摘要：

文章介紹了HiperLAN/2這一無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，列舉了基于HiperLAN/2的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，詳細(xì)描述了HiperLAN/2的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，最后給出了基于HiperLAN/2的無線網(wǎng)絡(luò)的功能。

關(guān)鍵詞：

無線局域網(wǎng)；HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)；寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)；寬帶無線接入

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.

KEY WORDS:

WLAN; HiperLAN/2 standard; Broadband data network; Broadband wireless access

目前，無線網(wǎng)絡(luò)與基于不同標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)(如GSM、AMPS等)相似，主要用來支持語音業(yè)務(wù)，盡管有一些也以較低速率支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。能夠提供滿足Internet接入需求的無線數(shù)據(jù)服務(wù)正在開發(fā)之中。在局域網(wǎng)的環(huán)境下，很多供應(yīng)商都提供了基于802.11的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品能夠提供1 Mbit/s～11 Mbit/s的帶寬。隨著價(jià)格的下降，無線局域網(wǎng)(WLAN)將成為以太網(wǎng)接入的一種重要手段。為了滿足將來網(wǎng)絡(luò)的需求，一種WLAN和蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的技術(shù)正在研制之中。本文將介紹這種下一代的無線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)——HiperLAN/2。

1 基于HiperLAN/2的網(wǎng)絡(luò)

移動(dòng)終端(MT)可以通過HiperLAN/2定義的空中接口與接入點(diǎn)通信。兩個(gè)移動(dòng)終端(MT)之間也可以直接通信。MT的用戶可以在HiperLAN/2網(wǎng)內(nèi)自由移動(dòng)，并可以確保MT的用戶得到最好的傳輸性能。一個(gè)MT在接入HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)之后，一次只和一個(gè)接入點(diǎn)(AP)通信。AP考慮了無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，確保無線網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)配置的。

2 基于HiperLAN/2的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

基于HiperLAN/2 網(wǎng)絡(luò)的一般特點(diǎn)有：

(1)高速傳輸

HiperLAN/2傳輸速率很高，在物理層達(dá)54 Mbit/s，在L3達(dá)25 Mbit/s。HiperLAN/2采用了一種叫正交頻率數(shù)字復(fù)用(OFDM)的模塊化方法來傳輸模擬信號(hào)。OFDM 在分時(shí)環(huán)境下十分有效。HiperLAN/2在物理層之上的全新媒體訪問控制(MAC)協(xié)議采用了一種動(dòng)態(tài)分時(shí)復(fù)用的方法，它可以最有效地利用資源。

(2)面向連接的機(jī)制

在HiperLAN/2 網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)是通過MT和AP之間建立的連接進(jìn)行傳輸?shù)摹＿B接在空中接口上是時(shí)分復(fù)用的。HipeLAN/2的連接有兩種類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)是雙向的，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)是從AP到MT方向的。

(3)支持QoS

HiperLAN/2面向連接的特點(diǎn)使得它能夠直接支持QoS。每一個(gè)連接都能分配到一定的QoS，例如帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、誤比特率等。這種高傳輸速率和支持QoS的特點(diǎn)將有利于多種不同類型的數(shù)據(jù)流(如視頻、語音、數(shù)據(jù))的同時(shí)傳輸。

(4)自動(dòng)頻率分配

在HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)中，不需要像蜂窩網(wǎng)一樣進(jìn)行手工的頻率編制。HiperLAN/2的無線接入點(diǎn)在它覆蓋的范圍內(nèi)能自動(dòng)選擇無線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。AP監(jiān)聽臨近的AP和其他無線資源，并根據(jù)已用的信道和其他AP占用的信道選擇恰當(dāng)?shù)臒o線信道，從而減少干擾。

(5)支持安全性

HiperLAN/2 網(wǎng)絡(luò)支持鑒權(quán)和加密。AP和MT可以相互鑒權(quán)。鑒權(quán)需要有一個(gè)支持函數(shù)，不在HiperLAN/2網(wǎng)的范圍之內(nèi)進(jìn)行。已建立連接的用戶數(shù)據(jù)可以通過加密保護(hù)防止偷聽。

(6)移動(dòng)性的支持

MT將確保從最近的AP傳輸和接受數(shù)據(jù)，更確切的說MT通過測(cè)量信噪比確保接入無線信號(hào)最好的AP。因此隨著MT的移動(dòng)，當(dāng)MT檢測(cè)到有比現(xiàn)在用的AP的無線傳輸性能更好的AP，MT將請(qǐng)求切換到新的AP中，所有建立的連接將會(huì)轉(zhuǎn)移到新的AP上，而MT仍在HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)上，并能繼續(xù)通信。在切換中，可能會(huì)丟失一些包。如果MT移出網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍一定時(shí)間，MT將失去和HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)的所有聯(lián)系，所有連接將被釋放。

(7)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用獨(dú)立

HiperLAN/2的協(xié)議棧具有很大的靈活性，可以適應(yīng)多種固定網(wǎng)絡(luò)類型。因此HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)既可以作為交換式以太網(wǎng)的無線接入子網(wǎng)，也可以作為第3代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)，并且這種接入對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層以上的用戶部分來說是完全透明的。當(dāng)前在固定網(wǎng)絡(luò)上的任何應(yīng)用都可以在HiperLAN/2網(wǎng)上運(yùn)行，而IEEE 802.11的一系列協(xié)議都只能由以太網(wǎng)作為支撐，因此HiperLAN/2具有高度靈活性的特色。

(8)節(jié)省功率

HiperLAN/2網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)能管理的機(jī)制基于MT發(fā)起的節(jié)能請(qǐng)求。在任何時(shí)刻，MT都可以向AP請(qǐng)求進(jìn)入低功耗狀態(tài)或休眠期。針對(duì)不同的需求(如要求較短等待時(shí)間或較低的功率)可以采用不同的休眠期。

3 HiperLAN/2的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

圖1所示為HiperLAN/2 空中接口的協(xié)議參考模型。協(xié)議棧被分為控制平面部分和用戶平面部分。用戶平面包括在已建立的連接上傳輸數(shù)據(jù)的功能，控制平面包括建立連接、釋放連接、管理連接這3個(gè)功能。HiperLAN/2 有3個(gè)基本層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、匯聚層。

3.1 物理層

HiperLAN/2物理層采用了OFDM技術(shù)，以此來有效地對(duì)抗時(shí)間彌散信道中較強(qiáng)的多徑干擾。它采用52路子載波，其中48路傳輸實(shí)際的用戶數(shù)據(jù)，另外4路傳輸引導(dǎo)序列，用于相關(guān)接收時(shí)的相位跟蹤。信道間隔為20 MHz，保護(hù)間隔為800 ns，這足以對(duì)抗250 ns的時(shí)延擴(kuò)展，對(duì)于大部分應(yīng)用環(huán)境來講已經(jīng)足夠。對(duì)于一些小的室內(nèi)應(yīng)用環(huán)境，可采用較短的保護(hù)間隔，如400 ns，來獲得更高的傳輸效率。

HiperLAN/2物理層的另一個(gè)特點(diǎn)是有若干種調(diào)制和編碼方式供選擇。這樣根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境限制和性能需求，可以采用不同的方式。OFDM單個(gè)子載波的調(diào)制方式可以采用BPSK、QPSK、16QAM以及64QAM。前向糾錯(cuò)一般采用1/2碼率、約束長(zhǎng)度為7的卷積編碼，采用截短技術(shù)后，可以使碼率提高到9/16或3/4。

3.2 數(shù)據(jù)鏈路控制層

數(shù)據(jù)鏈路控制層由一個(gè)AP和多個(gè)MT之間的數(shù)據(jù)鏈路組成。邏輯鏈路控制的功能包括媒體接入、數(shù)據(jù)傳輸和連接控制。數(shù)據(jù)鏈路層包括以下協(xié)議：

*9誗媒體接入控制協(xié)議

*9誗錯(cuò)誤控制協(xié)議

*9誗信令實(shí)體數(shù)據(jù)鏈路連接控制的無線鏈路控制 (RLC) 協(xié)議，聯(lián)合控制函數(shù)(ACF)的無線資源控制(RRC)協(xié)議

3.2.1 媒體接入控制子層

HiperLAN/2的MAC子層采用AP集中管理的方式，由AP負(fù)責(zé)控制MT在一個(gè)MAC幀中所占據(jù)的時(shí)隙，并通知相應(yīng)的MT?？罩薪涌诨跁r(shí)分雙工(TDD)和動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用(TDMA)。MAC幀是物理層和數(shù)據(jù)鏈路控制(DLC)層之間的接口。在一個(gè)MAC幀內(nèi)，上行和下行鏈路的通信可以同步進(jìn)行，而且上下行鏈路的時(shí)隙可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)分配?；镜腗AC幀為固定長(zhǎng)度2 ms，其中包含了廣播控制、幀控制、接入控制、上下行鏈路數(shù)據(jù)和隨機(jī)接入等多個(gè)信道。除了隨機(jī)接入信道時(shí)隙允許競(jìng)爭(zhēng)占用以外，所有數(shù)據(jù)都要通過專用的時(shí)隙在AP和MT之間傳輸。除了廣播控制信道固定以外，其他域都根據(jù)當(dāng)前的業(yè)務(wù)量情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2.2 差錯(cuò)控制協(xié)議

差錯(cuò)控制(EC)主要基于自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ)策略。前向糾錯(cuò)作為EC的補(bǔ)充。ARQ策略基于選擇重傳機(jī)制。這需要在收端和發(fā)端有一個(gè)傳送窗。因此接受端必須通知發(fā)端所有收到消息的序列號(hào)以及哪些消息不正確。而且，發(fā)端可能因?yàn)橐恍┫⒊^了最大時(shí)間長(zhǎng)度而要拋棄這些消息。

3.2.3 信令和控制

無線鏈路控制協(xié)議為信令實(shí)體：聯(lián)合控制函數(shù)(ACF) 、無線資源控制(RRC)函數(shù)和數(shù)據(jù)鏈路連接控制(DCC)提供傳輸服務(wù)。這4個(gè)實(shí)體構(gòu)成了AP和MT之間DLC信令交換的控制平面。

3.3 匯聚層

匯聚層(CL)有兩個(gè)主要功能：將高層的服務(wù)請(qǐng)求適應(yīng)于DLC提供的服務(wù)，將高層的包變成DLC中用的定長(zhǎng)。CL的結(jié)構(gòu)使得HiperLAN/2適合于無線信道并能承載許多固定網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、IP、ATM、UMTS。HiperLAN/2定義了兩種不同的CL層：基于ATM信元和基于包的CL。前者用于與ATM網(wǎng)相連，后者可以用于許多基于分組的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上。

基于分組的CL具有一個(gè)通用和一個(gè)特定服務(wù)部分，它能用于不同的網(wǎng)絡(luò)中。HiperLAN/2定義了一個(gè)公共部分并為以太網(wǎng)定義了一個(gè)特定服務(wù)功能。

4 無線網(wǎng)絡(luò)功能

HiperLAN/2標(biāo)準(zhǔn)定義了大量支持無線網(wǎng)絡(luò)的功能與信令：動(dòng)態(tài)頻率選擇、鏈路自適應(yīng)、無線蜂窩切換、多束天線和功率控制。

(1)動(dòng)態(tài)頻率選擇

HiperLAN/2無線網(wǎng)將給每個(gè)AP自動(dòng)分配通信頻率。這是由動(dòng)態(tài)頻率選擇功能(DFS)實(shí)現(xiàn)的，它允許幾個(gè)操作者共享可用頻段，同時(shí)避免發(fā)生頻段干擾。每個(gè)AP都是基于AP以及和它相關(guān)的MT的濾波相干測(cè)量進(jìn)行頻率選擇的。

(2)鏈路自適應(yīng)

鏈路自適應(yīng)策略是為了解決變化的無線信道質(zhì)量問題。信號(hào)干擾比隨著系統(tǒng)配置的地點(diǎn)以及周圍無線蜂窩流量的不同而不同。鏈路自適應(yīng)策略使物理層的魯棒性能隨鏈路質(zhì)量測(cè)量的結(jié)果而自適應(yīng)變化。因此，在每個(gè)MAC禎中，物理層的模式是動(dòng)態(tài)選擇的。

(3)天線

HiperLAN/2中支持使用多束天線以改進(jìn)鏈路的預(yù)算，增加載波干擾比(C/I)。MAC協(xié)議和HiperLAN/2幀結(jié)構(gòu)允許最多使用7束天線。

(4)切換

切換是由MT發(fā)起的。例如一個(gè)MT對(duì)周圍的AP進(jìn)行必要的測(cè)量并選擇恰當(dāng)?shù)腁P進(jìn)行通信。切換策略在標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義，運(yùn)營(yíng)商可以自行決定如何選擇，如選擇基于信號(hào)強(qiáng)度的切換。

(5)功率控制

MT和AP都有發(fā)射器的功率控制。MT的功率控制主要用來簡(jiǎn)化AP接收機(jī)的設(shè)計(jì)；AP功率控制則是部分出于調(diào)整的原因，如減少衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾。

5 結(jié)束語

HiperLAN/2提供了高達(dá)54 Mbit/s的與局域網(wǎng)和3G蜂窩網(wǎng)的連接速率，還為將來的多媒體應(yīng)用提供了移動(dòng)性和服務(wù)質(zhì)量的支持。我們認(rèn)為HiperLAN/2、藍(lán)牙技術(shù)、無線局域網(wǎng)及第3代蜂窩系統(tǒng)為未來移動(dòng)計(jì)算設(shè)備提供一個(gè)完整的通信環(huán)境。□

參考文獻(xiàn)

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(收稿日期：2002-02-25)

作者簡(jiǎn)介

李明，畢業(yè)于華中科技大學(xué)電子與信息工程系，碩士。

黃載祿，華中科技大學(xué)電子與信息工程系教授，博士生導(dǎo)師。中國通信學(xué)會(huì)理事。