Alternativní bezdrátové lokální sítě - HIPERLAN

Kromě IEEE nabízí alternativní řešení rádiové lokální sítě také ETSI (European Telecommunications Standards Institute; informace o ETSI viz Zpravodaj z normalizačního dění (2)) v podobě HIPERLAN (High Performance Radio LAN). Jedná se o komunikaci v pásmu 5 GHz na krátké vzdálenosti (cca do 100–150 metrů) umožňující teoretickou kapacitu až 54 Mbit/s. Pro vnitřní sítě norma specifikuje (v Evropě) 5.150 MHz – 5.350 MHz (s limitem pro střední vyzařovaný výkon 200 mW) a pro vnitřní/vnější sítě 5.470 MHz – 5.725 MHz (s limitem pro střední vyzařovaný výkon 1 W). Používané pásmo je bezlicenční, v Evropě přímo vyhrazené pro HIPERLAN (proto jsou zatím nejasnosti ohledně možného konkurenčního nasazení IEEE 802.11a pracujícího ve stejné frekvenci, ale nesplňujícího další stanovené podmínky pro práci bezdrátových systémů – dynamický výběr pracovního kmitočtu a řízení vysílacího výkonu).

Příloha 3 ke generální licenci ČTÚ č. GL-30/R/2000 povoluje „zařízení HIPERLAN v místních rádiových sítích s vysokou výkonností, kterými se rozumí stanice krátkého dosahu určené pro širokopásmový přenos dat na principu rozprostřeného spektra. Technické parametry zařízení HIPERLAN musí odpovídat normě ČSN ETS 300 836–1“ (evropská specifikace ETSI týkající se typového schvalování HIPERLAN/1, převzatá jako česká státní norma). Přípustná jsou zařízení vnitřních rádiových sítí s vyzařovaným výkonem do 200 mW EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), a to v pásmu 5.150 – 5.350 GHz. U pásma 5.250 – 5.350 GHz platí ještě podmínka: „Systém musí být vybaven řízením vysílacího výkonu tak, aby se dosáhlo činitele potlačení rušení minimálně 3 dB. Systém musí být dále vybaven dynamickým výběrem pracovního kmitočtu se zařízením výběru kanálu, který zajistí rovnoměrné rozložení zatížení kmitočtového pásma.“

HIPERLAN je uzpůsobena na přenos různých tříd datového provozu (dat, hlasu i obrazu), protože má zabudovanou podporu pro zajištění kvality služeb (Quality of Service, QoS) stejnou formou jako ATM (Asynchronous Transfer Mode). Zatímco IEEE 802.11 má své kořeny v Ethernetu a IP, a proto má s dosažením podpory pro QoS problémy (které řeší až připravovaná specifikace IEEE 802.11e, viz článek Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE II. a diskuse k článku Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE I.), ETSI HIPERLAN je založena na bezdrátovém ATM, a tak je QoS jeho nedílnou součástí.

Vývojem HIPERLAN se v ETSI zabývá skupina BRAN (Broadband Radio Access Network), která vyprodukovala již dvě normy (k dispozici na webu zdarma):

• HIPERLAN/1 (1996) – rychlost na fyzické vrstvě do 20 Mbit/s;
• HIPERLAN/2 (2002–2003, specifikace není dokončena) – rychlost na fyzické vrstvě do 54 Mbit/s.

HIPERLAN/1

Specifikace HIPERLAN/1 (ETS 300 652) byla schválena už v roce 1996. HIPERLAN/1 může pracovat v Evropě v pásmu 5,15–5,30 GHz podle doporučení CEPT (Conférence Européenne des Postes et Télécommunications) T/R 22–06. Přenosová rychlost je u asynchronních služeb 20 Mbit/s pro vzdálenost 50 metrů, při vzdálenosti 800 metrů je použita rychlost 1 Mbit/s. U synchronních služeb (time-bounded) se pohybuje v rozmezí 64 kbit/s a dalších násobků až do 2.048 kbit/s (poskytování těchto služeb je volitelné). Minimální rozpětí mezi dvěma uzly v síti je 50 centimentrů.

HIPERLAN/1 používá modulaci Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK), která se běžně využívá u GSM (Global System Mobile) nebo CDPD (Cellular Digital Packet Data). Ve způsobu modulace se první verze HIPERLAN liší od svého nástupce.

HIPERLAN/2

HIPERLAN/2 je nejnovější specifikace bezdrátové lokální sítě, která již má plně vyhovovat současným i budoucím potřebám komunikace a aplikacím s různými nároky na zpoždění či šířku pásma (zejména multimediální přenosy v reálném čase). Všechny normy pro HIPERLAN/2 ještě plně schváleny nebyly, ale jejich přijetí se očekává v tomto roce, maximálně začátkem příštího. Na první pohled se jedná o evropskou síť, ale na specifikaci ve skutečnosti spolupracují i Japonci a rovněž ostatní svět o ni má zájem.

HIPERLAN/2 je zajímavá díky své kapacitě (jak vysoká rychlost, tak počet uživatelů), propustnosti díky ekonomickému využití spektra 5 GHz, vysoké bezpečnosti, podpoře pro QoS, efektivní správě spotřeby energie bezdrátových zařízení a možnostem autokonfigurace (plug ‚n‘ play).

Jinak HIPERLAN/2 pracuje podobně jako 802.11a (viz článek Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE II.): uživatelé připojují svá mobilní zařízení (Mobile Terminal, MT) k přístupovému bodu sítě (Access Point, AP). V rámci dosahu AP se mohou bez problémů pohybovat, slabší signál si vyžádá předání k sousednímu. Připojené přístroje mohou komunikovat buď přímo mezi sebou (direct mode) nebo přes AP (centralized mode). AP provádí centrální plánování provozu, čímž je účelná zejména při zvyšujícím se počtu účastníků a při různých kvalitách služeb.

HIPERLAN/2 na rozdíl od svého předchůdce používá technologii multiplexování OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), která se využívá také u IEEE 802.11a. Fyzická vrstva je u obou konkurenčních specifikací prakticky stejná. Normy se liší v řešení MAC: zatímco 802.11 vychází z principu Ethernetu (s obdobnou metodou přístupu Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance, CSMA/CA), HIPERLAN/2 implementuje deterministické přidělování práva na vysílání.

Podvrstva MAC u HIPERLAN/2 pracuje v režimu časového duplexu (Time-Division Duplex, TDD), kdy rámce obsahující řídicí informace spolu s uživatelskými daty se v obou směrech (uplink, downlink) posílají v délce (časových úsecích) 2 milisekundy (na úrovni MAC jde tedy o komunikaci se spojením, connection-orinted). Tyto krátké intervaly umožňují řešení QoS, zejména pro provoz citlivý na zpoždění a výkyvy.

Automatické plánování kmitočtů, které nabízí funkce dynamického výběru frekvence (Dynamic Frequency Selection, DFS), výrazně zjednodušuje instalaci a rozšíření. HIPERLAN/2 díky své vrstvě konvergence spolupracuje s nejrůznějšími typy sítí, které na ni mohou navazovat: Ethernet, IEEE 1394 (Firewire), ATM nebo mobilní 3G.

Jak bylo naznačeno v úvodu, HIPERLAN/2 musí implementovat funkci řízení vysílacího výkonu (Transmit Power Control, TPC), aby se minimalizovalo potenciální rušení.

Maximální rychlost na fyzické vrstvě je 54 Mbit/s. Skutečná (uživatelská) propustnost dosahovaná ve zkouškách (podle University of Bristol, Lund's Institute of Technology, Telia Research) je 30 až 42 Mbit/s (pro rámce Ethernetu s průměrnou délkou 512 B).

Bezpečnost přenosu HIPERLAN/2 je založena na autentizaci uživatelů a šifrování podle různého klíče na každou relaci. Lze použít jak sdílené klíče, tak PKI (Public Key Infrastructure) spolu s DES/3DES (Data Encryption Standard).

Porovnání s podobně novou sítí 802.11a v této fázi vychází pro HIPERLAN/2 celkem příznivě: náročnost a náklady se předpokládají v obou případech zhruba stejné, ale HIPERLAN/2 má lepší výkonnost (resp. poměr cena/výkon). A efektivnost ve využití kmitočtového spektra dovoluje pracovat s menším počtem přístupových bodů (o čtvrtinu až polovinu méně než u konkurenční 802.11a).

Specifikace ETSI

Přehled základních existujících dokumentů ETSI (ke stažení) týkajících se HIPERLAN/2:

Broadband Radio Access Networks (BRAN); HIgh PErformance Radio Local Area Network (HIPERLAN) Type 2:

• TR 101 031 (1999) Requirements and architectures for wireless broadband access
• TR 101 683 (2000) System Overview
• TS 101 475 (2001) Physical (PHY) layer
• TS 101 493–1 (2000) Packet based Convergence Layer; Part 1: Common Part
• TS 101 493–2 (2001) Packet based Convergence Layer; Part 2: Ethernet Service Specific Convergence Sublayer (SSCS)
• TS 101 493–3 (2001) Packet based Convergence Layer; Part 3: IEEE 1394 Service Specific Convergence Sublayer (SSCS)
• TS 101 761–1 (2001) Data Link Control (DLC) Layer; Part 1: Basic Data Transport Functions
• TS 101 761–2 (2002) Data Link Control (DLC) Layer; Part 2: Radio Link Control (RLC) sublayer
• TS 101 761–3 (2001) Data Link Control (DLC) Layer; Part 3: Profile for Business Environment
• TS 101 761–4 (2002) Data Link Control (DLC) Layer; Part 4: Extension for Home Environment
• TS 101 761–5 (2001) Data Link Control (DLC) Layer; Part 5: Profile for Home Environment
• TS 101 762 (2000) Network Management
• TS 101 763–1 (2000) Cell based Convergence Layer; Part 1: Common Part
• TS 101 763–2 (2000) Cell based Convergence Layer; Part 2: UNI Service Specific Convergence Sublayer (SSCS)

Další vývoj

ETSI vyvíjí doplňky k HIPERLAN/2, mezi jinými IEEE 1394 Bridge Layer (TS 101 493–4), a specifikace pro vzájemnou spolupráci se sítěmi třetí generace (International Mobile Telecommunications, IMT-2000). Také se pracuje na bezdrátových sítích s větším dosahem než u HIPERLAN/2:

• HIPERACCESS (HIPERACCESS Physical Layer specification, TS 101 999) a HIPERACCESS System Overview, TR 102 003) – verze venkovní pevné bezdrátové sítě (Fixed Wireless Access, FWA) s delším dosahem, pracující v pásmu 40,5 – 43,5 GHz, s typickými rychlostmi do 25 Mbit/s, pro přístup domácích uživatelů nebo malých podniků k IP, ATM nebo UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).
• HIPERLINK – vysokorychlostní rádiová síť určená pro statické propojení HIPERACCESS nebo připojení HIPERLAN k rozlehlé bezdrátové síti; s rychlostmi do 155 Mbit/s do vzdálenosti 150 metrů, v pásmu 17 GHz.
• HIPERMAN – síť v pásmu 2–11 GHz na základě normy IEEE 802.16a pro bezdrátové metropolitní sítě (Metropolitan Area Network, MAN). ETSI bude nadále v této oblasti spolupracovat s IEEE 802.16.
• 5-UP – ETSI a IEEE založili společný projekt pod názvem 5GHz Partnership Project (5GPP). Jeho cílem má být vznik jediné normy označované jako 5GHz Unified Protocol (5-UP). Tento nový systém by měl nabízet dokonce vyšší rychlosti než specifikace současné. Tři kanály mají poskytovat skutečnou propustnost kolem 100 Mbit/s. Nezbytnou součástí bude garantovaná kvalita služeb a zajištěná bezpečnost komunikace.