下一代無線網絡技術――HiperLAN/2

----編者按:傳統的無線LAN技術使用的是802-11標准的2-4GHz頻段,而標准化的HiperLAN/2技術的出現,使得無線LAN在5GHz頻段上的運行成爲可能。本期刊登的兩篇文章簡要介紹了HiperLAN/2技術的原理及特點。

----由于不受物理線路的限制,無線網絡具有了有線網絡所不可比擬的優勢。針對無線LAN應用的需求,各廠商都推出了一系列基于802.11標准的無線LAN(WLAN)産品,這些産品提供的帶寬從1Mbps到11Mbps不等。但是,現在這些無線網絡産品在性能上還遠遠不能與傳統的固定網絡産品相比,這就使得如今的無線網絡在性能方面與采用GSM、AMPS等技術的廣域蜂窩網絡似乎並沒有實質性的區別。盡管也支持一些速率較低(10kbps左右)的數據通信,但這些無線網絡的最主要的應用還是支持話音服務。爲了滿足未來的Internet/Intranet訪問的需求,業界正在開發新一代的WLAN和蜂窩網絡技術,這些新一代的技術將在QoS(以便創建多服務網絡)、安全及性能方面進行改進。

----本文介紹了由HiperLAN/全球論壇(H2GF)開發的被稱爲HiperLAN/2的下一代無線LAN技術(WLAN)。H2GF是由BoschTelcom、Dell、EriCsson、Nokia、TeliaMobile和TexasInstruments等公司發起的,其宗旨就是要推動HiperLAN/2技術的標准化。HiperLAN/2最引人注目之處是它能夠在5GHz的頻段上運行,而傳統的無線LAN技術大多使用802.11標准的2.4GHz頻段。HiperLAN/2標准已經在去年底被最終確定下來。

網絡結構及功能

----圖1顯示了一個HiperLAN/2網絡的拓撲結構。移動終端(MT)通過一個由HiperLAN/2標准確定的無線接口與訪問點(AP)進行通信。MT的用戶可以在HiperLAN/2網絡中自由地移動,HiperLAN/2可以確保用戶和MT得到最佳的傳輸性能。一個MT在某個時刻只與一個AP進行通信,不管用戶移動到哪裏,HiperLAN/2無線網絡能夠檢測到每個時刻能夠爲該MT提供最佳性能的AP,並自動建立與該AP的聯系。據介紹,在兩個MT之間也可以不通過無線接口直接進行通信,但這種技術還處于研發階段,具體細節現在還未公開。

----HiperLAN/2定義了檢測功能和轉換信令,以支持許多無線網絡功能,包括動態頻率選擇(DFS)功能、鏈路自適應、無線信元轉換、多束天線和功率控制等。

----●動態頻率選擇

----該功能答應幾個網絡提供商共享可用的頻譜,並且可以用來避免頻率之間的相互幹擾。每個AP是通過由AP以及和它相關的MT執行的過濾幹擾計量來進行頻率選擇的。

----●鏈路自適應

----爲了滿足各種無線傳輸服務質量的需要,在信擾比(C/I)方面,HiperLAN/2使用了一個鏈路自適應方案。C/I的變化範圍根據HiperLAN/2系統部署的位置而定,而且,根據四周無線信元中的通信狀況,C/I可以進行變化。鏈路自適應方案根據鏈路的質量計量它適應物理層的程度。因此,網絡可以動態地爲每一個被發射的MAC幀選擇SCH(短傳輸信道)和LCH(長傳輸信道)。

----●天線

----HiperLAN/2中支持多束天線,這樣可以增加無線網絡的C/I比,提高無線網絡的性能。HiperLAN/2中的MAC協議和幀結構答應使用7束天線。

----●轉換

----轉換方案是由MT啓動的,也就是說,每一個MT都對四周的AP進行必要的檢測,並選擇最適合的AP進行通信。轉換檢測方法並沒有在HiperLAN/2標准中進行定義,因此,有的廠商根據信號的強度進行轉換,也有的廠商根據其他的質量標准進行轉換。HiperLAN/2標准定義了必要的信令來完成這種轉換。

----●功率控制

----HiperLAN/2在MT(上行鏈路)和AP(下行鏈路)中都支持發射機功率控制。MT功率控制主要用于簡化AP接收機的設計。AP功率控制是HiperLAN/2標准的一部分。

工作原理

----圖2表示了具有一個MT和三個支持具有優先權指示Q標記(Qtag)的AP的HiperLAN/2方案。

----在HiperLAN/2中,每一個AP都使用DFS算法選擇合適的頻率。首先,MT將檢測信號強度,並選擇要與它建立聯系的最適當的AP。MT從選中的AP中接收一個MAC號(MACID),緊接著交換鏈路功能並據此決定使用什麽樣的認證過程和加密算法,以及使用哪一個聚合層用于用戶的通信。在密鑰交換和認證之後,MT與AP就可以建立聯系。最後,在數據鏈路控制層(DLC)建立用戶連接,此時用戶就可以進行通信了。

----MT將通過兩個建立的連接(在HiperLAN中缺省值是2個)收發數據,這兩個連接支持兩種不同的帶有Q標記映射的優先權排隊(當然,也可以支持更多的優先級排隊)。以太網聚合層確保每個以太網幀的優先級根據預先定義的映射方案被映射到適當的數據鏈路層用戶連接中。

----MT可以決定加入一個或多個多路廣播小組。HiperLAN/2網絡可以被配置來使用N個單路廣播,以得到最理想的傳輸質量,也可以爲每個加入的小組分配一個單獨的MAC號(MACID)以便爲其保留帶寬。假如一個單獨的MAC號被分配給一個多路廣播小組,那麽映射方案就是:IP地址——IEEE地址——MAC號。

----當MT移動時,假如它檢測到有一個AP更適合于進行通信(如具有更好的信號強度),那麽它會執行一次轉換。所有已經建立的連接將使用APAP信令,通過固定LAN自動轉換到新的AP上。當MT(更確切地講是用戶)想與LAN斷開連接時,MT將請求斷開聯系,這樣就斷開了MT和AP之間的所有連接。當MT移動到超出HiperLAN/2的覆蓋範圍時,也會斷開MT和AP之間的所有連接。

主要特點

----HiperLAN/2技術的主要特點包括以下幾個方面:

----●高傳輸速率

----HiperLAN/2具有很高的傳輸速率,它的物理層傳輸速率最高可達到54Mbps,第三層的傳輸速率最高可達到25Mbps。爲了實現這樣高的速率,HiperLAN/2利用一種被稱爲正交頻率數字複用(OrthogonalFrequencyDigitalMultiplexing,OFDM)的調制方法來發射模擬信號。OFDM在時間分散的環境(如辦公室中)是非常有效的,這些地方發射的無線信號可能會被許多點反射,使得它們在最終到達接收方以前會産生不同的傳播時間。在物理層上面,HiperLAN/2使用了全新的媒體控制層(MAC)協議,它使用一種動態時分雙工技術來最有效地利用無線資源。

----●面向連接

----傳統的無線網絡都是非連接的。在HiperLAN/2網絡中,需要先使用HiperLAN/2控制板的信令功能,在MT和AP之間建立連接,然後才能進行數據傳輸。連接是使用無線接口時分多址複用技術建立的。HiperLAN/2中使用的連接有兩類,即點對點的連接和單點對多點的連接。點對點連接是雙向的,而單點對多點的連接是單向的,即只指向移動終端MT。除此之外,還有一個專用的廣播信道用于從一個AP將數據發射到所有的終端MT。

----●QoS支持

----HiperLAN/2的面向連接的特性使它很輕易滿足QoS要求,可以爲每個連接分配一個指定的QoS,確定這個連接在帶寬、延遲、擁塞、比特錯誤率等方面的要求。在HiperLAN/2中還有可能使用一個更加簡單的方法,即每個連接可以分配一個不同的優先級標記。這種QoS支持與高傳輸速率一起保證了不同的數據序列(如視頻、話音和數據等)可以同時進行高速傳輸。

----●自動頻率分配

----在HiperLAN/2網絡中,不需要像在蜂窩網絡(如GSM中)那樣手工規劃頻率。無線基站(在HiperLAN/2中被稱爲訪問點AP)本身支持爲每個AP在覆蓋範圍內進行的傳輸選擇最適當的無線信道。(上接第D26版)每一個AP都監視鄰近的AP以及HiperLAN/2環境中的其他無線資源,並且根據無線信道已經被其他AP占用和把對無線網絡環境的幹擾降到最低這兩個原則,選擇最適當的傳輸信道。

----●安全支持

----HiperLAN/2支持認證和加密。通過使用認證機制,AP和MT可以相互進行認證,以確保對網絡的授權訪問(從AP的角度看),或者確保對有效的網絡提供商的訪問(從MT的角度看)。HiperLAN/2中的認證機制要依靠一些其他支持功能(如目錄服務等),但這些支持功能本身並不包括在HiperLAN/2技術裏。

----用戶在已經建立的連接上進行通信時,可以使用加密技術來防止實時竊聽和中間人的攻擊。

----●移動性支持

----MT將能夠自動從最近的AP發射和接收數據。更確切地講,MT使用的AP所提供的無線信號具有最佳的信噪比。因此,當用戶和MT移動時,MT有可能檢測到有另外一個比當前正在使用的AP具有更好的無線傳輸性能的AP。此時,MT將自動轉換到這個AP上。所有原來已經建立的連接都將被轉移到這個新的AP上,使得MT仍然處于HiperLAN/2網絡上,因此不會導致通信的中斷。不過,在轉換期間可能會發生一些丟包現象。

----假如一個MT在某段時間裏超出了無線HiperLAN/2的覆蓋範圍,MT可能斷開與HiperLAN/2網絡的聯系,這會使得所有原有的連接都被釋放出來。

----●網絡和應用獨立

----HiperLAN/2協議棧具有一個靈活的結構,因此很輕易與多種固定網絡進行適配和集成。如一個HiperLAN/2網絡可以被用于一個交換式以太網的最後一段,但它也可能被用于其他的配置,如作爲對第三代蜂窩網絡的一個訪問網絡。所有今天可以在固定網絡中運行的應用都可以在HiperLAN/2網絡中運行。

----●功耗低

----在HiperLAN/2中,MT節省功耗的機制是基于MT啓動的休眠期狀態。MT可以在任意時刻請求AP進入一種低功率休眠狀態,而且可以確定這一狀態的時間。當協商好的休眠期滿時,MT搜索是否有AP發出的喚醒指示。假如沒有搜索到喚醒指示,MT將重新轉換到低功率狀態進入下一個休眠期。在休眠期間,AP將延遲所有等待的數據傳輸任務,直到MT中結束相應的休眠期爲止。HiperLAN/2支持不同的休眠時間,這樣可以滿足用戶對短延遲或低功率等不同的需求。

應用領域

----HiperLAN/2的應用領域非常廣泛,下面是一些最典型的應用領域。

----●企業LAN

----圖3表示了使用以太網LAN和IP路由器建立的企業網絡,在這個網絡中,一個HiperLAN/2網絡被用作MT和LAN之間的最後一段。HiperLAN/2網絡支持同一個LAN/子網(Subnet)中的移動性。在子網之間移動就意味著IP具有可移動性。

----●重要地點

----HiperLAN/2可以部署在一些重要地點(如機場、賓館等),以便爲正在旅行的用戶提供遠程訪問和Internet服務。與HiperLAN/2連接的訪問服務器答應點對點連接,也可以訪問特定的企業網絡(可能需要通過特定的ISP)。

----●訪問第三代蜂窩網絡

----用戶可以通過HiperLAN/2訪問第三代蜂窩網絡(如WCDMA等)。將來,HiperLAN/2和WCDMA技術覆蓋的地區必將越來越廣泛,而用戶可以從中得到最大的好處,他們不僅可以使用HiperLAN/2提供的服務,而且在沒有HiperLAN/2的地方仍然可以使用WCDMA蜂窩網絡服務。當用戶在兩類網絡之間移動時,核心網絡可以保證用戶無縫地自動在兩類網絡之間進行轉換。

----●家庭網絡

----HiperLAN可以爲家庭環境創建一個無線基礎設施,用于家用設備(如家用PC、VCR、照相機和打印機等)的聯網。HiperLAN/2的高輸出和QoS特性可以滿足各種家用設備視頻傳輸與數據通信的要求。在這種情況下,AP可能會提供一個到公衆Internet的「上行」鏈路。

 
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