Стандарт hiperlan

Введение

 

 

Ключевыми факторами, стимулирующими спрос на широкополосные сети доступа  по радиоканалам, являются огромный рост объема беспроводной и мобильной  связи, появление приложений мультимедиа, потребность в высокоскоростном доступе в Интернет. Современные  беспроводные сети связи, изначально узкополосные, наиболее часто используются для  услуг телефонной связи с коммутацией  каналов. Эволюция беспроводных систем мобильной связи второго поколения  и разработка систем третьего поколения  ориентированы на реализацию в сетях  скоростей передачи до 2 Мбит/с на радиоканал. Такие скорости значительно расширяют возможности приложений с пакетной передачей данных и приложений мультимедиа для мобильной связи. В то же время, с применением новейших технологий беспроводной связи, в локальных сетях могут быть достигнуты значительно более высокие скорости. Типичными для таких сетей являются критичные к задержкам интерактивные услуги мультимедиа, например, передача видеопрограмм с высоким качеством, приложения с архитектурой "клиент-сервер", доступ к банкам данных. Более того, новые беспроводные широкополосные сети ориентированы на реализацию высокоскоростных интегрированных услуг (с передачей данных, речи и видео) с экономически оправданным качеством сервиса (QoS).

В настоящее время проведено  моделирование системы HIPERLAN/2 для  офисного пятиэтажного здания с несколькими  мобильными терминалами и выставочного зала. В качестве математической модели среды радиосвязи между терминалами  и точкой доступа была выбрана  расширенная модель Кинана-Мотлима, которая учитывает зависимость затухания сигнала в стенах от расстояния, этажности здания и т.п. Покрытие офисного здания обеспечивалось 8-ю точками доступа. Условия выставочного зала моделировались большим одноэтажным зданием без внутренних стен, а покрытие зала обеспечивалось 16-ю точками доступа, равномерно расположенными на расстоянии 60 м друг от друга по всей площади зала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Стандарт HIPERLAN типа 2 для широкополосного беспроводного доступа

 

Ключевыми факторами, стимулирующими спрос на широкополосные сети доступа  по радиоканалам, являются огромный рост объема беспроводной и мобильной  связи, появление приложений мультимедиа, потребность в высокоскоростном доступе в Интернет. Современные  беспроводные сети связи, изначально узкополосные, наиболее часто используются для  услуг телефонной связи с коммутацией  каналов. Эволюция беспроводных систем мобильной связи второго поколения  и разработка систем третьего поколения  ориентированы на реализацию в сетях  скоростей передачи до 2 Мбит/с на радиоканал. Такие скорости значительно расширяют возможности приложений с пакетной передачей данных и приложений мультимедиа для мобильной связи. В то же время, с применением новейших технологий беспроводной связи, в локальных сетях могут быть достигнуты значительно более высокие скорости. Типичными для таких сетей являются критичные к задержкам интерактивные услуги мультимедиа, например, передача видеопрограмм с высоким качеством, приложения с архитектурой "клиент-сервер", доступ к банкам данных. Более того, новые беспроводные широкополосные сети ориентированы на реализацию высокоскоростных интегрированных услуг (с передачей данных, речи и видео) с экономически оправданным качеством сервиса (QoS). Для реализации адекватных этим задачам передающих и сетевых технологий, на исследования и стандартизацию были потрачены значительные силы. Инженерная группа по разработке стандартов Интернет (IETF), Международный союз электросвязи (ITU) и Форум АТМ создали спецификации для опорной фиксированной сети. Аналогично участники проекта BRAN (Широкополосные сети доступа по радиоканалу) Европейского института стандартизации электросвязи также работают над стандартами для различных видов беспроводных широкополосных сетей доступа. Один из этих стандартов, названный HIPERLAN/2 (Высокопроизводительная локальная радиосеть, тип 2), призван обеспечить высокоскоростной доступ к различным опорным широкополосным сетям и движущимся терминалам (портативным, а также мобильным). В Японии ассоциация MMAC, работающая под эгидой ARIB, также начала разработку разнообразных систем высокоскоростного радиодоступа на частоте 5 ГГц для пользователей делового и квартирного секторов. Одна из таких систем для деловых приложений в корпоративных сетях и сетях общего пользования была гармонизирована с HIPERLAN/2.

До начала работы по стандартизации HIPERLAN/2 в ETSI был разработан стандарт HIPERLAN/1 для сетевой поддержки портативных  устройств. Основным содержанием этого  стандарта было использование асинхронного режима передачи и механизма множественного доступа, взятого от семейства локальных  сетей шинного типа со случайным  доступом (CSMA) с предотвращением  конфликтов (СА). Посредством использования  механизмов CSMA/CA достигалось разделение пропускной способности доступного радиоканала между активными пользователями, которые делают попытки передачи информации в течение одного интервала времени. Хотя в сети HIPERLAN/1 поддерживался транспортный механизм для услуг с разделением времени, все же качество услуги на участке беспроводного звена не контролировалось и не гарантировалось. Такая сеть рассматривалась как система по принципу "лучшее из возможного". Для ETSI это и было главным стимулом к разработке нового поколения стандартов с поддержкой асинхронной передачи данных и услуг, критичных к задержкам.

В то время как в ETSI разрабатывался стандарт HIPERLAN/2, американский Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) начал создание спецификаций для  физического уровня нелицензируемого диапазона Национальной информационной инфраструктуры США, чтобы расширить свой стандарт IEEE 802.11 для высокоскоростных приложений. В результате был предложен стандарт IEEE 802.11a, в котором было предусмотрено использование того же протокола доступа к среде (MAC), что и для диапазона ISM (2,4 ГГц). В отличие от HIPERLAN/2, стандарт IEEE 802.11a применяется, главным образом, для приложений с асинхронной передачей данных в качестве обязательного рабочего режима.

Стандарт HIPERLAN/2 дополняет  современные системы беспроводного  доступа, предоставляя пользователям  с ограниченной мобильностью высокую  скорость передачи информации на загруженных  участках. Типичная среда применения данного стандарта — офисы, жилые  дома, выставочные залы, аэропорты, вокзалы и т.п. (рис. 2). На рис. 3 показана персональная сеть (PAN) пользователя, получающего доступ к своей сети по системе HIPERLAN/2 — к Интернет, интранет или к другому терминалу, совместимому с HIPERLAN/2. В отличие от этого стандарта, технология Bluetooth1 используется, в основном, для связи между отдельными устройствами в пределах персональной сети.

 

1.1 Описание стандарта

 

Стандарт HIPERLAN/2 содержит спецификации сети радиодоступа, которая может  быть реализована с различными опорными сетями. Это становится возможным  благодаря:

• гибкой архитектуре, которая определяет физический уровень и уровень управления звеном данных независимо от типа опорной сети;
• набору уровней конвергенции, которые облегчают доступ к различным опорным сетям (рис. 1).

Рис. 1. Архитектура протоколов HIPERLAN/2.

 

При этом уже разработаны  или разрабатываются в настоящее  время специальные уровни конвергенции для взаимодействия с:

• транспортными сетями, работающими по протоколу IP (протоколы Ethernet и PPP);
• сетями на базе АТМ;
• опорными сетями третьего поколения;
• сетями, в которых используются протоколы и приложения стандарта IEEE 1394.

 

Рис. 2. Общая структура уровня конвергенции.

 

Блоки данных, передаваемые по этим опорным сетям, могут различаться  по формату: длине, типу и содержанию. Сегментация блоков данных в блоки  данных пользователя услуги уровня DLC стандарта HIPERLAN/2 (U-SDU) выполняется на специальном уровне конвергенции этого стандарта, после чего блоки U-SDU передаются к месту назначения с помощью услуг передачи данных уровней PHY и DLC.

В стандарте HIPERLAN/2 поддерживается мобильность терминалов со скоростью  передвижения до 10 м/с. Кроме того, в нем предусмотрены возможности управления в средах с различной помеховой обстановкой за счет:

• поддержки звена радиопередачи при малом отношении сигнал-шум;
• поддержки качества услуги.

В основе радиоинтерфейса в стандарте HIPERLAN/2 лежат дуплексный режим с временным разделением канала (TDD) и множественный доступ с временным разделением канала (TDMA). Стандарт HIPERLAN/2 представляет собой гибкую платформу, на базе которой разнообразные приложения мультимедиа для офиса и дома могут поддерживаться со скоростью передачи до 54 Мбит/с. Офисный мобильный терминал принимает данные по фиксированной корпоративной сетевой инфраструктуре или сети общего пользования. Кроме качества услуги для мобильных терминалов в сети могут поддерживаться услуги по защищенной передаче и мобильному административному управлению при переходе терминалов от одной сети к другой, например, от локальной к глобальной сети или от корпоративной к сети общего пользования. В домашней обстановке стандартом поддерживается гибкое взаимодействие беспроводных цифровых устройств пользователя при низких расценках.

Система HIPERLAN/2 опирается  на топологию сети сотовой связи  в комбинации со специальными сетевыми функциями. В HIPERLAN/2 предусмотрена поддержка  двух базовых режимов функционирования: централизованный (СМ) и прямой (DM).

Централизованный режим  ориентирован на топологию сети сотовой  связи, в которой управление каждой сотой осуществляется от общей для  определенной географической области  точки доступа (AP). В этом режиме мобильные  терминалы взаимодействуют между  собой или с опорной сетью  через точку доступа. Централизованный режим используется, в основном, для бизнес-приложений внутри и вне  помещения в условиях, для которых  область покрытия превышает границы  соты.

Прямой режим функционирования предназначен для специфической  сетевой топологии частного жилого сектора или условий, при которых  область обслуживания полностью  покрывается одной сотой сети радиопередачи. В данном режиме мобильные  терминалы в сети, покрываемой  одной сотой, могут обмениваться данными непосредственно друг с  другом. Выделением ресурсов радиопередачи  для мобильных терминалов управляет  точка доступа.

 

1.2 Уровень конвергенции

 

На уровне конвергенции (CL) предусмотрены две основные функции: адаптация запросов от более высоких  уровней к услуге, предоставляемой  уровнем DLC, и преобразование пакетов  протоколов высшего уровня фиксированной  или переменной длины в блоки  данных услуги (SDU) фиксированной длины, которые используются в протоколах уровня DLC.

Возможны два типа уровня конвергенции:

• уровень конвергенции на базе ячеек, на котором обрабатываются элементы протоколов более высоких уровней с фиксированной длиной пакетов, например, опорная сеть на базе АТМ;
• уровень конвергенции на базе пакетов, на котором обрабатываются элементы протоколов более высоких уровней с переменной длиной, например, сеть Ethernet.

Для соответствующей адаптации  услуг Ethernet, IEEE 1394, PPP и универсальной мобильной связи (UMTS) определены отдельные подуровни конвергенции услуг (SSCS).

Функция заполнения, сегментации  и сборки блоков данных с фиксированной  длиной услуги на уровне DLC является ключевой возможностью, позволяющей стандартизировать  и реализовать функции уровней PHY и DLC независимо от типа опорной сети. На рис. 6 показано отображение блоков данных протокола высшего уровня на пакеты физического уровня. Для  передачи полезной информации блоки  данных уровня DLC представляют собой  блоки данных протокола (PDU) "длинного" транспортного канала (LCH); для сообщений  управления используются блоки PDU "короткого" транспортного канала (SCH). Уровень DLC. Уровень DLC состоит из подуровня управления радиозвеном (RLC), протокола защиты от ошибок (ЕС) и протокола МАС.

 

1.3 Подуровень RLC

 

На уровне RLC поддерживается три главные функции управления:

1. Функция ассоциативного управления процедурой

аутентификации, административного  управления системой ключей шифрования, ассоциативной связи и ее аннулирования, а также генерации случайной  последовательности для шифрования.

2. Функция управления ресурсами радиопередачи (RRC),

осуществляющая управление доступом, динамическим выбором частотного канала, определение готовности мобильного терминала и тем самым энергосбережение.

3. Функция управления соединения пользователя на уровне

DLC, выполняющая установление  и освобождение соединения пользователя как для многоадресной, так и безадресной (широковещательной) передачи.

 

В целом подуровень RLC предназначен для обмена данными на плоскости  управления между точкой доступа  и мобильным терминалом. Например, пусть мобильный терминал формирует ассоциативную связь с точкой доступа с помощью средств сигнализации RLC. После завершения процедуры установления ассоциативной связи мобильный терминал может запросить выделенный канал управления радиоканала для передачи по нему данных. В спецификациях HIPERLAN/2 такой радиоканал передачи данных рассматривается как соединение уровня DLC. Мобильный терминал может запросить даже несколько соединений DLC, для каждого из которых точкой доступа может поддерживаться индивидуальный набор параметров качества услуги (QoS). В то же время установление соединения не обязательно приводит к немедленному выделению радиоресурса в точке доступа, однако мобильный терминал сразу получает уникальный адрес DLC, который соответствует соединению на уровне DLC.

 

1.4 Защита от ошибок (EC)

 

Для поддержки разных типов  услуг определены следующие режимы работы защиты от ошибок:

1. Режим с подтверждением, в котором для повышения

качества связи и гарантии надежной передачи предусматривается  подтверждение приема по обратному  каналу. Режим подтверждения базируется на процедурах автоматического запроса  избирательного (SR) повтора (ARQ).

2. Режим с повтором, в котором для относительно надежной

передачи предусмотрена  повторная передача блоков данных протокола DLC PDU (LCH PDU) без обратного канала. Передатчик может повторно передавать блоки PDU в произвольном порядке. Повторная  передача блоков PDU позволяет повысить безошибочность приема информации. В  то же время приемник "признает" безошибочными только те блоки PDU, порядковые номера которых находятся в пределах заданного диапазона — "окна". Режим с повтором обычно используется для безадресной (широковещательной) передачи данных.

3. Режим без подтверждения позволяет поддерживать связь с

низким уровнем надежности и задержки без повторной передачи блоков с ошибками.