2.5 Ieee 802.16 стандарттың арналық деңгейі

IEEE 802.16 стандарттың құрылғылары әртүрлі қосымшалар (сервистер) үшін транспорттық ортаны қалыптастыруға арналған, сондықтан IEEE 802.16 стандартта шешілетін бірінші тапсырма – жоғарғы деңгейдің алуан түрлі сервистерін қолдау механизмі. Стандарттың өндірушілері физикалық арнаның ерекшеліктерінен тәуелсіз барлығына бірдей арналық деңгейдің хаттамасын құруға ұмтылған. Ол мәліметтер таратудың қалалық желілерімен соңғы қолданушылар терминалдарының арасындағы байланысты жеңілдетеді – физикалық орталар WMAN-ң әр түрлі фрагменттерінде алуан түрлі болуы мүмкін, бірақ мәліметтердің құрылымы бірдей. Бір арнада соңғы қолданушылардың санынан көп жүздеген түрлі терминалдар жұмыс істеуі мүмкін (біруақытта емес). Осы қолданушыларға әр түрлі сервистер (қосымшалар) қажет – уақыттық бөлінуі бар дауыс және мәліметтер ағындары, IP протокол бойынша қосылулар, IP (VoIP) арқылы сөздің пакеттік таралуы және т.б. Одан гөрі әрбір жеке сервистің қызмет сапасы IEEE 802.16 желісі бойынша жұмыс кезінде өзгермеуі тиіс. Арналық деңгей қолжетімділіктің алгоритмі мен механизмі барлық осы тапсырмаларды сенімді шешу керек.

IEEE 802.16 құрылымдық арналық деңгей үш кіші деңгейлерге бөлінеді – CS сервистің түрленуінің кіші деңгейі, CPS негізгі кіші деңгей және PS қорғау кіші деңгейі. Қорғаныс кіші деңгейінде мәліметтердің криптографиялық қорғанысын және аутентификация механизмдерін қамтамасыз ететін функциялар жүзеге асады (толығырақ осы кіші деңгей кейін қарастырылады). Сервистің түрлену кіші деңгейінде IEEE 802.16 желісі арқылы тарату үшін жоғары деңгей хаттамаларының мәліметтер ағынының трансформациясы жүреді. Жоғары деңгей қосымшаларының әрбір типі үшін стандарт өз түрлену механизмін қарастырады, бірақ әзірше сипатталған және IEEE 802.16 спецификациясына енген тек екеуі – ATM режиміндегі жұмыс үшін және пакеттік тарату үшін. Пакеттік тарату деп IP-ді қоса, хаттамалардың кең теруін түсінеміз. CS-кіші деңгейдің жұмыс мақсаты – олардың спецификациясын ескере жоғары деңгейдің әрбір қосымшасының тарататын мәліметтер ағынының тиімділігі болып табылады. Сондықтан, берілген деңгейде шешілетін басты тапсырма – пакеттердің/ұяшықтардың классификациясы. Оның нәтижесінен тарататын ағындардың оптимизациясы және олардың әрбіреуіне өткізгіш жолағының бөлінуі тәуелді болады.

Хабарланатын ағындардың тиімділігі үшін PHS бастамаларының қайталанатын фрагменттерін жоятын арнайы механизм қарастырылған. Шынында да, АТМ-де де, пакеттік режимде де мәліметтер сәйкес бөлек өлшемдермен – ұяшықтармен және пакеттермен беріледі. Әрбір осындай мәліметтер өлшемі жалпы жағдайда бастамадан және мәліметтер өрісінен тұрады – АТМ үшін орнатылған өлшемнен (5 және 48 байт сәйкес) және пакеттік тарату кезде жеткілікті. Көп жағдайда пакеттердің және ұяшықтардың бастамаларында IEEE 802.16 хаттамалары арқылы хабарлау кезінде артық болатын қайталанатын ақпарат бар. PHS механизмі артық ақпараттың таралуынан құтылуға көмектеседі: тарататын шетінде қосымшалардың пакеттері анықталған ережелермен сәйкес IEEE 802.16 каналдық деңгей мәліметтерінің құрылымына түрленеді, қабылдаушы шетте – қалпына келеді.

Арналық деңгейдің негізгі кіші деңгейінде физикалық деңгейге беріліп, байланыс арнасы арқылы хабарланатын мәліметтер пакеттері (MAC PDU) қалыптасады. MAC PDU (кейін PDU) пакеті бастама және мәліметтер өрісін қосады, одан кейін CRC бақылау соммасы болуы мүмкін (сурет 2.9). PDU бастамасы 6 байт орын алады, және екі түрлі болуы мүмкін – жалпы және өткізгіш жолағының сұраныс бастамасы. Жалпы бастама мәліметтер өрісі бар пакеттерде қолданылады. Жалпы бастамада CID байланыс идентификаторы, бастаманың түрі және бақылау соммасы, сондай-ақ мәліметтер өрісі бойынша ақпарат көрсетіледі (2.2 кестені қара).

Сұраныс бастамасы АС БС-тан бәсеңдейтін арнада оған өткізгіш жолағын бөлуді немесе кеңейтуді сұрағанда қолданылады. Мұнда бастамада CID және керекті жолақтың өлшемі көрсетіледі (байттарда, физикалық пакеттердің бастамаларын ескермей). Мәліметтер өрістері сұраныс жолақтарының бастамаларынан кейін болуы мүмкін емес.

Сурет 2.10 – IEEE 802.16 арналық деңгейдің пакеті

Кесте 2.2 – MAC PDU жалпы бастаманың құрылымы (үлкеннен кіші биттерге)

Өріс	ұзындығы, бит
Бастама типі = 0	1
Мәліметтер өрісінің шифрлену белгісі	1
Тақырыпша типі	6
қолданылмайды	1
CRC бар болуының белгісі	1
Шифрлену кілтінің индексі	2
қолданылмайды	1
Пакета ұзындығы, бастаманы қоса (байт)	11
CID байланыс идентификатор	16
Бастаманың қорытынды соммасы (берілетін полином g(D) = D8 + D2 + D + 1)	8

Мәліметтер өрісі арналық деңгейдің тақырыпшаларын, басқаратын хабарламаларды және CS-кіші деңгейінде түрленген жоғарғы деңгейлердің жеке мәліметтер қосымшаларын қосуы мүмкін. Стандартта каналдық деңгейдің үш түрлі тақырыпшалары сипатталған – орама, фрагменттелу және каналды арнап беру арқылы басқару. Ораманың тақырыпшасы қолданылады, егер бір PDU-ң мәліметтер өрісінде жоғарғы деңгейдің бірнеше пакеттері бар болса; фрагменттелу тақырыпшасы – егер, керісінше, жоғарғы деңгейдің бір пакеті бірнеше PDU-ға бөлінген болса. Арнаны беру арқылы басқару тақырыпшасы АС БС-қа өткізгіш жолағында өзінің қажеттіліктерінің өзгеруін хабарлау үшін арналған (байланысты анықтау үшін жоғарылайтын арнадағы байттардың саны, АС-ғы шығатын кезектің асыра толуы туралы хабарлама, қажет жолақты анықтау үшін БС жағынан үздіксіз сұраудың талабы

Басқаратын хабарламалар - IEEE 802.16 жүйесімен басқаратын негізгі механизм. Жалпы басқаратын хабарламалардың 256 типі резервіленген, олардың 30-ы IEEE 802.16 стандартында сипатталған. Пакеттердің профильдерінің сипаттамасы, қолжетімділікпен басқару, криптографиялық қорғаныстың механизмдері, жүйе жұмысының динамикалық өзгеруі және т.б. – барлығы басқару, қорғау және растау функциялары басқаратын хабарламалар арқылы жүзеге асады. Жоғарыда қарастырылған жоғарылайтын/бәсеңдейтін (UL-/DL-MAP) каналдардың карталары дәл солай басқаратын хабарламалар болып табылады. Басқаратын хабарламалардың форматы қарапайым – хабарлама типінің өрісі (1 байт) және мәліметтер өрісі (параметрлер).

2.5.1 IEEE 802.16-дағы байланыстарды басқару

IEEE 802.16 стандартындағы кілтті сәт – «сервистік ағын» түсінігі және онымен байланысты «байланыс» және «байланыс идентификаторы» (CID) түсініктері. IEEE 802.16 жүйесі - тек транспорттық жүйе болғандықтан, оның инфрақұрылымы жоғары деңгейлердің (сервистердің) әртүрлі қосымшалардың мәліметтер ағыны үшін коммуникациялық арналарды қалыптастырады – видеомәліметтерді тарату, АТМ-ағындар, IP-ағындар, E1 типті телефондық мультиплексирленген пакеттердің таратуы және т.б. Осындай қосымшалардың әр біреуі өзінің тарату жылдамдығына, сенімділікке (қызмет көрсету сапасына), криптоқорғауға және т.б.-ға талаптарына ие болады. Сәйкесінше, әрбір қосымшаның мәліметтерін осы спецификацияны ескере отырып транспорттық орта арқылы тарату керек. IEEE 802.16 стандартындағы сервистік ағын деп анықталған қосымшамен байланысты мәліметтер ағынын атайды. Бұл мәнмәтінде қосылу – бұл сервистік ағынды тарату үшін таратушы және қабылдаушы жақта арналық деңгейлерде логикалық байланысты орнату. Әрбір қосылымға оның типі мен сипаттамасымен байланысты 16 разрядты CID идентификаторы иемденеді. АС жағынан өткізгіш жолағының беруі/өзгертуі сұранысы бойынша базалық станция бірден қандай сервистік ағынмен жұмыс істейтінін және оған қандай тарату жағдайларын қамтамасыз ету керектігін түсінеді. Сөйтіп, желіде бастапқы инициализация кезінде әрбір АС-ке үш деңгейдің қызмет хабарламалары үшін үш CID тағайындалады. Принцип бойынша, бір АС түрлі CID-пен көп әртүрлі байланыс орнату мүмкін. Сипаттамалық үлгі – телекоммуникациялық түйіні бар ірі офистің байланысы IEEE 802.16 жүйесі арқылы ұйымдастырылған кезде. Осы жағдайда офистағы бір АС мүлдем әртүрлі қосымшаларды қолдай алады – телефония, теледидар, Интернетке және бөлінген корпоративтік желіге қолжетімділікті және т.б. Осы қосымшалардың әрбіреуі қанағаттандыруға қажетті QoS-ке және тарату жылдамдығына өзінің талаптарын қояды. CID арқылы базалық станция немен жұмыс істейтінін біледі де, қажетті ресурсты береді.

IEEE 802.16 идеологиясын түсінуде маңыздысы сұраныс бойынша каналға (DAMA) қолжетімділікті беру принципі болып табылады. Бірде бір АС оған БС таратуға рұқсат бермегенше – яғни жоғарылайтын каналда уақыттық интервалды бөліп, UL-MAP картасында оның орналасуын көрсетпегенше ештеңе тарата алмайды. Абоненттік станция арнада жолақтың анықталған өлшемін және оған берілген ресурстың өзгертулері туралы сұрай алады.

IEEE 802.16 стандарты қолжетімділікті берудің екі режимін қарастырады – әрбір жеке қосылу үшін (GPC) және анықталған АС-ң барлық қосылулары үшін (GPSS). GPSS режимі 10-66 ГГц диапазондағы барлық құрылғылар үшін міндетті. Бірінші механизм үлкен майысқақтықты қамтамасыз ететіні айқын, бірақ екіншісі қызмет хабарламалардың көлемін айтарлықтай кішірейтеді және аппаратурадан кіші өнімділікті талап етеді.

Сұраныстар БС үшін спорадикалық және жоспарланған болуы мүмкін. Бірінші жағдайда сұраныстар олар үшін арнайы бөлінген жоғарылайтын каналдың интервалында бәсекелестік негізде таралатын сұраныс тақырыптамасынан тұратын пакеттер арқылы жүзеге асады. Жоғарылайтын арнада жолақтын жоспарлы сұраныс процедурасы аталады – БС АС-ті олардың қажеттіліктері туралы сұрайды. Іс жүзінде базалық станция нақты АС-ке жолақты беру/өзгерту туралы сұранысты тарату үшін интервалды береді, яғни ешқандай бәсекелестік жоқ.

Сұрау «шынайы уақытта» болуы мүмкін – АС-ке сұраныс үшін интервалдар қолжетімділік жағдайының өзгеруі бойынша қажеттілік туа алатын периодпен беріледі (мысалы, әрбір кадрда). Осы режим мәліметтер пакеттері орнатылған периодпен жүріп, бірақ олардың өлшемі тұрақсыз (мысалы, видео, MPEG) болған кездегі қосымшалар үшін қолайлы. Сүраудың басқа нұсқасы – «шынайы уақыттан» тыс. Осы жағдайда БС АС-ға сұраныс үшін интервалды период бойынша береді, бірақ осы период айтарлықтай көп – мысалы, 1 с. Осы механизм тиімді болатын сипаттамалық қосымша, - FTP хаттамасы.

Пакеттердің периодтылығы және өлшемі орнатылған (мысалы, телефонияда E1 шинасы) қосымшалар үшін (UGS) талап етусіз арнаға қолжетімділік механизмі қарастырылған. Осы жағдайда БС орнатылған периодпен мәліметтер ағынының жылдамдығына сәйкес орнатылған өлшемді интервалдар мәліметтерді тарату үшін АС-ны береді. Егер жұмыс істеу барысында АС-ға қолжетімділік жағдайларын өзгерту қажеттілігі туса, ол оны арнаны беру арқылы басқаратын арнайы МАС-тақырыпша арқылы жасайды. Осы тақырыпшада арнайы «мені сұра» дейтін жолақша бар, оны орнату арқылы АС БС-дан жаңа жолақ сұранысы үшін интервал сұрайды. Айтылған тақырыпшада АС таратқыштың шығу буферінің толып кету индикациясының арнайы биті бар, ол мәліметтердің жойылуына әкеледі. БС осы сигналдың пайда болуына көңіл аударуы мүмкін, мысалы, берілген АС үшін жолақты үлкейтіп.