Informatika | Hálózatok » HiperLAN 2

3. HiperLAN2 Mindmáig a vezeték nélküli hálózat többé-kevésbé a cellás hálózat szinonimájáúl szolgált (pl. GSM) Ezeket a rendszereket alapvetően a beszédátvitelre tervezték, bár képesek az adatátvitelre is, de igen alacsony sebességen (~10kbits/s). Manapság az Internet és különösképpen az intranetek elterjedésével egyre nagyobb az igény a szélessávú, nagysebességű vezeték nélküli adatátvitelre. A jelenlegi vezeték nélküli lokális számítógép hálózatok szinte kivétel nélkül az IEEE 802.11-es szabványán alapulnak és adatátviteli sebességük kb. 1-22Mbps Mivel ezen eszközök egyre olcsóbbá válnak, egyre inkább a lokális számítógép hálózatok alternatíváját jelenthetik az Ethernet mellett. Azonban, hogy valódi alternatívát nyújtsanak ezek az eszközök, a nagyobb sávszélesség mellett szükség van QoS támogatásra, titkosításra, handoverre a lokális és közcélú hálózatok (cellás hálózatok)

között. A HiperLAN2 a vezeték nélküli helyi számítógép hálózatok egyik legújabb generációja. A szabványt az ETSI-ben fejlesztik. A HIPER család HIPERLAN1 nagysebességű (tipikusan 20 Mbps) LAN kommunikációs képességekkel rendelkezik, amelyek kompatibilisek az Ethernet és Token Ring LAN szabványokkal. Csak korlátozott mobilitást támogat a lefedési területen belül. Alapvetően ad-hoc felépítésű, ezért álltak le a fejlesztésével, mert ez a technológia még nem elég érett. Az 5 GHz-es sávban működik (működne). HiperLAN2 nagysebességű adatátviteli sebességgel rendelkezik, tipikusan 6 Mbps-tól 54 Mbps-ig. ATM, IP és más technológiájú szélessávú hálózatokhoz való vezeték nélküli hozzáférést biztosít. Alapvetően centralizált szervezésű, de fejlesztik az ad-hoc kiegészítését is. Ilyenkor az MT-k közül választott ún Central Controler (CC) látja el az összehangolás feladatát. A HiperLAN2QoS támogatást is

biztosít Mobilitást csak a lefedési területen belül támogat, de más ETSI projektekben már dolgoznak a többi cellás rendszerrel való handover kidolgozásán. Az 5 GHz-es sávban működik HIPERACCESS kültéri, nagysebességű (tipikusan 25 Mbps), fix rádió hozzáférést biztosít az előfizetői épületek között. Támogatja a multimédia alkalmazásokat (más technológiák, pl. HiperLAN2 biztosíthatja az épülen belüli szétosztást) HIPERACCESS lehetővé teszi az üzemeltető számára nagy előfizetői területek gyors lefedését. Engedélyköteles vagy szabad sávban is működhet. Pl az GHz-es sávot erősen támogatják HIPERLINK igen nagysebsségű (egészen 155Mbps-ig) adatátvitelt biztosít statikus rádió összeköttetésekkel és támogatja a multimédia alkalmazásokat. Tipikus alkalmazása lehet a HIPERACCESS hálózatok és/vagy HIPERLAN AP-k összekötése egy teljes vezeték nélküli hálózatban. 17Ghz-en működik 1 Mobilitás Jármű

IEEE802.11 G S M IEEE802.11b HiperLAN2, IEEE802.11a 3. Generáció Séta Átviteli sebesség [Mbps] WLAN Bluetooth Fix 0,1 1 2 . 54 3.1 ábra A HiperLAN2 helye a mobil világban A HiperLAN2 hálózat felépítése A tipikus topológia az alábbi ábrán látható. A Mobil Terminálok (MT) a bázisállomásokkal (AP – Access Point) kommunikálnak a rádiós interfészen keresztül a HiperLAN/2 szabvány szerint. Ugyanakkor lehetőség van közvetlen kommunikációra két MT között, amit Direkt Módnak neveznek, melynek szabványosítása azonban még igen kezdeti állapotban van. Az MT teljesen szabadon mozoghat a HiperLAN/2 hálózatban, amely biztosítja a felhasználó és az MT számára a megfelelő kapcsolatot. Az MT a bejelentkezés után, egyszerre csak egy AP-vel tud kommunikálni. 3.2 ábra A HiperLAN2 hálózat felépítése 2 Home GPRS/UMTS IWU SGSN GGSN Internet Office ISP Ethernet HIPERLAN2 3.3 ábra A HiperLAN2 helye a mobil világban 2 A

HiperLAN2 fontosabb tulajdonságai • • • • • • • Nagysebességű átvitel Kapcsolat-orientált QoS támogatás Biztonság Mobilitás Hálózat- és alkalmazásfüggetlenség Power Saving 3 Nagysebességű átvitel A HiperLAN2 –nek a már létező WLAN-okhoz képest igen nagy az átviteli sebessége: a fizikai szinten max. 54Mbps, míg a harmadik szinten max 25Mbps Azért, hogy ezt a sebességet elérjük a HiperLAN/2 Orthogonal Frequency Division Multiplexing-et (OFDM) használ a jelek továbbítására. Az OFDM nagyon hatékony a többutas terjedésből adódó késleltetésszóródás kivédésére, így olyan helyeken (pl. irodákban) ahol a kisugárzott jel sok tereptárgyról visszaverődve jut el a vevőbe nagyon hatásos, lehet. A fizikai réteg fölött a Medium Access Control (MAC) protokoll időduplex (TDD), amely segítségével nagyon hatásosan használja ki a rádiócsatornát. Kapcsolat-orientált A HiperLAN2 hálózatban az adatküldés előtt a

vezérlő síknak először fel kell építeni a kapcsolatot az AP és az MT között. A kapcsolat AP és MT között a rádiós interfészen időosztásos (TDMA). A szabvány két fajta kapcsolatot definiál: pont-pont és pont-multipont, amelyek közül az első kétirányú, míg a második csak AP – > MT irányú. Ugyanakkor van még egy dedikált broadcast csatorna, amelyen keresztül az AP eléri az összes terminált. QoS támogatás A kapcsolatorientáltság egyszerűbbé teszi a QoS támogatás implementálását (lásd ATM). Minden egyes felépített kapcsolathoz hozzárendelhetünk egy előre definiált QoS-t (pl sávszélesség, késleltetés, BER), illetve lehetséges egy olyan megközelítés is, hogy a kapcsolatokhoz prioritási szintet rendelünk. Ez a QoS kombinálva a nagysebességű átvitellel megfelelő alapot nyújt a folyamatos videó és hangátvitelnek. Automatikus frekvenciafoglalás Egy HiperLAN2 hálózatban nincs szükség manuális

frekvenciatervezésre, mint a cellás hálózatoknál (pl. GSM) A bázisállomások (AP) egyenként képesek automatikusan kiválasztani a számukra megfelelő rádiócsatornát, mégpedig úgy, hogy folyamatosan figyelik a környezetükben lévő bázisállomásokat és más rádióforrásokat (pl. mikrohullámú sütő), és ezek alapján a bázisállomások kiválasztanak egyenként egy frekvenciát, amelyen a legkisebb az interferencia. Biztonság A HiperLAN2 hálózat támogatja mind a hitelesítést mind, pedig az adatfolyam kódolását. A hitelesítés kétoldali, vagyis az AP és az MT hitelesítik egymást, hogy biztos legyen a jogos hozzáférés a hálózathoz (AP oldaláról) valamint, hogy az MT a megfelelő hálózathoz csatlakozott-e. Mivel a rádiócsatorna könnyen lehallgatható, ezért az adatfolyamot kódolják. A HiperLAN2 nem biztosít vég-vég titkosítást, ezt a felsőbb rétegekre hagyja hasonlóan a 802.11-hez Mobilitás A terminál figyeli a

bázisállomásokat, hogy mindig a legközelebbi AP-vel kommunikáljon (pontosabban szólva azt az AP-t keresi, amelynek a legerősebb a jele) a megfelelő minőségű átvitel biztosítása érdekében. Éppen ezért amikor a terminál mozog, akkor figyeli a bázisállomások jeleit, és ha talál egy olyat, amelynek a jele erősebb a jelenlegi bázisállomásának jelénél, akkor egy handovert fog kezdeményezni az új AP-hez. A handover 4 tehát MT kezdeményezésű szemben pl. a GSM-mel, ahol az MT mérései alapján a hálózat dönt a cellaváltásról. A már meglévő felépített kapcsolatok ilyenkor átmennek az új AP-re, így a kapcsolat megszakadása nélkül folytatódhat a kommunikáció. Ugyanakkor a handover közben csomagvesztés előfordulhat. Természetesen, amikor az MT elhagyja a Hiperlan/2 hálózat területét akkor a kapcsolat megszakad. Hálózat- és alkalmazásfüggetlenség A HiperLAN2 hálózat nem csak az Ethernet-hez hanem más fix (pl. ATM) és nem

fix hálózatokhoz (pl. 3G Mobil hálózat) is képes csatlakozni Természetesen minden olyan alkalmazás futni fog, amely futott a fiz hálózatokon. Power Saving Az MT teljesítménykímélő üzeme nem más, mint az MT által kezdeményezett alvások. A terminál kéri az AP-től, hogy alvó üzemmódba mehessen át egy adott ideig. Amikor az alvási idő letelt, akkor a terminál várja, hogy a bázis ébresztőt (wake up indicator) sugározzon le, és ha ez nem történik meg, akkor tovább alszik. Protokoll Architektúra és Rétegek Az ETSI BRAN projekt alapvető célja, hogy csak a rádiós hozzáférési hálózatot és néhány konvergencia rétegbeli funkciót szabványosítsa a különböző mag hálózatok (core networks) számára. A mag hálózat specifikus funkciókat az adott szervezetekre hagyja (pl ATM Forum, IETF és más ETSI projektek (lásd a köv. ábrát) 3.4 ábra ETSI referencia modell a szélessávú rádiós hozzáférésre A Hiperlan2 műszaki

előírások csak a rádiós interfészre, a vezeték nélküli alrendszer szolgáltatási interfészeire, a konvergencia réteg funkcióira és a szolgáltatások megvalósításához szükséges képességekre vonatkoznak. A rádiós interfész támogatni fogja a többféle gyártó megoldása közötti együttműködést. 5 Core Network Core Network Core Network Network Convergence sublayer H/2 DLC Core Networks: Â Â Â Â Â Ethernet / IP / PPP ATM UMTS IEEE 1394 . H/2 PHY 3.5 ábra HiperLAN2 protokoll referencia modell A fenti ábrán a HiperLAN2 protokoll referenciamodellje látható. A protokollmodell alapvetően felhasználói- és vezérlősíkra van osztva csakúgy mint az ISDN-nél. A felhasználói sík feladata az adatátvitel, míg a vezérlő sík feladata a kapcsolat-felépítés, lebontás és menedzselés. A HiperLAN/2 protokoll 3 réteget definiál: • Fizikai réteg (PHY) • Adatkapcsolati réteg (DLC – Data Link Control) • Konvergencia Réteg

(CL) A szabvány jelenlegi állapotában csak a DLC réteg van vezérlő és felhasználói síkra osztva. A MAC réteget az AP-ID azonosítja, az RLC-t pedig a MAC-ID, az EC-t a CONN-ID. Fizikai réteg 6 A szabványosítók az OFDM-et választották az egyik modulációs technikának, mert a többutas terjedésből adódó késleltetésszóródást kivédi. A névleges vivőfrekvenciák közötti csatornaosztás 20MHz, és összesen 19 db csatorna került lefoglalásra. Minden egyes csatornán 52 segédvivő van, amelyből 48db vivőn az adatátvitel folyik, míg a maradék 4db pilotként szolgál a koherens demodulációhoz. Az átvitel a névleges vivőfrekvenciákra, mint középfrekvenciákra vetítve történik. A védőidő hossza 800 ns, ami 250 ns-os késleltetés szórásig jó hatékonyságot biztosít a csatornákon. Kis beltéri környezetben 400 ns-os védőidő is használható opcionálisan Az OFDM egyébként harmonizál az új IEEE802.11 és a japán MMAC

szabvánnyal is 3.6 ábra Adó referencia konfiguráció A HiperLAN2 fizikai rétege (PHY) információ átviteli szolgáltatásokat biztosít a DLC felé. Ehhez a DLC PDU-kat belehelyezik a PHY burst-nak nevezett keretformátumokba, melyek lehetővé teszik a menedzsment és felhasználói információk adását és vételét az MT-k és az AP/CC-k (centralizált mód vagy direkt módban) és az MT-k között. A börsztök hossza változó lehet. Az információt a börsztön belül rövid és hosszú transport csatornákon (SCH, LCH) viszik át. A fizikai börszt az alábbi kategóriák szerint háromféle preamble-t tartalmazhat: • Broadcast Control Channel • Többi Downlink csatorna • Uplink Traffic Channel és Random Access Channel. Ad hoc üzemmód (direct mode) esetén a preamble megegyezik a hosszabbik broadcast preamble-vel. A broadcast preamble keret szinkronizálást, AGC-t, frekvencia szinkronizálást és csatorna becslést tesz lehetővé, még downlink forgalmi

csatorna esetén csak csatorna becslést. Az uplink forgalmi és véletlen hozzáférési csatorna esetén csatorna és frekvencia becslést szolgál. A vevője képességeinek figyelembe vételével az AP két preamble közül választhat az uplinken. Mindkettő megvalósítása kötelező a mobil terminálok számára 3.7 ábra Preamble típusok 7 The A- and B-symbols are composed of 16 time-domain samples. The symbols denoted by -A and -B are negative replicas of A and B, respectively. The block of four symbols A, -A, A, -A can be generated by a 64-point IFFT from a frequency- domain symbol with 12 subcarriers at the frequency indices +/-2, +/-6, and so forth. The additional -A symbol is appended by repetition in the time domain. Similarly, the B-symbols are generated from a frequency-domain symbol with the subcarriers used at the indices +/-4, +/-8, and so on. Thanks to the timedomain structures of the A, -A, A, -A and B, B, B, B sequences, it is easy to distinguish broadcast

control channels and uplink bursts. The appended -A and -B symbols improve timing estimation The C-part, which is included in every preamble, is composed of two training symbols that use 52 subcarriers and a cyclic prefix of 1.6 µs The C-part is used for channel estimation, whereas the previous short symbols are used for all other purposes, such as frame synchronization, frequency estimation, and so on. Az adó ennek megfelelően az alábbi entitásokat tartalmazza, azaz a fizikai börsztöt a következő módon alakítják ki: • Az átviteli sebesség konfigurálása megfelelő PHY mód megválasztásával, ami a link adaptáción alapul. • A PDU-k tartalmának scramblerezése. • A scramblerezett bitekre FEC alkalmazása, melyet a PHY konfigurálásakor választanak ki. • A kódolt bitekre interleaving alkalmazása, melyet a kiválasztott PHY mód határoz meg. • Alvivő (sub-carrier) moduláció az interleavingnek alávetett bitek modulációs konstellációs pontokhoz

való rendelésével. • A komplex alapsávi jel előállítása OFDM modulációval. • Pilot alvivők beszúrása, megfelelő preamble csatolása a PDU-khoz és a PHY börszt kialakítása. • Vivőfrekvenciára ültetés. A segédvivők modulációjának szempontjából az OFDM nagyon rugalmas. A szabvány több különböző modulációt és kódolási alternatívát ad meg. A támogatott modulációk a következők: BSPK, QPSK, 16QAM, 64QAM. A FEC (Forward Error Coding) egy ½ -es konvolúciós kódoló, 7-es kényszerhosszal. A puncturing segítségével ½, 9/16, ¾ kódsebességek érhetők el. A fizikai réteg jelenleg hét PHY –módot definiál: Mode 1 2 3 4 5 6 7 Modulation BPSK BPSK QPSK QPSK 16QAM 16QAM 64QAM Code rate ½ ¾ ½ ¾ 9/16 ¾ ¾ PHY bit rate 6 Mbps 9 Mbps 12 Mbps 18 Mbps 27 Mbps 36 Mbps 54 Mbps (opcionális) bytes/OFDM symb. 3.0 4.5 6.0 9.0 13.5 18.0 27.0 3.8 ábra HiperLAN2 PHY üzemmódok Az OFDM precíz frekvencia szinkronizálást és

adóteljesítmény szabályozást kíván. 8 Parameter Channel spacing (and system clock) Value 20 MHz FFT length 64 Number of used subcarriers 52 Number of data carriers 48 Number of pilot carriers 4 Modulation scheme on subcarriers Various (from BPSK to 16 QAM; optionally 64 QAM) Demodulation Coherent Guard Interval length 800 ns (optionally 400 ns) Channel Coding Convolutional Code, constraint length 7 Interleaving Per OFDM symbol 3.9 ábra Fontosabb paraméterek és értékeik Adatkapcsolati réteg (DLC) A DLC réteg logikai kapcsolatot definiál a fizika kapcsolat fölött. A réteg felhasználói és vezérlősíkra oszlik. A felhasználói sík feladata az adatátvitel, míg a vezérlősík feladata a kapcsolat-felépítés, bontás és menedzselés. A DLC réteg a következő alrétegekre osztható: • • • Medium Access Control (MAC) Error Control (EC) Radio Link Control (RLC) a hozzátartozó entitásokkal: DLC Connection Control (DCC), Radio

Resource Control (RRC) és Association Control Function (ACF) MAC protokoll A MAC protokoll feladata a közeghozzáférés. A vezérlés az AP által centralizált, vagyis az AP mondja meg a mobil terminálnak, hogy mikor és hol csatlakozhat be a MAC keretbe. A rádiós interfész időduplex illetve időosztásos (TDMA-TDD). Minden egyes időrés egy MAC keret. A downlink és az uplink egy kereten belül van, és méretük egy kereten belül dinamikusan változhat aszerint, hogy milyen igény merül fel. A MAC keret felépítése az alábbi ábrán látható. Egy keret állandó, 2ms hosszúságú, viszont a belső mezők mérete változó, (kivéve a broadcast csatornáét). Minden egyes keret tartalmaz vezérlőcsatornákat, broadcast csatornákat, illetve uplink és downlink csatornákat. Minden egyes AP és MT közötti adatkommunikáció egy dedikált időrés. Kivéve a véletlenhozzáférésű csatornát, melynek időréseit mindenki használhatja Maga a MAC kérés és a

benne elhelyezkedő transzport csatornák egy interfész az adatkapcsolati és a fizikai réteg között. 9 3.10 ábra A HiperLAN2 MAC keretstruktúrája • Transzport csatornák: Broadcast Channel (BCH, csak downlink irányú): olyan információkat szállít, amelyek minden egyes keretben szükségesek. A BCH információkat küld a terminálnak az adó jelszintjéről, az FCH és RCH kezdetének idejéről, valamint itt sugározza le a bázisállomás a saját és a HiperLAN/2 azonosítóját. • Frame Control Channel (FCH, csak downlink irányú): Az AP ezen a csatornán sugározza le, hogy hogyan osztotta ki az erőforrásokat, vagyis a DL, UP, RCH pontos kezdetét és helyét a MAC kereten belül. Itt tehát nincs CSMA/CA, mint a 80211-nél, mivel az AP megadja, hogy mikor lehet versengeni. • Access Feedback Channel (ACH, csak downlink irányú): információkat szállít az előző keretről, pontosabban, hogy ki nyerte meg a versengést az előző keretben. •

Downlink és Uplink fázis (DL,UL, kétirányú): az általuk szállított információs blokkok a PDU-train-ek. Egy ilyen infoblokk több DLC-user PDU-ja, amelyek két részből állnak: UPDU (összesen 54 oktet hosszú, amelyből 48 oktet a hasznos teher) és a C-PDU (összesen 9 oktet). Az SN (Sequance Number) a PDU sorszámát jelöli Minden egyes PDU-hoz egy terminál tartozik. A C-PDU-kat Short Transport Channel-nek (SCH), az U-PDU-kat Long Transport Channel-nek (LCH) nevezik. • Random Access Channel (RCH, csak uplink irányú): amikor egy mobil terminál adni akar, akkor előtte kérnie kell a bázisállomástól egy csatornát a következő keret UL illetve DL fázisából. Ezt a kérelmét ezen a csatornán teszi meg A versengés győztesét és veszteseit az AP, a következő MAC keret ACH mezejében fogja értesíteni. Ha versengő csomópontok száma nagy, akkor az RCH mező hosszát az AP megnöveli (természetesen a többi mező rovására). Logikai csatornák A

logikai csatornák a transzportcsatornákban helyezkednek el. Egy logikai csatorna azonban több transzportcsatornát is lefedhet. A logikai csatornák végül is interfészek a MAC és a RLC-EC rétegek között. A logikai csatornák fajtái: 10 • Slow Broadcast Channel (SBCH, csak downlink irányú): broadcast információkat szolgáltat az egész cellának, és nem keverendő össze az BCH-val. Az információkat csak akkor küldi le a bázisállomás a terminálnak, amikor arra szükség van – ellentétben a BCH-val. A következő információkat szállítja az SBCH: • • • • • Broadcast RLC üzenetek MAC-ID a még be nem jelentkezett termináloknak Handover nyugta CL üzenetek Kódolás • Dedicated Control Channel: (DCCH, kétirányú): információkat szállít az RLC alrétegből a terminál és a bázisállomás között. A DCCH egy logikai kapcsolat a két végpont között, amely a belépéskor automatikusan foglalódik le. Minden egyes DCCH

csatornához egy MAC-ID tartozik, vagyis ez azt jelenti, hogy miután a terminál lefoglalja a MAC azonosítóját, a terminál a DCCH-t fogja használni a vezérlésre (kapcsolatfelépítés, bontás, menedzsment) • User Data Channel (UDCH, kétirányú): feladata az adatcsomagok (DLC PDU) szállítása a terminál és az AP között és egyúttal a DLC réteg sorrendhelyes célbajuttatást garantál a konvergencia réteg felé. Egy UDCH kapcsolatot a DCCH-n kell először felépíteni Először az MT időrést kér az AP-től, és ha az AP talál üres időrést, akkor értesíti a terminált a következő keret FCH-ján, hogy mikor és hol kezdheti meg az adást. Downlink irányban természetesen az AP saját magának jelöli ki az időréseket. Azért, hogy az átvitel megbízható legyen, beépítették az Automatic Reply Request –et (ARQ), így minden csomagot nyugtáznia kell a vevő oldalnak. (vannak esetek, amikor nincs ARQ, pl multicast estben). • Link Control

Channel (LCCH, kétirányú): egy adott UDCH-nak hordoz információt az EC (Error Control) által vezérelve. Amikor az AP érzékeli, hogy szükség van időrésekre az LCCH-hoz, akkor értesíti az erőforrás-kiutalót a következő keret FCH mezejében. • Associated Control Channel (ASCH, csak uplink irányú): bejelentkező, és újrabejelentkező információkat szállít. Ezek az üzemetek csak handover-kor küldhetők, vagy egy be nem jelentkezett terminál által. 3.11 ábra Keretek megfeleltetése az egyes rétegek között 11 A következő két ábra a logikai és transzport csatornák egymás közötti kapcsolatát mutatják uplink és downlink irányban. 3.12 ábra Logikai és transzport csatornák összerendelése az downlinken 3.13 ábra Logikai és transzport csatornák összerendelése a uplinken Több szektorú antennák esetén a MAC keretet felosztják a szektorok között. Minden fázis megjelenik minden szektor időszeletében. A MAC és a

keretszerkezet max 7 szektor egyidejű használatát teszi lehetővé. 3.14 ábra MAC formátum szektorizált antennák esetén A felhasználói adat átvitele A kapcsolatkérés nem jelent egy azonnali erőforrás-lefoglalást az AP-ben. Először a terminál kap egy egyedi azonosítót (csak az adott AP területén érvényes) minden egyes létrehozott DLC kapcsolathoz. Amikor a terminál adatot akar küldeni, először le kell foglaltatni az erőforrásokat, ezért az MT elküld egy Resource Request-et (RR). Az RR-ben elküldi azon csomagok (U-PDU) számát, amit el szeretne küldeni a célállomásnak. Az RR üzenetet az MT vagy az RCH-n vagy pedig a SCH-n keresztül sugározza fel a bázisállomásnak. Az első eset akkor következik be, amikor még nem adott az MT, az SCH-t pedig akkor használja az MT, amikor folytatni szeretné az előző adást. A versengési időrések számával az AP szabályozhatja a hozzáférési késleltetést. Ezen kívül néhány versengési rést

csak magas prioritásu felhasználók vehetnek igénybe. A kis prioritású réseket alapvetően handover kezdeményezésére használják. Miután az AP vette az RR üzenetet, az MT versengésmentes üzemmódba megy át, és megkapja az erőforrás-kijelölő által kijelölt időrés pontos idejét (helyét). Az AP ezután időről időre lekérdezi a terminált, hogy van-e még adnivalója. Error Control protokoll (EC) 12 Az EC feladata a csomagok biztonságos célbajuttatása, ezért a HiperLAN/2 több funkciót is definiál. Függetlenül attól, hogy unicast, multicast vagy pedig broadcast adatátvitelről van szó, amikor felépül egy DLC kapcsolat akkor az, kap egy azonosítót (DUCDLC User Connection), amely a MAC cím és a DLC azonosító kombinációja. Unicast forgalom számára minden MT részére egy MAC azonosítót (AP hatósugáron belül érvényes) foglalnak le és egy vagy több DLC kapcsolat azonosítót a DUC-ok számától függően. Unicast adatátvitel

Nyugtázott mód (acknowledged mode): SR ARQ (Selective Repeat Automatic Reply Request): a feladata, hogy növelje a megbízhatóságot. Bithiba esetén az U-PDU újraadásra kerül. Az ARQ biztosítja a csomagok helyes sorrendjének megőrzését is Ehhez minden UPDU egy sorszámot kap minden kapcsolatban Az ARQ ACK/NACK üzeneteket az LCCH szállítja. A hibás csomag újraadási száma konfigurálható A késleltetésérzékeny alkalmazások QoS biztosítására egy U-PDU eldobási mechanizmust definiáltak. Ha a csomag túl hosszú ideje van a rendszerben, akkor a küldő egység EC protokollja kezdeményezheti az eldobását és minden kisebb sorszámúét, melyet még nem nyugtáztak. Ennek következtében „lyukak” keletkezhetnek az adatfolyamban miközben a DLC kapcsolat aktív marad. Nyugtázatlan mód (unacknowledged mode): Nincs nyugta, ezért a csomagátvitel gyors lesz, de megbízhatatlan. Multicast és broadcast adatátvitel A HiperLAN/2 szabvány kétféle multicastot

definiál: • N*unicast: ebben az esetben a terminál N db unicast üzenetet fog elküldeni, éppen ezért minden egyes fogadó küld egy nyugtát (ARQ mint unicast esetben), (Nyugtázott mód, acknowledged mode). • MAC multicast: ilyenkor a terminál egy csoport MAC-ID címre küldi el a csomagot, és nem vár nyugtát. Minden csoportnak saját MAC-ID-je van (AP hatósugáron belül érvényes). Az adott U-PDU-t csak egyszer küldi el az MT, és ebben az esetben a csoportnak ugyanazon a DLC kapcsolaton keresztül küldik a csomagokat, szemben az N*unicast esettel. A HiperLAN/2 egyszerre csak 32 db multicast csoportot engedélyez Ha egy MT egy AP-nál több, mint 23 csoporthoz akar tartozni, akkor az egyik MAC-ID „overflow” ID-ként működik, azaz egy vagy több csoport is ugyanahhoz az ID-hez tartozik, (Nyugtázatlan mód, unacknowledged mode). Broadcast esetben sincs nyugta az elküldött csomagokra (Nyugtázatlan mód, unacknowledged mode), de mivel azonban a rádiócsatorna

egy elég rapszodikus közeg, a küldő többször küldheti el (Ismétlő mód, repetition mode) az adott csomagot (U-PDU) (ugyanabban a MAC keretben), hogy biztosítsa annak biztos célbaérését. Az újraadások száma konfigurálható. Megjegyzendő, hogy broadcast csomag vételekor az MT továbbra is alvó módban marad. Jelzés és vezérlés (RLC alréteg) Az adatátvitel a DLC rétegben az EC rétegen keresztül történik, míg a vezérlés az RLC rétegen történik, mely transzport szolgáltatást biztosít az alábbi jelzési entitásoknak: Accociation Control Function (ACF), Radio Resource Control function (RRC), és DLC felhasználói Connection Control function (DCC). Ezek az entitások alkotják a DLC vezérlési síkot az AP és MT közötti jelzésátvitel csere szempontjából. 13 Az RLC réteg alrétegei: • Association Control Function (ACF) Bejelentkezés: Az MT figyeli a különböző AP-k BCH-ját, és keresi a legnagyobb jelerősségűt. Ezután

megnézi az SBCH-n a hálózatazonosítót, hogy elkerülje, hogy idegen hálózathoz csatlakozzon. Ha talál a mobil egy megfelelő AP-t, akkor kér tőle egy MAC azonosítót, amelyet az AP lesugároz neki. Az MT ezután felküldi az ASCH-n a következő információkat: − támogatott fizikai módok, − támogatott konvergencia rétegek, − támogatott hitelesítő és kódoló algoritmusok. Az AP veszi az adatokat, majd kiválaszt egy fizikai módot, konvergencia réteget, kódoló, hitelesítő algoritmust. Ezután megtörténik a hitelesítés Az asszociáció után az MT kér és kap egy számára dedikált vezérlőcsatornát (DCCH). A hitelesítés megvalósítása kötelező, használata opcionális. A hitelesítés kétféle módon történhet: előre kiosztott kulcsokkal vagy nyilvános kulcsokkal. Nyilvános kulcs használata esetén a Hiperlan2 egy ún. Public Key Infrastructure-t (PKI) támogat (de nem definiálja milyen legyen az), mely digitális aláírást

használ. A támogatott hitelesítési algoritmusok: MD5, HMAC, RSA. Valamint kétirányú hitelesítés is lehetséges Ezután megegyeznek a titkosításban és az MT elkezdi a Diffie-Hellman kulcscserét, hogy az AP és az MT közötti minden unicast forgalomhoz külön session kulcsot kaphasson. Így az ezt követő hitelesítési eljárás is titkosítva történik. A Hiperlan2-ben kötelező megvalósítani az 56 bites kulcsú DES-t a nagyon erős védettség biztosításához a 3DES pedig opcionálisan valósítható meg. Mindkét módszer használata opcionális A broadcast és multicast forgalmat is lehet titkosítani közös kulcsok segítségével (minden MT ami ugyanahhoz az AP-hezjelentkezett be ugyanazt a kulcsot használja). A közös kulcsokat az unicast kulcsok segítségével titkosítva küldik szét. Valamennyi kulcsot periodikusan frissítik!!! A felhasználók és/vagy az MT-k azonosítására a Hiperlan2 számos azonosítót támogat: Network Access Identifier

(NAI), IEEE address, és X.509 certificate A bejelentkezés után az MT egy dedikált vezérlő csatornát kér (DCCH) és ennek segítségével állítja be a rádió hordozót (Hiperlan2 terminológiában ez a DLC felhasználói kapcsolat.) Az MT többszörös DLC felhasználói kapcsolatot is kérhet, ahol minden kapcsolat saját QoS támogatással rendelkezik. 14 1 (1) MSC Associatio n MT DISASSOCI ATED FROM AP RBCH Asso ci atio n MAC Id Assignmen t Link Capa bi lity Encry ption Startup Aut he nt icat oi n DM Common Key Distri but io n MT ID Obtain MT ASSOCIATE D TO AP Info Tra ns fer 3.15 ábra A bejelentkezés folyamatábrája • Kijelentkezés: Az MT kétféleképpen távozhat egy AP területéről: az MT saját maga kéri az AP –tól hogy szakítsa meg a kapcsolatot, vagy az MT egyszerűen elhagyja az AP területét, és az AP miután nem kap választ egy adott idő után kilépteti a mobilt. Mindkét esetben az AP felszabadítja a lefoglalt

erőforrásokat. DLC user Connection Control (DCC) Az MT, amikor adni szeretne, először csatornát kér a DCCH-n keresztül. Amíg legalább egy DCC kapcsolat nem épül fel, addig nem kezdődhet meg az adatcsere felhasználói síkban. A DCC feladata, hogy felépítse a kapcsolatot a DCCH-n keresztül, menedzselje azt, majd pedig, lebontsa. A jelzések nagyon egyszerűek: minden kérést egy nyugtával fogad el ha a kapcsolat felépíthető. Minden kérésnél megadják a kapcsolat jellemzőit. A létrejött kapcsolatot egy DLC kapcsolat azonosító azonosítja, melyet az AP foglal le. A Hiperlan2 támogatja, hogy egy kapcsolat jellemzőit utólag megváltoztassák Radio Resurce Control (RRC) Link adaptáció 15 A változó rádiós minőséghez (C/I) való alkalmazkodást a link adaptáció teszi lehetővé. A C/I viszony értékének tartománya függ a telepítés helyétől és időben is változik a környező cellákban bekövetkező változások függvényében. A Link

adaptáció a link minőségének folyamatos mérésén alapul és a fizikai réteg változtatását vonja maga után. A PHY üzemmódot dinamikusan választják ki az SCH és LCH számára minden elküldött MAC keretben. Handover: Az RRC egyik legfontosabb feladata a handover lekezelése. A mobil folyamatosan méri a környező AP-k jelminőségét. Ha talál egy jobb minőségű csatornát, akkor handovert kér az AP-től. A HiperLAN/2 kétféle handovert definiál: • Újraazonosításos handover: Amikor az MT az új AP területére és a régi kapcsolat lebomlik, majd az MT újra bejelentkezik az új bázisállomáshoz. Ez relatíve lassú folyamat, ami adatvesztéssel járhat. • Handover a fix hálózaton keresztül: Ilyenkor az az AP, amelyet a mobil elhagy a fix hálózaton keresztül átküldi az MT kapcsolatazonosítóit. Így sokkal gyorsabban végrehajtódik a handover, és a csomagvesztés is minimalizálódik. A handover MT kezdeményezésű, azaz az MT végzi el a

szükséges méréseket a környező AP-ken és választja ki a megfelelőt. A mérési eljárást a szabvány nem definiálja, tehát a forgalmazó választhatja ki, hogy jel erősség vagy más paraméter alapján akar handover biztosítani. Dinamikus frekvenciakijelölés (Dynamic Frequency Selection): A bázisállomás utasíthatja az MT-ket, hogy folyamatosan mérjék a környező bázisállomások frekvenciáit, illetve a környezet más rádióforrásait. Ezt a Dynamic Frequency Selection (DFS) funkció biztosítja. Ha azt tapasztalja, hogy valami miatt romlik a csatorna minősége, akkor frekvenciaváltásra szólítja fel a mobil terminálokat, és egyszerre mindenkivel végrehajtja a frekvenciaátállást. A hálózati átállás vagy környezeti változások miatti változások támogatására megfelelő jelzésrendszer áll rendelkezésre, hogy az AP értesítse az MT-ket. MT Alive Ha egy mobil sokáig nem akar adni, akkor is értesítenie kell a bázisállomást, hogy

nehogy megszüntesse az AP a kapcsolatot vele (hiszen azt hiheti, hogy a mobil elhagyta a területét). Éppen ezért az AP adott időközönként felszólítja a terminált, hogy adjon életjelet magáról. Ha nem jön válasz, akkor a mobilt kilépteti az AP Egy másik megoldás lehet, hogy a mobil periodikusan MT Alive-ot küld a bázisnak. Power Save A terminálok általában akkumulátorról működnek. Éppen ezért mindent el kell követni, hogy a terminálok minél tovább tudjanak működni az akkumulátorról. Hogy ezt elérjék a terminálok, ha nincs semmi adatuk a pufferekben amit el szeretnének küldeni, egy adott ideig alvó állapotba mennek át. A funkció aktiválását az MT kezdeményezi Az alvó állapotot először azonban az AP-nek engedélyeznie kell. Az alvó állapot N ideig tarthat, ahol N = 2216 keretidő Miután letelt az idő négy különböző eset történhet: • Az AP felébreszti a mobilt (pl.: adatot akar neki küldeni) 16 • • • Az MT

felébred (pl.: adatot akar küldeni) Az AP utasítja a mobilt a további alvásra (újabb N keret-re) Az MT nem kap ébresztést az AP-től, ekkor az MT Alive eljárást hajtja végre. Konvergencia Réteg A konvergencia rétegnek alapvetően két funkciója van: közvetíti a magasabb rétegekből jövő szolgáltatáskéréseket a DLC rétegnek, és a magasabb rétegek fix vagy változó méretű csomagjait, (SDU-k) a DLC réteg által használt fix csomagméretre konvertálja. Ez a szegmentálás és újracsomagolás funkció teszi lehetővé, hogy a DLC és fizikai réteget úgy lehessen szabványosítani és implementálni, hogy azok teljesen függetlenek legyenek attól a fix hálózattól, amelyhez a HiperLAN2 csatlakozik. A konvergencia réteg teszi lehetővé tehát, hogy a HiperLAN/2 hálózat ráépülhessen más fix hálózati architektúrára (Ethernet, IP, ATM, UMTS). A szabványosítás jelenlegi helyzetében csak a cella alapú, és a csomag alapú konvergencia-réteg

van definiálva. Az első a HiperLAN/2 hálózat ATM hálózatokkal való összekapcsolódáshoz, míg a második a csomagalapú (pl. Ethernet) hálózatokkal való együttműködéshez szükséges. Az alábbi ábrán a Konvergencia réteg általános felépítése látható. 3.16 ábra Konvergencia alréteg elhelyezkedése 3.17 ábra HiperLAN2 konvergencia alrétege A csomag alapú konvergencia réteg két részre osztható: általános, és szolgáltatásspecifikus rész. Az általános rész feladata, hogy szegmentálja a szolgáltatás-specifikus rétegtől kapott csomagokat és, hogy összeállítsa a DLC rétegtől kapott fix méretű csomagokat 17 mielőtt azt a felsőbb réteg megkapja. Természetesen a szegmentálás során plusz információt helyez el a csomagokban (fejrész), hogy a másik oldalon elősegítse az összeállítást. A szolgáltatás-specifikus alréteg feladata, hogy lehetővé tegye a HiperLAN2 hálózat, különböző típusú, csomagalapú,

változó csomaghosszú, fix hálózati architektúrákkal való összekapcsolását. A szabványosítás jelenlegi állapotában csak az Ethernet alapú szolgáltatásspecifikus alréteg van implementálva Az Ethernet SSCS biztosítja, hogy a hiperlan2 hálózat úgy nézzen ki mint egy Ethernet hálózat vezeték nélküli szegmense. Fő funkciója az Ethernet keretek megőrzése. QoS támogatási lehetőséget is biztosít Alapvetően a best effort megoldást támogatja, ami mindenféle forgalomra érvényes. A DLC külön prioritási sorokat tud kezelni egyes forgalomtípusok számára. A cella alapú konvergencia réteg fix méretű csomagokat kap (pl. ATM) és alakít át HiperLAN2 formátumra. Frekvenciaterv Európában 455MHz sávszélességet foglaltak le a HiperLAN/2-nek, míg Amerikában csak 300MHz-et. Ezeket a sávszélességet azonban nem összefüggően foglalták le, hanem két részben. A tipikus Hiperlan2 cellaméret 30-150m A szabványosított frekvenciák és

teljesítményszintek a következő ábrákon láthatóak. 3.18 ábra Szabványosított frekvenciák és teljesítményszintek A működés leírása A következő ábrán egy MT és két AP látható, melyek egy vezetékes Ethernethez csatlakoznak. 18 3.19 ábra HiperLAN2 mintahálózat • • • • • • • • Az AP-k megfelelő frekvenciákat választanak a DFS algoritmussal. Az MT elkezdi mérni a térerőt és ez alapján kiválaszt egy AP-t. Ettől az AP-től kap egy MAC-ID-t. Ezután kicserélik a képességeiket, ami alapján eldöntik többek között a hitelesítési eljárást, a titkosítási algoritmust és a felhasználói síkú forgalom számára a konvergencia réteget. Az MT adatokat küld és vesz a kialakított kapcsolaton(kon) keresztül, meleykhez eltérő prioritású sorok is tartozhatnak. Az Ethernet CL biztosítja, hogy minden egyes Ethernet keret a megfelelő sorba kerüljön. Az MT utólagosan is csatlakozhat egy vagy több multicast

csoporthoz. A hálózatot lehet N*unicast-ra konfigurálni a minőség optimalizálása érdekében vagy egy MAC-ID-t lefoglani minden csoport számára a sávszélességgel való takarékozskodás miatt. Az utóbbi esetben a hozzárendelés IP address az IEEE address MAC-ID alakú. Mozgás közben az MT dönthet úgy, hogy handovert hajt végre egy másik AP-hez. Valamennyi aktív kapcsolat és biztonsági beállítás is megmarad a handover során a fix hálózat jelzésátvitelre történő használata révén. Ha a felhasználó ki akar jelentkezni a LAN-ból, akkor az AP kijelentkezik az APtől. Ez történik ha a mozgás közben elhagyjuk a lefedési területet egy adott időre Minta alkalmazások Vállalati LAN Az alábbi ábrán egy Ethernet LAN-ból és IP routerekből álló vállalti hálózatot láthatunk. Egy Hiperlan2 hálózatot használunk az MT és a hálózat közötti utolsó szegmens kiváltására. A Hiperlan2 mobilitást biztosít a LAN/alhálózaton belül Az

alhálózatok közötti mozgás IP mobilitást követel, amit a Hiperlan2 feletti rétegnek kell biztosítania. 3.20 ábra Vállalati alkalmazási példa Forró pontok (Hot spots) 19 HiperLAN2 telepíthető forró pontokon (reptér, szálloda, stb.) biztosítva az egyszerű távoli Internet elérést. A Hiperlan2 hálózat egy hozzáférési szerverhez kapcsolódik, amely a kapcsolatkérést elirányítja egy pont-pont alagút kapcsolaton keresztül Internet szolgáltatóhoz (ISP) vagy egy vállalti alhálózathoz. Hozzáférés 3 generációs mobil hálózathoz A Hiperlan2 lehet egy alternatív hozzáférési technológia a 3G cellás rendszerekhez. Pl a belvárosi helyeket, forró pontokat Hiperlan2-vel fedik le, míg a külső területeket WCDMAval. Így a felhasználó nagy hatékonyságú rendszerhez kapcsolódhat, ahol lehet egyébként a WCDMA-hoz. Ehhez persze biztosítani kell az automatikus seamless handovert a rendszerek között. Otthoni hálózat Otthoni

környezetben különböző eszközök (TV, video, DVD, kamerák, nyomtatók, stb.) kapcsolható össze. Ezt a QoS támogatás és az egyidejű datacom támogatás teszi lehetővé Ilyen esetben az AP feltehetőleg egy uplinket is tartalmaz valamilyen nyilvános hálózat felé. Hatékonyság A hatékonyság átbocsátóképesség és késleltetés értelemben számos tényezőtől függ: • A rendelkezésre álló frekvenciák száma • Terjedési feltételek az épületen belül • Az interferencia mértéke (pl. másik Hiperlan2 hálózat a közelben) A tipikus beltéri küörnyezetet egy ötemeletes iroda épület és egy kiállítási csarnok jelenti. Az iroda épület a csillapításokat és reflexiókat modellezi (falak, stb) a csarnok pedig a közvetlen úton való terjedést. A linkadaptációt is figyelembe vevő hatékonyságot egy fix PHY-vel vetik (nincs linkadaptáció) össze, ez a fizikai rétegben 20Mbps-os átlagos és 25Mbps-os csúcs terhelést jelent (ETSI). A

rendszer átbocsátóképességét az egyes felhasználók átbocsátóképességének átlagaként számolják. Irodai környezetben a fix PHY mód és körsugárzó antenna esetén nem éri el a 20Mbpsot, de link adaptációval a 35 Mbps is elérhető. Kiállítási csarnokban az átbocsátóképesség link adaptációval meghaladja a 20Mbps-os követelményt. Az átbocsátóképeség tovább növelhető többsugaras antennákkal. 3.21 ábra Rendszer átbocsátóképessége különböző környezetekben 20 3.22 ábra LCH PDU hibaarány a C/I függvényében 3.23 ábra Link átbocsátóképesség a C/I függvényében Összehasonlítás A következő táblázat összehasonlítja, a HiperLAN/2 szabványt a 802.11 különböző szabványváltozataival, valamint összefoglalja azok tulajdonságait: 21 1. Két különböző módot támogatnak: multicast dedikált MAC-ID-vel (mint a 80211) és N*unicast a minőség növelésére 2. Point Control Function, lásd 80211, a

valós-idejű forgalom számára 3. A fix hálózaton keresztüli jelzésátvitelt kíván 4. A fix hálózaton keresztüli jelzésátvitelt kíván 5. Ethernet támogataása az első kiadásban Ad-hoc üzemmód Az ad-hoc üzemmód elnevezése Direct Mode. A közeghozzáférést az ún Central Controler (CC) irányítja, akit az MT-k maguk közül választanak. Az adatcsere azonban nem megy át a CC-n. A CC akár egy mag hálózathoz is csatlakozhat és ilyen kor centralizált módban is működhet a direkt mellett. 22