Case Study: WiBro MAC 2007.10 미래기술연구소 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics (For your reference) Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 1 WiBro System 분류 사용주파수 대역 특성 2.3~2.4GHz (100MHz대역폭) 서비스종류 실시간 (예:동영상) 비실시간 (예:파일전송) 최선형 (예:웹 브라우징) 기반 프로토콜 IP 사용자 전송속도 최대 3Mbps이상 기지국 전송속도 30Mbps/FA (10MHz)(기본형) 50Mbps/FA (10MHz)(고속형) 이동속도 <= 60 Km/h 셀 크기 ~1 Km 2 Definitions (1/3) Base Station (BS) SS의 연결, 관리 및 제어 기능을 제공하는 일반화된 장치의 집합 Serving BS (16e scope) SS가 최근에 등록을 수행한 BS Target BS (16e scope) SS가 핸드오버 마지막 과정에서 등록을 하려고 하는 BS Subscriber Station (SS) 가입자 장치(UE)와 BS사이의 연결성을 제공하는 일반적인 장치 MSS (Mobile Subscriber Station): SS with Mobility (16e scope) PSS (Portable Subscriber Station): MSS in WiBro (TTA) 3 Definitions (2/3) Connection 하나의 Service flow의 트래픽을 전송 BS와 SS의 MAC peer들 사이의 unidirectional mapping Connection Identifier (CID) BS와 SS의 MAC계층 내의 connection을 식별하는 MAC계층 주소 Unidirectional Connection ID Connection의 종류 Basic Connection Initial SS ranging동안에 설정 (RNG-RSP) 지연에 민감한 MAC mgmt. 메시지들을 전송 Management Connection 지연에 민감하지 않은 MAC mgmt.메시지들을 전달 Primary mgmt. connection; Secondary mgmt. connection Transport Connection 사용자의 데이터를 전송하기 위하여 사용되는 연결 4 Definitions (3/3) MAP DL/UL에서 주파수 및 시간상 자원을 정의하는 MAC계층의 메시지 자원 위치와 Offset으로 자원 살당 (Subchannel 및 Symbol) Downlink MAP (DL-MAP); Uplink MAP (UL-MAP) Channel Descriptor DL/UL에서 PHY/MAC 특성을 기술하는 MAC message Downlink Channel Descriptor (DCD), Uplink Channel Descriptor (UCD) Interval Usage Code (IUC) Burst profile을 식별하는 부호 Downlink Interval Usage Code (DIUC); Uplink Interval Usage Code (UIUC) - 프로파일 (profile)은 변조방식; 순방향 오류정정 방식; 프리앰블 길이; 보 호기간 등을 포함 5 Reference Model Convergence Sublayer (CS) DL(BS), UL(SS): Classifying SDUs to CID Payload header suppression MAC CPS Bandwidth allocation Connection establishment Connection maintenance Quality of Service Scheduling of data over the PHY Privacy Sublayer Providing authentication Secure key exchange Encryption 6 Functional Model 7 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 8 Packet Header Suppression (PHS) 9 Packet Header Suppression (PHS) ATM CS 10 Header Compression 11 Suppression & Compression 12 Packet Classification 13 Packet Classification 14 MAC Connection and CID 15 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 16 Payload with GMH Fragmentation and Packing Subheaders: Fragmentation subheader /Packing Subheader MAC SDU and MAC management message -> MAC PDU 17 PDU Handling (1/2) Concatenation Burst를 구성하는 PDU를 연접하여 전송하는 것 (GMH를 사용) MAC PDU Concatenation Example Fragmentation SDU를 분할하여 PDU들에 나누어 전송하는 것 (Fragmentation Subheader를 사 용) MAC PDU Concatenation Example 18 PDU Handling (2/2) Packing 다수 개의 SDU 또는 SDU fragment들이 PDU를 구성하는 것 MAC PDU Packing Example – Packing with fragmentation 19 ARQ Mechanism ARQ (Automatic Repeat reQuest) MAC Layer의 optional 기능 Connection 설정시 ARQ 사용여부 결정 Per-connection basis로서 수행 Cumulative/Selective ACK를 가지는 Selective Repeat ARQ bitmap방식으로 서 Bitmap Block의 크기를 가변적으로 운용 가능함 20 PAC PDUs With Generic MAC Header (GMH) and CRC Subheader (SH) and extended subheader (ESH): HT=0 Only with MAC Header No CRC But the field of “header check sum” protects it Small size Header type (HT) =1 Bandwidth request header Several headers (8 ones in 16e/D6) 21 MAC PDUs with GMH (HT=0) 22 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 23 Ranging and BW Request 24 Initial & HO Ranging 25 Periodic Ranging 26 UP Link BW Request 27 CDMA Code-Based 28 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 29 Normal MAP DL-MAP & UL-MAP Management Messages (GMH and CRC0 DL-MAP IEs and UL-MAP IEs Burst Profile 방식 (DIUC and UIUC) 30 Data Identification In MAP Allocation Unit Per-Burst: 동일한 변조/코딩을 사용하는 데이터의 집합 다른 사용자들의 CID를 모음 Per-User: 사용자 단위 데이터 (CID) Burst Profile방식 데이터의 크기와 상관없이 변조 및 채널 코딩 결정 채널 상태(SNR)변조 및 채널코딩 결정 DL: DIUC & UL:UIUC Ex) DIUC 0 = [QPSK (CTC) 1/2] Nep & Nsch 방식 Nep: 입력 데이터 양, Nsch: 할당된 sub-channel 양 데이터 크기에 따라 변조 및 채널코딩 결정 채널 상태 (SNR)+Nep 변조 및 채널 코딩 결정 31 Compressed MAP Compressed DL-MAP & Compressed UL-MAP No GMH and one CRC DL-MAP IEs and UL-MAP IEs Burst Profile 방식 (DIUC and UIUC) 32 HARQ MAP HARQ MAP Message Different modulation and channel coding with MAP HARQ for downlink and uplink Compact DL-MAP IEs and compact UL-MAP IEs Nep & Nsch 방식 33 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 34 Access Procedures 셀 방송정보 (UCD/DCD) 초기 무선 접속 (Initial RNG) AT 기본 협상 장치 및 사용자 인증 셀 등록 IP 연결 서비스 흐름 추가/변경/종료 등록 해제 35 AP Initialization 셀 초기화 관리 셀 설정 SI 설정 (UCD/DCD) 방송 정보 설정 상태 관리 셀 해제 관리 정상: 셀 해제 오류: 셀 재시작 36 SS Initialization Overview 37 MAC Synchronization 38 DCD Parameter Update 39 Network Entry – Initial Ranging 40 Network Entry – SBC negotiation 41 Network Entry - Registration 42 Network Entry – Provisioned Connection 43 Network Entry – IP Connectivity 44 Basic Access 셀 방송정보 UCD/DCD UL-MAP/DL-MAP 초기 무선접속 CDMA Ranging Initial Ranging AP 기본 기능협상 장치 및 사용자 인증 EAP지원 셀 등록 IP 연결 Mobile IP 45 Traffic Access and DeRegistration 서비스 흐름 추가 무선 트래픽 추가 MAC: DSA-XXX ANAP: DSAxxx 서비스 흐름 변경 무선 트래픽 변경 MAC: DSC-XXX ANAP: DSCxxx 서비스 흐름삭제 무선 트래픽 삭제 MAC: DSD-XXX ANAP: DSDxxx AT접속 해제 DREG-CMD 46 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 47 QoS Objective Model Service Flow and Service Class Connection ID 48 Service Types Unsolicited Grand Service (UGS) T1/E1 및 voice over IP without suppression 등과 같은 고정된 크기의 데이터 패킷들을 생성하는 real-time service flow들을 지원함 Real-Time Variable Rate (RT-VR) MPEG video 등과 같은 주기적인 가변크기의 데이터 패킷들을 생성하는 service flow들을 지원함 Extended Real-Time Variable Rate (ERT-VR) UGS + RT-VR Non-Real-Time Variable Rate (NRT-VR) High bandwidth FTP등과 같은 가변 크기의 Data Grant Burst Type들을 regular basis로서 필요로 하는 service flow들을 지원 Best Effort (BE) WWW등과 같은 Best Effort Traffic에 대하여 효과적인 서비스를 제공하기 위한 것 49 Uplink자원 요청 및 할당 정책 UGS (Unsolicited Grand Service) Connection 설정시 고정 대역을 할당 받는다. SI (Slip Indicator) bit가 설정 된 경우를 제외하고는 Maximum Sustained Traffic Rate Parameter보다 많은 대역폭을 할당받을 수 없음 rtPS (real-time Polling Service) Connection설정시 polling 주기를 할당 받아 BS로부터 poll을 받으면, 매 PDU 전송마다 bandwidth request 또는 piggybacking으로 자원 요청 ertPS (extended real-time Polling Service) UGS + rtPS nrtPS (non-real-time Polling Service BS의 상황에 따라 정규적으로 (periodic or non-periodic) poll될 때 bandwidth request를 하거나, connection based로 요청할 수 있음 BE (Best Effort) Connection based 또는 piggybacking으로 자원을 요청할 수 있음 50 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 51 Sleep Mode Operation (1/2) IEEE 802.16e Sleep-Mode Awake Mode: SS는 정상적인 방법으로 PDU들을 수신/전송 Sleep Mode: SS는 PDU들을 수신하거나 전송하지 않음 Definitions of Two intervals during Sleep Mode Sleep-interval: Sleep mode로 동작하는 구간 Sleep period 동안에 minimum부터 maximum limits까지 지수적으로 증가 Listening-interval Awake mode로 상태변경을 BS가 알려주는 지속 시간 DL transmission과 동기를 맞추고 DL데이터를 복조 할 수 있음 Sleep Mode의 동작 Sleep mode로 들어가기 이전에 SS는 BS에게 통지 및 승인이 필요 Sleep mode동안 BS는 incoming PDU들을 저장 Listening-interval에 DL 데이터 유무를 통지 통지 후 Awake mode로 복귀 SS는 sleep mode를 종료하고, 언제라도 awake mode로 복귀 가능 52 Sleep Mode Operation (1/2) Sleep Interval Update Algorithm SS는 SLP-RSP message를 수신한 이후에 sleep mode로 진입 SS는 sleep mode로 진입할 때, sleep-interval에 대하여 min-window를 사용 이후 sleep-interval의 지속시간을 두 배로 하여 다시 sleep-mode로 재진입 이 절차는 sleep-interval이 max-window를 넘지 않을 때까지 계속되고, 이 후 max-window크기인 sleep-interval이 반복됨 Traffic Indication Signaling SS는 동기가 맞지 않는 경우 Awake mode로 복귀 PHY의 frame number가 expected frame number와 다른 경우 BS는 traffic 유무를 listening interval동안에 통지 (TRF-IND) SS가 자신의 CID에 대하여 Positive Traffic Indication을 발견하지 못하면, sleep-mode로 복귀 53 Sleep Mode Example Example: Sleep Mode Operation – HPi & 802.16e Harmonization 54 Sleep Mode: Additional Functions Sleep Mode Operation (additional functions) SLPID Update Periodic Ranging During Sleep Mode SLPID Grouping Indication Guaranteed Mode of Minimum Sleep Duration Power Saving Classes, etc 55 Power Saving Class (1/2) Power Saving Classes Power saving class 1: Recommended for connections of BE and NRT-VR type Relevant parameters - Initial-sleep window - Final-sleep window base - Listening window - Final-sleep window exponent - Start frame number for initial sleep window - Traffic triggered wakening flat Sleep window update algorithm Sleep_window = min (2*(Previous_sleep_window), Final_sleep_window_base*2^(Final_sleep_window_exponent)) 56 Power Saving Class (2/2) Power Saving Classes Power Saving Class 2: Recommended for connections of UGS, RT-VR type Relevant parameters - Initial-sleep window - Listening window - Start frame number for initial sleep window Power Saving Class 3: Recommended for multicast connections as well as for management operations, for example, Periodic Ranging, DSx operations, NBr-ADV Relevant parameters - Final-sleep window base - Final-sleep window exponent - Start frame number for sleep window 57 Sleep Mode Operation Example: Sleep Mode operations with two Power Saving Classes 58 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 59 PSS-initiated Idle Mode Transition 60 Idle Mode Idle Mode Concept MSS가 DL broadcast messaging을 받으면서 다수 BS는 이동 MSS가 handover나 normal operation에 요구사항을 따르지 않음 Discrete interval에만 호출여부를 점검하여 power save를 할 수 있는 상태 Conditions 모든 connection 및 management connection ID들은 해제/반납됨 ID address도 반납됨 MBS service flow 및 SA는 유지 Idle Mode Entering procedure BS-initiated unsolicited DREG-Cmd Message (code=0x05) MSS-initiated DREG-REG, then the BS shall Tx DREG-Cmd (code=0x05) 61 Paging Listening & Unavailable MSS Broadcast paging Message time synchronization Preferred BS의 평가 및 선택:DCD 및 DL-MAP수신 MSS Paging Unavailable Interval MSS Paging Listening Interval MSS paging Unavailable interval 수행 가능한 동작 Power down Scan neighbor BSs Re-select Preferred-BS Ranging trial 기타 다른 action들을 수행 62 Paging Procedure 63 Paging Cycle BS Paging Interval BS Paging interval은 다음을 만족하는 frame에서 시작하는 5 frame구간임 N_frame modulo PAGING_CYCLE == PAGING_OFFSET BS는 backbone message를 통하여 실제 PAGING_CYCLEs를 통보 받음 BS Broadcast Paging message 단말기에게 다음 사항을 알려줌 - BS또는 어떤 network entity를 통하여 pending서비스 요청 - Location update를 수행하도록 poll Broadcast CID를 사용하여, BS Paging Interval동안 전송 MSS를 식별하기 위하여 MSS MAC Address Hash를 포함 64 Paging & Location Update Paging and Location Update Paging and Location Update Paging Group ID, Paging Cycle, Paging Offset값에 의해 Paging interval동안에 paging가능 (Paging controller/serving BS에 의하여) RNG-REG/RSP 메시징을 통하여 Location Update가능 Location Update Types Zone-based (Paging Group ID change detection) Location Update Timer-based Location Update Power down-based Location Update MAC hash Skip Threshold-based Location Update Location Update Process Secure Location Update - RNG-REG msg내에 Ranging Purpose Indication “Location Update Request” & paging controller ID TLV & HMAC Tuple을 포함하여 전송 Un-secure Location Update - RNG-REG msg without HMAC Tuple 65 Fast Re-entry Procedure from Idle Mode 66 목차 PART I : Basic Topics Introduction to MAC Convergence sublayer MAC PDU Ranging MAP PART II: Advanced Topics Basic Access Procedure QoS Sleep mode Idle & Paging Handover 67 WiBro System Architecture 68 Handover Types Handover Types Inter-Sector Handover Inter-BS(RAS) Handover Inter-ACR Handover HO Type based on Initiator MS-initiated HO BS-initiated HO L2 Connection Types Hard HO Fast BS Switching (FBSS) Soft HO: Macro Diversity HO (MDHO) Specification of L3 Handover Out of Scope of IEEE 802.16 Link extension (tunneling) or MIP 69 Neighbor BS Information Trade-off of MOB_NBR-ADV Interval Acquisition Time Broadcast Data Overhead 70 SCAN and HO initiation 71 HO Ranging 72 Neighbor BS Scanning 73 Scan and Periodicity Scanning Scanning without Association Scanning with Association Determined by “Scanning Type” Multiple Scanning Intervals “Trigger” in DCD Type/Function/Action descriptor Controls scanning request, scanning report and HO initiation 74 SCAN and ASSOCIATION Scanning Message based scanning procedure and iterative scanning interval No downlink data during scanning interval Association Optional initial parameter negotiation when scanning Purpose of association To select the proper target BS for HO To expedite a potential future HO to a target BS By acquiring and recording ranging parameters and service availability information 75 ASSOCIATON LEVELS Three Association levels Association level 0: contention-based ranging Association level 1: non-contention-based ranging Association level 2: non-contention-based ranging, no wait for RNG-RSP 76 HO Decision Parameters HHO: Hysteresis margin & Time-to-Trigger margin in DCD msg. SHO: H_Add_Threshold & H_Delete_Threshold in DCD msg. Trigger in DCD message 77 Handover Decision 78 HO procedure in serving BS 79 HO Procedures 80 Example: Inter-AP HO procedure 81 FBSS & SHO FBSS (Fast BS Switching) An MS receives/transmits data from/to only one BS, an anchor BS SHO (Soft HO) An MS receives/transmits data from/to all BSs in the current Active Set. 82 Conditions for FBSS/SHO FBSS BSs are synchronized based on a common time source Frames from any BSs in Active Set arrive at the MS within the prefix interval BSs have synchronized frames BSs operate at the same frequency channel BSs are required to share or transfer MAC context SHO All conditions required to enable FBSS BSs shall use the same set of CIDs for the connections that are established with the MS The same MAC/PHY PDUs shall be multicast by the Bses to the MS Monitoring method of DL control information and DL broadcast messages DL-MAP & UL-MAP of the anchor BS DL-MAPs & UL-MAPs of all the active BSs 83 ACTIVE SET UPDATE (ADD) Control of Active Set MSS BS1 BS2 H_ADD_Threshold (DCD) H_Delete_Threshold (DCD) 84 ACTIVE SET UPDATE (DROP) 85 ANCHOR BS UPDATE 86 ANCHOR BS UPDATE: FAST-FEEDBACK CH Anchor BS report 8 codewords numbered from 32 to 39 Each codeword maps to one of TEMP BS ID Fast-feedback CH allocation from a new Anchor BS Pre-allocated by MOB_BSHO-RSP or MOB_BSHO-REQ Anchor_Switch_IE during anchor switching operation UL-MAP of the new anchor BS after the switching period Cancellation of Anchor BS Update be MS MS can not cancel anchor BS update during anchor switching operation MS stay with the previous Anchor BS and transmit the CQI on the same CQICH allocated by the previous anchor BS 87 Thank you for your kind attention! 88