基于IEEE802．16e的頭壓縮的設計與實(shí)現
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IEEE802．16標準(又稱(chēng)WiMAX)是一項無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)(WMAN)技術(shù)，是具有高傳輸帶寬和多類(lèi)型業(yè)務(wù)支持能力的新一代寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)標準。IEEE 802．16標準可分為固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準和移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中接口標準，其中IEEE 802．16e屬于移動(dòng)寬帶無(wú)線(xiàn)接入空中標準。WiMax可向用戶(hù)提供具有QoS性能的數據、視頻、話(huà)音(VoIP)業(yè)務(wù)，而在有限帶寬的條件下保證話(huà)音業(yè)務(wù)的QoS需要，就成為一個(gè)具有挑戰性的問(wèn)題。
2 IEEE802．16e協(xié)議中的頭壓縮機制
IEEE 802．16e MAC分為3個(gè)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(wǎng)絡(luò )數據與CPS子層數據之間的映射。
CS定義分類(lèi)的概念：將一個(gè)MAC層業(yè)務(wù)數據單元(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(guò)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(lèi)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)體解壓縮后將恢復原PDU的過(guò)程，如圖1所示。在實(shí)際應用中，可選用或不用頭壓縮功能。比如在無(wú)線(xiàn)鏈路上開(kāi)展IP電話(huà)業(yè)務(wù)時(shí)，由于IP數據中包頭的開(kāi)銷(xiāo)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(gè)MSDU都包括一個(gè)PHSI前綴。
3 頭壓縮算法實(shí)現
3．1 頭壓縮規則中的基本參數
頭壓縮規則包含5個(gè)參數：PHSF，PHSV，PHSM，PHSI，PHSS。①PHSF(頭壓縮區域，Payloarl Hearler suppressedField)：頭壓縮區域字節的格式與IP首部字節的格式相同，解壓縮時(shí)會(huì )根據PHSF中的字節將數據包首部還原。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則，并添加到這條連接上。②PHSV(頭壓縮校驗標志，PayloadHeader Suppressed Valid)：數據頭壓縮前，根據PHSV的值，選擇校驗或不校驗。校驗即檢查PHSF中需要壓縮的字節與數據頭字段中需要壓縮的字節是否相同。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(gè)字節是否壓縮。不需要傳送的字節(即可壓縮掉的)一般都是數據包間保持靜態(tài)不變的部分(如：IP地址)，而需要傳送到對端的字節一般是數據包之間不相同的部分(如：IP包的總長(cháng)度)。④PHSI (頭壓縮索引，Payload Header Suppressed Index)：每個(gè)被壓縮后的數據包頭都會(huì )有一個(gè)PHSI前綴，這個(gè)前綴對應唯一的頭壓縮規則，而全部PHSI的值必須由：BS指定。⑤PHSS (頭壓縮區域長(cháng)度，Payload Header Suppressed Size)：PHSS用于表示PHSF總的字節數，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(guò)程
頭壓縮過(guò)程包括上行發(fā)送、接收和下行發(fā)送、接收。這二者過(guò)程基本相似，區別在于上行發(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(guò)程，圖2為其實(shí)現過(guò)程具體的函數流程。
(1)上行發(fā)送端(MS)一個(gè)上層的數據包傳送到CS層，數據包經(jīng)分類(lèi)器匹配到對應的上行服務(wù)流，CID和頭壓縮規則。頭壓縮規則包含：PHSF，PHSI，PHSM，PHSS，PHSV。如果PHSV置位或未表示，MS將數據包頭字段中需壓縮的字節與PHSF中由PHSM標識需壓縮的字節相比較。若二者匹配，MS根據PHSM壓縮PHSF中的字節。最后，MS在PDU加上一個(gè)PHSI前綴后封裝到MSDU，MSDU通過(guò)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CID和PHSI的值查找PHSF，PHSM，PHSS。根據查找到的這些值，BS重組數據包，然后按正常的流程處理恢復后的數據包。重組后的數據包包含PHSF中的字節。如果校驗通過(guò)，PHSF中的字節等于原始頭字段中的字節：如果校驗未通過(guò)，就不能保證PHSF中的字節匹配原始頭字段中的字節。
4 結語(yǔ)
詳細研究分析了IEEE802．16e協(xié)議中的頭壓縮機制，根據協(xié)議設計并實(shí)現了一種適合寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統多業(yè)務(wù)用戶(hù)的頭壓縮算法。經(jīng)過(guò)一致性測試，提出的算法在IEEE 802．16d／e BS／SS／MS MAC軟件系統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，同時(shí)遵循IEEE 802．16d一2004標準、IEEE 802．16e一2005
標準；WIMAX論壇制定的系統配置標準、協(xié)議一致性測試標準。
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