基于IEEE802．16e的頭壓縮的設計與實現
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IEEE802．16標準(又稱WiMAX)是一項無線城域網(WMAN)技術，是具有高傳輸帶寬和多類型業務支持能力的新一代寬帶無線接入技術標準。IEEE 802．16標準可分為固定寬帶無線接入空中接口標準和移動寬帶無線接入空中接口標準，其中IEEE 802．16e屬于移動寬帶無線接入空中標準。WiMax可向用戶提供具有QoS性能的數據、視頻、話音(VoIP)業務，而在有限帶寬的條件下保證話音業務的QoS需要，就成為一個具有挑戰性的問題。
2 IEEE802．16e協議中的頭壓縮機制
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)。匯聚子層主要負責完成外部網絡數據與CPS子層數據之間的映射。
CS定義分類的概念：將一個MAC層業務數據單元(MS―DU)映射到MAC層對等實體之間一條特殊的傳輸連接上，并在這條連接上進行發送的過程。由于MSDU映射到的這條傳輸連接是與一定的服務流特性聯系在一起，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。頭壓縮就是由發送實體將上層PDU頭部中的冗余部分壓縮后封裝在MSDU中，并由接收實體解壓縮后將恢復原PDU的過程，如圖1所示。在實際應用中，可選用或不用頭壓縮功能。比如在無線鏈路上開展IP電話業務時，由于IP數據中包頭的開銷太大，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)是發送實體，BS(基站)是接收實體：在下行鏈路中，BS是發送實體，SS是接收實體。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 頭壓縮算法實現
3．1 頭壓縮規則中的基本參數
頭壓縮規則包含5個參數：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，解壓縮時會根據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包的總長度)。④PHSI (頭壓縮索引，Payload Header Suppressed Index)：每個被壓縮后的數據包頭都會有一個PHSI前綴，這個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 頭壓縮的操作過程
頭壓縮過程包括上行發送、接收和下行發送、接收。這二者過程基本相似，區別在于上行發送端MS的PHSI由BS指定，而下行發送端BS的PHSI由BS自己指定。下面主要描述上行發送端、接收端的壓縮和解壓縮過程，圖2為其實現過程具體的函數流程。
(1)上行發送端(MS)一個上層的數據包傳送到CS層，數據包經分類器匹配到對應的上行服務流，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，PHSF中的字節等于原始頭字段中的字節：如果校驗未通過，就不能保證PHSF中的字節匹配原始頭字段中的字節。
4 結語
詳細研究分析了IEEE802．16e協議中的頭壓縮機制，根據協議設計并實現了一種適合寬帶無線通信系統多業務用戶的頭壓縮算法。經過一致性測試，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上實現，同時遵循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、協議一致性測試標準。
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