1. Краткие характеристики стандарта 802.16

Пропускная способность до 135 Мбит/с при полосе несущей 28 МГц.

Модуляция OFDM - 64-QAM

Доступ к среде адаптивный, динамический

Управление сетью централизованное

Таблица 1. Краткие характеристики семейства стандартов 802.16

Название стандарта	802.16	802.16a	802.16e
Дата принятия	декабрь 2001	январь 2003	середина 2004
Частотный диапазон	10-66 ГГц	2-11 ГГц	2-6 ГГц
Быстродействие	32-135 Мбит/с для 28МГц-канала	до 75 Мбит/с для 28МГц-канала	до 15 Мбит/с для 5МГц-канала
Модуляция	QPSK, 16QAM, 64QAM	OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM	OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM
Ширина канала	20, 25 и 28 МГц	Регулируемая 1,5-20МГц	Регулируемая 1,5-20МГц
Радиус действия	2-5 км	7-10 км макс. радиус 50 км	2-5 км
Условия работы	Прямая видимость	Работа на отражениях	Работа на отражениях

Стандарт 802.16е предназначен для мобильных систем. Безопасность в сети обеспечивается на уровне протокола 3-DES.

Подуровень конвергенции (CS) размещается поверх уровня МАС. Этот подуровень выполняет следующие функции:

• воспринимает данные от вышерасположенного уровня

• осуществляет классификацию этих данных

• выполняет (если требуется) обработку данных на основе этой классификации

• транспортирует блоки данных уровня конвергенции соответствующему сервису МАС

• получает блоки данных от уровня конвергенции партнеров.

В настоящее время имеются спецификации подуровня конвергенции для асинхронного режима (АТМ) и пакетного субуровня конвергенции. Уровень конвергенции АТМ обеспечивает логический интерфейс, между услугами АТМ и сервисами МАС-уровня. Этот уровень осуществляет классификацию и, если требуется, процедуру PHS (подавление заголовков). При АТМ соединении, которое однозначно идентифицирует пару значений VPI (Virtual Path Identifier) и VCI (Virtual Channel Identifier), является либо виртуальным проходом (VP), либо виртуальным каналом (VC). Классификатором является набор критериев, используемых для каждой ячейки, попадающих на субуровень конвергенции АТМ. В этот набор входит VPI и VCI, а также ссылка на CID (Connection ID). Если ячейка АТМ соответствует этим критериям, она доставляется сервису МАС для пересылки по месту назначения.

C одним и тем же CID может работать несколько сессий высокого уровня. Например, несколько пользователей могут взаимодействовать через TCP/IP с несколькими различными сетевыми объектами. Следует при этом помнить, что IP-адреса инкапсулируются в поле данных транспортных пакетов.

Каждый узел имеет свой 48-битовый МАС-адрес (IEEE Std. 802-2001), который однозначно определяет поставщика оборудования и сам узел (как и в Ethernet). Этот адрес используется в процессе регистрации, чтобы установить соединение для SS. Он также применяется в процессе аутентификации, когда BS и SS идентифицируют друг друга. В процессе инициализации SS устанавливаются три управляющих соединения для каждого направления между SS и BS.

В процессе авторизации в сети узел-кандидат получает 16-битовый идентификатор (Node ID), который используется в дальнейшем во всех операциях. Этот идентификатор используется в сеточном подзаголовке, который следует за общим заголовком кадра. Для обмена с соседями служит 8-битовый идентификатор канала (Link ID). Любой узел присваивает такой идентификатор каждому из осуществляемых соединений и передает его как часть CID (Connection ID - 16 бит) в общем заголовке уникастного сообщения. CID присваиваются посредством сообщений RNG-RSP и REG-RSP. Все это дает возможность реализовать три различных QoS между SS и BS. 16 бит CID позволяют осуществить до 64К соединений для нисходящего и восходящего каналов.

Классификация пакетов SS и BS содержит несколько классификаторов. Каждый классификатор включает в себя поле приоритета, которое определяет порядок просмотра классификаторов. Если найден классификатор, все параметры которого соответствую пакету, последний будет переадресован в направлении места назначения.

Сеть, в которой используется общая среда, необходим эффективный механизм обеспечения доступа к радио эфиру.

Нисходящий канал от базовой станции (BS) до пользователя работает по схеме точка-мультиточка. При этом используется многосекционная антенна, позволяющая осуществлять связь с несколькими клиентами одновременно. В этом режиме BS выполняет простую функцию ретранслятора. В ее задачи при заданной частоте может входить только распределение времени между восходящим и нисходящим каналами. Существует пять различных механизмов диспетчеризации восходящего канала.

Для управления соединениями предусматривается несколько типов примитивов, предназначенных для формирования соединения, его модификации, закрытия и управления передачей данных. Среди этих примитивов содержатся запросы/отклики услуги, подтверждения и индикации.

В качестве примера рассмотрим примитив запроса формирования соединения (набор параметров запроса).

MAC_CREATE_CONNECTION.request ( тип диспетчеризации сервиса, подуровень конвергенции, параметры сервиса потока, индикатор подавления заголовка блока данных, индикатор длины, индикатор шифрования, индикатор управления упаковкой, индикатор фиксированной или переменной длины SDU (Service Data Unite) Длина SDU, запрос CRC, параметры ARQ (Automatic Repeat Request), порядковый номер )

В противоположном направлении станция пользователя совместно использует восходящий канал к BS на основе запросов. В зависимости от используемого класса услуг SS может быть предоставлена возможность непрерывной передачи или право передачи получается BS после получения запроса от пользователя. Блок данных МАС-кадра содержит заголовок и опционные поля данных и CRC. Формат МАС блока данных (PDU) представлен на рис. 2.

Рис. 2. Формат МАС-заголовка (бит 0 является старшим)

В случае НТ=1 (тип заголовка) место полей Rsv, CI, EKS, Rsv и LEN занимает поле BR.

Таблица 2. Описания полей МАС-заголовка

Имя поля	Длина в битах	Описание
CI	1	Индикатор CRC 1= CRC добавляется к полю данных 0= CRC отсутствует
CID	16	Идентификатор соединения
EC	1	Управление шифрованием 0= поле данных не зашифровано 1= данные зашифрованы
EKS	2	Последовательность ключей шифрования Индекс ключа шифрования трафика и вектор инициализации для шифрования поля данных. Поле имеет смысл при EC=1
HCS	8	8-битовая контрольная сумма заголовка. Образующий полином: g(D)=D8+D2+D+1.
HT	1	Тип заголовка. Будет установлен равным нулю.
LEN	11	Длина в байтах поля данных и МАС-заголовка
Тип	6	Поле указывает на тип поля данных, включающего подзаголовки

Значения поля тип для нисходящего канала представлены в таблице ниже

Таблица 3. Значения поля тип для нисходящего канала

Тип	Описание
0х00	Подзаголовков нет
0х01	Зарезервировано
0х02	Подзаголовок упакован
0х03	Зарезервировано
0х04	Имеется подзаголовок фрагментации
0х05-0х3F	Зарезервировано

Значения поля тип для восходящего канала представлены в таблице ниже

Таблица 4. Значения поля тип для восходящего канала

Тип	Описание
0х00	Подзаголовков нет
0х01	Имеется подзаголовок Grant Management (основное управление)
0х02	Имеется подзаголовок упаковки
0х03	Присутствуют подзаголовки Grant Management и упаковки
0х04	Имеются подзаголовки фрагментации и Grant Management
0х05-0х3F	Зарезервировано

Блок данных (PDU) запроса полосы содержит заголовок запроса полосы пропускания и лишен поля данных. Формат заголовка показан на рис. 3. Запрос полосы имеет следующие свойства:

Запрос полосы имеет следующие свойства:

• Длина заголовка всегда имеет 6 байт

• Поле ЕС устанавливается равным нулю (отсутствие шифрования)

• CID указывает на поток, для которого запрашивается полоса восходящего канала (uplink).

• Поле запроса полосы BR определяет запрашиваемых байт.

• Допустимыми типами для запросов полосы являются 000000 для инкрементации и 000001 для агрегатирования.

Рис. 3. Формат заголовка запроса полосы

Поля заголовка запроса полосы определены в таблице. Каждый заголовок кодируются, начиная с полей НТ и ЕС. Кодирование этих полей устроено так, что первый байт МАС-заголовка никогда не должен содержать кода 0xFX.

Таблица 5. Поля заголовка запроса полосы

Имя поля	Длина в битах	Описание
BR	16	Запрос полосы Число байтов запрашиваемой SS полосы восходящего канала. Запрос относится к данному CID.
CID	16	Идентификатор соединения
EC	1	Всегда равно нулю
HCS	8	8-битовая контрольная сумма заголовка. Образующий полином: g(D)=D8+D2+D+1.
HT	1	HT = 1.
Тип	6	Поле указывает на тип заголовка запроса полосы

Могут присутствовать три типа подзаголовков МАС (фрагментации и управления). Если подзаголовки фрагментации и управления присутствуют одновременно, то подзаголовок управления помещается первым. Подзаголовки упаковки и фрагментации несовместимы.

Структура подзаголовка фрагментации (FSH) представлена в таблице 6.

Таблица 6. Структура подзаголовка фрагментации (FSH)

Синтаксис	Размер	Описание
Подзаголовок фрагментации() {
FC	2 бита
FCN	3 бита
Зарезервировано для использования с CS	3 бита
}

Поля подзаголовка фрагментации описано в таблице 7.

Таблица 7. Поля подзаголовка фрагментации

Имя поля	Длина в битах	Описание
FC	2	Управление фрагментацией Индицирует состояние поля данных (PDU): 00 = фрагментации нет 01 = последний фрагмент 10 = первый фрагмент 11 = промежуточный фрагмент
FCN	3	Порядковый номер фрагмента Определяет порядковый номер текущего фрагмента SDU. Это поле увеличивается на 1 (по модулю 8) для каждого фрагмента, включая не фрагментированные SDU.

Подзаголовок управления GM (Grand Management) содержит два байта и используется SS, чтобы реализовать управление полосой, необходимой BS. Структура подзаголовка управления представлена в таблице 8.

Таблица 8. Структура подзаголовка управления

Синтаксис	Размер	Описание
Подзаголовок Grant Management () {
if(тип службы диспетчеризации = UGS) {
SI	1 бит
PM	1 бит
Зарезервировано	14 бит	Устанавливается равным 0
}
else {Комбинированный запрос}	16 бит
}

Описание полей подзаголовка управления представлено в табл. 9.

Таблица 9. Описание полей подзаголовка управления

Имя поля	Длина в битах	Описание
PBR	16	Комбинированный запрос Число байт, запрошенных SS для полосы восходящего канала. Запрос полосы относится к CID и не включает поля заголовка физического уровня.
PM	1	Регистрация (poll-me) 0 = никаких действий 1 = используется SS для запроса регистрации полосы.
CI	1	Индикатор смещения (slip) 0 = никаких действий 1 = используется SS для указания смещения возможностей восходящего канала по отношению к длине очереди в этом канале.

Когда используется упаковка, МАС разрешает упаковать несколько SDU в один блок MAC PDU. При упаковке нескольких MAC SDU различной длины, каждый из них снабжается своим подзаголовком упаковки. Формат подзаголовка упаковки описан в табл. 10.

Таблица 10. Формат подзаголовка упаковки

Синтаксис	Размер	Описание
Подзаголовок упаковки () {
FC	2 бита
FSN	3 бита
Длина	11 бит
}

Описание полей подзаголовка управления представлено в табл.11.

Таблица 11. Описание полей подзаголовка управления

Имя поля	Длина в битах	Описание
FC	2	Управление фрагментацией Указывает состояние фрагментации поля данных: 00 = без фрагментации 01 = последний фрагмент 10 = первый фрагмент 11 = промежуточный фрагмент
FSN	3	Порядковый номер фрагмента Определяет номер фрагмента SDU. Это поле увеличивается на 1 (по модулю 8) для каждого фрагмента.
Длина	11	Длина в байтах MAC SDU или SDU фрагмента, включая двухбайтовый подзаголовок упаковки.