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沈波+, 张世永, 钟亦平 (复旦大学计算机与信息技术系,上海 200433) 摘要: 在无线传感器网络体系结构中,网络层的路由技术至关重要.分簇路由具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点,成为当前重点研究的路由技术.分析了无线传感器网络分簇路由机制,着重从簇头的产生、簇的形成和簇的路由角度系统地描述了当前典型的分簇路由算法,并比较和分析了这些算法的特点和适用情况.最后结合该领域当前研究现状,指出分簇路由算法未来的研究重点. 关键词: 无线传感器网络;分簇路由协议;簇;簇头

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802.16-2004空中接口协议测试规范 标准预研（版本二） 前   言 1 范围 2 规范性引用文件 3 缩略语 4 测试集结构 4.1 结构 4.2 测试组 4.2.1 能力（CA）测试子组 4.2.2 有效行为（BV）测试子组 4.3 测试项定义原则 4.4 测试项命名原则 5 SS协议测试集 5.1 测试项目 5.2 测试方案 5.2.1 信道描述符和映射（TP/SS/CDM） 5.2.2 无线链路控制（TP/SS/RLC） 5.2.3 注册、IP连接和FTFP（TP/SS/INI） 5.2.4 私密密钥管理（PKM）和认证（TP/SS/PKM） 5.2.5 动态业务（TP/SS/DS） 5.2.6 带宽分配和轮询（TP/SS/BWA） 5.2.7 重置和重注册（TP/SS/REP） 5.2.8 时钟对比（TP/SS/CCC） 5.2.9 MAC PDU（TP/SS/MAC） 5.2.10 Packet模式CS子层（TP/SS/PCS） 6 BS协议测试集 6.1 测试项目 6.2 测试方案 6.2.1 信道描述符和映射（TP/BS/CDM） 6.2.2 无线链路控制（TP/BS/RLC） 6.2.3 私钥管理和鉴权（TP/BS/PKM） 6.2.4 动态业务（TP/BS/DS） 6.2.5 带宽分配和轮询（TP/BS/BWA） 6.2.6 重置和重注册（TP/BS/RER） 6.2.7 时钟对比（TP/BS/CCC） 6.2.8 MAC PDU（TP/BS/MAC） 6.2.9 Packet模式CS子层（TP/BS/PCS） 附　录　A （规范性附录） 协议实现一致性说明（PICS） A.1 概述 A.2 功能状态符号 A.3 实现PICS文件的格式 A.4 协议实现总体说明 A.4.1 实体标识 A.4.1.1 声明日期 A.4.1.2 IUT标识 A.4.1.3 SUT标识 A.4.2 协议标识 A.4.3 一致性总体说明 A.5 用户站（SS） A.5.1 MAC层能力（PMP） A.5.1.1 SS分组汇聚子层 A.5.1.2 SS寻址和连接 A.5.1.3 SS结构和MAC PDUs的传送 A.5.1.4 SS ARQ机制 A.5.1.5 SS上行调度业务 A.5.1.6 SS带宽分配和请求机制 A.5.1.7 SS MAC支持的物理层 A.5.1.8 SS冲突解决方案 A.5.1.9 SS管理能力 A.5.1.10 SS新加入网络和初始化 A.5.1.11 SS配置文件 A.5.1.12 SS周期性测距 A.5.1.13 SS信道描述符更新 A.5.1.14 SS分配多播轮询组 A.5.1.15 SS业务质量–业务流量 A.5.1.16 SS 加密子层能力 A.5.2 MAC PDU描述 A.5.2.1 SS报头和子报头 A.5.2.2 SS MAC管理PDU A.5.2.3 SS包汇聚子层PDU A.5.3 PDU参数 A.5.3.1 SS的参数和内容 A.5.3.2 无线城域网SS端的OFDM PHY标准变量 A.5.3.3 SS的一般编码 A.5.4 PHY层主要能力和功能 A.5.4.1 SS复用和多址接入方案 A.5.4.2 SS物理层 A.5.4.3 SS无线子系统控制 A.5.4.4 SS最小性能 A.5.5 测试模式（SS） A.6 基站（BS） A.6.1 MAC层能力 A.6.1.1 BS汇聚子层 A.6.1.2 BS寻址和连接 A.6.1.3 BS结构和MAC PDUs的传送 A.6.1.4 BS下行链路调度业务 A.6.1.5 BS带宽分配和请求机制 A.6.1.6 BS MAC支持的物理层 A.6.1.7 BS冲突解决方案 A.6.1.8 BS新加入网络和初始化 A.6.1.9 BS E建立指派的连接 A.6.1.10 BS 周期性测距 A.6.1.11 BS信道描述符更新 A.6.1.12 BS多播轮询组 A.6.1.13 BS 业务质量 A.6.1.14 BS 加密功能 A.6.1.15 BS配置文件 A.6.2 MAC PDU描述 A.6.2.1 BS报头和子报头 A.6.2.2 BS MAC管理PDU A.6.2.3 BS 包汇聚子层PDU A.6.3 PDU参数 A.6.3.1 BS的参数和内容 A.6.3.2 BS的一般编码 A.6.4 PHY层主要能力和功能 A.6.4.1 BS 复用和多址接入方案 A.6.4.2 BS物理层 A.6.4.3 BS 无线子系统控制 A.6.4.4 BS最小性能

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1 802．16 协议概述.......................................................................................................................................9 1.1 802.16 协议参考模型................................................................................................................9 2 服务汇聚子层（Service specific CS） ...............................................................................................10 2.1 ATM 汇聚子层（ATM CS）...............................................................................................10 2.2 包汇聚子层（Packet CS）...................................................................................................10 2.2.1 MAC SDU 格式..............................................................................................................10 2.2.2 分类....................................................................................................................................11 2.2.3 汇聚层的分类（Classification within the CS） ...................................................12 2.2.4 负荷头压缩（PHS） ....................................................................................................12 2.2.4.1 PHS operation.........................................................................................................12 2.2.4.2 PHS 信令.................................................................................................................14 3 MAC 公共子层（MAC common part sublayer）............................................................................15 3.1 点对多点拓朴结构（PMP）...............................................................................................15 3.2 多点对多点网络拓朴结构（MESH）.............................................................................16 3.3 MAC 服务定义........................................................................................................................16 3.3.1 PMP MAC 服务定义.....................................................................................................16 3.3.1.1 原语 .................................................................................................................16 3.3.1.1.1 MAC_CREATE_CONNECTION.request...................................17 3.3.1.1.2 MAC_CREATE_CONNECTION.indication..............................18 3.3.1.1.3 MAC_CREATE_CONNECTION.r esponse................................19 3.3.1.1.4 MAC_CREATE_CONNECTION.confirmation ........................19 3.3.1.1.5 MAC_TERMINATE_CONNECTION.request..........................20 3.3.1.1.6 MAC_TERMINATE_CONNECTION.indication.....................20 3.3.1.1.7 MAC_TERMINATE_CONNECTION. response......................21 3.3.1.1.8 MAC_TERMINATE_CONNECTION. confirmation ..............21 3.3.1.1.9 MAC_DATA.request.........................................................................22 3.3.1.1.10 MAC_DATA.indication....................................................................22 3.3.1.2 MAC service stimulation of DSx messages ...................................................23 3.3.2 MAC service definition for Mesh...............................................................................24 3.4 数据/控制平面（Data/Control plane） ............................................................................25 3.4.1 寻址与连接......................................................................................................................25 3.4.1.1 PMP...........................................................................................................................25 3.4.1.2 MESH.......................................................................................................................26 3.4.2 MAC PDU 格式..............................................................................................................26 3.4.2.1 MAC PDU 头格式................................................................................................26 3.4.2.1.1 Generic MAC header .........................................................................26 3.4.2.1.2 Bandwidth request header.................................................................28 3.4.2.2 MAC 子头...............................................................................................................28 3.4.2 .2.1 分段子头...............................................................................................29 3.4.2.2.2 授权管理子头 .....................................................................................29 3.4.2.2.3 级联子头（PACKING）.................................................................30 3.4.2.2.4 MESH 子头.............................................................................................30 3.4.2.2.5 FAST-FEEDBACK 分配子头........................................................30 3.4.2.3 MAC 管理消息......................................................................................................31 3.4.2.3.1 Downlink Channel Descriptor (DCD) ...........................................33 3.4.2.3.2 Downlink Map (DL-MAP)...............................................................36 3.4.2.3.3 Uplink Channel Descriptor (UCD).................................................37 3.4.2.3.4 Uplink Map (UL-MAP)....................................................................38 3.4.2.3.5 Ranging Request (RNG-REQ) ........................................................39 3.4.2.3.6 Ranging response (RNG-RSP)........................................................41 3.4.2.3.7 Registration Request (REG-REQ) ..................................................41 3.4.2.3.8 Registration Response (REG-RSP)................................................43 3.4.2.3.9 DSA-REQ.............................................................................................44 3.4.2.3.10 DSA-RSP ..............................................................................................48 3.4.2.3.11 DSA-ACK.............................................................................................49 3.4.2.3.12 DSC Request (DSC-REQ)................................................................49 3.4.2.3.13 DSC Response (DSC-RSP) ..............................................................49 3.4.2.3.14 DSC Acknowledge (DSC-ACK) ....................................................50 3.4.2.3.15 DSD-REQ.............................................................................................50 3.4.2.3.16 DSD-RSP ..............................................................................................50 3.4.2.3.17 Multicast Polling Assignment Request (MCA-REQ)................51 3.4.2.3.18 Multicast Polling Assignment Response (MCA-RSP)..............52 3.4.2.3.19 Downlink Burst Profile Change Request (DBPC-REQ) ..........52 3.4.2.3.20 Downlink Burst Profile Change Response (DBPC-RSP).........52 3.4.2.3.21 Reset Command (RES-CMD).........................................................53 3.4.2.3.22 SS Basic Capability Request (SBC-REQ)....................................53 3.4.2.3.23 SS Basic Capability Response (SBC-RSP)..................................54 3.4.2.3.24 Clock Comparison (CLK-CMP).....................................................55 3.4.2.3.25 De/Re-register Command (DREG-CMD)....................................55 3.4.2.3.26 DSx Received (DSX-RVD) .............................................................56 3.4.2.3.27 Config File TFTP Complete (TFTP-CPLT)................................56 3.4.2.3.28 Config File TFTP Complete Response (TFTP-RSP) ................57 3.4.2.3.29 Channel measurement Report Request/Response (REP-REQ/RSP) .............................................................................................................57 3.4.2.3.30 Fast Power Control ( FPC) 消息.....................................................58 3.4.2.3.31 SS De-registration Request (DREG-REQ) message..................59 3.4.3 构造及传输 MAC PDU（Construction and transmission of MAC PDUs） 59 3.4.3.1 约定（Conventions） ................................................................................59 3.4.3.2 级联（Concatenation）.............................................................................61 3.4.3.3 分段（Fragmentation）.............................................................................62 3.4.3.3.1 Non-ARQ Connections .....................................................................62 3.4.3.3.2 ARQ-Enabled Connections ..............................................................62 3.4.3.4 组包（PACKING）....................................................................................62 3.4.3.5 CRC calculation.....................................................................................................64 3.4.3.6 Encryption of MAC PDUs..................................................................................64 3.4.3.7 填充（Padding）.........................................................................................64 3.4.4 ARQ mechanism.............................................................................................................65 3.4.5 上行链路调度服务（Uplink scheduling service） ..............................................65 3.4.5.1 发送调度（Outbound transmission scheduling）..............................65 3.4.5.2 上行链路请求/准许调度（Uplink request/grant scheduling） .....66 3.4.5.3 UGS...........................................................................................................................66 3.4.5.4 rtPS...........................................................................................................................67 3.4.5.5 nrtPS..........................................................................................................................67 3.4.5.6 BE service................................................................................................................67 3.4.6 带宽分配及请求机制（Bandwidth allocation and request mechanisms） ...67 3.4.6.1 请求（Requests）.......................................................................................67 3.4.6.2 准许（Grants）............................................................................................68 3.4.6.3 轮询（Polling） ..........................................................................................70 3.4.6.3.1 单播轮询(Unicast).............................................................................70 3.4.6.3.2 多播与广播（Multicast and broadcast）....................................72 3.4.6.3.3 PM bit ....................................................................................................72 3.4.6.4 竞争带宽请求（Contention-based focused Bandwidth Requests for WirelessMAN-OFDM）........................................................................................................73 3.4.6.5 Contention-based CDMA Bandwidth Requests for WirelessMAN-OFDMA.........................................................................................................74 3.4.6.6 Optional Mesh topology support.......................................................................74 3.4.7 物理层对 MAC 层的支持（MAC support of PHY） ........................................74 3.4.7.1 FDD...........................................................................................................................74 3.4.7.2 TDD..........................................................................................................................75 3.4.7.3 DL-MAP..................................................................................................................76 3.4.7.4 UL-MAP..................................................................................................................76 3.4.7.4.1 Uplink timing.......................................................................................76 3.4.7.4.2 Uplink allocations...............................................................................76 3.4.7.4.3 Uplink interval definition..................................................................76 3.4.7.5 Map relevance and synchronization .................................................................77 3.4.7.5.1 WirelessMAN-SC PHY....................................................................78 3.4.7.5.2 WirelessMAN-SCa PHY..................................................................78 3.4.7.5.3 WirelessMAN-OFDM PHY.............................................................78 3.4.7.5.4 WirelessMAN-OFDMA PHY.........................................................78 3.4.7.5.5 Optional Mesh mode..........................................................................78 3.4.7.6 Optional MAC AAS Support of WirelessMAN-SCa, OFDM and OFDMA 78 3.4.8 竞争解决（Contention resolution）.........................................................................79 3.4.8.1 发送时机（Transmission opportunities）............................................80 3.4.9 网络接入与初始化........................................................................................................81 3.4.9.1 下行信道的扫描和同步............................................................................83 3.4.9.2 获取下行链路参数.....................................................................................83 3.4.9.3 获取上行链路参数 .....................................................................................85 3.4.9.4 扫描和上行链路参数获取过程中的消息流.......................................87 3.4.9.5 起始测距和自动调整.................................................................................88 3.4.9.6 测距参数调整...............................................................................................91 3.4.9.7 基本能力协商...............................................................................................92 3.4.9.8 SS 授权和密钥交换.............................................................................................93 3.4.9.9 注册 .................................................................................................................93 3.4.9.9.1 IP 版本协商.........................................................................................96 3.4.9.10 建立 IP 连接..................................................................................................96 3.4.9.11 日期时间的建立..........................................................................................97 3.4.9.12 传送运行参数...............................................................................................97 3.4.9.13 业务连接建立...............................................................................................98 3.4.9.14 MESH 方式下的网络接入和同步.........................................................98 3.4.10 测距...................................................................................................................................98 3.4.10.1 下行突发属性管理 .....................................................................................98 3.4.10.2 上行链路周期测距 ...................................................................................101 3.4.10.3 基于 OFDMA 的测距..............................................................................104 3.4.11 通道描述更新(Update of channel descriptors)....................................................105 3.4.12 Assigning SSs to multicast groups...........................................................................107 3.4.13 QoS..................................................................................................................................108 3.4.13.1 Theory of operat ion ...................................................................................108 3.4.13.2 Service flows ...............................................................................................109 3.4.13.3 对象模型.......................................................................................................111 3.4.13.4 Service classes.............................................................................................113 3.4.13.5 Authorization...............................................................................................114 3.4.13.6 Types of service flows...............................................................................115 3.4.13.6.1 Provisioned service flows ...............................................................116 3.4.13.6.2 Admitted service flows....................................................................116 3.4.13.6.3 Active service flows.........................................................................118 3.4.13.7 Preprovisioned service flow creation ....................................................118 3.4.13.8 Dynamic service flow creation ...............................................................118 3.4.13.8.1 Dynamic service flow creation— SS-initiated ...........................119 3.4.13.8.2 Dynamic service flow creat ion— BS-initiated...........................119 3.4.13.9 Dynamic service flow modification and deletion ..............................120 3.4.13.10 Service flow management ........................................................................121 3.4.13.10.1 Overview.............................................................................................121 3.4.13.10.2 Dynamic Service Flow state transitions......................................122 3.4 .13.10.3 DSA ......................................................................................................130 3.4.13.10.4 DSC ......................................................................................................141 3.4.13.10.5 Connection release............................................................................153 4 加密子层....................................................................................................................................................160 4.1 架构 ..........................................................................................................................................160 4.1.1 数据包的加密 ...............................................................................................................160 4.1.2 密钥管理协议 ...............................................................................................................160 4.1.3 安全组（security association） ...............................................................................161 4.1.4 连接到 SA 的映射.......................................................................................................161 4.1.5 加密算法组件 ...............................................................................................................161 4.2 PKM 协议...............................................................................................................................162 4.2.1 终端授权和 AK 交互概述........................................................................................162 4.2.2 TEK 交换概述..............................................................................................................163 4.2.2.1 PMP 结构的TEK 交换概述...........................................................................163 4.2.2.2 MESH 结构的TEK 交换概述........................................................................164 4.2.3 安全能力的选择...........................................................................................................164 4.2.4 授权状态机....................................................................................................................164 4.2.4.1 状态 ...............................................................................................................165 4.2.4.2 消息 ...............................................................................................................166 4.2.4.3 事件 ...............................................................................................................166 4.2.4.4 参数 ...............................................................................................................167 4.2.4.5 动作 ...............................................................................................................168 4.2.5 TEK 状态机...................................................................................................................168 4.2.5.1 状态 ...............................................................................................................169 4.2.5.2 消息 ...............................................................................................................169 4.2.5.3 事件 ...............................................................................................................169 4.2.5.4 参数 ...............................................................................................................169 4.2.5.5 动作 ...............................................................................................................169 4.3 动态 SA 的创建和映射.......................................................................................................169 4.3.1 动态 SA 的创建............................................................................................................169 4.3.2 SA 的动态映射.............................................................................................................170 4.4 密钥的使用 .............................................................................................................................170 4.4.1 基站上密钥的使用......................................................................................................170 4.4.1.1 AK 的生命周期...................................................................................................170 4.4.1.2 基站侧的 AK 切换周期..........................................................................170 4.4.1.3 基站上 AK 的使用....................................................................................171 4.4.1.4 TEK 的生命周期................................................................................................172 4.4.1.5 基站上 TEK 的使用.................................................................................172 4.4.2 终端上密钥的使用......................................................................................................172 4.4.2.1 终端的重授权.............................................................................................172 4.4.2.2 终端上 AK 的使用....................................................................................174 4.4.2.3 终端上 TEK 的使用.................................................................................174 4.5 加密方法.................................................................................................................................174 4.5.1 业务数据的加密方法 .................................................................................................174 4.5.1.1 CBC 模式下的DES 数据加密.......................................................................174 4.5.1.2 CCM 模式下的AES 数据加密......................................................................174 4.5.1.2.1 PDU 负荷的格式.............................................................................174 4.5.1.2.2 包序号 PN..........................................................................................175 4.5.1.2.3 CCM 算法..........................................................................................175 4.5.1.2.4 接收数据时的处理原则.................................................................175 4.5.2 TEK 的加密...................................................................................................................175 4.5.2.1 使用 3-DES 加密TEK.............................................................................175 4.5.2.2 使用 RSA 算法加密TEK .......................................................................176 4.5.2.3 使用 AES 算法加密TEK-128...............................................................176 4.5.3 HMAC 摘要的计算.....................................................................................................176 4.5.4 TEK、KEK 和消息鉴权密钥的来源....................................................................176 4.5.4.1 DES 中的密钥.....................................................................................................176 4.5.4.2 3-DES KEK...........................................................................................................176 4.5.4.3 HMAC 鉴权密钥................................................................................................176 4.5.5 AK 的公钥加密............................................................................................................176 4.5.6 数字签名.........................................................................................................................176 4.6 数字证书的配置文件...........................................................................................................177 4.6.1 数字证书的格式...........................................................................................................177 5 WirelessMAN-OFDM PHY...................................................................................................................178 5.1 介绍 ..........................................................................................................................................178 5.2 OFDM 符号参数和发送信号............................................................................................179 5.3 信道编码.................................................................................................................................181 5.4 帧结构......................................................................................................................................192 5.5 ................................................................................................................................................................198 5.6 控制机制.................................................................................................................................198 5.6.1 同步.................................................................................................................................198 5.6.1.1 网络同步......................................................................................................198 5.6.2 测距.................................................................................................................................199 5.6.2.1 AAS 系统中的初始测距...........................................................................199 5.6.3 带宽申请.........................................................................................................................199 5.6.3.1 参数选择......................................................................................................200 5.6.3.2 全竞争发送 .................................................................................................202 5.6.3.3 Focused 竞争发送....................................................................................203 5.6.4 功率控制.........................................................................................................................203 5.7 Transmit diversity: Space-Time Coding (optional) .......................................................204 5.8 ................................................................................................................................................................204 5.9 ................................................................................................................................................................204 5.10 接收机要求 .............................................................................................................................204 5.10.1 接收灵敏度...........................................................................................................204 5.10.2 接收机的邻道和边带抑制...............................................................................206 5.10.3 接收机最大输入信号........................................................................................206 5.10.4 接收机最大容忍信号........................................................................................207 5.10.4.1 接收机的镜像抑制 ...................................................................................207 5.11 频率和定时要求....................................................................................................................207 6 Configuration............................................................................................................................................208 6.1 SS IP addressing.....................................................................................................................208 6.1.1 DHCP fields used by the SS.......................................................................................208 6.2 SS Configuration File............................................................................................................209 6.2.1 SS binary configuration file format..........................................................................209 6.2.2 Configuration file settings ..........................................................................................210 6.2.3 Configuration file creation 构建配置文件...........................................................210 6.2.3.1 SS MIC calculation MIC 计算.........................................................................211