下一代無線局域網標准--HiperLAN/2

 

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摘要：文章介紹了HiperLAN/2這一無線局域網標准，列舉了基于HiperLAN/2的網絡的特點，具體描述了HiperLAN/2的協議棧結構，最後給出了基于HiperLAN/2的無線網絡的功能。 要害詞：無線局域網；HiperLAN/2標准；寬帶數據網；寬帶無線接入 Abstract:HiperLAN/2, a WLAN standard, is introdUCed through the description of characteristics of HiperLAN/2 networks, its PRotocol stack architecture and functions of HiperLAN/2 wireless networks. Key Words:WLAN; HiperLAN/2 standard; Broadband data network; Broadband wireless access 　　目前，無線網絡與基于不同標准的移動蜂窩網絡(如GSM、AMPS等)相似，主要用來支持語音業務，盡管有一些也以較低速率支持數據業務。能夠提供滿足Internet接入需求的無線數據服務正在開發之中。在局域網的環境下，很多供給商都提供了基于802.11的無線局域網産品，這些産品能夠提供1 Mbit/s～11 Mbit/s的帶寬。隨著價格的下降，無線局域網(WLAN)將成爲以太網接入的一種重要手段。爲了滿足將來網絡的需求，一種WLAN和蜂窩網絡結合的技術正在研制之中。本文將介紹這種下一代的無線局域網(WLAN)標准--HiperLAN/2。 　　1 基于HiperLAN/2的網絡 　　移動終端(MT)可以通過HiperLAN/2定義的空中接口與接入點通信。兩個移動終端(MT)之間也可以直接通信。MT的用戶可以在HiperLAN/2網內自由移動，並可以確保MT的用戶得到最好的傳輸性能。一個MT在接入HiperLAN/2網絡之後，一次只和一個接入點(AP)通信。AP考慮了無線網絡拓撲的變化，確保無線網絡是自動配置的。 　　2 基于HiperLAN/2的網絡的特點 　　基于HiperLAN/2 網絡的一般特點有： 　　(1)高速傳輸 　　HiperLAN/2傳輸速率很高，在物理層達54 Mbit/s，在L3達25 Mbit/s。HiperLAN/2采用了一種叫正交頻率數字複用(OFDM)的模塊化方法來傳輸模擬信號。OFDM 在分時環境下十分有效。HiperLAN/2在物理層之上的全新媒體訪問控制(MAC)協議采用了一種動態分時複用的方法，它可以最有效地利用資源。 　　(2)面向連接的機制 　　在HiperLAN/2 網絡中，數據是通過MT和AP之間建立的連接進行傳輸的。連接在空中接口上是時分複用的。HipeLAN/2的連接有兩種類型：點對點、點對多點。點對點是雙向的，點對多點是從AP到MT方向的。 　　(3)支持QoS 　　HiperLAN/2面向連接的特點使得它能夠直接支持QoS。每一個連接都能分配到一定的QoS，例如帶寬、延時、延時抖動、誤比特率等。這種高傳輸速率和支持QoS的特點將有利于多種不同類型的數據流(如視頻、語音、數據)的同時傳輸。 　　(4)自動頻率分配 　　在HiperLAN/2網絡中，不需要像蜂窩網一樣進行手工的頻率編制。HiperLAN/2的無線接入點在它覆蓋的範圍內能自動選擇無線信道進行數據傳輸。AP監聽臨近的AP和其他無線資源，並根據已用的信道和其他AP占用的信道選擇恰當的無線信道，從而減少幹擾。 　　(5)支持安全性 　　HiperLAN/2 網絡支持鑒權和加密。AP和MT可以相互鑒權。鑒權需要有一個支持函數，不在HiperLAN/2網的範圍之內進行。已建立連接的用戶數據可以通過加密保護防止偷聽。 　　(6)移動性的支持 　　MT將確保從最近的AP傳輸和接受數據，更確切的說MT通過測量信噪比確保接入無線信號最好的AP。因此隨著MT的移動，當MT檢測到有比現在用的AP的無線傳輸性能更好的AP，MT將請求切換到新的AP中，所有建立的連接將會轉移到新的AP上，而MT仍在HiperLAN/2網絡上，並能繼續通信。在切換中，可能會丟失一些包。假如MT移出網絡覆蓋範圍一定時間，MT將失去和HiperLAN/2網絡的所有聯系，所有連接將被釋放。 　　(7)網絡和應用獨立 　　HiperLAN/2的協議棧具有很大的靈活性，可以適應多種固定網絡類型。因此HiperLAN/2網絡既可以作爲交換式以太網的無線接入子網，也可以作爲第3代蜂窩網絡的接入網，並且這種接入對于網絡層以上的用戶部分來說是完全透明的。當前在固定網絡上的任何應用都可以在HiperLAN/2網上運行，而IEEE 802.11的一系列協議都只能由以太網作爲支撐，因此HiperLAN/2具有高度靈活性的特色。 　　(8)節省功率 　　HiperLAN/2網絡中，節能治理的機制基于MT發起的節能請求。在任何時刻，MT都可以向AP請求進入低功耗狀態或休眠期。針對不同的需求(如要求較短等待時間或較低的功率)可以采用不同的休眠期。 　　3 HiperLAN/2的協議棧結構 　　圖1所示爲HiperLAN/2 空中接口的協議參考模型。協議棧被分爲控制平面部分和用戶平面部分。用戶平面包括在已建立的連接上傳輸數據的功能，控制平面包括建立連接、釋放連接、治理連接這3個功能。HiperLAN/2 有3個基本層：物理層、數據鏈路層、彙聚層。 [url=/bbs/detail_1747028.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323551952325.gif[/img][/url] 圖1 HiperLAN/2協議參考模型 　　3.1 物理層 　　HiperLAN/2物理層采用了OFDM技術，以此來有效地對抗時間彌散信道中較強的多徑幹擾。它采用52路子載波，其中48路傳輸實際的用戶數據，另外4路傳輸引導序列，用于相關接收時的相位跟蹤。信道間隔爲20 MHz，保護間隔爲800 ns，這足以對抗250 ns的時延擴展，對于大部分應用環境來講已經足夠。對于一些小的室內應用環境，可采用較短的保護間隔，如400 ns，來獲得更高的傳輸效率。 　　HiperLAN/2物理層的另一個特點是有若幹種調制和編碼方式供選擇。這樣根據不同的應用環境限制和性能需求，可以采用不同的方式。 　　OFDM單個子載波的調制方式可以采用BPSK、QPSK、16QAM以及64QAM。前向糾錯一般采用1/2碼率、約束長度爲7的卷積編碼，采用截短技術後，可以使碼率提高到9/16或3/4。 　　3.2 數據鏈路控制層 　　數據鏈路控制層由一個AP和多個MT之間的數據鏈路組成。邏輯鏈路控制的功能包括媒體接入、數據傳輸和連接控制。數據鏈路層包括以下協議： 媒體接入控制協議 錯誤控制協議 信令實體數據鏈路連接控制的無線鏈路控制 (RLC) 協議，聯合控制函數(ACF)的無線資源控制(RRC)協議 　　3.2.1 媒體接入控制子層 　　HiperLAN/2的MAC子層采用AP集中治理的方式，由AP負責控制MT在一個MAC幀中所占據的時隙，並通知相應的MT。空中接口基于時分雙工(TDD)和動態時分複用(TDMA)。MAC幀是物理層和數據鏈路控制(DLC)層之間的接口。在一個MAC幀內，上行和下行鏈路的通信可以同步進行，而且上下行鏈路的時隙可以根據需要動態分配。基本的MAC幀爲固定長度2 ms，其中包含了廣播控制、幀控制、接入控制、上下行鏈路數據和隨機接入等多個信道。除了隨機接入信道時隙答應競爭占用以外，所有數據都要通過專用的時隙在AP和MT之間傳輸。除了廣播控制信道固定以外，其他域都根據當前的業務量情況動態調整。 　　3.2.2 差錯控制協議 　　差錯控制(EC)主要基于自動請求重發(ARQ)策略。前向糾錯作爲EC的補充。ARQ策略基于選擇重傳機制。這需要在收端和發端有一個傳送窗。因此接受端必須通知發端所有收到消息的序列號以及哪些消息不正確。而且，發端可能因爲一些消息超過了最大時間長度而要抛棄這些消息。 　　3.2.3 信令和控制 　　無線鏈路控制協議爲信令實體：聯合控制函數(ACF) 、無線資源控制(RRC)函數和數據鏈路連接控制(DCC)提供傳輸服務。這4個實體構成了AP和MT之間DLC信令交換的控制平面。 　　3.3 彙聚層 　　彙聚層(CL)有兩個主要功能：將高層的服務請求適應于DLC提供的服務，將高層的包變成DLC中用的定長。CL的結構使得HiperLAN/2適合于無線信道並能承載許多固定網絡，如以太網、IP、ATM、UMTS。HiperLAN/2定義了兩種不同的CL層：基于ATM信元和基于包的CL。前者用于與ATM網相連，後者可以用于許多基于分組的網絡結構上。 　　基于分組的CL具有一個通用和一個特定服務部分，它能用于不同的網絡中。HiperLAN/2定義了一個公共部分並爲以太網定義了一個特定服務功能。 　　4 無線網絡功能 　　HiperLAN/2標准定義了大量支持無線網絡的功能與信令：動態頻率選擇、鏈路自適應、無線蜂窩切換、多束天線和功率控制。 　　(1)動態頻率選擇 　　HiperLAN/2無線網將給每個AP自動分配通信頻率。這是由動態頻率選擇功能(DFS)實現的，它答應幾個操作者共享可用頻段，同時避免發生頻段幹擾。每個AP都是基于AP以及和它相關的MT的濾波相幹測量進行頻率選擇的。 　　(2)鏈路自適應 　　鏈路自適應策略是爲了解決變化的無線信道質量問題。信號幹擾比隨著系統配置的地點以及四周無線蜂窩流量的不同而不同。鏈路自適應策略使物理層的魯棒性能隨鏈路質量測量的結果而自適應變化。因此，在每個MAC祯中，物理層的模式是動態選擇的。 　　(3)天線 　　HiperLAN/2中支持使用多束天線以改進鏈路的預算，增加載波幹擾比(C/I)。MAC協議和HiperLAN/2幀結構答應最多使用7束天線。 　　(4)切換 　　切換是由MT發起的。例如一個MT對四周的AP進行必要的測量並選擇恰當的AP進行通信。切換策略在標准中沒有定義，運營商可以自行決定如何選擇，如選擇基于信號強度的切換。 　　(5)功率控制 　　MT和AP都有發射器的功率控制。MT的功率控制主要用來簡化AP接收機的設計；AP功率控制則是部分出于調整的原因，如減少衛星系統的幹擾。 　　5 結束語 　　HiperLAN/2提供了高達54 Mbit/s的與局域網和3G蜂窩網的連接速率，還爲將來的多媒體應用提供了移動性和服務質量的支持。我們認爲HiperLAN/2、藍牙技術、無線局域網及第3代蜂窩系統爲未來移動計算設備提供一個完整的通信環境。 　　參考文獻 1 Martin Johnsson. 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Orlando, USA, 2001 　 作者簡介：　　李明，畢業于華中科技大學電子與信息工程系，碩士。 　　黃載祿，華中科技大學電子與信息工程系教授，博士生導師。中國通信學會理事。