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基于IEEE802．16e的头压缩的设计与实现

时间：2009-08-26 12:04:02

关键字： IEEE802 BSP MAC 数据包

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[导读]介绍了IEEE802．16e协议中MAC CS子层的头压缩机制，并结合MAC CS子层的特点，提出了一种IEEE 802．16e协议栈开发中MAC CS子层头压缩模块的实现方案。通过对已有头压缩算法的研究分析，并结合IEEE802．16e协议的特性提出了一种适合宽带无线通信系统的头压缩算法。

1 引言
IEEE802．16标准(又称WiMAX)是一项无线城域网(WMAN)技术，是具有高传输带宽和多类型业务支持能力的新一代宽带无线接入技术标准。IEEE 802．16标准可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中IEEE 802．16e属于移动宽带无线接入空中标准。WiMax可向用户提供具有QoS性能的数据、视频、话音(VoIP)业务，而在有限带宽的条件下保证话音业务的QoS需要，就成为一个具有挑战性的问题。

2 IEEE802．16e协议中的头压缩机制
IEEE 802．16e MAC分为3个子层：汇聚子层CS(Conver—gence Sublayer)、MAC公共子层CPS(MAC Common Part Sub—laver)和安全子层SS(Security Sublayer)。汇聚子层主要负责完成外部网络数据与CPS子层数据之间的映射。
CS定义分类的概念：将一个MAC层业务数据单元(MS—DU)映射到MAC层对等实体之间一条特殊的传输连接上，并在这条连接上进行发送的过程。由于MSDU映射到的这条传输连接是与一定的服务流特性联系在一起，这就保证了MSDU能在特定的QoS下传输。此外，CS子层定义分类器头压缩(PHS)功能。头压缩就是由发送实体将上层PDU头部中的冗余部分压缩后封装在MSDU中，并由接收实体解压缩后将恢复原PDU的过程，如图1所示。在实际应用中，可选用或不用头压缩功能。比如在无线链路上开展IP电话业务时，由于IP数据中包头的开销太大，为了提高带宽的利用率，就必须使用头压缩功能。

在上行链路中，MS(终端)是发送实体，BS(基站)是接收实体：在下行链路中，BS是发送实体，SS是接收实体。如果PHS已定义并映射到某条连接(CID)上，那么每个MSDU都包括一个PHSI前缀。

3 头压缩算法实现
3．1 头压缩规则中的基本参数
    头压缩规则包含5个参数：PHSF，PHSV，PHSM，PHSI，PHSS。①PHSF(头压缩区域，Payloarl Hearler suppressedField)：头压缩区域字节的格式与IP首部字节的格式相同，解压缩时会根据PHSF中的字节将数据包首部还原。与连接(CID)对应的PHSF的值是不能修改的，如果要修改此值，必须将旧的头压缩从连接中删除，然后重新定义新的头压缩规则，并添加到这条连接上。②PHSV(头压缩校验标志，PayloadHeader Suppressed Valid)：数据头压缩前，根据PHSV的值，选择校验或不校验。校验即检查PHSF中需要压缩的字节与数据头字段中需要压缩的字节是否相同。③PHSM(头压缩掩码，Pavload Header Suppressed Mask)：头压缩掩码决定头字符串中的每个字节是否压缩。不需要传送的字节(即可压缩掉的)一般都是数据包间保持静态不变的部分(如：IP地址)，而需要传送到对端的字节一般是数据包之间不相同的部分(如：IP包的总长度)。④PHSI (头压缩索引，Payload Header Suppressed Index)：每个被压缩后的数据包头都会有一个PHSI前缀，这个前缀对应唯一的头压缩规则，而全部PHSI的值必须由：BS指定。⑤PHSS (头压缩区域长度，Payload Header Suppressed Size)：PHSS用于表示PHSF总的字节数，PHSS是随PHSF改变而改变，PHSS和PHSF的值可由BS或SS指定。
3．2 头压缩的操作过程
    头压缩过程包括上行发送、接收和下行发送、接收。这二者过程基本相似，区别在于上行发送端MS的PHSI由BS指定，而下行发送端BS的PHSI由BS自己指定。下面主要描述上行发送端、接收端的压缩和解压缩过程，图2为其实现过程具体的函数流程。
    (1)上行发送端(MS)一个上层的数据包传送到CS层，数据包经分类器匹配到对应的上行服务流，CID和头压缩规则。头压缩规则包含：PHSF，PHSI，PHSM，PHSS，PHSV。如果PHSV置位或未表示，MS将数据包头字段中需压缩的字节与PHSF中由PHSM标识需压缩的字节相比较。若二者匹配，MS根据PHSM压缩PHSF中的字节。最后，MS在PDU加上一个PHSI前缀后封装到MSDU，MSDU通过MAC SAP接口传送到上行链路。
    (2)上行接收端(BS) 当MPDU从空口被BS接收后，BS MAC根据MPDU的MAC头解析出其对应的CID，然后在这条CID上将MPDU发送到MAC SAP接口。CS层根据CID和PHSI的值查找PHSF，PHSM，PHSS。根据查找到的这些值，BS重组数据包，然后按正常的流程处理恢复后的数据包。重组后的数据包包含PHSF中的字节。如果校验通过，PHSF中的字节等于原始头字段中的字节：如果校验未通过，就不能保证PHSF中的字节匹配原始头字段中的字节。

4 结语
详细研究分析了IEEE802．16e协议中的头压缩机制，根据协议设计并实现了一种适合宽带无线通信系统多业务用户的头压缩算法。经过一致性测试，提出的算法在IEEE 802．16d／e BS／SS／MS MAC软件系统中能够很好完成这些功能。并已在英国PicoChip公司的HDP硬件平台和配套PHY上实现，同时遵循IEEE 802．16d一2004标准、IEEE 802．16e一2005
标准；WIMAX论坛制定的系统配置标准、协议一致性测试标准。