无线设备协议可重新配置的技术研究
摘 要：随着无线网络的不断发展，无线终端设备的运用越来越广泛，人们对于无线终端设备的通信协议的可重新配置提出了广告的需求。文章从通用的可重新配置协议基本模型出发，在对其进行深入研究的基础之上，引出了通用的可重配置通用协议。结合无线终端设备的特点，提出了集中式和分布式的可重配置管理协议模型，并实现IEEE802.11和IEEE802.16重配置。
关键词：重配置；协议栈；配置管理
引言
无线终端重配置的实现基于软件无线电技术，涉及硬件、软件和网络等诸多方面，其中协议栈的重配置是至关重要的一个环节。在这方面，学术界已提出一些系统结构，它们的基本思路就是通过模块或者组件的组合构成目标协议栈。这些结构的共同问题是：缺乏与常用分层模型结构通信的兼容性，协议栈重配置的合法性和正确性无从证实，管理功能过度集中。为了解决这些问题，本文首先提出了一种可重配置协议栈结构模型，对其中的通用协议栈做了详尽的描述，随后在分析协议栈重配置管理功能的基础上，提出了集中式与分布式相结合的协议栈重配置管理架构，该模型避免了控制管理功能的过度集中，可有效地提高重配置管理的效率，这种模型可普遍适用于各种协议栈。
1. 可重配置协议栈结构模型
可重配置协议栈结构由两部分构成，分别为系统协议栈部分和协议栈重配置管理部分，其中，系统协议栈部分与具体无线接入协议相关，而目前存在的多种无线接入协议在功能上具有相似性，这些相似功能的集合构成了通用协议栈，通用协议栈再结合与各种无线接入技术相关的特殊协议功能则构造出完整的系统协议栈。协议栈重配置管理部分负责跨栈管理功能，对协议栈状态和各种协议组件进行管理，完成各种协议栈之间的切换过程，保证协议栈重配置的正确性。
2. 协议栈重配置管理模型
根据协议栈重配置管理需要完成的主要功能，我们提出集中式与分布式相结合的两级控制的协议栈重配置管理模型。
将整个协议栈重配置管理功能分布在两类管理实体中，分别为协议栈重配置管理实体（SRME）和协议层重配置管理实体（LRME），其中，协议栈重配置管理实体完成对协议栈重配置的集中管理功能，它独立于各协议层，同时与网络侧和多个LRME交互，控制着整个协议栈的重配置进程，在重配置出现差错的情况下，它能够控制各协议层倒回到重配置之前的状态。协议层重配置管理实体驻留在各协议层中，通过与协议栈重配置管理实体的交互，完成本层协议的平滑切换。SRME和各LRME之间通过SAP进行原语交互，相互合作，完成整个的协议栈重配置的管理工作。
2.1 协议栈重配置管理实体
协议栈重配置管理实体完成对协议栈重配置的集中管理功能，它与网络侧交互，进行模式协商并下载协议组件，同时通过与各协议层交互，监控与管理各协议层的重配置管理工作，其结构如图1所示。
图1 协议栈重配置管理实体
2.2 协议层重配置管理实体
协议层重配置管理实体（LRME）驻留在各协议层中，完成对协议栈重配置的分布式管理功能，通过与SRME的原语交互，完成本协议层的平滑切换，其结构如图4所示。
如图所示，当接收到SRME的重配置请求命令后，上下文管理模块保存当前模式所处的状态以及未处理完的协议数据等信息，这些信息将在新协议栈激活后由新协议层接手处理，同时在可能的协议栈重配置失败的情况下，利用该模块保存的上下文信息恢复重配置之前的模式。
3. IEEE802.11和IEEE802.16 MAC层协议重配置实现
做为无线接入协议，IEEE802.11和IEEE802.16具有相同的协议栈结构，均可以划分为媒体接入控制层（MAC）和物理层（PHY），并且相同协议层内的协议功能具有相似性。根据可重配置协议栈结构模型和协议栈重配置管理模型，实现IEEE802.11和IEEE802.16MAC层协议重配置。IEEE802.11和IEEE802.16MAC层协议重配置系统结构分为三个处理模块，分别为ARM处理模块、DSP处理模块和FPGA处理模块。ARM处理模块对整个协议栈重配置过程进行管理，通过网络侧接口进行重配置协商及软件下载，并由协议栈重配置管理器通过HPI口对IEEE802.11和IEEE802.16MAC层重配置过程进行控制和管理。DSP处理模块实现IEEE802.11和IEEE802.16MAC层协议的重配置，其中MAC层重配置管理模块通过HPI口接收ARM的重配置指令，并使用DSP动态加载工具实现IEEE802.11和IEEE802.16MAC层公共协议模块和特殊协议模块的替换。FPGA处理模块实现IEEE802.11和IEEE802.16的物理层协议，分为编解码模块和调制解调模块。MAC层与FPGA之间采用总线方式通信。
4. 结束语
本文在分析了已有的协议栈重配置结构的基础上，提出了改进的基于通用协议栈的可重配置协议栈结构模型，详尽阐述了通用协议栈技术，这种结构模型的特点在于它的通用性，适用于各种无线接入技术的重配置，能够灵活的实现多模式的动态切换。随后文章在分析了协议栈重配置管理功能的基础上，提出了集中式与分布式相结合的协议栈重配置管理的一般模型，该管理模型能够对协议栈重配置过程进行有效管理，保证重配置的合法性和正确性。最后根据提出的重配置结构模型和管理模型，实现了IEEE802.11和IEEE802.16MAC层协议重配置。
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