WiMAX详解－第4部分

MAC层概述

WiMAX MAC层的主要任务是提供更高传输层和物理层之间的一个接口。MAC层从上一层获取信息包 － 这些信息包称为MAC服务数据单元(MSDU)，并将之组成MAC协议数据单元(MPDU)以便在空中传输。对于接收到的数据包，MAC层则对之进行相反的处理。在IEEE 802.16-2004和IEEE 802.16e-2005标准中，MAC层的设计包含了一个会聚子层，该子层可以对接各种更高层协议，例如ATM、TDM Voice、以太网、IP和任何未来的未知协议。由于IP和以太网在业界的优势，WiMAX论坛决定当前只支持IP和以太网。除了能提供到达和来自更高层的映射，这个会聚子层还支持MSDU报头压缩，以降低更高层在每个信息包上的开销。

WiMAX MAC的设计是从零开始的，目的是为了支持极高的峰值数据率，并提供可媲美ATM和DOCSIS的服务质量。它采用了一个可变长度的MPDU，具有丰富的灵活性以实现高效传输。比如，多个长度相同或不同的MPDU可能会被集合到同一次突发中，以节省PHY开销。同样地，多个来自相同更高层服务的MSDU也可能会被连结到同一个MPDU中，以节省MAC报头开销。与之相反，较大的MSDU可能会被分割成多个小的MPDU，并通过多个帧发送出去。

图2展示了各种MAC PDU(信息包数据单元)帧的示例。每个MAC帧前面都加了一个一般MAC报头(GMH)，该报头包含了一个连接标识符(CID)、帧长度和位数，用来限定CRC和子报头的出现，并限定有效载荷是否加密，如果是，那么密钥是哪个。MAC有效载荷可以是一条传输信息，也可以是管理信息。除了MSDU，传输有效载荷还可能包含了带宽请求或重发请求。传输载荷的种类是由子报头确认的。子报头的例子有信息封包子报头和片段子报头等。WiMAX MAC还支持ARQ － ARQ可用来请求重传未分割的MSDU和已分割MSDU片段。最大的帧长度是2047字节，在GMH中用11位来表示。

图2：各种MAC PUD示例

信道存取机制

在WiMAX中，基站的MAC层全权负责向所有用户分配上行链路和下行链路带宽。移动站(MS)唯一能够控制带宽分配的时候，就是当它和基站有多次通信或连接的时候。此时，基站将(BS)带宽整体分配给移动站(MS)，并由移动站(MS)将带宽再分配给各路连接。其它所有在下行链路和上行链路的调度都是由BS来进行的。在下行链路上，BS可以根据输入通信量的需求给每个MS分配带宽，而不会牵涉到MS。而对于上行链路，带宽分配则必须依据MS的请求来进行。

WiMAX标准允许MS通过多种方法来请求并获得上行链路带宽。根据特殊QoS及与服务相关的通信量参数的不同，MS可以采用一种或多种这样的方法。BS定期给每个MS分配专用或共享资源，MS则可以用之来请求带宽。这个过程称为轮询。轮询可以单独完成(单播)，也可以分组进行(多播)。多播轮询是当没有足够的带宽用于对每个MS单独轮询的时候所进行的。当多播轮询完成后，所分配的用于发出带宽请求的时隙是一个共享时隙，供每个被轮询的MS使用。

WiMAX规定了一种竞争式存取和解决方法，用于在有不止一个MS试图使用共享时隙的情况下。如果它已经有一个发送数据量的分配，那么MS就不必被轮询，而是可以通过以下三种方式来请求更多带宽：1)发出一个独立的带宽请求MPDU；2)利用测距信道发出一个带宽请求；3)将一个带宽请求随一般MAC信息包一起发送。