WiMAX MAC層基礎(chǔ)知識：WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

WiMAX MAC 層或 IEEE 802.16 MAC 是整個 WiMAX 軟件堆棧中的基本元素。這些元素使 WiMAX 能夠作為一個有效的無線寬帶系統(tǒng)運(yùn)行。

WiMAX MAC 層是用于 WiMAX 系統(tǒng)的 MAC 的一種形式。

WiMAX MAC 層基礎(chǔ)知識

MAC 層或媒體訪問控制數(shù)據(jù)通信協(xié)議子層也可以稱為介質(zhì)訪問控制層。

MAC 層是數(shù)據(jù)鏈路層的子層。這在標(biāo)準(zhǔn)的七層 OSI 模型中定義為第 2 層。MAC 層提供尋址和信道訪問控制機(jī)制，使多個終端或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠在多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（通常是局域網(wǎng) （LAN） 或城域網(wǎng) （MAN））內(nèi)進(jìn)行通信。

WiMAX MAC 經(jīng)過設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)無線應(yīng)用，WiMAX MAC 層在物理層和堆棧內(nèi)的更高應(yīng)用層之間提供接口。

WiMAX MAC 層必須滿足以下幾個要求：

點(diǎn)對多點(diǎn)：WiMAX的主要要求之一是基站必須能夠與許多不同的外圍用戶（固定用戶或移動用戶）進(jìn)行通信。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，IEEE 802.16、WiMAX MAC層基于沖突檢測多址接入和沖突避免，CSMA/CA提供點(diǎn)對多點(diǎn)、PMP功能。

以連接為導(dǎo)向：??

支持所有條件下的通信：WiMAX MAC 層必須能夠支持大量用戶以及高數(shù)據(jù)速率。由于流量是面向分組數(shù)據(jù)的，因此它必須能夠支持連續(xù)和“突發(fā)”流量。大多數(shù)數(shù)據(jù)流量本質(zhì)上是“突發(fā)”的，具有短時間的高數(shù)據(jù)速率，然后在短時間內(nèi)保持休眠狀態(tài)。

高效使用頻譜：WiMAX MAC 必須能夠支持能夠非常有效地使用頻譜的方法。

多種 QoS 選項(xiàng)：為了支持從語音數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)沖浪等不同形式的流量，需要各種不同類別和形式的QoS支持。對 QoS 的支持是 WiMAX MAC 層的基本組成部分。WiMAX MAC 利用了 DOCSIS 電纜調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)中嵌入的一些概念。

多個 WiMAX/IEEE 802.16 物理層：對于不同的變體，WiMAX MAC 層必須能夠?yàn)椴煌?PHY 提供支持。

WiMAX MAC 層操作

WiMAX MAC 層主要是物理層和整個堆棧中的上層之間的適配層。

WiMAX MAC 層的主要任務(wù)之一是在各層之間傳輸數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸 - 從上層接收MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元MSDU。然后，它將它們聚合并封裝到 MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 MPDU 中，然后將它們傳遞到物理層 PHY 進(jìn)行傳輸。

接收數(shù)據(jù) — WiMAX MAC 層從物理層獲取 MPDU。它將它們解封并重組為 MSDU，然后將它們傳遞給上層協(xié)議。

對于不同的格式：IEEE 802.16-2004 和 IEEE 802.16e-2005，WiMAX MAC 設(shè)計(jì)包括一個收斂子層。這用于與各種更高層的協(xié)議連接，例如 ATM、以太網(wǎng)、IP、TDM 語音和其他未來可能出現(xiàn)的協(xié)議。

WiMAX 定義了服務(wù)流的概念，并具有隨附的服務(wù)流標(biāo)識符 SFID。業(yè)務(wù)流是具有一組特定 QoS 參數(shù)的數(shù)據(jù)包的單向流，標(biāo)識符用于標(biāo)識流以啟用操作。

WiMAX 協(xié)議棧

在WiMAX MAC本身和上層之間有一個附加層。這稱為收斂子層。對于上層協(xié)議層，收斂子層充當(dāng) WiMAX MAC 的接口。目前，收斂子層僅支持 IP 和以太網(wǎng)，但可以通過封裝數(shù)據(jù)來支持其他協(xié)議。

WiMAX MAC 層為不同的用戶提供了靈活的容量分配?？梢允褂脕碜圆煌髁康牟煌笮〉?MPDU，這些 MPDU 可以包含在一個數(shù)據(jù)突發(fā)中，然后再移交給 PHY 層進(jìn)行傳輸。此外，可以將多個小 MSDU 聚合為一個較大的 MPDU。相反，一個大的MSDU可以分割成多個小的MSDU，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。這種靈活性大大提高了整體效率。

WiMAX MAC 連接標(biāo)識符

在通過 WiMAX 鏈路傳輸任何數(shù)據(jù)之前，用戶設(shè)備或移動站和基站必須在兩個站的 WiMAX MAC 層之間建立連接。為此，將生成一個稱為連接標(biāo)識符 CID 的標(biāo)識符，并將其分配給每個上行鏈路/下行鏈路連接。CID 充當(dāng)通過 WiMAX 鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的中間地址。

WiMAX MAC 層內(nèi)還使用了另一個標(biāo)識符。這稱為服務(wù)流標(biāo)識符 SFID，由基站分配給單向數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流量。值得注意的是，基站W(wǎng)iMAX MAC層還處理SFID到CID的映射，以提供所需的服務(wù)質(zhì)量。

WiMAX MAC 層還包含許多其他功能，包括電源管理技術(shù)和安全功能。

WiMAX MAC層的開發(fā)是為了提供點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)所需的功能，并提供無線寬帶。WiMAX MAC 層還能夠?yàn)檎谑褂玫牟煌L(fēng)格的 WiMAX 所需的不同物理層提供支持。

WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在空中接口之后定義系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)完整的端到端網(wǎng)絡(luò)。

為了使用來自不同供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備元件，有必要定義所有 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)通用的 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。通過這種方式，可以獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)以及能夠在所有條件下可靠運(yùn)行的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)。

基本的 WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)沒有定義端到端連接的 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)。然而，對標(biāo)準(zhǔn) WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的需求已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，WiMAX 論壇網(wǎng)絡(luò)工作組已經(jīng)制定了定義 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)在使用的標(biāo)準(zhǔn)可從 WiMAX 論壇獲得，作為 WiMAX 論壇網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，文檔：WMF - T32-002-R010v04，日期為 2009 年 2 月 3 日。

WiMAX網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要實(shí)體

WiMAX形式支持的WiMAX架構(gòu)是支持固定、游牧和移動操作的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基于全 IP 模型。

WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括三個主要元素或區(qū)域。

遠(yuǎn)程或移動站：這些是用戶設(shè)備，可以是移動的或固定的，可以位于用戶的場所內(nèi)。

接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，ASN ：這是在邊緣形成無線接入網(wǎng)絡(luò)的 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，它由一個或多個基站和一個或多個 ASN 網(wǎng)關(guān)組成。

連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，CSN：WiMAX 網(wǎng)絡(luò)的這一部分提供 IP 連接和所有 IP 核心網(wǎng)絡(luò)功能。在蜂窩術(shù)語中，它可以稱為核心網(wǎng)絡(luò)。

WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型

WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

整個 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)由許多不同的實(shí)體組成，這些實(shí)體構(gòu)成了上述不同的主要領(lǐng)域。這些實(shí)體包括以下實(shí)體

用戶站，SS / 移動站，MS ：用戶站 SS 通?？煞Q為客戶端設(shè)備 CPE。這些有多種形式，可以稱為“室內(nèi) CPE”或“室外 CPE”——術(shù)語是不言自明的。室外CPE的優(yōu)點(diǎn)是，由于天線的位置更好，它提供了更好的性能，而室內(nèi)CPE可以由用戶安裝。也可以使用移動站。這些通常以筆記本電腦的加密狗等形式出現(xiàn)。

基站，BS：基站是 WiMAX 網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分。它負(fù)責(zé)為用戶和移動站提供空中接口。它在微移動管理功能方面提供了附加功能，例如切換觸發(fā)和隧道建立、無線電資源管理、QoS 策略實(shí)施、流量分類、DHCP（動態(tài)主機(jī)控制協(xié)議）代理、密鑰管理、會話管理和組播組管理。

ASN 網(wǎng)關(guān)，ASN-GW：WiMAX 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的 ASN 網(wǎng)關(guān)通常充當(dāng)整個 ASN 中的第 2 層流量聚合點(diǎn)。

ASN-GW 還可以提供附加功能，包括：ASN 內(nèi)部位置管理和尋呼、無線電資源管理和準(zhǔn)入控制、用戶配置文件和加密密鑰的緩存。ASN-GW 還可能包括 AAA 客戶端功能（見下文）、建立和管理帶有基站的移動隧道、QoS 和策略實(shí)施、移動 IP 的外地代理功能以及路由到選定的 CSN。

家庭代理，HA：WiMAX 網(wǎng)絡(luò)中的家鄉(xiāng)代理位于 CSN 內(nèi)。由于移動 IP 是 WiMAX 技術(shù)中的關(guān)鍵要素，家鄉(xiāng)代理與“外國代理”（如 ASN 網(wǎng)關(guān)）協(xié)同工作，以提供高效的端到端移動 IP 解決方案。家鄉(xiāng)代理充當(dāng)訂戶的錨點(diǎn)，提供具有 QOS 功能的安全漫游。

身份驗(yàn)證、授權(quán)和記帳服務(wù)器，AAA：與任何需要訂閱服務(wù)的通信或無線系統(tǒng)一樣，使用身份驗(yàn)證、授權(quán)和記帳服務(wù)器。這包含在 CSN 中。

審核編輯：黃飛