CN1930846B - 无线通信系统中分割的媒体访问控制协议结构、数据发送和接收方法以及使用该结构的切换方法和系统 - Google Patents

无线通信系统中分割的媒体访问控制协议结构、数据发送和接收方法以及使用该结构的切换方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种无线通信系统中的分割的媒体访问控制(MAC)协议、数据发送和接收方法以及使用该结构的切换方法和系统，用于有效率地管理MSS(移动用户台)的切换中的会话信息。在MAC协议结构中，MAC被分割为MAC高层和MAC低层。MAC高层执行与会话信息有关的功能，而MAC低层执行对有关MSS的切换的时间延迟敏感的功能。在切换方法中，当无线通信系统中的MSS执行接入点(AP)间的切换时，由包括MAC高层或服务AP的接入点控制器(APC)在固定的位置管理会话信息。因此，能够降低系统负载并且能够改善通信质量。

Description

无线通信系统中分割的媒体访问控制协议结构、数据发送和接收方法以及使用该结构的切换方法和系统
技术领域
本发明一般涉及无线通信系统中移动用户台(MSS)的通信协议结构、数据发送/接收方法和切换方法，尤其涉及无线通信系统中分割的媒体访问控制(MAC)协议结构以及数据发送和接收方法以及使用该结构的切换方法和系统，其使用会话信息降低了无线通信系统的负载，并且该改善了通信质量。
背景技术
当前，随着移动通信业的发展和对因特网服务增长的需求，对能够有效率地提供无线因特网服务的移动通信系统的需要正越来越增长。因为已经开发的现有移动通信网络提供集中于语音的服务，它具有的缺点是数据发送带宽相对窄并且服务费用贵。
作为国际标准化组织之一的电气和电子工程师协会(IEEE)的IEEE802.16e标准化工作组，正在推动建立IEEE 802.16d标准，该标准要用作提供无线宽带因特网服务给固定用户台的标准。同时，IEEE 802.16e标准化工作组正在通过改善IEEE 802.16d标准来推动建立802.16e标准，以便提供无线宽带因特网服务给MSS。
与传统的用于语音服务的无线技术相比，IEEE 802.16d标准和IEEE802.16e标准由于宽的数据带宽使大量存储数据能够在短时间内发送，并且由于由所有用户共享信道使信道能够有效率地使用。但是，IEEE 802.16d标准不反映MSS，因为它只考虑固定用户台。进而，因为正在通过改善IEEE802.16d标准为提供无线因特网服务给MSS而开发的、IEEE 802.16e标准也已经根据IEEE 802.16d标准开发，所以IEEE 802.16e标准也不充分具备提供服务给MSS需要的功能。用于MSS的代表性的服务功能可以包括切换功能、寻呼功能、功耗节省功能等。在这些功能中，切换功能是提供服务给MSS中的基本功能。
由于MSS的移动，切换功能改变提供通信服务给MSS的接入点(AP)。因此，为了连续地提供通信服务给MSS，在MSS和执行切换的AP之间保留会话信息是必需的。会话信息包括数据的传输状态、MSS的功能和特性、AP的功能和特性、用于MSS的认证信息等，它们是MSS和AP之间的通信需要的。
图1是显示宽带无线通信系统中MSS的传统切换过程的图。参考图1，MSS 10通过无线网络连接到接入点(AP)20a或20b。AP 20a和20b通过有线网络1连接到路由器30，使得MSS 10以及AP 20a和20b向/从如因特网的外部因特网协议(IP)网络发送/接收分组数据。进而，MSS 10以及AP 20a和20b之间的会话信息存储在MSS 10以及AP 20a和20b中。因此，MSS 10以及AP 20a和20b连续地管理相同的会话信息。
但是，当MSS 10从当前连接的服务AP(S-AP)20a移开，并且切换到新连接的目标AP(T-AP)20b时，MSS 10可以继续管理已经存储的会话信息而不管切换。但是，因为T-AP 20b不知道由S-AP 20a管理的会话信息，所以难于管理相同的会话信息。
因此，MSS 10的切换过程要求S-AP 20a和T-AP 20b之间的会话信息传递以及MSS 10和T-AP 20b之间的新会话信息的建立。但是，当大量的会话信息在切换中必须传递到T-AP 20b时，传递会话信息并建立新会话信息花费更多的时间。另外，MSS 10在会话信息的传递和新会话信息的建立期间不从S-AP 20a和T-AP 20b接收服务。
发明内容
因此，已经设计本发明以解决现有技术中出现的上面和其它的问题。本发明的目的是提供一种MAC协议结构以及使用该MAC协议结构的无线通信系统，该MAC协议结构被分割为用于管理会话信息的MAC高层、和用于传递数据到物理层的MAC低层。
本发明的另一个目的是提供一种MAC协议结构以及使用该MAC协议结构的无线通信系统，该MAC协议结构最小化在MSS的切换中AP之间的会话信息的传递。
本发明的另一个目的是提供一种使用分割的MAC协议结构的无线通信系统中的上行链路和/或下行链路数据发送方法。
本发明的另一个目的是提供一种无线通信系统中的切换方法，当MSS执行切换时，该切换方法降低了无线系统的负载并且改善了通信质量。
根据本发明的一个方面，提供一种用于无线通信系统中的分组通信的MAC(媒体访问控制)协议结构。MAC协议结构包括：MAC高层，包括至少一个子层，用于固定地管理用于分组传输的会话信息；MAC低层，从MAC低层分离出来，用于在MAC高层和物理层之间传递数据块；以及隧道层，用于产生预定的隧道头信息作为地址信息，用于MAC高层和MAC低层之间的数据传输。
根据本发明的另一个方面，提供一种无线通信系统中用于分组通信的MAC(媒体访问控制)协议结构。MAC协议结构包括：MAC高层，包括至少一个子层，用于固定地管理用于与MSS(移动用户台)的分组通信的会话信息；以及MAC低层，从MAC低层分离出来，用于根据无线信道的条件，可变地调整MAC高层和物理层之间交换的PDU(协议数据单元)块的大小。
进而根据本发明的另一个方面，提供一种方法，用于在使用MAC(媒体访问控制)协议的无线通信系统的下行链路中，发送IP(因特网协议)网络的分组给MSS(移动用户台)。该方法包括以下步骤：由MAC高层将通过IP网络接收的分组切割为多个ARQ(自动重复请求)块；由MAC高层向MAC低层发送至少一个ARQ块以及用于发送ARQ块的预定头信息；由MAC低层根据头信息接收ARQ块，并且组装接收到的ARQ块为PDU(协议数据单元)块，用于发送到MSS；以及由MAC低层发送组装的PDU块到MSS，其中MAC协议分离为MAC高层和MAC低层，MAC高层管理与MSS的切换相关的会话信息并且具有固定位置，而MAC低层连接到物理层并且具有可变位置，以及其中，MAC高层位于无线通信系统的接入点控制器APC中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层位于AP中，并根据连接到物理层的MSS的移动改变它的位置。
仍然根据本发明的另一个方面，提供一种方法，用于在使用MAC(媒体访问控制)协议的无线通信系统的上行链路中，发送MSS(移动用户台)的传输数据到IP(因特网协议)网络。该方法包含以下步骤：由MAC低层通过物理层接收MSS的传输数据；由MAC低层提取至少一个包含在传输数据中的ARQ(自动重复请求)块；由MAC低层给MAC高层发送至少一个ARQ块以及用于传输ARQ块的预定头信息；由MAC高层接收所述至少一个ARQ块；组装所述至少一个ARQ块为分组；以及发送分组到IP(因特网协议)网络，其中MAC协议分离为MAC高层和MAC低层，MAC高层管理会话信息并且具有固定位置，而MAC低层连接到物理层并且具有可变位置，其中，MAC高层位于无线通信系统的接入点控制器APC中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层位于AP中，并根据连接到物理层的MSS的移动改变它的位置。
还是根据本发明的另一个方面，提供一种使用MAC(媒体访问控制)协议的无线通信系统中的切换方法，该方法在服务AP(接入点)和MSS(移动用户台)要切换到的目标AP之间进行。该方法包含以下步骤：由MSS执行信道扫描并且决定到目标AP的切换；通过服务AP接收MSS的切换请求；检查MSS到目标AP的切换是否可能；发送切换命令给目标AP；以及发送除会话信息以外的PDU(协议数据单元)块给目标AP，其中MAC协议分离为MAC高层和MAC低层，MAC高层管理会话信息并且具有固定位置，MAC低层在MSS的切换中从服务AP切换到目标AP，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层的位置根据连接到物理层的MSS的移动而改变。
还是根据本发明的另一个方面，提供一种无线通信系统，用于使用MAC(媒体访问控制)协议执行分组通信。该系统包括：至少一个包括MAC高层的APC(接入点控制器)，该MAC高层包括至少一个子层，用于为分组通信固定地管理会话信息；以及包括MAC低层的多个AP(接入点)，该MAC低层用于在MAC高层和MSS(移动用户台)所连接的物理层之间传输PDU(协议数据单元)块，其中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层的位置根据连接到物理层的MSS的移动而改变。
还是根据本发明的另一个方面，提供一种无线通信系统，用于使用MAC(媒体访问控制)协议执行分组通信。该系统包括：包括MAC高层和MAC低层的多个AP(接入点)，MAC高层包括至少一个子层，用于为分组通信固定地理会话信息，MAC低层从MAC高层分割出来，并且在MAC高层和物理层之间传输PDU(协议数据单元)块；以及MSS(移动用户台)，它使MAC低层能够从第一个AP转移到MSS切换到的第二个AP，会话信息固定在AP中当前连接的第一个AP的MAC高层中，其中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层位于接入点AP中，并且MAC低层的位置根据连接到物理层的MSS的移动而改变。
附图说明
从下面结合附图的详细说明，本发明上面的和其它的目的、特征和优点将更明显，在附图中：
图1是说明无线通信系统中MSS的传统切换过程的图；
图2是说明无线通信系统中与切换有关的通信协议的传统结构的图，该无线通信系统在IEEE 802.16e中定义；
图3是说明无线通信系统中传统切换过程的图，该无线通信系统在IEEE802.16e中定义；
图4是说明根据本发明实施例的无线通信系统的分割的MAC协议结构的图；
图5是说明根据本发明实施例的无线通信系统中MSS的MAC协议结构的图；
图6是说明使用图4的MAC协议结构的无线通信系统中下行链路中的数据传输过程的图；
图7是说明使用图4的MAC协议结构的无线通信系统中上行链路中的数据传输过程的图；
图8是说明使用根据本发明实施例的切换方法的无线通信系统的方块图；
图9是说明使用根据本发明实施例的切换方法的无线通信系统的方块图；以及
图10是说明根据本发明实施例的无线通信系统中的切换过程的流程图。
具体实施方式
以下将在这里参考附图详细说明本发明的优选实施例。在下面的本发明的说明中，当可能模糊本发明的主题时，将省略这里合并的已知功能和配置的详细说明。
首先，为帮助理解本发明，将参考图2和图3简要说明802.16e中定义的MAC协议的传统结构、会话信息管理方法和切换方法。
图2是说明宽带无线通信系统中与切换有关的通信协议的传统结构的图，该宽带无线通信系统在IEEE 802.16e中定义。如图2中所示，参加宽带无线通信系统中切换的层包括MAC层210、PHY层220(物理层)和多个管理层230a到230c，分别用于管理MAC层210和PHY层220。MAC层210包括特定服务会聚子层211、MAC公共部分子层212以及私有子层213。每个子层通过服务接入点(SAP)214到243互相连接。
IEEE 802.16e中定义的MAC层210具有以下特性：它具有MAC公共部分子层212和私有子层213的连接结构，类似于802.16d中定义的MAC层结构。如上所述的协议结构定义MAC层210和PHY层220在固定的结构中结合，并且定义所有与MSS的切换有关的会话信息必须存储在AP中。
根据如图2中说明的协议执行支持MSS的移动性的802.16e的切换。将参考图1的例子说明IEEE 802.16e宽带无线通信系统中的切换过程。
参考图1，当由MSS 10监视的当前连接的S-AP 20a的无线信道条件变坏时，MSS 10为了执行切换监视相邻AP的无线信道。
进而，当MSS 10确定它必须切换到相邻的AP时，MSS 10发送切换请求(HO-REQ)消息给S-AP 20a。S-AP 20a检查包含在HO-REQ消息中的相邻AP信息，并且发送预定的切换响应(HO-RSP)消息给MSS 10，该消息包括用于MSS 10要切换到的T-AP 20b的信息。已经从S-AP 20a接收到HO-RSP消息的MSS 10发送预定的切换确认(HO-confirm)消息给T-AP 20b，并且尝试与T-AP 20b的连接。
图3是说明IEEE 802.16e中定义的宽带无线通信系统中切换过程的图。参考图3，在步骤301中，图1的MSS 10通过信道扫描获得用于相邻AP的信息。在步骤303中，MSS 10发送HO-REQ消息给S-AP 20a。在步骤305中，已经接收到HO-REQ消息的S-AP 20a发送HO-pre-notification消息给T-AP20b，并通知T-AP 20b MSS 10要切换到T-AP 20b。在步骤307中，T-AP 20b发送HO-pre-notification-response消息给S-AP 20a，并允许MSS 10的切换。
在步骤309中，已经接收到HO-pre-notification-response消息的S-AP 20a发送HO-confirm消息给T-AP 20b，作为对接收到HO-pre-notification-response消息的响应。另外，在步骤311中，S-AP 20a发送HO-RSP消息给MSS 10——该消息包括T-AP 20b的标识符(T-AP ID)——并且报告MSS 10要切换到它的T-AP 20b。
其后，当最终的切换时间到来时，MSS 10在步骤313中发送切换指示(HO-IND)消息给S-AP 20a并通知S-AP 20a：在L帧之后，MSS 10开始切换。在步骤315中，S-AP 20a发送切换命令(HO-command)给T-AP 20b，该命令报告：在L帧之后，MSS 10要切换到T-AP 20b，并且报告MSS 10的切换开始。在步骤317和319中，S-AP 20a发送已经存储的会话信息(例如，服务环境、服务IE等)和MSS 10的用户数据块(即，协议数据单元(PDU))给T-AP 20b。
在步骤321中，T-AP 20b传递IEEE 802.16e中定义的上行链路MAP的快速测距信息元素(Fast Ranging IE)给MSS 10，使得MSS 10能够迅速发送测距请求给T-AP 20b。因此，当MSS 10在步骤323中发送测距请求(RNG-REQ)消息给T-AP 20b时，T-AP 20b在步骤325中发送测距响应(RNG-RSP)消息给MSS 10以响应RNG-REQ消息。其后，当上述过程结束时，MSS 10与T-AP 20b同步。因此，在步骤327中，可能通过相应的T-AP20b发送和接收数据。
但是，当大量的会话信息必须在如上所述的切换执行期间从S-AP发送到T-AP时，传递会话信息和在T-AP中建立新的会话花费更多的时间。另外，在传递会话信息和建立新的会话期间，提供给MSS的服务可能暂时中断。
为了解决这些问题，本发明提出用于宽带无线通信系统的新的MAC协议结构。即，本发明引入分割的MAC层结构(该结构通过在AP的通信协议结构中将MAC层分割为MAC高层和MAC低层得到)，固定地给MAC低层分配MAC功能中与会话有关的功能，并且给MAC低层分配对与MSS的切换有关的时间延迟敏感的功能。
进而，本发明提出宽带无线通信系统的会话管理方法，其中MAC高层管理会话信息，并且数据能够在从MAC低层分割出的MAC高层和MAC低层之间传递，使得在MSS的切换中不必传递会话信息。
此外，本发明提出宽带无线通信系统的切换方法，该方法通过分割的MAC协议结构能够省略会话信息的传递以及会话信息的重新设置过程。
图4是说明根据本发明的宽带无线通信系统的分割的MAC协议结构的图。在图4中，MAC高层410可以应用于接入点控制器(APC)。进而，通过分割的结构连接到MAC高层410的MAC低层420可以应用于执行与MSS的数据发送和接收的AP。
图4的MAC结构包括MAC高层410、MAC低层420和PHY层430(物理层)。MAC高层410控制与MSS的切换有关的会话管理功能，并位于网络的固定点。MAC高层410的位置不改变，即使AP由于MSS的切换改变。但是，MAC低层420具有这样的位置，该位置在MSS的切换中转移到MSS的相邻AP，负责对延迟时间敏感的功能，如与MSS的直接通信功能，并且使得能够与MSS进行高速通信。
在图4中，MAC高层410包括分类层411、分组头抑制层412、加密层413、会话控制层414和自动重复请求(ARQ)层415，作为与会话有关的层。进而，MAC低层420包括打包和分段层421、PDU处理层422和链路控制层423，作为执行切换时与延迟时间有关的层。
进而，为在MAC高层410和MAC低层420之间发送数据(该MAC高层具有在APC中固定的位置，该MAC低层具有根据MSS的移动变化的位置)，图4的隧道(tunnelling)层440产生预定的隧道头，并添加产生的隧道头到ARQ块，该隧道头包括从MAC高层410发送到MAC低层420的ARQ块的顺序号以及MAC低层地址，ARQ块发送到该地址。
当MAC低层420从MSS接收到MAC PDU时，隧道层440立即添加隧道头到接收的MAC PDU，并且发送MAC PDU给MAC高层410，以便发送MAC PDU给MAC高层410中的ARQ层415，该隧道头包括ARQ块的顺序号以及MAC高层地址，ARQ块发送到该地址。
表1显示图4中说明的本发明的MAC结构和图1中说明的传统MAC结构中互相对应的层。
表1
Figure DEST_PATH_GA20189940200580007213601D00061
首先，MAC高层410的分类层411接收IP分组，根据服务的类型确定分组的特性，选择适合发送IP分组的连接，即逻辑信道，并且通过相应的逻辑信道发送IP分组给分组头抑制层412(较低的层)。进而，分类层411根据服务的类型存储和管理每个IP分组的特性，并且根据分组的特性确定服务的质量(QoS)。因为分组的特性或QoS不仅是在相对长的时间期间必须保留的信息，而且是即使MSS执行切换也必须连续保留的信息，所以分组的特性或QoS包含在会话信息中。
以下，将详细说明包括在MAC高层410和MAC低层420中的层。
首先，MAC高层410的分类层411接收IP分组，根据服务的类型确定分组的特性，选择适合发送IP分组的连接，即逻辑信道，并且通过相应的逻辑信道发送IP分组给分组头抑制层412(较低的层)。进而，分类层411根据服务的类型存储和管理每个IP分组的特性，并且根据分组的特性确定服务的质量(QoS)。因为分组的特性或QoS不仅是在相对长的时间期间必须保留的信息，而且是即使MSS执行切换也必须连续保留的信息，所以分组的特性或QoS包含在会话信息中。
进而，MAC高层410的分组头抑制层412抑制从分类层411(更高层)接收的IP分组的头，并发送被抑制的IP分组给加密层413(更低层)，因此改善发送效率。每个分组的抑制过程受先前分组的抑制设置影响。因此，即使MSS执行切换，因为用于分组的抑制设置的信息必须连续保留，所以该信息也必须包含在MAC高层410中。因为详细的抑制方法符合IEEE 802.16d的标准，所以将省略详细的说明。
进而，因为根据IEEE 802.16e系统的特性，另一个MSS可能访问MSS和AP之间交换的数据，所以MAC高层410的加密层413加密从AP发送到MSS的数据，以便阻止另一个MSS解密数据。
进而，当MSS发送加密的数据给AP时，加密层413解密加密的数据，并传递解密的数据给分组头抑制层412(更高层)。在这里，因为预定的加密密钥在MSS和AP中设置并且为上述加密连续保留，所以加密层413必须包括在MAC高层410中。更特别地，因为根据加密算法的特性最初设置加密密钥花费更多的时间，所以加密功能必须连续保留会话，即使MSS执行切换。
当逻辑信道的连接中的数据传输期间出现差错时，MAC高层410的ARQ层415执行重传，这必须保证分组传输的可靠性。在重传操作中，发送侧由预定块大小构造ARQ块并发送ARQ块，接收侧组装接收的ARQ块并为包括差错的ARQ块请求重传，并且已经接收到重传请求的发送侧重新发送存储在ARQ窗中的相同的ARQ块。
ARQ块表示宽带无线通信系统中用于数据传输的基本单元。例如，对前向传输，发送侧对应于APC，而接收侧对应于由APC控制的AP。
对上述的操作，发送侧必须在ARQ窗中存储为满足接收侧的重发请求已经发送的ARQ块。当从接收侧接收到重发请求时，仅仅重新发送存储在ARQ窗中的ARQ块。然后，当接收侧发送确认信号给发送侧时，发送侧从ARQ窗中删除对应的ARQ块，该确认信号表示接收侧已经正常接收到ARQ块。当发送侧发送新的ARQ块给接收侧时，删除ARQ块之后留下的空间被重新使用。进而，ARQ层415管理块顺序号(BSN)，以便在序列中顺序地安排发送的ARQ块，无论何时发送ARQ块时，将对应的BSN插入到每个ARQ块中，并且发送该ARQ块。
当必须处理大量存储数据时，ARQ层415需要用于存储多个ARQ块的ARQ窗。即，应用本发明的宽带无线通信系统使用具有如下容量的ARQ窗，该容量大于现有无线通信系统的ARQ窗的容量。因此，在本发明中，因为ARQ层415包括在MAC高层410中，所以即使MSS执行切换，也不需要改变ARQ窗。
如上所述，在应用本发明的宽带无线通信系统中，最好分类层411、分组头抑制层412、加密层413和ARQ层415为MSS在网络中的固定点连续地保留会话。因此，MAC高层410的会话控制层414是用于发送和接收控制消息的层，该控制消息与保留会话到MSS和从MSS保留会话需要的功能有关，并且控制消息通过逻辑信道传递。
MAC低层420中的打包和分段层421和PDU处理层422是用于有效率地使用分配给每个MSS的带宽的层。进而，打包和分段层421和PDU处理层422，将从MAC高层410发送的每个ARQ块组装为实际发送的一个大传输块(PDU块)。该传输块具有由内部调度器424确定的大小。调度器424考虑无线信道的条件和业务的负载，确定传输块的最佳大小。在这里，当无线信道的条件和传输时间之间存在小差异时，可以有效率地使用无线资源。因此，打包和分段层421和PDU处理层422位于MAC低层420中。
根据数据传输中由调度器424确定的PDU块的大小，打包和分段层421组装ARQ块。进而，打包和分段层421在情况需要时将打包子头和段子头添加到组装的ARQ块，或者将打包/段子头从自PDU处理层422(更低层)接收的数据移除，并且发送该数据给MAC高层410。
在这里，打包子头是这样的头：它用于将发送给MSS的分组，即服务数据单元转换为MAC PDU，并且发送MAC PDU，如本领域已知的。段子头是这样的头：当由于服务数据单元的大尺寸而不可能将服务数据单元转换为一个MAC PDU时，它用于分割服务数据单元并发送服务数据单元。
PDU处理层422通过添加MAC头到从打包和分段层421接收的打包/段子头，产生PDU块(传输块，即MAC PDU)，并且传递PDU块给PHY层430。在这里，PDU块可以包括多个子头块(打包子头(PSH)或分段子头(FSH))。
进而，因为子头块一般包括用于报告有效负荷的开始、中间和结尾的字段，所以MSS能够正确地接收被分割和发送的PDU块。进而，当从MSS接收到数据时，PDU处理层422通过MAC头从自PHY层430接收的数据中提取PDU块，将MAC头从PDU块分离，并且发送PDU块到打包和分段层421(更高层)。
MAC低层420中的链路控制层423和MSS交换MSS的状态和调度信息，以便传递最终的MAC PDU。进而，由链路控制层423产生的各种调度和控制消息必须迅速地通过PDU处理层422传递给MSS，以便防止对MSS的服务延迟。因此，链路控制层423包括在MAC低层420中。
在上述的实施例中，MAC高层固定地管理会话信息。但是，当由于网络延迟或异常导致的延迟有必要移动MAC高层时，最好将会话信息移到另一个MAC低层。
图5是说明根据本发明的宽带无线通信系统中MSS的MAC协议结构的图。如图5中所示，MAC协议结构是通过合并MAC高层和MAC低层得到的集成MAC结构。在这里，因为图5中的子层511到515和521到524与图4中的子层411到415和421到424具有相同的基本操作，所以将省略详细的说明。进而，因为图5的MAC结构未被分割为MAC高层和MAC低层，所以如图4中所示的用于连接MAC高层和MAC低层的隧道层440是不必要的。
在本发明中，MAC高层位于APC等中，MAC低层位于AP等中，而会话信息通过MSS的切换中的固定APC管理。进而，MAC低层通过改变MAC低层的位置到MSS的相邻AP来固定会话位置，使得IP网络的数据向下发送到MSS，或者MSS的数据向上发送到IP网络。
图6是说明使用图4中所示的MAC协议结构的宽带无线通信系统中下行链路中的数据传输过程的图。参考图6，将说明这样的过程：在该过程中，从MAC高层接收到的分组发送到MAC低层以产生PDU块。其后，PDU块发送到MSS。
MAC高层410和MAC低层420之间的数据平面S 1通过隧道层440连接。因此，可能通过隧道层440连接MAC高层410到MAC低层420，该MAC高层410位于APC等的固定点，该MAC低层420位于随机点并且可以连接到MSS。进而，MAC低层420直接连接到PHY层430，因此迅速响应MSS的请求。
在图6中，因为ARQ层415位于MAC高层410中，所以用于存储ARQ块的ARQ窗620也位于MAC高层410中。分类层411中通过外部IP网络接收到的分组610被分割为如图6中所示的多个ARQ块620a到620g，暂时存储在ARQ窗620中，然后传递给MAC低层420。
图6说明一例子：在该例子中，ARQ窗620具有足够的大小以包括ARQ块620a到620e。ARQ块620a到620e已经完全发送之后，发送ARQ块620f和620g。
在本发明中，包括隧道头(TH)的ARQ块630从MAC高层410传递到MAC低层420。隧道头由图4的隧道层440产生，并记录每个ARQ块的BSN和MAC低层420的MAC地址。
MAC低层420在缓存器635中存储从MAC高层410接收的ARQ块，存储的ARQ块产生到PDU块640中，该PDU块640根据由调度器424分配的频带，通过打包和分段层421以及PDU处理层422发送到MSS。进而，根据由虚线标记的数据重传过程R1，发送ARQ块给MAC低层420。参考号码R1指示第三个ARQ块的重传过程。
进而，在图6中，PSH是上述打包子头而MH是MAC头。因为产生其它PDU块需要的过程符合现有的802.16d标准，所以将省略详细的说明。
图7是说明使用图4中所示的MAC协议结构的宽带无线通信系统中、上行链路中的数据传输过程的图。在图7中，将说明这样的过程：在该过程中，从MAC低层接收到的PDU块发送到MAC高层，以便产生到分组中，并且分组发送到IP网络。进而，在图7中，与图6中等价的元件具有相同的参考号码，并且将省略对这些元件的详细说明。
参考图7，MAC低层420发送从PDU块640(该PDU块640从PHY层430接收)分割的ARQ块到MAC高层410，并且隧道层440添加隧道头(TH)(该隧道头包括ARQ块的BSN和MAC高层410的MAC地址)到ARQ块，并且发送被添加隧道头的ARQ块到MAC高层410。MAC高层410中的ARQ层415组装接收到的ARQ块，请求MAC低层420重新发送包括差错的ARQ块，依靠最终组装的ARQ块产生分组610，并且通过路由器发送分组610给外部IP网络。
根据图6到7中说明的操作，MAC高层410固定在APC等中之后，数据发送到AP的MAC低层420，它具有根据MSS的移动变化的位置，或者位于随机位置的MAC低层420中接收的数据发送给具有固定位置的MAC高层410。因此，由MAC高层410管理的会话信息可以固定地保留。
图8是说明使用根据本发明实施例的切换方法的宽带无线通信系统的方块图。这表示具有分割的MAC结构的切换模型，在该MAC结构中，上述MAC高层位于至少一个APC 60中，并且多个MAC低层位于AP 50a和50b中。进而，当执行切换时，假定AP 50a是S-AP以及AP 50b是T-AP。
在图8中，MSS 40通过无线网络连接到AP 50a和50b，AP 50a和50b通过有线网络连接到APC 60，而APC 60通过路由器30连接到IP网络，如因特网。MSS 40和APC 60保留相同的会话信息，并且AP 50a和50b只包括从管理会话信息的MAC高层分割出的MAC低层，使得当MSS 40执行切换时不需要传递会话信息。进而，MAC高层的下行链路传输数据通过上述的隧道层传递到MAC低层，然后发送到MSS 40。
在图8中，因为MAC高层通过IP隧道连接到MAC低层，所以没有对它们之间的相对位置的限制。进而，因为MAC高层管理在固定位置的会话信息，所以在下行链路数据传输中延迟时间减小。此外，因为在MSS 40的切换中不发生会话信息的传递，所以宽带无线通信系统中的切换负载降低。
图9是说明使用根据本发明实施例的切换方法的宽带无线通信系统的方块图。更特别地，图9说明具有混合MAC结构的切换模型，在该MAC结构中，MAC协议分割为MAC高层和MAC低层，并且每对MAC高层和MAC低层位于AP 50a或AP 50b。进而假定，当执行切换时，AP 50a是S-AP以及AP 50b是T-AP。
在图9中，整个MAC结构包含在AP 50a和50b中，类似于图1的传统模型。但是，用户数据可以通过隧道层从MAC高层发送到位于另一个AP中的MAC低层。在这样的情况下，因为具有固定位置的MAC高层管理会话信息，所以没有必要在MSS 40的切换中传递会话信息。因此，可以提供稳定的服务。
进而，因为AP 50a和50b的每个具有相同的形状，容易安装AP 50a和50b。
图10是说明根据本发明的宽带无线通信系统中的切换过程的流程图。更特别地，图10表示图8中所示的分割类型的模型中的切换过程。在图10的说明中，假定MAC高层位于APC 60，以及MAC低层分别位于连接到MSS40的S-AP 50a和MSS 40要切换到的T-AP 50b。
在步骤1001中，MSS 40通过信道扫描获得用于相邻AP的信息，找到T-AP 50b，并且决定切换。在步骤1003中，MSS 40发送HO-REQ给S-AP 50a，并且HO-REQ传递给APC 60。在步骤1005中，APC 60通过发送handover-pre-notify给MSS 40要切换到的T-AP 50b，确定是否可以执行MSS40的切换。在这个过程中，T-AP 50b从APC 60接收到MSS 40的特性信息，例如由MSS要求的带宽或QoS，并且确定是否T-AP 50b可以允许MSS 40的切换。
在步骤1007中，T-AP 50b发送handover-pre-notify-response给APC 60以响应handover-pre-notify。在步骤1009中，APC 60通过发送包括T-AP 50b的身份ID(T-AP ID)的HO-RSP给MSS 40，通知MSS 40可能切换到T-AP50b。然后，在步骤1011中，当最终的切换时间到来时，MSS 40通过S-AP 50a发送HO-IND，该HO-IND表示L帧之后切换开始。
在步骤1013中，APC 60暂时停止到MSS 40的下行链路数据传输之后，APC 60发送handover-command(切换命令)给T-AP 50b，该命令表示MSS 40在L帧之后要切换到T-AP 50b。进而，在步骤1015和1017中，APC 60发送在APC 60中缓存的用户数据到T-AP 50b，使得当MSS 40已经切换到T-AP50b时，T-AP 50b可以直接发送用户数据(PDU块)给MSS 40。
在这里，因为会话信息如MSS认证、ARQ块的BSN以及MSS的QoS由APC 60管理，所以会话信息不发送到T-AP 50b。进而，切换中从APC 60发送到T-AP 50b的用户数据的数量大大减小，因为它只是必须发送仅仅在ARQ窗中的数据。
在步骤1019中，T-AP 50b使MSS 40能够使用IEEE 802.16e中定义的Fast Ranging_IE迅速发送测距请求。进而，MSS 40在步骤1021中发送RNG-REQ给T-AP 50b，并且T-AP 50b在步骤1023中发送RNG-RSP给MSS40以响应RNG-REQ。当如上所述的过程结束时，MSS 40与T-AP 50b同步。因此，MSS 40在步骤1025中通过T-AP 50b发送和接收数据。
根据如上所述的本发明，因为在宽带无线通信系统中MSS执行切换时AP之间不传递会话信息，所以可以降低系统负载。进而，根据本发明，MSS和AP之间的切换过程可以简化，并且通过会话信息的固定(fixing)，切换由于延迟时间的缩短而可以迅速地执行。
此外，根据本发明，可能使用各种切换模型，在该模型中MAC结构可以分割为MAC高层和MAC低层，使得可以确保系统设计的灵活性。
虽然为了说明的目的已经描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员将认识到，各种修改、添加和替换是可能的，只要不背离如权利要求中公开的本发明的范围和精神，包括其等效的全部范围。

Claims (11)

1.一种方法，用于在使用媒体访问控制MAC协议的无线通信系统的下行链路中，发送因特网协议IP网络的分组到移动用户台MSS，该方法包含以下步骤：
由MAC高层将通过IP网络接收的分组切割为多个自动重复请求ARQ块；
由MAC高层向MAC低层发送至少一个ARQ块以及用于发送ARQ块的预定头信息；
由MAC低层根据头信息接收ARQ块；
组装接收到的ARQ块为协议数据单元PDU块，用于发送到MSS；以及
由MAC低层发送组装的PDU块到MSS，
其中MAC协议分离为MAC高层和MAC低层，MAC高层管理与MSS的切换相关的会话信息并且具有固定位置，而MAC低层连接到物理层并且具有可变位置，以及
其中，MAC高层位于无线通信系统的接入点控制器APC中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层位于AP中，并根据连接到物理层的MSS的移动改变它的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中头信息包括ARQ块的块顺序号BSN和MAC低层的地址信息。
3.一种方法，用于在使用媒体访问控制MAC协议的无线通信系统的上行链路中，发送移动用户台MSS的传输数据到因特网协议IP网络，该方法包含以下步骤：
由MAC低层通过物理层接收MSS的传输数据；
由MAC低层提取至少一个包含在传输数据中的自动重复请求ARQ块；
由MAC低层给MAC高层发送至少一个ARQ块以及用于传输ARQ块的预定头信息；
由MAC高层接收所述至少一个ARQ块；
组装所述至少一个ARQ块为分组；以及
发送分组到因特网协议IP网络，
其中MAC协议分离为MAC高层和MAC低层，MAC高层管理会话信息并且具有固定位置，而MAC低层连接到物理层并且具有可变位置，
其中，MAC高层位于无线通信系统的接入点控制器APC中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层位于AP中，并根据连接到物理层的MSS的移动改变它的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中发送到MAC高层的数据的基本单元包括至少一个从PDU分割的ARQ块和隧道头TH，所述隧道头包括ARQ块的块顺序号BSN和MAC高层的MAC地址。
5.一种使用媒体访问控制MAC协议的无线通信系统中的切换方法，该方法在服务接入点AP和移动用户台MSS要切换到的目标AP之间进行，该方法包含以下步骤：
由MSS执行信道扫描并且决定到目标AP的切换；
通过服务AP接收MSS的切换请求；
检查MSS到目标AP的切换是否可能；
发送切换命令给目标AP；以及
发送不包括会话信息的协议数据单元PDU块给目标AP，
其中MAC协议分离为MAC高层和MAC低层，MAC高层管理会话信息并且具有固定位置，MAC低层在MSS的切换中从服务AP切换到目标AP，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层的位置根据连接到物理层的MSS的移动而改变。
6.一种无线通信系统，用于使用媒体访问控制MAC协议执行分组通信，该系统包含：
包括MAC高层的至少一个接入点控制器APC，该MAC高层包括至少一个子层，用于在固定位置为分组通信管理会话信息；以及
包括MAC低层的多个接入点AP，该MAC低层用于在MAC高层和移动用户台MSS所连接的物理层之间传输协议数据单元PDU块，以及
其中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层的位置根据连接到物理层的MSS的移动而改变。
7.根据权利要求6中所述的系统，其中当MSS从多个AP中的当前连接的源接入点AP切换到目标AP时，APC在固定位置管理相应的会话信息，并且MSS所连接的MAC低层转移到目标AP。
8.根据权利要求6中所述的系统，其中当数据在MAC高层和MAC低层之间传输时，APC和MSS所连接的AP使用隧道层产生预定的隧道头信息作为数据的地址信息。
9.根据权利要求6中所述的系统，其中AP根据无线信道的条件，可变地调整PDU块的大小。
10.一种无线通信系统，用于使用媒体访问控制MAC协议执行分组通信，该系统包含：
包括MAC高层和MAC低层的多个接入点AP，MAC高层具有至少一个子层，用于在固定位置为分组通信管理会话信息，MAC低层从MAC高层分离出来，并且在MAC高层和物理层之间传输协议数据单元PDU块；以及
移动用户台MSS，它使MAC低层能够从第一个AP转移到MSS切换到的第二个AP，会话信息固定在AP中当前连接的第一个AP的MAC高层中，
其中，即使接入点AP由于MSS的切换而改变，MAC高层的位置也保持，而MAC低层位于接入点AP中，并且MAC低层的位置根据连接到物理层的MSS的移动而改变。
11.根据权利要求10中所述的系统，其中第一个AP的MAC高层和第二个AP的MAC低层，使用隧道层产生预定的隧道头信息作为数据传输中的地址信息。
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