无线ATM技术：从ATM局域网到HIPERLAN的探索

# 无线ATM技术：从ATM局域网到HIPERLAN的探索 ## 1. 从ATM局域网到ATM无线局域网的迁移 ### 1.1 基于无线电的新物理层定义 ATM无线局域网（ATM WLAN）与ATM局域网的首要区别在于传输介质的选择。在ATM局域网中，传输介质可靠性高，处理传输错误的程序最少，仅对ATM信元的头部具备单错误纠正/多错误检测能力。而无线电通道作为ATM WLAN的传输介质，环境较为恶劣，尤其是当终端移动或传播环境因移动而发生变化时，信号遮挡可能会严重阻碍传输，导致通信链路中断，这对ATM WLAN协议参考模型（PRM）的上层性能产生直接影响。因此，必须采用必要的机制来减轻信道错误的影响，提高ATM WLAN的性能。 ### 1.2 ATM WLAN PRM中MAC层定义的要求 ATM局域网不包含任何广播介质，所有实体通过电缆点对点连接，因此其PRM中没有MAC功能和MAC层。而在ATM WLAN中，由于无线电的广播特性，需要在PRM中定义一个MAC层。通过应用MAC功能，可以在通信实体之间建立逻辑链路。MAC技术应基于ATDM实现带宽分配，以利用语音和文件传输的不连续数据生成特性，并能跟踪视频等可变比特率（VBR）源的流量波动。此外，它还应执行流量监控操作，类似于固定ATM网络中的操作，以防止拥塞并提高服务质量（QoS）。 ### 1.3 C平面协议的扩展以支持用户移动性 ATM局域网不需要支持用户漫游，因此其协议族中没有移动性管理的规定。而移动性是无线网络的优势，ATM WLAN应支持这一特性。因此，需要对ATM局域网的协议进行修改或扩展，以支持位置更新、连接重路由和呼叫建立重路由等移动性管理问题。 ### 1.4 ATM WLAN架构和PRM ATM WLAN的系统架构中，ATM局域网接入部分的小型ATM交换机被ATM基站（BS）取代，BS继承了ATM交换机的大部分功能。骨干ATM交换机增强了支持移动性的协议，其C平面协议需要扩展。ATM WLAN不仅支持无线终端，还使用同一骨干网络集成了固定和无线终端。 ATM WLAN PRM将MAC和ATM功能集成在一个名为ATM - MAC的公共层中。其多址接入方案应提供高带宽利用率，并满足相关标准。该多路复用协议可以是完全分布式的，如HIPERLAN中使用的协议，也可以是由BS控制终端传输的集中式方法，如DECT中采用的方法。动态带宽分配可以基于码分多址（CDMA）或动态时分多址（TDMA）方案。 然而，CDMA存在一些局限性。在CDMA中，可容纳的用户数量与扩频因子成正比，所需的系统带宽相对于信道总比特率需要增加一个等于扩频因子的倍数（通常约为100），这使得CDMA对于ATM WLAN所需的比特率来说成本过高。此外，BS接收器处的所有信号应具有相等的功率，因此需要进行功率控制，否则会导致系统容量下降。相比之下，动态TDMA似乎是ATM WLAN多址接入方案的最佳选择。 ## 2. HIPERLAN：ATM WLAN的候选解决方案 ### 2.1 HIPERLAN概述 HIPERLAN是欧洲高性能无线电局域网标准，由欧洲电信标准协会（ETSI）的无线电设备和系统（RES - 10）小组制定，旨在覆盖OSI架构的物理层和MAC层，是实现ATM WLAN PRM最低两层的一种方案。其主要目标包括： - 利用MAC层的分布式拓扑和路由功能，轻松建立无线自组织局域网。 - 通过定义与ISO 15802 - 1规范完全兼容的MAC服务接入点（SAP），透明支持MAC层以上的现有应用程序和协议。 ### 2.2 HIPERLAN的物理层 HIPERLAN发射机的传输范围可达50米，信道比特率（总比特率）约为23 Mbps。为HIPERLAN操作分配了特定的频谱区域（5.15至5.30 GHz），该频谱被划分为五个频段，同一HIPERLAN中的所有节点应使用相同的唯一载波。根据HIPERLAN MAC层的转发概念，数据包可以中继到源节点传输范围之外的节点。 物理层还负责向信道访问周期（CAC）层报告空闲信道条件。通过监测接收功率并检测其是否在特定时间段（等于1700个高比特率周期）内低于定义的阈值，空闲信道条件使HIPERLAN终端能够在不遵循基于竞争的多址接入算法的情况下传输具有最高信道访问优先级的数据包。 ### 2.3 HIPERLAN的信道访问控制（CAC）层 CAC层基于消除让步 - 非抢占式优先级多址接入（EY_NPMA）技术，决定是否传输数据包。传输的信息包含在单播（定义一个特定的目标节点）和多播（目标节点不止一个）数据包中。单播数据包正确接收后，目标节点会发送确认（ACK）数据包，而多播数据包则不会。 信道访问周期有四个阶段： 1. **优先级解析阶段**：数据包通常有五个不同的访问优先级（0至4，0为最高优先级）。节点根据数据包的剩余寿命、用户优先级以及到达最终目的地所需经过的中间节点数量（跳数）计算访问优先级。在该阶段，最多可能出现五个优先级时隙，每个时隙为256位长，节点在对应其数据包访问优先级的时隙中调度传输特定的比特序列，并监听更高优先级的时隙。 2. **消除阶段**：在该阶段，最多可访问12个时隙（每个时隙256位长），存活节点根据时隙访问概率进行连续传输，传输时长由二项分布决定。较长的传输会使监听节点退出信道访问周期。 3. **让步阶段**：存活节点感测信道一段高比特率64位块的倍数时间（1至14倍），第一个传输的节点获得信道，若有多个节点同时传输则会导致数据包冲突。 4. **传输阶段**：若没有发生冲突，单播数据包传输后会跟随一个ACK数据包，以指示数据包是否正确接收或因无线电信道错误而损坏。 ### 2.4 HIPERLAN的MAC层 HIPERLAN的MAC层参与以下过程： 1. **网络建立、节点添加和移除**：由HIPERLAN MAC的LookUp函数执行。 2. **拓扑更新、数据包路由确定和转发**：由路由信息交换函数和用户数据传输函数控制。 3. **功率节省**：通过声明节点接收器可接收传输数据包的时间段来实现，相关控制功能位于功率