кадров, длина управляющего субкадра, число интервалов для сообщений децентрализованного распределения ресурсов, периодичность следования субпакетов распределения ресурсов, профили пакетов, тип кодирования, соответствие логических каналов физическим и т.п. Дескриптор сети передается от БС ее соседскому окружению, от него узлам со следующим рангом соседства и т.д. Периодичность передачи дескриптора сети нормирована.

«Сетевой вход» -- это интервал, в течение которого новый узел может послать сообщение (NENT) о своем намерении подключиться к сети[41]. Перед этим он должен принять сообщение о конфигурации сети, выбрать узел для подключения, синхронизироваться с ним и лишь затем отправлять запрос. В ответ узел либо откажет в доступе, либо назначит новому узлу сетевой идентификатор, канал и временной интервал для проведения процедур аутентификации.

Распределение канальных ресурсов в Mesh-сети может быть централизованным и децентрализованным (распределенным). В свою очередь децентрализованное распределение бывает координированным с БС и не координированным.

Децентрализованное распределение ресурсов подразумевает, что распределение происходит в пределах одной группы соседей (т.е. между станциями, способными непосредственно связываться друг с другом). При координированном децентрализованном распределении узлы обмениваются между собой специальными сообщениями управления распределением (DSCH[42]). Координированность заключается в том, что период выдачи таких сообщений каждой станцией определен и известен ее соседям. Координированные DSCH-сообщения передаются в субкадрах управления очередностью доступа в оговоренных в сетевом дескрипторе интервалах. Некоординированные DSCH-сообщения передаются в субкадре данных.

DSCH-сообщения – это запросы на получение канального ресурса и ответные сообщения с предоставлением (подтверждением) свободного ресурса (временного интервала в субкадре данных). Ресурс предоставляется соседом под конкретное соединение.

Централизованное распределение ресурсов подразумевает древовидную топологию сети с БС в вершине. Оно реализовано посредством двух типов сообщений – централизованного конфигурирования CSCF и централизованного планирования CSCH. Эти управляющие сообщения размещаются в начале субкадра управления графиком доступа. Используя сообщения централизованного планирования CSCH, каждый узел определяет потребность в трафике своих дочерних узлов (т.е. трафик от (к) БС проходит через данный узел) и сообщает свою потребность вышестоящему узлу – вплоть до БС. Проанализировав потребность, БС рассылает сообщение CSCH, информируя каждый узел о выделенной ему полосе пропускания (в бит/с) в восходящем и нисходящем направлениях. Исходя из этих данных, каждый узел уже сам запрашивает (или назначает) расположение пакетов в субкадре данных у (для) своих соседских узлов посредством сообщений децентрализованного планирования DSCH.

Сообщения централизованного конфигурирования CSCF формируются БС и транслируются по сети для информирования всех ее узлов о текущем состоянии. CSCF включает такую информацию, как число доступных логических каналов и их перечень, перечень узлов в сети с указанием числа дочерних узлов для каждого из них, а также профили восходящих/нисходящих пакетов для каждого дочернего узла.

3.5Стандарт IEEE 802.16e-2005

Стандарт IEEE 802.16e был утвержден в конце 2005 года и, по сути, является набором исправлений существующего стандарта 802.16-2004 с дополнением «Физический и канальный уровни для совместной мобильной и фиксированной работы в лицензируемых диапазонах». Именно эти дополнения (из-за которых стандарт IEEE 802.16e называют «мобильный WiMAX») и открывают путь стандарту 802.16 в мир мобильных приложений. В результате этого он становится конкурентом технологий сотовой связи третьего и последующих поколений, равно как и других перспективных технологий беспроводного доступа.

Понятие «мобильность» относят к двум категориям абонентов – к так называемым номадическим («кочующим») и к собственно подвижным. Номадические абоненты могут перемещаться в пределах действия сети, но в момент сеансов связи они локализованы (находятся в зоне одного и того же сегмента базовой станции) – например, пользователи ноутбуков, которые могут включить их дома, в офисе, на скамейке в парке и т.п. Подвижные абоненты должны иметь доступ к сети непосредственно в процессе движения (тот же пользователь с ноутбуком в движущемся автомобиле). Если для номадических абонентов важна быстрая регистрация в любой точке сети (в идеале – сети любого провайдера), то обеспечить подлинную подвижность гораздо сложнее. Прежде всего, необходимы процедуры передачи абонента от одной БС к другой (или между различными сегментами одной БС) так, чтобы сам абонент этого не ощущал. Это – функции так называемой эстафетной передачи (хэндовер).

Кроме того, мобильность абонентов диктует совершенно иные требования к управлению ресурсами сети и к возможности их оперативного перераспределения. Ужесточаются и требования к вторичному использованию частотного ресурса сети. Именно поэтому в новой редакции стандарта значительное внимание уделено возможности пропорционального уменьшения частотной полосы канала, а также технологиям многоканальных антенных систем (MIMO). Для мобильных устройств очень важно снизить энергопотребление, чему способствуют специальные режимы и процедуры нового стандарта.

Помимо собственно мобильности, особое внимание IEEE 802.16e уделяет проблемам качества предоставляемых услуг (QoS). Ведь IEEE 802.16 рассматривается как стандарт предоставления услуг операторского класса, в том числе – и для мобильных абонентов. Поэтому вопрос QoS для этой технологии играет первостепенную роль.

Кроме того, мобильность автоматически подразумевает усложнение сетевой архитектуры. Если при фиксированном доступе АС общается с единственной назначенной ей БС, то мобильная станция (МС) должна знать свое окружение, общаться одновременно с несколькими БС, переключаться с одной на другую и т.п. Эти требования обусловили появление в стандарте IEEE 802.16e понятий «сервисной БС» и «соседней БС». Сервисная БС для определенной МС – это базовая станция, на которой МС последний раз выполнила процедуру регистрации, при начальном вхождении в сеть и при хэндовере. С сервисной БС абонентская станция работает в обычном режиме. Соседняя БС – это базовая станция, отличная от сервисной, трансляцию с которой (нисходящий поток) способна принять МС.

На канальном уровне нововведения и изменения связаны с QoS. Понятие «соединение»[43] заменено на «транспортное соединение». Сервисный поток[44] (со всеми его свойствами) определяется не для всей сети, а только для обмена между конкретной парой БС-АС. Особо отмечено, что каждому сервисному потоку с идентификатором SFID ставится в соответствие единственное транспортное соединение с уникальным идентификатором CID.

Поскольку мобильность предполагает миграцию абонента между различными сетями, вводится понятие «глобальный сервисный класс». От существовавшего понятия сервисного класса[45] его отличает то, что имя глобального сервисного остается единым и постоянным для всех БС, и никакая отдельная БС не может его изменить. Таким образом, глобальный сервисный класс – это инструмент управления QoS в рамках глобальной сети и/или объединения нескольких сетей. Имя глобального сервисного класса представляет собой набор из восьми параметров (плюс один резервный) длиной 32 бита (см. таблицу 4).

Помимо сервисных классов новый стандарт вводит понятие типов служб доставки данных. В отличие от сервисных классов, тип службы доставки не подразумевает присвоения параметрам соединения каких-либо значений, а лишь обозначает список нормируемых для каждой службы параметров. Названия служб ассоциируются с типом планирования запросов на предоставление ресурсов, более того, у восходящих соединений их названия совпадают. Всего предусмотрено пять типов служб доставки: