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下一代的无线局域网技术

2/14/2005来源:电信网络人气:9005

华中科技大学电子与信息工程系 李明 黄载禄
  摘 要: HipERLAN/2是欧洲ETSI为了满足未来的Internet访问和宽带多媒体数据业务的需求,开发的新一代的WLAN技术标准,它在5GHz的频段上运行,它采用OFDM作为物理层,因而可以有效对抗多径干扰,提高数据速率。另外由于采用和802.11a相同的物理层,因此它们可以共享一些相同的部件,从而在较大的范围内降低系统成本。

本文对HiperLAN/2的特点和协议栈结构作了简单介绍。

  关键词: 无线局域网 HiperLAN/2

  1 背景直到现在,无线网络或多或少还是与基于不同标准的蜂窝网络相似,如GSM,AMPS等。他们主要用来支持语音业务,尽管有一些也以较低速率支持数据业务。能够提供满足INTERNET接入需求的无线数据服务正在进行之中。在局域网的环境下,很多供应商都提供了基于802.11无线局域网产品,这些产品能构提供1M比特每秒到11M比特每秒的带宽。随着价格的下降,无线局域网(WLAN)将是固定以太接入的一个替代。为了满足将来网络的需求,一种WLAN和蜂窝网络的结合技术正在研制之中。这些需求包括对QOS、安全性的支持,以及对在局域网和广域网之间切换和满足数据和视频应用的高带宽的支持。本文将介绍了一种下一代的WLAN技术-HiperLAN/2。

  2 iperLAN/2网络

  移动终端(MT)可以通过HiperLAN/2定义的空中接口与接入点通讯。两个移动终端(MT)之间也可以直接通信。MT的用户可以在HiperLAN/2网内自由移动,这可以确保MT的用户得到最好可能的传输性能。一个MT在接入HiperLAN/2网络之后,一次只和一个接入点(AP)通信。AP确保无线网络是自动配置的,它考虑了无线网络拓扑的变化。

  3 HiperLAN/2网络的特点HiperLAN/2 技术的一般特点是:

  3.1 高速传输

  HiperLAN/2有很高的传输速率,在物理层达54M比特,在层3达25M比特每秒。HiperLAN/2采用了一种叫正交频率数字复用(OFDM)的模块化方法来传输模拟信号。OFDM 在分时环境下十分有效。在物理层之上的全新MAC协议采用了一种动态分时复用的方法,它可以最有效地利用资源。

  3.2 面向连接的机制

  在HiperLAN/2 网络中,数据是通过MT和AP之间建立的连接进行传输的。连接在空中接口上是时分复用的。HipeLAN/2有两种类型的连接:点对点的,和点对多点的。点对点的是双向的,点对多点的是从AP到MT方向的。

  3.3 支持QOS

  HiperLAN/2面向连接的特点使得它能够直接支持QOS。每一个连接都能分配到一定的QOS, 例如带宽、延时、延时抖动、误比特率等。这种高传输速率和支持QOS将有利于多种不同类型的数据流的同时传输,如视频、语音、数据。

  3.4 自动频率分配

  在HiperLAN/2网络中,不需要象蜂窝网一样进行手工的频率编制。HiperLAN/2的无线接入点AP在它覆盖的范围内能自动的选择无线信道进行数据传输。AP监听临近的AP和其他无线资源,并基于已用的信道和其它AP用了的信道选择恰当的无线信道,从而减少了干扰。

  3.5 支持安全性

  HiperLAN/2 网络支持鉴权和加密。AP和MT可以相互鉴权,从而确保授权的接入网络(从AP的角度)或确保接入有效的网络操作者(从MT的角度)。鉴权需要有一个支持函数,它将不在HiperLAN/2网的范围之内。已建立连接的用户数据也可以通过加密保护防止偷听。

  3.6 移动性的支持

  MT将确保它从最近那个AP传输和接受数据。更确切的说MT通过测量信噪比使用无线信号最好的那个AP。因此随着MT的移动,当MT检测到有比现在用的这个AP的无线传输性能更好的AP,MT将请求切换到新的AP中,所有建立的连接将会转移到新的AP上,而MT仍在HiperLAN/2网络上,并能继续通信。在切换中,可能会丢失一些包。如果MT移出网络覆盖范围一定时间,MT将失去和NiperLAN/2网络的所有联系,所有连接将被释放。

  3.7 网络和应用独立

  HIPERLAN/2的协议栈具有很大的灵活性,可以适应多种固定网络类型。因此HIPERLAN/2网络既可以作为交换式以太网的无线接入子网,也可以作为第三代蜂窝网络的接入网,并且这种接入对于网络层以上的用户部分来说是完全透明的。当前在固定网络上的任何应用都可以在HIPERLAN/2网上运行。相比之下,IEEE802.11的一系列协议都只能由以太网作为支撑,因此这种高度的灵活性也是HIPERLAN/2的特色。

  3.8 节省功率HIPERLAN/2网络中,节能管理的机制基于MT发起的节能请求。在任何时刻,MT都可以向AP 请求进入低功耗状态或休眠期。针对不同的需求,比如要求较短等待时间或较低的功率,可以采用不同的休眠期。

  4 HIPERLAN/2的协议栈结构

  协议栈被分成了一个控制平面部分和一个用户平面部分。用户平面包括在已建立的连接上传输数据的功能,控制平面包括建立连接、释放连接、管理连接这三个功能。HIPERLAN/2 有三个基本层:物理层,数据链路层,收敛层。

  4.1 物理层

  如前所述,HIPERLAN/2物理层采用了OFDM技术,以此来有效地对抗时间弥散信道中较强的多径干扰。它采用52路子载波,其中48路传输实际的用户数据,另外4路传输引导序列,用于相关接收时的相位跟踪。信道间隔为20MHz,保护间隔为800ns,这足以对抗250ns的时延扩展,对于大部分应用环境来讲已经足够了。对于一些小的室内应用环境,可以采用较短的保护间隔,如400ns,来获得更高的传输效率。

  HIPERLAN/2物理层的另一个特点是有若干种调制和编码方式供选择。这样根据不同的应用环境限制和性能需求,可以采用不同的方式。OFDM单个子载波的调制方式可以采用BPSK、QPSK、16QAM以及64QAM。前向纠错一般采用1/2码率、约束长度为7的卷积编码,而采用截短技术,可以使码率提高到9/16或3/4。

4.2 数据链路控制层

  数据链路控制层由一个AP和多个MT之间的数据链路组成。逻辑链路控制的功能包括媒体接入、数据传输和连接的控制。因此,数据链路层包括以下子层:- 媒体接入控制协议- 错误控制协议- 信令实体DLC的连接控制(DCC)的无线链路控制协议(RLC),联合控制函数的无线资源控制。

   4.2.1媒体接入控制子层

  HIPERLAN/2的MAC子层采用AP集中管理的方式,由AP负责控制MT在一个MAC帧中所占据的时隙,并通知相应的MT。空中接口基于时分双工(TDD)和动态时分复用(TDMA)。MAC帧是物理层和DLC层之间的接口。在一个MAC帧内,上行和下行链路的通信可以同步进行,而且上下行链路的时隙可以根据需要动态分配。基本的MAC帧为固定长度2ms,其中包含了广播控制、帧控制、接入控制、上下行链路数据和随机接入等多个信道。除了随机接入信道时隙允许竞争占用以外,所有数据都要通过专用的时隙在AP和MT之间传输。除了广播控制信道固定以外,其它域都根据当前的业务量情况动态调整。

  EC主要基于一个ARQ策略。前向纠错作为EC的补充。ARQ策略基于一个选择重传机制。这需要在收端和发端有一个仔细的传送窗。因此接受端必须通知发端(1)所有收到消息的序列号 (2)那些消息不正确。而且,发端可能因为一些消息超过了最大时间长度而要抛弃这些消息。

  4.2.3 信令和控制

  无线链路控制协议为信令实体:联合控制函数(ACF) 、无线资源控制函数和DLC用户连接控制(DCC)提供传输服务。这四个实体构成了AP和MT之间DLC信令交换的控制平面。联合控制函数 (ACF):一个想要和AP通信的MT要先和AP联合。主要功能为联合、去联合、鉴权、加密和加密关键字管理。无线资源控制函数(RRC):RRC主要是用来监督和有效的利用可用的频率资源。主要功能为:动态信道选择、MT活跃过程、MT缺席过程、节省功率功能、传输功率控制和切换。用户连接控制(DCC):管理DLC的连接控制,连接的建立过程,连接管理,释放连接,多播和广播。4.3 收敛层收敛层有两个主要功能:将高层的服务请求适应于DLC提供的服务,以及将高层的包变成DLC中用的定长。定长DLC SDU的分段重组是进行标准化和实现DLC层和物理层的关键技术。.CL的结构使得HIPERlan/2适合于无线信道并能承载许多固定网络,如以太、IP、ATM、UMTS 。HIPERlan/2定义了两种不同的CL层,基于ATM信元的和基于包的CL。前者用于与ATM网相连,后者可以用于许多基于分组的网络结构上。

  基于分组的CL具有一个通用和一个特定服务部分,它能用于不同的网络中。一开始HiperLAN/2定义了一个公共部分并为以太网定义了一个特定服务的功能。

  5 无线网络功能HiperLAN/2标准定义了支持大量无线网络功能的度量与信令:动态频率选择、链路自适应、无线蜂窝切换、多束天线和功率控制。

   5.1 动态频率选择HiperLAN/2无线网将给每个AP自动分配通讯频率。这是由动态频率选择功能(DFS)实现的,它允许几个操作者共享可用频段并同时避免发生频段干扰。每个AP都是基于AP以及和它相关的MT的滤波相干测量进行频率选择的。

  5.2 链路自适应

  链路自适应策略是为了解决变化的无线信道质量问题。信号干扰比随着系统配置的地点以及周围无线蜂窝的流量的不同而不同。链路自适应策略使物理层的鲁棒性能随链路质量测量的结果而自适应的变化。因此,在每个MAC祯中,物理层的模式是动态选择的。

  5.3 天线

  H/2中支持使用多束天线以改进链路的预算,增加C/I比率。MAC协议和H/2帧结构允许最多使用7束。

  5.4 切换

  切换是由MT发起的。例如一个MT对周围的AP进行必要的测量并选择恰当的AP进行通讯。切换策略在标准中没有定义。比如一个运营商可以选择基于信号强度的切换。

  5.5 功率控制MT和AP都有发射器的功率控制。MT的功率控制主要用来简化AP接收机的设计。AP功率控制则是部分出于调整的原因,如减少于卫星系统的干扰。

  6 结束语Hiperlan2提供了高达54M比特每秒的与局域网和3G蜂窝网的连接速率,还为将来的多媒体应用提供了移动性和服务质量的支持。我们认为Hiperlan/2、篮牙技术、无线局域网及第三代蜂窝系统为将来移动计算设备提供了一个完整的通信环境。

摘自《通信市场》