下一代无线网络标准技术 HiperLAN/2

出处：中国协议分析网作者：中国协议分析网时间：2006-5-30 14:16:00

由于不受物理线路的限制，无线网络具有了有线网络所不可比拟的优势。针对无线LAN应用的需求，各厂商都推出了一系列基于802.11标准的无线LAN（WLAN）产品，这些产品提供的带宽从1Mbps到11Mbps不等。但是，现在这些无线网络产品在性能上还远远不能与传统的固定网络产品相比，这就使得如今的无线网络在性能方面与采用GSM、AMPS等技术的广域蜂窝网络似乎并没有实质性的区别。尽管也支持一些速率较低(10kbps左右）的数据通信，但这些无线网络的最主要的应用还是支持话音服务。为了满足未来的Internet/Intranet访问的需求，业界正在开发新一代的WLAN和蜂窝网络技术，这些新一代的技术将在QoS（以便创建多服务网络）、安全及性能方面进行改进。

本文介绍了由HiperLAN/全球论坛(H2GF)开发的被称为HiperLAN/2的下一代无线LAN技术（WLAN）。H2GF是由BoschTelcom、Dell、Ericsson、Nokia、TeliaMobile和TexasInstruments等公司发起的，其宗旨就是要推动HiperLAN/2技术的标准化。HiperLAN/2最引人注目之处是它能够在5GHz的频段上运行，而传统的无线LAN技术大多使用802.11标准的2.4GHz频段。HiperLAN/2标准已经在去年底被最终确定下来。

网络结构及功能

显示了一个HiperLAN/2网络的拓扑结构。移动终端（MT）通过一个由HiperLAN/2标准确定的无线接口与访问点（AP）进行通信。MT的用户可以在HiperLAN/2网络中自由地移动，HiperLAN/2可以确保用户和MT得到最佳的传输性能。一个MT在某个时刻只与一个AP进行通信,不管用户移动到哪里，HiperLAN/2无线网络能够检测到每个时刻能够为该MT提供最佳性能的AP,并自动建立与该AP的联系。据介绍,在两个MT之间也可以不通过无线接口直接进行通信，但这种技术还处于研发阶段，具体细节现在还未公开。

HiperLAN/2定义了检测功能和转换信令，以支持许多无线网络功能，包括动态频率选择（DFS）功能、链路自适应、无线信元转换、多束天线和功率控制等。

动态频率选择

该功能允许几个网络提供商共享可用的频谱，并且可以用来避免频率之间的相互干扰。每个AP是通过由AP以及和它相关的MT执行的过滤干扰计量来进行频率选择的。

链路自适应

为了满足各种无线传输服务质量的需要，在信扰比（C/I）方面，HiperLAN/2使用了一个链路自适应方案。C/I的变化范围根据HiperLAN/2系统部署的位置而定，而且，根据周围无线信元中的通信状况，C/I可以进行变化。链路自适应方案根据链路的质量计量它适应物理层的程度。因此，网络可以动态地为每一个被发射的MAC帧选择SCH（短传输信道）和LCH（长传输信道）。

天线

HiperLAN/2中支持多束天线，这样可以增加无线网络的C/I比，提高无线网络的性能。HiperLAN/2中的MAC协议和帧结构允许使用7束天线。

转换

转换方案是由MT启动的，也就是说，每一个MT都对周围的AP进行必要的检测，并选择最适合的AP进行通信。转换检测方法并没有在HiperLAN/2标准中进行定义，因此，有的厂商根据信号的强度进行转换，也有的厂商根据其他的质量标准进行转换。HiperLAN/2标准定义了必要的信令来完成这种转换。

功率控制

HiperLAN/2在MT（上行链路）和AP（下行链路）中都支持发射机功率控制。MT功率控制主要用于简化AP接收机的设计。AP功率控制是HiperLAN/2标准的一部分。

工作原理

表示了具有一个MT和三个支持具有优先权指示Q标记（Qtag）的AP的HiperLAN/2方案。

在HiperLAN/2中，每一个AP都使用DFS算法选择合适的频率。首先，MT将检测信号强度，并选择要与它建立联系的最适当的AP。MT从选中的AP中接收一个MAC号（MACID），紧接着交换链路功能并据此决定使用什么样的认证过程和加密算法，以及使用哪一个聚合层用于用户的通信。在密钥交换和认证之后，MT与AP就可以建立联系。最后，在数据链路控制层（DLC）建立用户连接，此时用户就可以进行通信了。

MT将通过两个建立的连接（在HiperLAN中缺省值是2个）收发数据，这两个连接支持两种不同的带有Q标记映射的优先权排队（当然，也可以支持更多的优先级排队）。以太网聚合层确保每个以太网帧的优先级根据预先定义的映射方案被映射到适当的数据链路层用户连接中。

MT可以决定加入一个或多个多路广播小组。HiperLAN/2网络可以被配置来使用N个单路广播，以得到最理想的传输质量，也可以为每个加入的小组分配一个单独的MAC号（MACID）以便为其保留带宽。如果一个单独的MAC号被分配给一个多路广播小组，那么映射方案就是：IP地址——IEEE地址——MAC号。

当MT移动时，如果它检测到有一个AP更适合于进行通信（如具有更好的信号强度），那么它会执行一次转换。所有已经建立的连接将使用APAP信令，通过固定LAN自动转换到新的AP上。当MT（更确切地讲是用户）想与LAN断开连接时，MT将请求断开联系，这样就断开了MT和AP之间的所有连接。当MT移动到超出HiperLAN/2的覆盖范围时，也会断开MT和AP之间的所有连接。

主要特点

HiperLAN/2技术的主要特点包括以下几个方面：

高传输速率

HiperLAN/2具有很高的传输速率，它的物理层传输速率最高可达到54Mbps，第三层的传输速率最高可达到25Mbps。为了实现这样高的速率，HiperLAN/2利用一种被称为正交频率数字复用（OrthogonalFrequencyDigitalMultiplexing，OFDM）的调制方法来发射模拟信号。OFDM在时间分散的环境（如办公室中）是非常有效的，这些地方发射的无线信号可能会被许多点反射，使得它们在最终到达接收方以前会产生不同的传播时间。在物理层上面，HiperLAN/2使用了全新的媒体控制层（MAC）协议，它使用一种动态时分双工技术来最有效地利用无线资源。

面向连接

传统的无线网络都是非连接的。在HiperLAN/2网络中，需要先使用HiperLAN/2控制板的信令功能，在MT和AP之间建立连接，然后才能进行数据传输。连接是使用无线接口时分多址复用技术建立的。HiperLAN/2中使用的连接有两类，即点对点的连接和单点对多点的连接。点对点连接是双向的，而单点对多点的连接是单向的，即只指向移动终端MT。除此之外，还有一个专用的广播信道用于从一个AP将数据发射到所有的终端MT。

QoS支持

HiperLAN/2的面向连接的特性使它很容易满足QoS要求，可以为每个连接分配一个指定的QoS，确定这个连接在带宽、延迟、拥塞、比特错误率等方面的要求。在HiperLAN/2中还有可能使用一个更加简单的方法，即每个连接可以分配一个不同的优先级标记。这种QoS支持与高传输速率一起保证了不同的数据序列（如视频、话音和数据等）可以同时进行高速传输。

自动频率分配

在HiperLAN/2网络中，不需要像在蜂窝网络(如GSM中)那样手工规划频率。无线基站（在HiperLAN/2中被称为访问点AP）本身支持为每个AP在覆盖范围内进行的传输选择最适当的无线信道。(上接第D26版)每一个AP都监视邻近的AP以及HiperLAN/2环境中的其他无线资源，并且根据无线信道已经被其他AP占用和把对无线网络环境的干扰降到最低这两个原则，选择最适当的传输信道。

安全支持

HiperLAN/2支持认证和加密。通过使用认证机制，AP和MT可以相互进行认证，以确保对网络的授权访问（从AP的角度看），或者确保对有效的网络提供商的访问（从MT的角度看）。HiperLAN/2中的认证机制要依赖一些其他支持功能（如目录服务等），但这些支持功能本身并不包括在HiperLAN/2技术里。

用户在已经建立的连接上进行通信时，可以使用加密技术来防止实时窃听和中间人的攻击。

移动性支持

MT将能够自动从最近的AP发射和接收数据。更确切地讲，MT使用的AP所提供的无线信号具有最佳的信噪比。因此，当用户和MT移动时，MT有可能检测到有另外一个比当前正在使用的AP具有更好的无线传输性能的AP。此时，MT将自动转换到这个AP上。所有原来已经建立的连接都将被转移到这个新的AP上，使得MT仍然处于HiperLAN/2网络上，因此不会导致通信的中断。不过，在转换期间可能会发生一些丢包现象。

如果一个MT在某段时间里超出了无线HiperLAN/2的覆盖范围，MT可能断开与HiperLAN/2网络的联系，这会使得所有原有的连接都被释放出来。

网络和应用独立

HiperLAN/2协议栈具有一个灵活的结构，因此很容易与多种固定网络进行适配和集成。如一个HiperLAN/2网络可以被用于一个交换式以太网的最后一段，但它也可能被用于其他的配置，如作为对第三代蜂窝网络的一个访问网络。所有今天可以在固定网络中运行的应用都可以在HiperLAN/2网络中运行。

功耗低

在HiperLAN/2中，MT节省功耗的机制是基于MT启动的休眠期状态。MT可以在任意时刻请求AP进入一种低功率休眠状态，而且可以确定这一状态的时间。当协商好的休眠期满时，MT搜索是否有AP发出的唤醒指示。如果没有搜索到唤醒指示，MT将重新转换到低功率状态进入下一个休眠期。在休眠期间，AP将延迟所有等待的数据传输任务，直到MT中结束相应的休眠期为止。HiperLAN/2支持不同的休眠时间，这样可以满足用户对短延迟或低功率等不同的需求。

应用领域

HiperLAN/2的应用领域非常广泛，下面是一些最典型的应用领域。

企业LAN

表示了使用以太网LAN和IP路由器建立的企业网络，在这个网络中，一个HiperLAN/2网络被用作MT和LAN之间的最后一段。HiperLAN/2网络支持同一个LAN/子网(Subnet)中的移动性。在子网之间移动就意味着IP具有可移动性。

重要地点

HiperLAN/2可以部署在一些重要地点（如机场、宾馆等），以便为正在旅行的用户提供远程访问和Internet服务。与HiperLAN/2连接的访问服务器允许点对点连接，也可以访问特定的企业网络（可能需要通过特定的ISP）。

访问第三代蜂窝网络

用户可以通过HiperLAN/2访问第三代蜂窝网络（如WCDMA等）。将来，HiperLAN/2和WCDMA技术覆盖的地区必将越来越广泛，而用户可以从中得到最大的好处，他们不仅可以使用HiperLAN/2提供的服务，而且在没有HiperLAN/2的地方仍然可以使用WCDMA蜂窝网络服务。当用户在两类网络之间移动时，核心网络可以保证用户无缝地自动在两类网络之间进行转换。

家庭网络

HiperLAN可以为家庭环境创建一个无线基础设施，用于家用设备（如家用PC、VCR、照相机和打印机等）的联网。HiperLAN/2的高输出和QoS特性可以满足各种家用设备视频传输与数据通信的要求。在这种情况下，AP可能会提供一个到公众Internet的“上行”链路。