Bezprzewodowe sieci ATM - perspektywy rozwoju
Robert Kotrys, Piotr Remlein
Politechnika Poznańska, Instytut Elektroniki i Telekomunikacji;
ul. Piotrowo 3a; 60-965 Poznań, tel. [phone] w. 285;
E-mail: Robert.Kotrys, [e-mail].
Streszczenie większej ilości różnorodnych usług [1]. Coraz
W referacie przedstawione zostały ogólne bardziej mobilne społeczeństwo i coraz bardziej
wymagania stawiane transmisji przez mobilne miejsca pracy stwarzają zapotrzebowanie na
bezprzewodowe sieci ATM. Omówiono szybką i niezawodną łączność, o jednakowej,
problemy związane z realizacją radiowego wysokiej jakości. Rodzaj przekazywanych
łącza ATM. Przedstawiono obecny stan badań informacji jest bardzo zróżnicowany, od zwykłej
nad bezprzewodowymi sieciami ATM. rozmowy, poprzez transmisję danych np. plików,
Zestawione zostały również charakterystyczne transmisję video np. telewizja aż do połączeń
parametry wybranych eksperymentalnych telekonferencyjnych. Oznacza to różne rodzaje usług
systemów W-ATM. i różne wymagania stawiane sieci
telekomunikacyjnej. Rozwiązaniem staje się ATM.
1. Wprowadzenie Podstawowe zalety ATM to wysoka wydajność i
Referat zawiera przegląd stanu badań nad elastyczność oferowanych usług. ATM dostarcza
bezprzewodowymi sieciami zgodnymi ze unikalnych narzędzi gwarantujących wymaganą
standardem ATM. Przedstawione zostaną jakość usługi QoS na czas połączenia.
wymagania stawiane bezprzewodowej sieci Standaryzacja protokołu ATM dotyczy zarówno
ATM (W-ATM wiereless ATM) i podstawowe rozległych siei telekomunikacyjnych jak i lokalnych
obszary zastosowań. Scharakteryzowane sieci komputerowych, daje to unikalną szansę
zostaną problemy związane z przeniesieniem powstania jednolitej sieci transmisji danych,
standardu ATM z sieci przewodowych w pozwoliłoby to jednocześnie poprawić jakość i
środowisko łącza radiowego. Przeprowadzone obniżyć koszty związane z jej użytkowaniem.
zostanie porównanie istniejących Rozszerzenie protokołu ATM na sieci
eksperymentalnych instalacji, jak też bezprzewodowe staje się więc logiczną i
zestawione zostaną dominujące obecnie w nieuchronną perspektywą. Bez wątpienia niezwykle
literaturze pomysły i propozycje rozwiązań istotną sprawą jest zachowanie jak najdalej idącej
dotyczących bezprzewodowego ATM zgodności pomiędzy przewodową i bezprzewodową
(systemy opracowywane przez: NEC C&C, siecią ATM, która stanowi naturalne uzupełnienie
Cambridge-Olivetti, Columbia University stałej infrastruktury telekomunikacyjnej. Od
/IBM, Bell Labs., NTT AWA, Carleton bezprzewodowej sieci ATM oczekuje się z reguły
University, ACTS Magic WAND) [3-8]. W spełnienia następującej listy wymagań [2]:
referacie porównane będą wyłącznie aspekty
" Radiowa stacja bazowa dołączona do
charakterystyczne dla sieci bezprzewodowych,
przewodowej sieci ATM zapewnia taką samą
w szczególności parametry warstwy fizycznej
jakość połączenia z ruchomym terminalem, jak w
związanej z łączem radiowym, oraz
sieci przewodowej.
modyfikacje w warstwie MAC (Media Access
" Do łączności pomiędzy stacjami bazowymi
Control) i warstwie łącza DLL (Data Link
stosowany jest standardowy protokół i
Layer).
standardowe przełączniki ATM.
" Charakterystyka ruchowa sieci ATM, jak
2. Założenia i wymagania dotyczące
limitowane opóz
nienia czy rezerwowany QoS jest
bezprzewodowych sieci ATM.
zachowany również w części bezprzewodowej
W miarę swojego rozwoju standard ATM staje
" Zarówno węzły ruchome jak i stałe używają tego
się szkieletem sieci telekomunikacyjnych,
samego protokołu sygnalizacji.
wykorzystywanym do przenoszenia coraz
zastosowanie jakiejś metody wielodostępu,
" Pasmo radiowe jest wykorzystane możliwie
umożliwiając efektywne współużytkowanie
efektywnie.
kanału radiowego przez wielu użytkowników.
" Możliwe jest istnienie terminali o różnym
Dla zwiększenia pojemności sytemu przestrzeń
poziomie złożoności.
dzielona jest na części-komórki, obsługiwane
" Aktywne połączenia wirtualne VCs są
przez odrębne (o ściśle ograniczonym zasięgu)
przekazywane pomiędzy stacjami
stacje bazowe. Obsługa przemieszczającego się
bazowymi.
terminala musi być przejmowana przez kolejne
" Przemieszczanie się terminali jest możliwie
stacje bazowe. Sytuacja ta nie była przewidziana
niewidoczne dla przewodowej części ATM.
w systemie ATM. Warstwa łącza DLL musi
Przewidywane dziedziny zastosowań
zostać rozszerzona o protokół przekazywania
bezprzewodowych sieci ATM są podobnie
aktywnych połączeń wirtualnych pomiędzy
różnorodne jak zastosowania przewodowych
kolejnymi stacjami bazowymi. Konieczne jest
łączy ATM. W początkowej fazie największe
rozwiązanie problemów: zachowania ciągłości
zapotrzebowanie na tego typu instalacje
połączenia, możliwie bez strat danych oraz
dotyczyć będą z pewnością lokalnych sieci
zachowania wynegocjowanego w fazie inicjacji
komputerowych, czy z szerszego punktu
połączenia poziomu QoS. To ostatnie jest
widzenia lokalnych sieci transmisji danych
szczególnie groz
nym problem, ponieważ ATM
wykorzystywanych przez wielkie korporacje w
nie przewiduje możliwości renegocjacji QoS dla
środowisku biurowym, czy w obiektach
aktywnych połączeń.
produkcyjnych. Dzięki bezprzewodowemu
W sieci W-ATM rozróżnić można bezprzewodową
ATM znacząco poprawi się dostępność i
warstwę fizyczną W-PHY (wireless physical layer) i
elastyczność systemów dystrybucji informacji,
bezprzewodową warstwę łącza danych W-DLL
obniżą się również koszty związane z
(wireless data link layer), która z kolei jest
rekonfiguracją i zarządzaniem siecią
podzielona na warstwę dostępu do medium
przewodową.
transmisyjnego W-MAC (wireless access control) i
warstwę łącza logicznego W-LLC (wireless logical
3. Problemy związane z realizacją
link control). Zadaniem tych warstw jest
radiowego łącza ATM.
zapewnienie odpowiedniej jakości łączności
By możliwe stało się zastosowanie ATM za
radiowej między przenośnymi terminalami a stacją
pomocą łącza radiowego, konieczne jest
bazową.
rozwiązanie dwóch fundamentalnych
Zabezpieczenie przed błędami realizowane jest w
problemów [10]:
warstwie fizycznej i warstwie łącza danych. Po
" ATM projektowany był dla kanału
stronie warstwy fizycznej W-PHY realizowane jest
transmisyjnego o bardzo niskim poziomie
zwykle kodowanie protekcyjne a warstwa W-LLC
błędów (na poziomie 10-10). Poziom błędów
realizuje określony protokół kontroli błędów ARQ,
możliwy do uzyskania w kanale radiowym,
FEC lub kombinację obu tych sposobów.
z natury zaszumionym, wielodostępnym i
Oczywistym jest, że na jakość transmisji przez łącze
zmiennym w czasie, jest większy o kilka
bezprzewodowe zasadniczy wpływ ma rodzaj
rzędów wielkości. Konieczne jest więc
protokołu transmisji danych oraz struktura
wprowadzenie dodatkowych mechanizmów
podstawowego pakietu, ramki. Istnieje kilka
ochronnych, układów detekcji i korekcji
propozycji protokołów transmisji dla sieci W-ATM.
błędów. Konieczne jest znalezienie
Zwykle dąży się do tego by pakiet w systemie W-
kompromisu pomiędzy efektywnym
ATM zawierał stałą wielokrotność danych z
wykorzystaniem pasma radiowego,
komórki ATM (48 bajtów).
prędkością transmisji, poziomem ochrony i
koniecznością zapewnienia wymaganego
4. Prototypowe sieci W-ATM.
QoS.
Transmisja poprzez bezprzewodowe sieci ATM jest
" A
ącze radiowe jest z natury wspólne dla
w fazie badań. Dla technologii tej nie istnieją jeszcze
wszystkich, konieczne jest więc
Tabela 2. Zestawienie właściwości prototypowych sieci W-ATM.
Pasmo Rodzaj modulacji Prędkość Metoda dostępu Kod
częstotliwości transmisji transmisyjny
NEC 2,4 GHz, ISM 8 Mb/s TDMA/TDD ze -
Ą/4 QPSK
szczelinami
ALOHA
BAHAMA 900 MHz, 5 GHz OFDM/GMSK 2-20 Mb/s DQRUMA ARQ, FEC
Magic WAND 5,2 GHz / 17,1-17,3 16 kanałów, OFDM 24 Mb/s ALOHA, -
GHz MASCARA
NTT AWA >10 GHz QPSK, 30-80 Mb/s TDMA FEC
Ą/4 QPSK
Carelton 20, 60 GHz - 40 - 160 Mb/s TDMA ARQ
Cambridge-Olivetii 2,45 GHz QPSK 10 Mb/s ALOHA CRC, ARQ
(pasmo 10MHz)
Median 60 GHz 255 punktowe 155 Mb/s TDMA -
OFDM
Samba 40 GHz 16 punktowe 20-50 Mb/s TDMA -
OFDM
AWAS 19/40 GHz OQSK 70 Mb/s TDMA -
zalecenia. Natomiast bezprzewodowe sieci Systemy pracujące według tych standardów działają
lokalne, ze względy na swoją atrakcyjność, w nielicencjonowanym paśmie ISM (industrial,
znalazły już od pewnego czasu swoje miejsce sientific and medical). Właściwości obu
na komercyjnym rynku. Różnorodne, firmowe wymienionych zaleceń zestawione zostały w tabeli
standardy doczekały się pewnej unifikacji w 1.
postaci dwu najważniejszych obecnie
standardów w bezprzewodowych sieciach W przypadku transmisji WATM powstają dopiero
lokalnych W-LAN ( wireless local area systemy prototypowe. Wśród nich dominują
network) według nowopowstałych zaleceń propozycje: NEC C&C Research Laboratories.
802.11 i Hiperlan. Standard IEEE 802.11 ma GAHAMA - Bell Laboratories, ACTS Magic
odegrac podobną rolę co standard Ethernet w WAND (European Council Advanced
sieciach przewodowych (IEEE 802.5), tzn. Communications Technologies and Services), AWA
Zapewnić bezkonfliktową współpracę (ATM Wireless Access) NTT Wireless Systems
pomiędzy urządzeniami różnych producentów. Laboratories, Carelton University, Cambridge -
IEEE 802.11 definiuje jedną wspólną warstwę Olivetii Research Laboratories. Każdy z
MAC i trzy różne, stosowane zamiennie przytoczonych systemów prototypowych proponuje
warstwy fizyczne (PHY). Dwie warstwy PHY transmisję w innym zakresie częstotliwości, z inną
operują na częstotliwości 2400..2483.5 MHz, prędkością, przy użyciu odmiennych sposobów
różnią się przepływnością, 1 i 2 Mb/s. Trzecia modulacji, kodowania i wielodostępu. Ich wspólną
warstwa korzysta z transmisji w podczerwieni. cechą jest zapewnienie bezkolizyjnej współpracy
Standard Hiperlan (High Performance LAN) między siecią ATM i siecią radiową przy
obejmuje zarówno bezprzewodowa strukturę jednoczesnym zachowaniu jakości usług (QoS)
sieci lokalnej, jak również bezprzewodowy wymaganej przez przewodową sieć ATM, tabela 2.
dostęp do sieci ATM, oraz bezprzewodową Wszystkie systemy W-ATM znajdują się w stadium
infrastrukturę sieci ATM. Cechą szczególną badań i testów, istniejące instalacje mają charakter
standardu Hiperlan jest możliwość eksperymentalny. Niektóre z prezentowanych
natychmiastowej budowy sieci wyłącznie w systemów projektowane są z myślą o konkretnych
oparciu o bezprzewodowe terminale, bez rodzajach usług jak transmisje multimedialne i video
wsparcia ze strony stałej kablowej konferencje.
infrastruktury sieciowej. Wnioski
Tabela 1. Porównanie standardów 802.11 i HIPERLAN
Pasmo Rodzaj Prędkość Metoda Usługi MAC QoS Dostępność
częstotliwości modulacji transmisji dostępu
802.11 2,4-2,4835 z 1 i 2 Mb/s proste Identyfikacja, nie wspiera standard
GHz rozproszonym CSMA/CA, szyfrowanie bezpośrednio zamknięty,
widmem RTS/CTS, transmisji, QoS dostępne
(direct PCF sterowanie zestawy
sequence mocą, kontrola układów
DBPSK, czasu scalonych,
DQPSK z dostępne
rozproszonym urządzenia
widmem
(frequency
hopping)
2GFSK,
4GFSK
BT=0.5
HIPERLAN 5,15-5,30 FSK lub 1.47 i 23.53 NPMA, szyfrowanie zawansowany standard nie
GHz GMSK Mb/s PDU transmisji, system jest zamknięty,
BT=0.3 sterowanie priorytetów i brak urządzeń
mocą, routing kontroli na rynku,
i forwarding, pakietów instalacje
kontrola czasu wspiera QoS prototypowe
1. P. Mermelstein et al.,  Integrated Services on Wireless
Bezprzewodowa sieć ATM stanowi obecnie
Multiple Access Networks , Proc. IEEE ICC 93, pp. 863-
przedmiot bardzo intensywnych badań. W toku
867.
są liczne projekty badawcze nierzadko
2. A.J. Viterbi,  Wireless digital communication: A view based
znajdujące się już na etapie instalacji
on three lessons learned , IEEE Commun. Mag., Vol. 29,
eksperymentalnych. Daje się zauważyć No. 9, pp. 33-36, Sept., 1991.
podstawowe tendencje jak: zastosowanie
3. D. Raychaudhuri and N.D. Wilson,  ATM-Based Transport
modulacji OFDM i metody zwielokrotnienia
Architecture for Multiservices Wireless Personal
TDMA dla systemów o najwyższych
Communication Networks, IEEE JSAC, vol. 12, Oct.
przepływnościach. Wciąż brak jest standardów
1994, pp. 1401-1414.
dotyczących bezprzewodowego ATM. Dużą
trudność sprawia wygospodarowanie 4. J. Porter, A. Hopper  An ATM-Based Protocol for Wireless
LANs , Olivetii Research Ltd. Tech. Rep. 94.2. 1994.
odpowiednio szerokiego pasma częstotliwości.
5. A.S. Acampora, M. Naghshineh,  An Architecture and
Większość eksperymentalnych systemów
Methodology for Mobile-Executed Handoff in Cellular
operuje na tzw. paśmie ISM, jednak pasmo to
ATM Networks , IEEE JSAC, vol. 12, Oct. 1994, pp.
jest zbyt wąskie dla transmisji rzędu 155 Mb/s.
1365-1375.
Najświeższe projekty koncentrują się na 6. K.Y. Eng et al.,  BAHAMA: A Broadband Ad-Hoc Wireless
ATM Local-Area Network , Proc. ICC 95, pp. 1216-1223.
zagospodarowaniu wysokiego pasma 60 GHz..
7. M. Umehira et al.,  An ATM Wireless Accesss Systems for
Pasmo to ze względu na wysoką tłumienność
Tetherless Multimedia Services , Proc. ICUPC 95.
spowodowaną rezonansem atomów tlenu nie
8. D.D. Falconer,  A System Architecture for Broadband
nadaje się do transmisji na większe odległości
Milimeter Wave Access to an ATM LAN , Proc.
i może być względnie bezpiecznie Wireless 95,
9. D. Pietras, A. Hettich, A. Kramling  Performance Evaluation
wykorzystane do tworzenia bezprzewodowych
of Logical Link Cointrol Protocol for an ATM air
sieci wewnątrz budynków biurowych czy
interface , Proc. IEEE PIMRC 96.
przemysłowych.
10. E. Ayanoglu et. al.,  Wireless ATM: Limits, Challenges
and Proposals , IEEE Personal Communications - Special
Issue, vol. 3, No. 4, August 1996.
Literatura