MR-BS 媒體存取控制層的模組設計與實作

在 WiMAX 網路中，當中繼台與用戶端完成入網程序之後，基地台會依據連線識別碼與 中繼台與用戶端建立專屬的連線，所以連線識別碼為基地台用來識別中繼台與用戶端的依據，

因此對於管理服務下中繼台與用戶端所建立的連線成為基地台相當重要的工作。

為了提供基地台進行中繼台與用戶端的連線識別碼管理，在設計中我們在基地台的物件 類別中建立了兩個物件類別 RS object 與 MS object，分別用來儲存基地台所服務的穿透式 中繼台與用戶端的連線相關資訊。當中繼台或用戶端順利完成入網程序後，在基地台上會建 立一個 RS object 或 MS object 物件，用來儲存基地台所分配給中繼台或用戶端的連線識別 碼和管理控制訊息所必須呼叫的函式，當基地台接收到上行資料時，就可以透過比對此物件 裡的連線識別碼來執行相對應的動作；除此之外，在 MS object 中必須儲存用戶端所連接的 存取台資訊和存取台與用戶端之間所使用調變方式與編碼技術，提供排程器在進行資料傳送 時配置用戶端頻寬計算使用。

在目前 WiMAX 網路的設計中，基地台、中繼台與用戶端進行傳送的封包主要分成三種，

分別為媒體控制層中使用一般管理連線進行溝通的管理訊息、使用特殊連線進行管理的管理 訊息和用來傳送上層資料所建立資料連線。一般管理連線的管理訊息即是各中繼台與用戶端 在完成入網程序後與基地台所建立的基本連線，基地台會根據上述儲存在基地台類別中的 RS Object 與 MS Object 來處理此類管理訊息；特殊的管理連線則是指用來傳送廣播訊息的 Broadcast CID 連線與在中繼台與用戶端尚未建立管理連線時用來提供初始測距使用的 Initial CID 連線。最後一種則是經由上層應用層所傳送下來的 IPv4 資料封包，透過基地台封 裝成 PDU 透過資料連線在基地台、中繼台與用戶端間進行傳送，在 NCTUns 網路模擬器裡，

上層協定即是 kernel space，媒體存取控制層將收上來的封包交由 kernel 進行處理，可能是 由基地台應用層收下這個封包，或是經過路由將封包送往後端骨幹網路等，圖 3-7 呈現在穿 透式網路下各物件的傳遞關係。

recv()

Data to Upper Layer

send()

Initial Ranging Connection Data to Upper Layer

Management Connection

Data from Upper Layer Data from

Upper Layer

Management

資料來對訊框中存取地帶與轉送地帶的大小動態進行調整，以下為我們所設計二段式穿透式 中繼台網路下基地台進行資料傳送的排程器設計作法。

在 WiMAX 網路中頻寬配置的方式會根據所使用實體層的不同而不同，因此設計排程器 時必須先了解實體層的配置頻寬特性才能進行。IEEE 802.16j 所使用的實體層是分時多工的 OFDMA，在分配頻寬時是以 slot 為單位來配置，基地台在進行資料排程時，必須根據 OFDMA 實體層所使用的 permutation zone 排列方式與頻帶的各項參數特性來進行資料排程，我們將 沿用在 NCTUns 模擬器上 IEEE 802.16e OFDMA 實體層所使用的參數設定方式來進行 IEEE 802.16j 穿透式中繼台網路排程器的設計；在 OFDMA 實體層下，頻寬分配是以單位 slot 進 行配置，slot 大小是由時間軸的 symbol 個數與空間軸的子通道來組成，根據 permutation zone 不同，單位 slot 的大小也會不同，目前下行子訊框是以 DL-PUSC 的載波排列方式，每個下 行單位 slot 由一個子通道和兩個 symbols 所組成，上行子訊框使用 UL-PUSC 載波排列方式，

每個上行 slot 由一個子通道與三個 symbols 所組成。表 3-2.與表 3-3.是 DL-PUSC 與 UL-PUSC 在 IEEE 802.16e 標準中的相關參數表

表 3-2 DL-PUSC 參數表

表 3-3 UL-PUSC 參數表

圖 3-8 中控型基地台訊框配置流程圖  

圖 3-8 為我們所設計實作的中控型穿透式網路基地台排程器流程圖，在基地台的配置排 程器中，在每一訊框傳送開始時會進行資源配置排程。首先，我們會先進行上行轉送地帶的 頻寬配置計算，此區段為在基地台服務範圍下的中繼台進行轉送用戶端的上行資料所使用，

基地台會檢查所有以中繼台為存取台的用戶端所需要的上行頻寬並且根據中繼台的上行方向 所使用的調變方式與編碼方法計算出基地台所需配置給中繼台的 slot 個數，並且計算出上行 轉送地帶所佔用的 symbol 個數。根據上行轉送地帶所使用的 symbol 個數，可以計算出上行 存取地帶尚有多少 available slots 可以用來進行用戶端上行資料的傳送，在此區域上由競爭

區間和一塊免競爭區間組成，基地台於競爭區間安排一段測距子通道，提供給中繼台進行初 始測距和用戶端進行所有種類的測距，圖 3-9 為目前競爭子通道的各測距碼安排方式；免競 爭區間則是提供給基地台進行用戶端上行資料傳送的排程，用戶端可以於此區間傳送資料到 基地台或是中繼台，基地台經由用戶端所提供的上行 QoS 參數經由其所使用的調變方式與編 碼技術來計算出每個用戶端所需佔用的 slot 個數來配給足夠的頻寬，若用戶端是經由中繼台 進行資料轉送，在計算此用戶端上行頻寬的需求量則必須使用用戶端至中繼台間的調變方式 來取得對應的 slot 個數。當基地台順利完成上行子訊框的安排之後，必須將關於上行轉送地 帶與上行存取地帶的 burst 配置資訊封裝至 UL-MAP 中，經由基地台下行存取地帶訊框傳送 到中繼台與用戶端，中繼台與用戶端藉由分析 UL-MAP 可以得知上行資料的傳送時機和相關 參數。在下行子訊框的排程方面，若存在用戶端必須透過中繼台轉送資料時，此時基地台必 須配置下行存取地帶給中繼台進行資料轉送的頻寬配置，基地台會先進行配置下行穿透地帶 所必須的頻寬並且計算其佔用的 symbol 個數，此區段為基地台配置予中繼台進行下行資料 轉送的區間，基地台在進行此地帶排程時會透過儲存於中繼台上的用戶端管理連線和資料連 線進行排程，並且使用中繼台的下行調變方式和編碼技術對所需轉送的連線資料進行配置，

為了公平配置下行頻寬，基地台會使用 Round-Robin 方式對中繼台上所有的連線資料進行配 置，如圖 3-10，。

PDU PDU PDU PDU PDU PDU

PDU PDU PDU

PDU PDU PDU PDU PDU PDU

PDU PDU PDU

PDU

經由排程器的配置可以得到下行穿透地帶所佔用的 symbol 個數，並且可以得知整個訊框所 剩下可以用來進行下行存取地帶的資料傳送的資源，在此區段中主要由三個部分所組成，包 含基地台與中繼台、用戶端進行同步的前置符號部分、基地台對於下行頻寬的配置分配狀況 DL-MAP 和用來傳送用戶端下行資料的免競爭區塊，由於在模擬器上無法對於實體設備的同 步進行模擬，我們僅在訊框一開始延遲一個 symbol 的時間來進行前置符號進行同步的模擬；

如同基地台配置下行穿透地帶中繼台的轉送資料，基地台於下行存取地帶會根據用戶端所使 用的調變方式與編碼技術來進行頻寬配置，並且使用 Round-Robin 方式公平分配用戶端使用 頻寬資源的機會，當所有下行子訊框區域都配置完成後，基地台會將下行存取地帶與下行穿 透地帶的頻寬配置狀況封裝在 DL-MAP 中，若在訊框中存在下行穿透地帶，則必須在下行存 取地帶頻寬配置 IE 與下行穿透地帶頻寬配置 IE 之間封裝 STC_DL_ZONE_IN() IE 來通知用 戶端進行下行穿透地帶的資料接收。

為了提供基地台在排程訊框時能夠動態調整訊框內各地帶的分佈，在配置上行子訊框時，

我們會先進行上行轉送地帶的排程，且此地帶所能配置的 symbol 個數不能超過整個上行子 訊框個數的一半，當進行完上行轉送地帶的配置後再使用上行子訊框中剩餘的 symbol 個數 來進行上行存取地帶排程，且上行轉送地帶和上行存取地帶所使用的 symbol 總和不能超過 整個訊框所使用的 symbol 個數的一半；在下行子訊框的配置方面，由於下行穿透地帶可能 不存在，排程器會先對下行穿透地帶進行排程，此地帶所能使用的 symbol 個數為下行子訊 框所能使用的 symbol 個數的一半，最後，再將剩餘的 symbol 執行下行存取地帶的資料傳輸 使用。

為了支援多段轉傳資料傳送路徑的管理，用戶端在進行入網程序時，必須決定其上位的 存取台，由於在 IEEE 802.16j 規格中並沒有定義路徑管理中存取台選擇的演算法，在我們的 設計中將參考[13]的作法，根據用戶端至中繼台、中繼台至基地台與用戶端至基地台之間所 使用的調變方式與編碼技術來決定用戶端是否選取中繼台作為其存取台。以下為二段式穿透 式中繼台網路下路徑選擇演算法的介紹。

在二段式穿透式網路下用戶端最佳資料傳輸路徑的選擇必須著眼於 MS/MR-BS、MS/RS

與 RS/MR-BS 之間的訊號品質和所使用的調變編碼方式，如表 3-4，以 IEEE 802.16 實體層 所支援傳輸速率最小的調變編碼技術 QPSK 1/2 為基底，將調變方式與編碼技術的組合使用 權重比重方式對應出來，每一種調變編碼技術的組合對應的權重值代表傳送單位位元資料所 需的時間 (symbol/bit)。基地台、中繼台與用戶端間會根據 IEEE 802.16e 規格中所定義的接 收端訊號強度的 threshold ，如表 3-4，由基地台動態調整各設備台間的調變編碼技術，藉 由設備台間使用的不同調變技術，可以估算出固定長度的資料量透過中繼台實施二段式傳送

與 RS/MR-BS 之間的訊號品質和所使用的調變編碼方式，如表 3-4，以 IEEE 802.16 實體層 所支援傳輸速率最小的調變編碼技術 QPSK 1/2 為基底，將調變方式與編碼技術的組合使用 權重比重方式對應出來，每一種調變編碼技術的組合對應的權重值代表傳送單位位元資料所 需的時間 (symbol/bit)。基地台、中繼台與用戶端間會根據 IEEE 802.16e 規格中所定義的接 收端訊號強度的 threshold ，如表 3-4，由基地台動態調整各設備台間的調變編碼技術，藉 由設備台間使用的不同調變技術，可以估算出固定長度的資料量透過中繼台實施二段式傳送