WiMAX MAC层基础知识：WiMAX网络体系结构

WiMAX MAC 层或 IEEE 802.16 MAC 是整个 WiMAX 软件堆栈中的基本元素。这些元素使 WiMAX 能够作为一个有效的无线宽带系统运行。

WiMAX MAC 层是用于 WiMAX 系统的 MAC 的一种形式。

WiMAX MAC 层基础知识

MAC 层或媒体访问控制数据通信协议子层也可以称为介质访问控制层。

MAC 层是数据链路层的子层。这在标准的七层 OSI 模型中定义为第 2 层。MAC 层提供寻址和信道访问控制机制，使多个终端或网络节点能够在多点网络（通常是局域网 （LAN） 或城域网 （MAN））内进行通信。

WiMAX MAC 经过设计和优化，可实现点对多点无线应用，WiMAX MAC 层在物理层和堆栈内的更高应用层之间提供接口。

WiMAX MAC 层必须满足以下几个要求：

点对多点：WiMAX的主要要求之一是基站必须能够与许多不同的外围用户（固定用户或移动用户）进行通信。为了实现这一点，IEEE 802.16、WiMAX MAC层基于冲突检测多址接入和冲突避免，CSMA/CA提供点对多点、PMP功能。

以连接为导向：  

支持所有条件下的通信：WiMAX MAC 层必须能够支持大量用户以及高数据速率。由于流量是面向分组数据的，因此它必须能够支持连续和“突发”流量。大多数数据流量本质上是“突发”的，具有短时间的高数据速率，然后在短时间内保持休眠状态。

高效使用频谱：WiMAX MAC 必须能够支持能够非常有效地使用频谱的方法。

多种 QoS 选项：为了支持从语音数据到互联网冲浪等不同形式的流量，需要各种不同类别和形式的QoS支持。对 QoS 的支持是 WiMAX MAC 层的基本组成部分。WiMAX MAC 利用了 DOCSIS 电缆调制解调器标准中嵌入的一些概念。

多个 WiMAX/IEEE 802.16 物理层：对于不同的变体，WiMAX MAC 层必须能够为不同的 PHY 提供支持。

WiMAX MAC 层操作

WiMAX MAC 层主要是物理层和整个堆栈中的上层之间的适配层。

WiMAX MAC 层的主要任务之一是在各层之间传输数据。

数据传输 - 从上层接收MAC服务数据单元MSDU。然后，它将它们聚合并封装到 MAC 协议数据单元 MPDU 中，然后将它们传递到物理层 PHY 进行传输。

接收数据 — WiMAX MAC 层从物理层获取 MPDU。它将它们解封并重组为 MSDU，然后将它们传递给上层协议。

对于不同的格式：IEEE 802.16-2004 和 IEEE 802.16e-2005，WiMAX MAC 设计包括一个收敛子层。这用于与各种更高层的协议连接，例如 ATM、以太网、IP、TDM 语音和其他未来可能出现的协议。

WiMAX 定义了服务流的概念，并具有随附的服务流标识符 SFID。业务流是具有一组特定 QoS 参数的数据包的单向流，标识符用于标识流以启用操作。

WiMAX 协议栈

在WiMAX MAC本身和上层之间有一个附加层。这称为收敛子层。对于上层协议层，收敛子层充当 WiMAX MAC 的接口。目前，收敛子层仅支持 IP 和以太网，但可以通过封装数据来支持其他协议。

WiMAX MAC 层为不同的用户提供了灵活的容量分配。可以使用来自不同流量的不同大小的 MPDU，这些 MPDU 可以包含在一个数据突发中，然后再移交给 PHY 层进行传输。此外，可以将多个小 MSDU 聚合为一个较大的 MPDU。相反，一个大的MSDU可以分割成多个小的MSDU，以进一步提高系统性能。这种灵活性大大提高了整体效率。

WiMAX MAC 连接标识符

在通过 WiMAX 链路传输任何数据之前，用户设备或移动站和基站必须在两个站的 WiMAX MAC 层之间建立连接。为此，将生成一个称为连接标识符 CID 的标识符，并将其分配给每个上行链路/下行链路连接。CID 充当通过 WiMAX 链路传输的数据包的中间地址。

WiMAX MAC 层内还使用了另一个标识符。这称为服务流标识符 SFID，由基站分配给单向数据包数据流量。值得注意的是，基站WiMAX MAC层还处理SFID到CID的映射，以提供所需的服务质量。

WiMAX MAC 层还包含许多其他功能，包括电源管理技术和安全功能。

WiMAX MAC层的开发是为了提供点对多点系统所需的功能，并提供无线宽带。WiMAX MAC 层还能够为正在使用的不同风格的 WiMAX 所需的不同物理层提供支持。

WiMAX 网络体系结构在空中接口之后定义系统，以实现完整的端到端网络。

为了使用来自不同供应商的网络设备元件，有必要定义所有 WiMAX 网络通用的 WiMAX 网络体系结构。通过这种方式，可以获得规模经济以及能够在所有条件下可靠运行的强大网络。

基本的 WiMAX 标准没有定义端到端连接的 WiMAX 网络。然而，对标准 WiMAX 网络体系结构的需求已经实现，WiMAX 论坛网络工作组已经制定了定义 WiMAX 网络体系结构的标准。

现在使用的标准可从 WiMAX 论坛获得，作为 WiMAX 论坛网络体系结构，文档：WMF - T32-002-R010v04，日期为 2009 年 2 月 3 日。

WiMAX网络架构主要实体

WiMAX形式支持的WiMAX架构是支持固定、游牧和移动操作的统一网络架构。WiMAX 网络体系结构基于全 IP 模型。

WiMAX 网络体系结构包括三个主要元素或区域。

远程或移动站：这些是用户设备，可以是移动的或固定的，可以位于用户的场所内。

接入服务网络，ASN ：这是在边缘形成无线接入网络的 WiMAX 网络区域，它由一个或多个基站和一个或多个 ASN 网关组成。

连接服务网络，CSN：WiMAX 网络的这一部分提供 IP 连接和所有 IP 核心网络功能。在蜂窝术语中，它可以称为核心网络。

WiMAX 网络体系结构参考模型

WiMAX 网络体系结构

整个 WiMAX 网络由许多不同的实体组成，这些实体构成了上述不同的主要领域。这些实体包括以下实体

用户站，SS / 移动站，MS ：用户站 SS 通常可称为客户端设备 CPE。这些有多种形式，可以称为“室内 CPE”或“室外 CPE”——术语是不言自明的。室外CPE的优点是，由于天线的位置更好，它提供了更好的性能，而室内CPE可以由用户安装。也可以使用移动站。这些通常以笔记本电脑的加密狗等形式出现。

基站，BS：基站是 WiMAX 网络的基本组成部分。它负责为用户和移动站提供空中接口。它在微移动管理功能方面提供了附加功能，例如切换触发和隧道建立、无线电资源管理、QoS 策略实施、流量分类、DHCP（动态主机控制协议）代理、密钥管理、会话管理和组播组管理。

ASN 网关，ASN-GW：WiMAX 网络体系结构中的 ASN 网关通常充当整个 ASN 中的第 2 层流量聚合点。

ASN-GW 还可以提供附加功能，包括：ASN 内部位置管理和寻呼、无线电资源管理和准入控制、用户配置文件和加密密钥的缓存。ASN-GW 还可能包括 AAA 客户端功能（见下文）、建立和管理带有基站的移动隧道、QoS 和策略实施、移动 IP 的外地代理功能以及路由到选定的 CSN。

家庭代理，HA：WiMAX 网络中的家乡代理位于 CSN 内。由于移动 IP 是 WiMAX 技术中的关键要素，家乡代理与“外国代理”（如 ASN 网关）协同工作，以提供高效的端到端移动 IP 解决方案。家乡代理充当订户的锚点，提供具有 QOS 功能的安全漫游。

身份验证、授权和记帐服务器，AAA：与任何需要订阅服务的通信或无线系统一样，使用身份验证、授权和记帐服务器。这包含在 CSN 中。

审核编辑：黄飞