下一代无线局域网标准--HiperLAN/2

目前，无线网络与基于不同标准的移动蜂窝网络(如GSM、AMPS等)相似，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开发之中。在局域网的环境下，很多供应商都提供了基于802.11的无线局域网产品，这些产品能够提供1 Mbit/s～11 Mbit/s的带宽。随着价格的下降，无线局域网(WLAN)将成为以太网接入的一种重要手段。为了满足将来网络的需求，一种WLAN和蜂窝网络结合的技术正在研制之中。本文将介绍这种下一代的无线局域网(WLAN)标准--HiperLAN/2。

　　1 基于HiperLAN/2的网络

　　移动终端(MT)可以通过HiperLAN/2定义的空中接口与接入点通信。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，并可以确保MT的用户得到最好的传输性能。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考虑了无线网络拓扑的变化，确保无线网络是自动配置的。

　　2 基于HiperLAN/2的网络的特点

　　基于HiperLAN/2 网络的一般特点有：

　　(1)高速传输

　　HiperLAN/2传输速率很高，在物理层达54 Mbit/s，在L3达25 Mbit/s。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。HiperLAN/2在物理层之上的全新媒体访问控制(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。

　　(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的连接有两种类型：点对点、点对多点。点对点是双向的，点对多点是从AP到MT方向的。

　　(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的特点将有利于多种不同类型的数据流(如视频、语音、数据)的同时传输。

　　(4)自动频率分配

　　在HiperLAN/2网络中，不需要像蜂窝网一样进行手工的频率编制。HiperLAN/2的无线接入点在它覆盖的范围内能自动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，并根据已用的信道和其他AP占用的信道选择恰当的无线信道，从而减少干扰。

　　(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。鉴权需要有一个支持函数，不在HiperLAN/2网的范围之内进行。已建立连接的用户数据可以通过加密保护防止偷听。

　　(6)移动性的支持

　　MT将确保从最近的AP传输和接受数据，更确切的说MT通过测量信噪比确保接入无线信号最好的AP。因此随着MT的移动，当MT检测到有比现在用的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HiperLAN/2网络的所有联系，所有连接将被释放。

　　(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3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，而IEEE 802.11的一系列协议都只能由以太网作为支撑，因此HiperLAN/2具有高度灵活性的特色。

　　(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(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。

　　3 HiperLAN/2的协议栈结构

　　图1所示为HiperLAN/2 空中接口的协议参考模型。协议栈被分为控制平面部分和用户平面部分。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3个功能。HiperLAN/2 有3个基本层：物理层、数据链路层、汇聚层。

图1 HiperLAN/2协议参考模型

　　3.1 物理层

　　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20 MHz，保护间隔为800 ns，这足以对抗250 ns的时延扩展，对于大部分应用环境来讲已经足够。对于一些小的室内应用环境，可采用较短的保护间隔，如400 ns，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，采用截短技术后，可以使码率提高到9/16或3/4。

　　3.2 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、数据传输和连接控制。数据链路层包括以下协议：

• 媒体接入控制协议
  
• 错误控制协议
  
• 信令实体数据链路连接控制的无线链路控制 (RLC) 协议，联合控制函数(ACF)的无线资源控制(RRC)协议

　　3.2.1 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帧是物理层和数据链路控制(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2 ms，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，其他域都根据当前的业务量情况动态调整。

　　3.2.2 差错控制协议

　　差错控制(EC)主要基于自动请求重发(ARQ)策略。前向纠错作为EC的补充。ARQ策略基于选择重传机制。这需要在收端和发端有一个传送窗。因此接受端必须通知发端所有收到消息的序列号以及哪些消息不正确。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。

　　3.2.3 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(RRC)函数和数据链路连接控制(DCC)提供传输服务。这4个实体构成了AP和MT之间DLC信令交换的控制平面。

　　3.3 汇聚层

　　汇聚层(CL)有两个主要功能：将高层的服务请求适应于DLC提供的服务，将高层的包变成DLC中用的定长。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，如以太网、IP、ATM、UMTS。HiperLAN/2定义了两种不同的CL层：基于ATM信元和基于包的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。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功能。

　　4 无线网络功能

　　HiperLAN/2标准定义了大量支持无线网络的功能与信令：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。

　　(1)动态频率选择

　　HiperLAN/2无线网将给每个AP自动分配通信频率。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，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。

　　(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变化。因此，在每个MAC祯中，物理层的模式是动态选择的。

　　(3)天线

　　HiperLAN/2中支持使用多束天线以改进链路的预算，增加载波干扰比(C/I)。MAC协议和HiperLAN/2帧结构允许最多使用7束天线。

　　(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进行通信。切换策略在标准中没有定义，运营商可以自行决定如何选择，如选择基于信号强度的切换。

　　(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，如减少卫星系统的干扰。

　　5 结束语

　　HiperLAN/2提供了高达54 Mbit/s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、蓝牙技术、无线局域网及第3代蜂窝系统为未来移动计算设备提供一个完整的通信环境。

　　参考文献

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2 ETSI. Broadband Radio Access Networks (BRAN) HiperLAN Type 2 System Overview V1.1.1, 2000
3 ETSI. Broadband Radio Access Networks (BRAN) HiperLAN Type 2 Packet Based Convergence Layer V1.1.1, 2000
4 ETSI. Broadband Radio Access Networks (BRAN) HiperLAN Type 2 Physical (PHY) Layer V1.1.1, 2000
5 ETSI. Broadband Radio Access Networks (BRAN) HiperLAN Type 2 Data Link Control (DLC) Layer; V1.1.1, 2000
6 Khun-Jush J, Schramm P, Wachsmann U, et al. Structure and Performance of the HiperLAN/2 Physical Layer. VTC ´99 Fall, 1999
7 Torsner J, Malmgren G. Radio Network Solutions for HIPERLAN/2. Proc of VTC ´99 Spring, 1999
8 Habetha J, Mangold S, Wiegert J. 802.11a Versus HiperLAN/2-A Comparison of Decentralized and Centralized MAC Protocols for Multihop Ad Hoc Radio Networks. In: Proceedings of the 5th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics (SCI). Orlando, USA, 2001

[摘要] 文章介绍了HiperLAN/2这一无线局域网标准，列举了基于HiperLAN/2的网络的特点，详细描述了HiperLAN/2的协议栈结构，最后给出了基于HiperLAN/2的无线网络的功能。

[关键词] 无线局域网；HiperLAN/2标准；宽带数据网；宽带无线接入

[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.

[Keywords] WLAN; HiperLAN/2 standard; Broadband data network; Broadband wireless access