基于IEEE802．16e的頭壓縮的設計與實現(xiàn)

時間：2009-08-26 12:04:02

關鍵字： IEEE802 BSP MAC 數(shù)據(jù)包

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[導讀]介紹了IEEE802．16e協(xié)議中MAC CS子層的頭壓縮機制，并結合MAC CS子層的特點，提出了一種IEEE 802．16e協(xié)議棧開發(fā)中MAC CS子層頭壓縮模塊的實現(xiàn)方案。通過對已有頭壓縮算法的研究分析，并結合IEEE802．16e協(xié)議的特性提出了一種適合寬帶無線通信系統(tǒng)的頭壓縮算法。

1 引言
IEEE802．16標準(又稱WiMAX)是一項無線城域網(WMAN)技術，是具有高傳輸帶寬和多類型業(yè)務支持能力的新一代寬帶無線接入技術標準。IEEE 802．16標準可分為固定寬帶無線接入空中接口標準和移動寬帶無線接入空中接口標準，其中IEEE 802．16e屬于移動寬帶無線接入空中標準。WiMax可向用戶提供具有QoS性能的數(shù)據(jù)、視頻、話音(VoIP)業(yè)務，而在有限帶寬的條件下保證話音業(yè)務的QoS需要，就成為一個具有挑戰(zhàn)性的問題。

2 IEEE802．16e協(xié)議中的頭壓縮機制
IEEE 802．16e MAC分為3個子層：匯聚子層CS(Conver—gence Sublayer)、MAC公共子層CPS(MAC Common Part Sub—laver)和安全子層SS(Security Sublayer)。匯聚子層主要負責完成外部網絡數(shù)據(jù)與CPS子層數(shù)據(jù)之間的映射。
CS定義分類的概念：將一個MAC層業(yè)務數(shù)據(jù)單元(MS—DU)映射到MAC層對等實體之間一條特殊的傳輸連接上，并在這條連接上進行發(fā)送的過程。由于MSDU映射到的這條傳輸連接是與一定的服務流特性聯(lián)系在一起，這就保證了MSDU能在特定的QoS下傳輸。此外，CS子層定義分類器頭壓縮(PHS)功能。頭壓縮就是由發(fā)送實體將上層PDU頭部中的冗余部分壓縮后封裝在MSDU中，并由接收實體解壓縮后將恢復原PDU的過程，如圖1所示。在實際應用中，可選用或不用頭壓縮功能。比如在無線鏈路上開展IP電話業(yè)務時，由于IP數(shù)據(jù)中包頭的開銷太大，為了提高帶寬的利用率，就必須使用頭壓縮功能。

在上行鏈路中，MS(終端)是發(fā)送實體，BS(基站)是接收實體：在下行鏈路中，BS是發(fā)送實體，SS是接收實體。如果PHS已定義并映射到某條連接(CID)上，那么每個MSDU都包括一個PHSI前綴。

3 頭壓縮算法實現(xiàn)
3．1 頭壓縮規(guī)則中的基本參數(shù)
    頭壓縮規(guī)則包含5個參數(shù)：PHSF，PHSV，PHSM，PHSI，PHSS。①PHSF(頭壓縮區(qū)域，Payloarl Hearler suppressedField)：頭壓縮區(qū)域字節(jié)的格式與IP首部字節(jié)的格式相同，解壓縮時會根據(jù)PHSF中的字節(jié)將數(shù)據(jù)包首部還原。與連接(CID)對應的PHSF的值是不能修改的，如果要修改此值，必須將舊的頭壓縮從連接中刪除，然后重新定義新的頭壓縮規(guī)則，并添加到這條連接上。②PHSV(頭壓縮校驗標志，PayloadHeader Suppressed Valid)：數(shù)據(jù)頭壓縮前，根據(jù)PHSV的值，選擇校驗或不校驗。校驗即檢查PHSF中需要壓縮的字節(jié)與數(shù)據(jù)頭字段中需要壓縮的字節(jié)是否相同。③PHSM(頭壓縮掩碼，Pavload Header Suppressed Mask)：頭壓縮掩碼決定頭字符串中的每個字節(jié)是否壓縮。不需要傳送的字節(jié)(即可壓縮掉的)一般都是數(shù)據(jù)包間保持靜態(tài)不變的部分(如：IP地址)，而需要傳送到對端的字節(jié)一般是數(shù)據(jù)包之間不相同的部分(如：IP包的總長度)。④PHSI (頭壓縮索引，Payload Header Suppressed Index)：每個被壓縮后的數(shù)據(jù)包頭都會有一個PHSI前綴，這個前綴對應唯一的頭壓縮規(guī)則，而全部PHSI的值必須由：BS指定。⑤PHSS (頭壓縮區(qū)域長度，Payload Header Suppressed Size)：PHSS用于表示PHSF總的字節(jié)數(shù)，PHSS是隨PHSF改變而改變，PHSS和PHSF的值可由BS或SS指定。
3．2 頭壓縮的操作過程
    頭壓縮過程包括上行發(fā)送、接收和下行發(fā)送、接收。這二者過程基本相似，區(qū)別在于上行發(fā)送端MS的PHSI由BS指定，而下行發(fā)送端BS的PHSI由BS自己指定。下面主要描述上行發(fā)送端、接收端的壓縮和解壓縮過程，圖2為其實現(xiàn)過程具體的函數(shù)流程。
    (1)上行發(fā)送端(MS)一個上層的數(shù)據(jù)包傳送到CS層，數(shù)據(jù)包經分類器匹配到對應的上行服務流，CID和頭壓縮規(guī)則。頭壓縮規(guī)則包含：PHSF，PHSI，PHSM，PHSS，PHSV。如果PHSV置位或未表示，MS將數(shù)據(jù)包頭字段中需壓縮的字節(jié)與PHSF中由PHSM標識需壓縮的字節(jié)相比較。若二者匹配，MS根據(jù)PHSM壓縮PHSF中的字節(jié)。最后，MS在PDU加上一個PHSI前綴后封裝到MSDU，MSDU通過MAC SAP接口傳送到上行鏈路。
    (2)上行接收端(BS) 當MPDU從空口被BS接收后，BS MAC根據(jù)MPDU的MAC頭解析出其對應的CID，然后在這條CID上將MPDU發(fā)送到MAC SAP接口。CS層根據(jù)CID和PHSI的值查找PHSF，PHSM，PHSS。根據(jù)查找到的這些值，BS重組數(shù)據(jù)包，然后按正常的流程處理恢復后的數(shù)據(jù)包。重組后的數(shù)據(jù)包包含PHSF中的字節(jié)。如果校驗通過，PHSF中的字節(jié)等于原始頭字段中的字節(jié)：如果校驗未通過，就不能保證PHSF中的字節(jié)匹配原始頭字段中的字節(jié)。

4 結語
詳細研究分析了IEEE802．16e協(xié)議中的頭壓縮機制，根據(jù)協(xié)議設計并實現(xiàn)了一種適合寬帶無線通信系統(tǒng)多業(yè)務用戶的頭壓縮算法。經過一致性測試，提出的算法在IEEE 802．16d／e BS／SS／MS MAC軟件系統(tǒng)中能夠很好完成這些功能。并已在英國PicoChip公司的HDP硬件平臺和配套PHY上實現(xiàn)，同時遵循IEEE 802．16d一2004標準、IEEE 802．16e一2005
標準；WIMAX論壇制定的系統(tǒng)配置標準、協(xié)議一致性測試標準。