Подключение к сети (Network Entry)

Процедура подключения к сети - это первый шаг, который должен быть выполнен абонентской станцией (АС, Mobile Subscriber Station), желающей осуществлять прием/передачу информации в сети IEEE 802.16. Отметим, что каждый узел в сети IEEE 802.16 имеет уникальный идентификатор, в качестве которого используется MAC адрес устройства (48 бит).

Процедура подключения к сети может быть разбита на следующий набор шагов.

Сканирование радио канала и установка синхронизации с базовой станцией (БС)
Получение параметров передачи (из сообщения UCD, Uplink Channel Descriptor)
Рейнжинг (Ranging)
Обсуждение базовых возможностей
Авторизация АС и обмен ключами шифрования
Регистрация АС на БС
Установление возможности создания IP соединений
Установка времени дня
Передача параметров работы
Установка и настройка соединений

Шаги e), g), h) и i) стандарт определяет как опциональные, то есть не обязательные. Рассмотрим некоторые из обязательных процедур более подробно.

Синхронизация и получение параметров приема/передачи

Синхронизация на MAC уровне (Media Access Control, УДС) считается установленной как только АС успешно приняла и декодировала сообщение DL-MAP. Это сообщение содержит информацию о расписании передач в нисходящем канале, то есть расписание передач от БС к АС. Также АС принимает сообщение DCD (Downlink Channel Descriptor), которое содержит информацию о различных параметрах нисходящего канала (используемые схемы кодирования и моделирования и т.д.). После установления MAC синхронизации АС ждет приема UCD сообщения, в этом сообщении содержатся необходимые параметры для передачи первого сообщения от АС к БС.

Рейнжинг (Ranging)

Стандарт IEEE 802.16e определяет 3 различных типа рейнжинга: начальный (initial), периодический (periodic) и рейнжинг во время хендовера (handover). Описываемая ниже процедура рейнжинга предполагает, что в качестве физического уровня используется OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, Википедия).
АС должна выполнить процедуру начального рейнжинга как минимум один раз. Эта процедура нужна для более точной синхронизации АС по времени, частоте и мощности передачи. Во время процедуры рейнжинга АС посылает CDMA код к БС. Для этого АС случайным образом выбирает номер кадра, в котором будет осуществляться передача CDMA кода. И после приема и декодирования сообщения UL-MAP для выбранного кадра и получения информации о расположении рейнжинг интервала (ranging interval), АС случайным образом выбирает частотный подканал, OFDM символ и CDMA код и осуществляет передачу. Начальный рейнжинг занимает, как правило, большее число OFDM символов, чем остальные виды рейнжинга.
Для каждого типа рейнжинга, а также для передачи запроса на использование радио ресурса (BW Request), отводятся не пересекающиеся множества CDMA кодов. БС в сообщении UCD передает информацию о том какие CDMA коды следует использовать при том или ином типе рейнжинга, а какие при запросе ресурса для передачи информации. В результате все множество CDMA кодов разбивается на 4 подмножества (initial ranging, periodic ranging, HO ranging, BW Request).
После передачи CDMA кода, АС ожидает ответа от БС в виде RNG-RSP сообщения или аллокации (выделении части ресурса для передачи информации от АС). Если переданный CDMA код был успешно принят БС и никакие дополнительные подстройки со стороны АС не нужны, БС с помощью CDMA Allocation выделяет АС ресурс для передачи сообщения RNG-REQ, в котором содержится MAC адрес АС. После передачи RNG-REQ сообщения АС ожидает передачи сообщения RNG-RSP от БС. В сообщении RNG-RSP содержится информация о состоянии рейнжинг процедуры. БС может выставить одно из следующих состояний:

Отмена (Abort)
Успех (Success)
Подстройка (Continue)

В случае, когда БС сообщает об отмене рейнжинг процедуры, АС должна прекратить какую-либо передачу на данном частотном канале и начать сканирование других частотных каналов.
В случае, когда БС выставляет состояние "подстройка" (continue), в сообщении RNG-RSP содержатся значения, на которые АС должна поменять свои параметры по частоте, времени, мощности передачи. После применения этих значений, АС должна еще раз осуществить передачу CDMA кода. В этом случае используется механизм периодического рейнжинга.
В случае, когда БС определяет состояние рейнжинг процедуры как "успех" (success), это значит, что процедура начального рейнжинга успешно завершена. И в сообщении RNG-RSP содержатся значения Basic и Primary CID (Connection IDentifier). Эти значения (CIDs) определяют управляющие соединения БС с АС (в системе IEEE 802.16 каждое соединение имеет свой идентификатор, CID). Отметим, что все аллокации выдаются на определенный CID. Так как на момент выделения ресурса для передачи RNG-REQ сообщения абонентской станции еще не выделены Basic и Primary CIDs используется CDMA Allocation. Во время этой аллокации БС указывает номер кадра, частотного подканала и OFDM символа, в которых осуществлялась передача CDMA кода, а также номер самого кода. В этом случае, АС "понимает", что эта аллокация адресована ей для передачи RNG-REQ сообщения.
Так как передача CDMA кодов осуществляется на конкурентной основе, то возможно появление коллизий (когда две или более АС передают один и тот же CDMA код в одном и том же частотно-временном диапазоне). Для выявлния коллизий АС использует таймер (T3 согласно стандарту IEEE 802.16e). После передачи CDMA кода, АС запускает данный таймер. Если в течении времени, определяемого таймером, АС не получила от БС никакого ответа, то значит произошла коллизия, и АС нужно воспользоваться алгоритмом разрешения коллизий, определенным стандартом. Подробнее об алгоритме разрешения коллизий см. в отдельной заметке. Тут же, отметим, что данный алгоритм использует метод двоичной экспоненциальной отсрочки (binary exponential backoff, Википедия).

После успешного рейнжинг процедуры АС и БС обмениваются набором базовых возможностей, которые поддерживают обе стороны, происходит авторизация АС и обмен ключами. После этого АС может создавать соединения для передачи информации. О работе с соединениями см. отдельную раметку.

Ниже приводится рисунок, на котором изображены возможные состояния АС. В данной заметке рассмотрены первые два состояния: начальное (initial) и доступен (access state). В остальных заметках будут рассмотрены оставшиеся состояния, а также отдельные процедуры (например, работа с соединениями, handover, sleep mode и т.д.).

MSS States

Все отзывы и пожелания, а также замечания об ошибках, можно присылать мне на почту. Спасибо за внимание. :)