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無線局域網HiperLAN/2標准綜述

2008-05-31 05:59:06  編輯來源:互聯網  简体版  手機版  評論  字體: ||
 
  摘要:概況介紹了HiperLan/2標准,以及鏈路和系統的性能。

  要害詞:無線局域網(WLAN) 無線接入 寬帶

  一、概述

  無線和移動通信的快速發展、多媒體應用的出現以及Internet接入的需要都刺激著無線寬帶接入網絡的進一步開發。第二代移動無線系統的改進以及正在大力開發的第三代無線通信網的目的就在于使網絡能夠提供無線信道上最高可達2Mbps的瞬時用戶比特率,從而大大提高分組數據和移動多媒體應用。同時對于局域網采用一些新的無線技術甚至可獲得更高的數據率。其中新一代WLAN技術��HiperLAN/2標准就是一例。

  HiperLAN/2是目前最爲完善的WLAN協議。它的特點是:高速傳輸、面向連接、支持QoS、自動頻率配置、支持小區切換、安全保密、網絡與應用無關。HiperLAN標准定義了許多支持無線網絡功能的信令和測量方法,包括動態頻率選擇、無線小區切換、鏈路適配、多波束天線和功率控制等。HiperLan/2標准是對目前無線接入系統的補充,與其它蜂窩系統比較,它的戶外移動性雖然受到限制,但適用面廣,可在典型的應用環境如辦公室、家庭、展覽廳、機場、火車站等熱點地區,向終端用戶提供高速數據率和高性能。

  二、HiperLan/2系統特點

  在歐洲,HiperLAN有455MHz的頻譜資源,美國爲300 MHz,日本則是100 MHz,並且在考慮更多的頻譜分配。這些頻段雖都在5GHz頻段中,但並不統一,ITU-R正努力在全球範圍內實現無線局域網統一頻譜分配。

  圖1是 HiperLAN/2的典型網絡拓撲結構。移動終端(MT)通過接入點(AP) 接入固定網,MT與AP之間的空中接口由HiperLAN/2定義。一個AP所覆蓋的區域稱爲一個小區,一個小區的覆蓋範圍在室內一般爲30米,在室外一般爲150米。無線終端MT可以在HiperLAN/2網絡中自由移動,並保持與網絡間良好的傳輸性能。在某一個特定時間,移動終端只能與一個接入點通信。無線網絡自動進行無線頻率配置。這一方式不同于以往無線網絡的頻率規劃,系統配置更加方便。

無線局域網HiperLAN/2標准綜述


  圖1 HiperLAN/2網絡

  HiperLAN/2是目前性能最高的WLAN技術,其特點是:

  高速數據傳輸:由于采用了先進的OFDM調制技術, HiperLAN/2可以提供非常高的數據傳輸速率,其速率在物理層最高達54Mbit/s,在層三也可達25Mbit/s。在辦公室這樣的時間擴散環境中,OFDM對多徑效應的解決很有效。同時, MAC采用了動態TDD模式,使無線資源的利用更加有效。

  面向連接:與其它無線局域網技術不同,在HiperLAN/2網絡中數據的傳輸是面向連接的。在傳送數據之前,AP和MT之間通過HiperLAN/2控制層的信令預先建立連接。這種連接在空中接口上是時分雙工的,連接分點對點和點對多點。點對點連接是雙向連接,點對多點是單向連接��下行方向,從接入點到移動終端。另外,HiperLAN/2還可以采用專用廣播信道,由同一個AP向所有移動終端發送廣播消息。

  QoS:HiperLAN/2面向連接的特性有利于實現對QoS的支持。由于高傳輸率和對QoS的支持,HiperLAN/2可以同時傳輸不同類型的數據流,比如視頻、話音和數據等。

  自動頻率分配:在每一接入點覆蓋區域中,接入點AP能自動選擇適當的無線信道進行傳輸數據。AP監聽鄰近小區及環境中的其它無線資源,根據最小幹擾和資源不沖突准則選擇適當的無線信道。

  安全性:HiperLAN/2網絡支持安全認證和加密功能。

  移動性:移動終端與離它最近的一個接入點通信,確切的說,移動終端與具有最好信噪比的接入點通信,因此,在不斷移動的情況下,移動用戶(終端)可能會偵測到一個無線傳輸性能更好的接入點,于是,移動終端將執行一次切換,切換到一個新的AP中,所有已建立的連接都轉移到新AP上,移動終端仍繼續與網絡保持通信。當然,在切換過程中,有可能會丟失一些數據包,而且,假如移動終端超出HiperLAN/2網絡的覆蓋範圍相當長一段時間,將會失去與網絡的聯系,所有連接將被釋放。

  網絡與應用無關:HiperLAN/2網絡協議棧具有靈活的體系結構,很輕易適配並擴展不同的固定網絡。例如,HiperLAN/2可被用作交換式以太網的無線部分;同樣,HiperLAN/2也可作爲第三代蜂窩網絡的接入網使用。目前在固定網上運行的所有應用都可以在HiperLAN/2上運行。

  省電:HiperLAN/2的省電機制是基于MT對睡眠期的初始約定。移動終端可以在任何時間要求AP進入低功率狀態,並且請求特定的睡眠周期。睡眠周期結束時,移動終端將檢測有無AP發來的激活指示,假如沒有檢測到,則進入下一個睡眠周期,繼續保持低功率狀態。AP暫不發送用戶數據,等睡眠期結束後才開始發送。可以根據對反應時間和低功耗的要求,選擇不同的睡眠周期。

  三、協議體系結構

  HiperLAN/2無線接口的協議參考模型如圖2所示,HiperLAN/2的協議棧分成控制平面和用戶平面兩部分。用戶平面的功能是在已經連接的連接上傳輸數據;控制平面的功能是控制連接的建立、釋放和監控。HiperLAN/2協議包括三個基本層:物理層PHY、數據鏈路層DLC和彙聚層CL。

無線局域網HiperLAN/2標准綜述


  圖2 HiperLAN/2協議參考模型

  

  

   1、物理層PHY

  HiperLAN/2的物理層以一定長度的突發脈沖串(Burst)格式傳輸數據單元,每一個burst分成前導碼(PReamble)和數據兩個部分。

  HiperLAN/2采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)調制方案,非凡適用于信道呈發散狀分布的系統,HiperLAN/2的信道間隔爲20MHz,可以支持非常高的傳輸速率,是信道數目和傳輸高速率的一種折衷(如在歐洲采用了19個信道)。每一個信道又分成52個子信道。爲抑制子信道之間的幹擾,每個子信道之間的頻率間隔爲312.5kHz,其中48個子信道用于傳送數據,另外4個子信道用于提供系統同步的導頻信號。信道的傳輸時延一般不超過250ns,采用800ns 的保護間隔時間足以滿足要求,在比較小的室內環境中,可以采用400ns的更短的保護間隔時間。

  在HiperLAN/2的收發端使用FFT信號處理方式可以有效地實現OFDM,這樣,與傳統的FDM系統相比,采用OFDM的HiperLAN/2系統可大大降低硬件設備的複雜度,並且有效提高頻譜利用率,在時間擴散環境中盡可能的抑制因多徑傳輸而産生的符號間幹擾和碼片間幹擾。

  與3G等類似,爲了適應不同的業務要求和鏈路條件,HiperLAN/2的物理層可以提供多種傳輸方式(采用不同的調制和編碼方式),由高層協議根據具體要求而定。

  2、數據鏈路控制層DLC

  數據鏈路層負責建立移動終端和接入點之間的邏輯鏈路。它的功能包括用戶面的媒體訪問和傳輸及控制面的聯接處理,因此,DLC(Data Link Control)層包括MAC協議、差錯控制協議(EC)和無線鏈路控制協議RLC三個子層。

  MAC協議

  MAC協議用于發送數據時控制對物理介質的訪問。無線接口基于TDD和動態的TDMA多址方案,采用的時隙結構在HiperLAN/2中稱作MAC幀。根據所需要的傳輸資源動態地分配上下行鏈路的時隙,基本的MAC幀時長固定爲2ms,包括廣播控制信道、幀控制信道、接入控制信道、上下行數據傳輸和隨機接入。AP和MT所有數據的傳輸都在專用的時隙上傳輸,但隨機接入信道存在一個競爭問題。廣播控制的持續時間是固定的,而其它部分的持續時間要依據當時的傳輸條件而定。MAC幀和傳輸信道組成數據鏈路層DLC和傳輸層PHY之間的接口。

  

  差錯控制協議EC

  差錯控制機制有助于提高無線鏈路的可靠性,系統采用可選擇重複ARQ。這裏的EC功能是檢測位錯,有位錯時重發U-PDU,也保證U-PDU按順序發送到彙聚層,方法是給每個連接上的U-PDU分配一個序列號,ARQ應答的正確或錯誤消息在LCCH上傳送,一個U-PDU可以被重發多次(次數可以設定)。

  爲保證一些實時業務如語音等應用的服務質量,系統答應丟失一些U-PDU。因爲重發方式導致一些數據陳舊時(如超過重發次數的上限),EC協議上的發送方將會發起「丟失機制」,將該PDU以及這個DUC上其它待發的U-PDU全部丟失(發送時U-PDU序列號依次減小),這就導致DLC有效連接上的PDU存在殘缺,假如需要,答應更上層恢複這些丟失的數據。

  

  無線鏈路控制協議RLC

  RLC協議爲信令實體提供傳輸服務,主要處理三種控制功能:用于鑒權、密鑰治理、關聯(Association)、取消關聯(Disassociation)以及加密種子(Encryption Seed)的關聯控制功能(ACF);無線資源控制(RRC)功能治理切換、動態頻率選擇、移動終端的激活和釋放、省電以及功率控制;DLC用戶連接控制功能(DDC)用于建立和釋放用戶連接、多點傳送和廣播。

  總之,RLC用于在一個接入點和移動終端之間的控制面中交換信令數據。例如,移動終端通過RLC信令形成和接入點的聯系,完成這個聯系過程後,移動終端可以請求一個專業控制信道建立無線載體(Radio Bearers)。在HiperLAN/2中,無線載體稱爲DLC連接。

  3、彙聚層CL

  彙聚層CL(Convergence Layer)基本結構如圖3所示,它有兩大主要功能:使來自高層的服務請求與DLC層提供的服務適配;將高層固定或可變長度的分組整理成適合一個個固定長度的業務數據單元(SDU)在DLC中使用,可采用填充、分割、重新組裝成用于DLC內的固定長度的 SDU。固定長度DLC業務數據單元的填充、分割和重組是一個要害特征,它使得DLC和PHY層脫離開主幹網獨立存在而不必關心HiperLAN接入何種網絡中,系統實現相對簡單。CL的通用結構使HiperLAN足以稱爲寬帶無線接入網,可接入不同固定網絡,如以太網、IP網、ATM和UMTS等。

無線局域網HiperLAN/2標准綜述


  圖3 彙聚層基本結構

  彙聚層有兩種類型:一是單元式彙聚層,其高層有固定長度的分組,如HiperLAN接入ATM網絡的情況;二是分組式彙聚層,其高層的分組長度不固定,如HiperLAN接入以太網的情況。分組式的彙聚層包括公共部分(Common Part)和業務細節(SSCS:Service Specific Convengence Sublayer)兩個部分,這樣可以適配不同網絡。

  

   四、結束語

  HiperLAN/2提供了一個適用于小範圍(150米)、高速(54Mbit/s)無線接入系統。研究表明在大部分環境下,它都可以具有很高的性能。 HiperLAN/2所具有的QoS支持、可選擇重複ARQ、鏈路適配以及動態頻率選擇等特征,使得這樣一個系統可以在傳播條件不斷變化、幹擾嚴重的無線環境下得到很好的應用。
 
摘要:概況介紹了HiperLan/2標准,以及鏈路和系統的性能。 要害詞:無線局域網(WLAN) 無線接入 寬帶 一、概述 無線和移動通信的快速發展、多媒體應用的出現以及Internet接入的需要都刺激著無線寬帶接入網絡的進一步開發。第二代移動無線系統的改進以及正在大力開發的第三代無線通信網的目的就在于使網絡能夠提供無線信道上最高可達2Mbps的瞬時用戶比特率,從而大大提高分組數據和移動多媒體應用。同時對于局域網采用一些新的無線技術甚至可獲得更高的數據率。其中新一代WLAN技術��HiperLAN/2標准就是一例。 HiperLAN/2是目前最爲完善的WLAN協議。它的特點是:高速傳輸、面向連接、支持QoS、自動頻率配置、支持小區切換、安全保密、網絡與應用無關。HiperLAN標准定義了許多支持無線網絡功能的信令和測量方法,包括動態頻率選擇、無線小區切換、鏈路適配、多波束天線和功率控制等。HiperLan/2標准是對目前無線接入系統的補充,與其它蜂窩系統比較,它的戶外移動性雖然受到限制,但適用面廣,可在典型的應用環境如辦公室、家庭、展覽廳、機場、火車站等熱點地區,向終端用戶提供高速數據率和高性能。 二、HiperLan/2系統特點 在歐洲,HiperLAN有455MHz的頻譜資源,美國爲300 MHz,日本則是100 MHz,並且在考慮更多的頻譜分配。這些頻段雖都在5GHz頻段中,但並不統一,ITU-R正努力在全球範圍內實現無線局域網統一頻譜分配。 圖1是 HiperLAN/2的典型網絡拓撲結構。移動終端(MT)通過接入點(AP) 接入固定網,MT與AP之間的空中接口由HiperLAN/2定義。一個AP所覆蓋的區域稱爲一個小區,一個小區的覆蓋範圍在室內一般爲30米,在室外一般爲150米。無線終端MT可以在HiperLAN/2網絡中自由移動,並保持與網絡間良好的傳輸性能。在某一個特定時間,移動終端只能與一個接入點通信。無線網絡自動進行無線頻率配置。這一方式不同于以往無線網絡的頻率規劃,系統配置更加方便。 [url=/bbs/detail_1747172.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323551462267.gif[/img][/url] 圖1 HiperLAN/2網絡 HiperLAN/2是目前性能最高的WLAN技術,其特點是: 高速數據傳輸:由于采用了先進的OFDM調制技術, HiperLAN/2可以提供非常高的數據傳輸速率,其速率在物理層最高達54Mbit/s,在層三也可達25Mbit/s。在辦公室這樣的時間擴散環境中,OFDM對多徑效應的解決很有效。同時, MAC采用了動態TDD模式,使無線資源的利用更加有效。 面向連接:與其它無線局域網技術不同,在HiperLAN/2網絡中數據的傳輸是面向連接的。在傳送數據之前,AP和MT之間通過HiperLAN/2控制層的信令預先建立連接。這種連接在空中接口上是時分雙工的,連接分點對點和點對多點。點對點連接是雙向連接,點對多點是單向連接��下行方向,從接入點到移動終端。另外,HiperLAN/2還可以采用專用廣播信道,由同一個AP向所有移動終端發送廣播消息。 QoS:HiperLAN/2面向連接的特性有利于實現對QoS的支持。由于高傳輸率和對QoS的支持,HiperLAN/2可以同時傳輸不同類型的數據流,比如視頻、話音和數據等。 自動頻率分配:在每一接入點覆蓋區域中,接入點AP能自動選擇適當的無線信道進行傳輸數據。AP監聽鄰近小區及環境中的其它無線資源,根據最小幹擾和資源不沖突准則選擇適當的無線信道。 安全性:HiperLAN/2網絡支持安全認證和加密功能。 移動性:移動終端與離它最近的一個接入點通信,確切的說,移動終端與具有最好信噪比的接入點通信,因此,在不斷移動的情況下,移動用戶(終端)可能會偵測到一個無線傳輸性能更好的接入點,于是,移動終端將執行一次切換,切換到一個新的AP中,所有已建立的連接都轉移到新AP上,移動終端仍繼續與網絡保持通信。當然,在切換過程中,有可能會丟失一些數據包,而且,假如移動終端超出HiperLAN/2網絡的覆蓋範圍相當長一段時間,將會失去與網絡的聯系,所有連接將被釋放。 網絡與應用無關:HiperLAN/2網絡協議棧具有靈活的體系結構,很輕易適配並擴展不同的固定網絡。例如,HiperLAN/2可被用作交換式以太網的無線部分;同樣,HiperLAN/2也可作爲第三代蜂窩網絡的接入網使用。目前在固定網上運行的所有應用都可以在HiperLAN/2上運行。 省電:HiperLAN/2的省電機制是基于MT對睡眠期的初始約定。移動終端可以在任何時間要求AP進入低功率狀態,並且請求特定的睡眠周期。睡眠周期結束時,移動終端將檢測有無AP發來的激活指示,假如沒有檢測到,則進入下一個睡眠周期,繼續保持低功率狀態。AP暫不發送用戶數據,等睡眠期結束後才開始發送。可以根據對反應時間和低功耗的要求,選擇不同的睡眠周期。 三、協議體系結構 HiperLAN/2無線接口的協議參考模型如圖2所示,HiperLAN/2的協議棧分成控制平面和用戶平面兩部分。用戶平面的功能是在已經連接的連接上傳輸數據;控制平面的功能是控制連接的建立、釋放和監控。HiperLAN/2協議包括三個基本層:物理層PHY、數據鏈路層DLC和彙聚層CL。 [url=/bbs/detail_1747172.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323551462405.gif[/img][/url] 圖2 HiperLAN/2協議參考模型 1、物理層PHY HiperLAN/2的物理層以一定長度的突發脈沖串(Burst)格式傳輸數據單元,每一個burst分成前導碼(PReamble)和數據兩個部分。 HiperLAN/2采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)調制方案,非凡適用于信道呈發散狀分布的系統,HiperLAN/2的信道間隔爲20MHz,可以支持非常高的傳輸速率,是信道數目和傳輸高速率的一種折衷(如在歐洲采用了19個信道)。每一個信道又分成52個子信道。爲抑制子信道之間的幹擾,每個子信道之間的頻率間隔爲312.5kHz,其中48個子信道用于傳送數據,另外4個子信道用于提供系統同步的導頻信號。信道的傳輸時延一般不超過250ns,采用800ns 的保護間隔時間足以滿足要求,在比較小的室內環境中,可以采用400ns的更短的保護間隔時間。 在HiperLAN/2的收發端使用FFT信號處理方式可以有效地實現OFDM,這樣,與傳統的FDM系統相比,采用OFDM的HiperLAN/2系統可大大降低硬件設備的複雜度,並且有效提高頻譜利用率,在時間擴散環境中盡可能的抑制因多徑傳輸而産生的符號間幹擾和碼片間幹擾。 與3G等類似,爲了適應不同的業務要求和鏈路條件,HiperLAN/2的物理層可以提供多種傳輸方式(采用不同的調制和編碼方式),由高層協議根據具體要求而定。 2、數據鏈路控制層DLC 數據鏈路層負責建立移動終端和接入點之間的邏輯鏈路。它的功能包括用戶面的媒體訪問和傳輸及控制面的聯接處理,因此,DLC(Data Link Control)層包括MAC協議、差錯控制協議(EC)和無線鏈路控制協議RLC三個子層。 MAC協議 MAC協議用于發送數據時控制對物理介質的訪問。無線接口基于TDD和動態的TDMA多址方案,采用的時隙結構在HiperLAN/2中稱作MAC幀。根據所需要的傳輸資源動態地分配上下行鏈路的時隙,基本的MAC幀時長固定爲2ms,包括廣播控制信道、幀控制信道、接入控制信道、上下行數據傳輸和隨機接入。AP和MT所有數據的傳輸都在專用的時隙上傳輸,但隨機接入信道存在一個競爭問題。廣播控制的持續時間是固定的,而其它部分的持續時間要依據當時的傳輸條件而定。MAC幀和傳輸信道組成數據鏈路層DLC和傳輸層PHY之間的接口。 差錯控制協議EC 差錯控制機制有助于提高無線鏈路的可靠性,系統采用可選擇重複ARQ。這裏的EC功能是檢測位錯,有位錯時重發U-PDU,也保證U-PDU按順序發送到彙聚層,方法是給每個連接上的U-PDU分配一個序列號,ARQ應答的正確或錯誤消息在LCCH上傳送,一個U-PDU可以被重發多次(次數可以設定)。 爲保證一些實時業務如語音等應用的服務質量,系統答應丟失一些U-PDU。因爲重發方式導致一些數據陳舊時(如超過重發次數的上限),EC協議上的發送方將會發起「丟失機制」,將該PDU以及這個DUC上其它待發的U-PDU全部丟失(發送時U-PDU序列號依次減小),這就導致DLC有效連接上的PDU存在殘缺,假如需要,答應更上層恢複這些丟失的數據。 無線鏈路控制協議RLC RLC協議爲信令實體提供傳輸服務,主要處理三種控制功能:用于鑒權、密鑰治理、關聯(Association)、取消關聯(Disassociation)以及加密種子(Encryption Seed)的關聯控制功能(ACF);無線資源控制(RRC)功能治理切換、動態頻率選擇、移動終端的激活和釋放、省電以及功率控制;DLC用戶連接控制功能(DDC)用于建立和釋放用戶連接、多點傳送和廣播。 總之,RLC用于在一個接入點和移動終端之間的控制面中交換信令數據。例如,移動終端通過RLC信令形成和接入點的聯系,完成這個聯系過程後,移動終端可以請求一個專業控制信道建立無線載體(Radio Bearers)。在HiperLAN/2中,無線載體稱爲DLC連接。 3、彙聚層CL 彙聚層CL(Convergence Layer)基本結構如圖3所示,它有兩大主要功能:使來自高層的服務請求與DLC層提供的服務適配;將高層固定或可變長度的分組整理成適合一個個固定長度的業務數據單元(SDU)在DLC中使用,可采用填充、分割、重新組裝成用于DLC內的固定長度的 SDU。固定長度DLC業務數據單元的填充、分割和重組是一個要害特征,它使得DLC和PHY層脫離開主幹網獨立存在而不必關心HiperLAN接入何種網絡中,系統實現相對簡單。CL的通用結構使HiperLAN足以稱爲寬帶無線接入網,可接入不同固定網絡,如以太網、IP網、ATM和UMTS等。 [url=/bbs/detail_1747172.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323551462592.gif[/img][/url] 圖3 彙聚層基本結構 彙聚層有兩種類型:一是單元式彙聚層,其高層有固定長度的分組,如HiperLAN接入ATM網絡的情況;二是分組式彙聚層,其高層的分組長度不固定,如HiperLAN接入以太網的情況。分組式的彙聚層包括公共部分(Common Part)和業務細節(SSCS:Service Specific Convengence Sublayer)兩個部分,這樣可以適配不同網絡。 四、結束語 HiperLAN/2提供了一個適用于小範圍(150米)、高速(54Mbit/s)無線接入系統。研究表明在大部分環境下,它都可以具有很高的性能。 HiperLAN/2所具有的QoS支持、可選擇重複ARQ、鏈路適配以及動態頻率選擇等特征,使得這樣一個系統可以在傳播條件不斷變化、幹擾嚴重的無線環境下得到很好的應用。
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