基于IEEE802．16e的頭壓縮的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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IEEE802．16標(biāo)準(zhǔn)(又稱WiMAX)是一項(xiàng)無線城域網(wǎng)(WMAN)技術(shù)，是具有高傳輸帶寬和多類型業(yè)務(wù)支持能力的新一代寬帶無線接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802．16標(biāo)準(zhǔn)可分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其中IEEE 802．16e屬于移動寬帶無線接入空中標(biāo)準(zhǔn)。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(wù)，而在有限帶寬的條件下保證話音業(yè)務(wù)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(jī)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(fù)責(zé)完成外部網(wǎng)絡(luò)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(wù)數(shù)據(jù)單元(MS―DU)映射到MAC層對等實(shí)體之間一條特殊的傳輸連接上，并在這條連接上進(jìn)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(wù)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(shí)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(shí)體解壓縮后將恢復(fù)原PDU的過程，如圖1所示。在實(shí)際應(yīng)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(wù)時(shí)，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(shí)體，BS(基站)是接收實(shí)體：在下行鏈路中，BS是發(fā)送實(shí)體，SS是接收實(shí)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(shí)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(shí)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(yīng)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(yàn)標(biāo)志，PayloadHeader Suppressed Valid)：數(shù)據(jù)頭壓縮前，根據(jù)PHSV的值，選擇校驗(yàn)或不校驗(yàn)。校驗(yàn)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(yīng)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(shí)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(jīng)分類器匹配到對應(yīng)的上行服務(wù)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(biāo)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(dāng)MPDU從空口被BS接收后，BS MAC根據(jù)MPDU的MAC頭解析出其對應(yīng)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(fù)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(yàn)通過，PHSF中的字節(jié)等于原始頭字段中的字節(jié)：如果校驗(yàn)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(jié)語
詳細(xì)研究分析了IEEE802．16e協(xié)議中的頭壓縮機(jī)制，根據(jù)協(xié)議設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種適合寬帶無線通信系統(tǒng)多業(yè)務(wù)用戶的頭壓縮算法。經(jīng)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(shí)現(xiàn)，同時(shí)遵循IEEE 802．16d一2004標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802．16e一2005
標(biāo)準(zhǔn)；WIMAX論壇制定的系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議一致性測試標(biāo)準(zhǔn)。
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