1 Standard Hiperlan 2
1.1 Wprowadzenie
Sieć Hiperlan/2 umożliwia transmisję danych oraz głosu z maksymalną prędkością 54 Mbit/s. Zaletą niedostępną w innych popularnych sieciach bezprzewodowych jest wbudowany mechanizm rezerwacji zasobów. Uzyskane już połączenie typu CBR (Constant Bit Rate) lub VBR (Variable Bit Rate) nie zostanie zakłócone z powodu obciążenia sieci ruchem od innych użytkowników. Dzięki temu sieć może służyć do prowadzenia rozmów telefonicznych oraz wideokonferencji, nie tracąc możliwości pełnego wykorzystania dostępnej przepustowości. Sieć jest również szybka i pozwala na komfortowe używanie większości dostępnych dzisiaj programów komputerowych.
Standard ETSI opisuje warstwę fizyczną, warstwę łącza oraz warstwę konwergencji, która umożliwia użycie Hiperlanu jako nośnika dla wielu różnych protokołów sieciowych warstw wyższych modelu ISO/OSI, takich jak IP, ATM/B-ISDN, UMTS, czy IEEE 1394.
Rysunek 1. Zakres standardu HIPERLAN/2.
Część radiowa pracuje na częstotliwości 5GHz, wykorzystuje modulację OFDM do stworzenia paczki radiowej (burst). W zależności od lokalnych warunków, ilości zakłóceń itp. możliwa jest transmisja z prędkością 6, 9, 12, 18, 27, 36 i 54 Mbit/s. Różnicę w uzyskiwanej prędkości uzyskuje się poprzez wybór modulacji od BPSK do 64-QAM oraz poprzez zmianę ilości wymazywanych bitów na wyjściu kodera splotowego (puncturing).
Współdzielenie medium przez wiele urządzeń i dwukierunkowość transmisji oparte są na dynamicznym podziale czasu. Całością zarządza jedno urządzenie ogłaszając odpowiednie komunikaty w każdej ramce, w postaci jej nagłówka, udzielające praw do korzystania z fragmentów dostępnego czasu. Tym urządzeniem jest punkt dostępowy AP (Access Point). Oprócz nadzoru nad całą transmisją w sieci, AP pośredniczy w przesyłaniu danych pomiędzy terminalami MT (Mobile Terminal) oraz kablową siecią zewnętrzną. Dopuszczalne jest również zestawienie sieci ad-hoc bez punktu AP. Wtedy wszystkie zadania nadzorcy przejmuje jeden z wylosowanych terminali stając się kontrolerem centralnym CC (Central Controller). Aby mógł pełnić tę funkcję musi obsługiwać pełną funkcjonalność wymaganą dla punktu AP.
1.2 Warstwa MAC sieci Hiperlan/2
1.2.1 Ogólna informacja
Transmisja danych w sieci Hiperlan/2 składa się z ciągu następujących po sobie ramek MAC (Medium Access Control). Każda ramka trwa zawsze 2 ms. Granice pomiędzy kolejnymi ramkami stanowi nagłówek znajdujący się na początku każdej z nich. W nagłówku znajduje się kanał (lub kanały) transportowe BCH (Broadcast CHannel) pojemności 120 bitów, niosący w sobie kanał logiczny BCCH (Broadcast Control CHannel), a ten zawiera najważniejsze dla działania sieci informacje. Różnica pomiędzy kanałami BCH i BCCH polega na tym, że ten pierwszy to kanał transportowy posiadający miejsce na dane, czyli bity do wykorzystania, drugi to kanał logiczny struktura danych, gdzie każdy bit ma przypisane znaczenie. W standardzie przyjęto zasadę, że skrótem trzyliterowym oznaczono kanały transportowe, a skrótem czteroliterowym kanały logiczne. Kanały transportowe niosą w sobie dane kanałów logicznych.
Każdy kanał BCH na początku ramki przeznaczony jest dla jednego sektora anteny. W tej części ramki określone są między innymi następujące informacje: wskaźnik do kanału FCH (Frame CHannel) - informacja kiedy będzie nadawany kanał FCH i jaki będzie długi oraz kiedy się zacznie pierwszy kanał RCH (Random CHannel) i ile ich będzie.
Zaraz po kanale/kanałach BCH nadawany jest kanał FCH. Zawiera on najważniejsze informacje dotyczące kontroli dostępu do medium, ponieważ to w kanale FCH ogłaszane są informacje o tym, co będzie się działo w całej ramce. Kanał FCH zawiera w sobie trzy elementy informacyjne IE (Information Element) lub ich liczbę będącą wielokrotnością trzech. W pojedynczym elemencie IE zawarta jest pojedyncza informacja o przydzieleniu zasobów do nadawania RG (Resource Grant). W niej jest określone dokładnie od kiedy, który z terminali mobilnych może nadawać, ile pakietów SCH (Short transport CHannel) i LCH (Long transport CHannel) oraz w jakim fizycznym trybie, a zatem z jaką prędkością może je wysłać. Przestrzeganie tych zaleceń pozwala na bezkolizyjne transmitowanie danych we wspólnym medium z maksymalnym wykorzystaniem dostępnego czasu.
Zaraz po kanale FCH nadawany jest kanał transportowy ACH (Access Feedback CHannel). W kanale ACH zawarty jest kanał RFCH (Random Access Feedback CHannel), gdzie rozgłaszane są informacje o powodzeniu lub nie, dostępu do kanałów RCH. Znajduje się tu trzydzieści jeden bitów informacyjnych. Jeśli bit ma wartość jeden, oznacza to, że w poprzedniej ramce, w odpowiadającym bitowi kanale RCH, udało się z powodzeniem przesłać żądanie. Wartość bitu równa zero oznacza brak transmisji lub kolizję w odpowiednim kanale RCH. Jeśli w poprzedniej ramce było dostępnych mniej niż trzydzieści jeden kanałów RCH, to bity odpowiadające nieistniejącym kanałom również są ustawione na zero.
Kanały BCH, FCH i ACH są nadawane przez kontroler AP/CC. Jeśli kontroler AP ma jakieś dane do wysłania, to zgodnie z tym, co rozgłosił w kanale FCH bezzwłocznie rozpoczyna transmisję fazy DL (DownLink), czyli zaczyna się właściwa transmisja danych. Pakiety SCH lub LCH są kolejno nadawane z prędkościami odpowiadającymi bieżącym możliwościom odbiorców. Dalej mogą rozpocząć się fazy DiL (Direct Link) i UL (UpLink). Tutaj według rozgłoszonych zezwoleń RG, po kolei nadają poszczególne terminale. W fazie DiL terminal - adresat odbiera bezpośrednio nadawane do niego dane. W fazie UL tymczasowym odbiorcą jest punkt AP i w zależności od faktycznego celu, pakiety są buforowane i przesyłane dalej w następnych ramkach do docelowych odbiorców lub do sieci kablowej.
Faza DL oznacza kierunek transmisji danych skierowany z punktu AP do dowolnego terminala MT. Faza UL oznacza kierunek przeciwny, natomiast faza DiL to bezpośrednie połączenie pomiędzy dwoma terminalami.
Po tych fazach występuje faza kanałów RCH. Jeśli jakiś terminal MT nie ma ustanowionego połączenia lub z innego powodu nie ma możliwości przesłania żądania dostępu do zasobów RR (Resource Request), to transmituje swoje żądanie RR w jednym z kanałów RCH. Sytuacja taka może nastąpić gdy terminal MT ustanowił połączenie np. typu VBR i wysyła pakiet LCH raz na kilka ramek MAC. Wtedy przed wysłaniem pakietu LCH musi zażądać dostępu w kanale RCH. Dostęp do kanałów RCH jest możliwy bez uzyskania pozwolenia, dlatego mogą wystąpić tu kolizje. Jeśli terminal potrzebuje wysłać żądanie RR, to losuje kanał RCH spośród dostępnych w najbliższej ramce i w nim wysyła żądanie. Jeśli dojdzie do kolizji tj. w tym samym kanale nadawał jeszcze inny terminal MT, to ponowna próba powinna być zrealizowana zgodnie z ustalonymi w normie zasadami, które opisuję dokładnie w dalszej części pracy.
Maksymalna przepustowość sieci Hiperlan/2 wynosi 54 Mbit/s. Prędkość taką można osiągnąć w przypadku, gdy praca urządzeń nie jest zakłócana czynnikami zewnętrznymi i nie są one za bardzo oddalone. Jeśli jednak stopa błędów transmisji byłaby zbyt wysoka, terminale mogą ograniczyć prędkość w celu poprawy jakości sygnału. Mogą do tego celu użyć szeregu kombinacji parametrów, na które składa się typ modulacji pojedynczej nośnej sygnału OFDM i zmiana sprawności kodera splotowego poprzez zmianę ilości wymazywanych bitów na wyjściu (puncturing). Poniżej zamieszczam tabelę zawierającą dostępne prędkości, w której zawarte są również parametry modulacji stosowanej podczas transmisji z daną prędkością.
Tabela 1. Dostępne prędkości i parametry
modulacji
|
Szybkość transmisji |
Typ modulacji |
Sprawność kodera |
Ilość bitów danych w symbolu ODFM |
|
6 Mbit/s |
BPSK |
1 / 2 |
24 |
|
9 Mbit/s |
BPSK |
3 / 4 |
36 |
|
12 Mbit/s |
QPSK |
1 / 2 |
48 |
|
18 Mbit/s |
QPSK |
3 / 4 |
72 |
|
27 Mbit/s |
16QAM |
9 / 16 |
108 |
|
36 Mbit/s |
16QAM |
3 / 4 |
144 |
|
54 Mbit/s |
64QAM |
3 / 4 |
216 |
Cała transmisja w sieci Hiperlan oparta jest na wysyłaniu wiadomości w przeznaczonych do tego kanałach logicznych. Poniżej zamieszczam szczegółowy opis kanałów i zasad budowania ramki MAC.
1.2.2 Kanały logiczne
Wszystkie kanały logiczne są odwzorowywane w kanały transportowe, a dopiero te są wysyłane w postaci fizycznej transmisji. Poniżej omówiono kanały logiczne zdefiniowane przez standard HIPERLAN/2.
Kanał BCCH jest kanałem sterującym służącym do rozgłaszania przez kontroler AP podstawowych i stałych informacji o całym sektorze. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC, a terminale muszą umieć interpretować zawarte w tym kanale informacje. Kanał BCCH jest transmitowany w kanale transportowym BCH i jest jednoznacznie identyfikowany na podstawie występowania w tym kanale. Zawartość kanału BCCH ma wielkość 120 bitów, a dokładne ich znaczenie przedstawia Tabela 2:
Tabela 2. Budowa kanału BCCH
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
Frame counter |
4 |
Licznik zwiększany o 1 co
każdą ramkę modulo 16, używana jako wartość początkowa do skonfigurowania
skramblera. |
|
NET ID |
10 |
Identyfikator sieci |
|
AP ID |
10 |
Identyfikator punktu AP.
Powinien być kontrolowany przez terminal MT w każdej ramce MAC. W przypadku
niezgodności terminal MT nie może nadawać w bieżącej ramce. |
|
Sector ID |
3 |
Identyfikator sektora
anteny |
|
AP TX level |
4 |
Zawiera informacje na
temat poziomu mocy sygnału emitowanego z punktu AP |
|
AP RX UL level |
3 |
Zawiera informacje na
temat oczekiwanego poziomu mocy sygnału odbieranego przez punkt AP. Dotyczy
faz UL i RCH |
|
Pointer to FCH |
12 |
Wskaźnik do kanału FCH,
wraz informacją z następnego pola stanowi również (pośrednio) wskaźnik do
kanału ACH. Zawiera liczbę jednostek po 400 ns |
|
Legth of FCH |
4 |
Zawiera liczbę bloków IE
występujących w kanale FCH. Zero oznacza brak kanału FCH w sektorze. |
|
PHY Mode of FCH |
2 |
00 oznacza BPSK, R =
1/2, pozostałe wartości nie są używane. |
|
Pointer to RCH |
13 |
Wskazuje na początek
pierwszego kanału RCH. Zawiera liczbę jednostek długości 400 ns |
|
Length of RCH |
5 |
Liczba kanałów RCH.
Wartość 00 zarezerwowana. |
|
RCH Guard space |
2 |
Określa długość czasu
ochronnego pomiędzy kanałami RCH. 00 = 2 ms, 01 = 800 ns, 10 = 2000 ns, 11 = 10000 ns |
|
DL RBCH indicator |
1 |
Sygnalizuje, że kanał
RBCH w fazie DL będzie nadawany w
bieżącej ramce |
|
DST |
1 |
Sygnalizuje czy w bieżącej
ramce zawarte będą dane dla jakiegokolwiek uśpionego terminala. 1 oznacza
występowanie wspomnianych danych. |
|
Uplink preambule |
1 |
Typ preambuły w fazie UL:
0- krótka 1 długa |
|
Phase indicator |
4 |
Sygnalizuje fazę użytą
przez punkt AP/CC |
|
AP
traffic load indicator |
3 |
000 wartość domyślna,
001 zabrania wysyłania danych do AP, pozostałe kombinacje nie wykorzystano |
|
Maximum
power indicator |
1 |
|
|
Number of sectors |
3 |
Liczba sektorów. 000 = 1
sektor, 001 = = 2 sektory, .... ,111= 8 sektorów. |
|
Future use |
10 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
CRC |
24 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
120 |
|
Kanał FCCH (Frame Control Channel) jest kanałem sterującym przenoszącym informacje o fizycznej strukturze bieżącej ramki MAC w postaci pakietów / zezwoleń RG. Każdy pakiet RG to pojedyncza informacja o przydzieleniu zasobów do nadawania. Obsługa kanału FCCH jest obowiązkowa dla punktów AP/CC, a terminale muszą umieć interpretować zawarte w tym kanale informacje. Kanał FCCH jest transmitowany w kanale transportowym FCH i jest jednoznacznie identyfikowany na podstawie występowania w tym kanale. Kanał FCCH zawiera trzy lub wielokrotność trzech elementów IE. Element IE może alokować zasoby dla następujących kanałów logicznych: RBCH, DCCH, UBCH, UMCH oraz UDCH. Taka alokacja zawsze wiąże się z alokacją zasobów dla pakietów LCH lub SCH przeznaczonych do przenoszenia tych kanałów logicznych. Elementy IE występują zatem w pięciu typach: dla ruchu w fazach DL, DiL, UL dla pustych części ramki oraz elementy IE wypełniacze służące do skompletowania bloku IE. Każda alokacja jest jednocześnie zezwoleniem na użycie czasu do przesłania odpowiedniej ilości pakietów LCH lub SCH. Mimo, że budowa każdego z elementów IE jest bardzo podobna, to różnią się one nazwami pól. Każdy element IE ma długość 64 bitów. Tabele: Tabela 3 do 6 opisują dokładnie zawartość każdego z istniejących typów IE.
Tabela 3. RG
IE dla ruchu DL i UL w trybie scentralizowanym
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
IE flag |
1 |
Zawsze ustawione na 1 |
|
IE Type |
4 |
0000 faza DL, 0001
faza UL |
|
MAC ID |
8 |
Identyfikuje dla którego
MAC ID jest przeznaczony RG |
|
DLCC ID |
6 |
Identyfikuje dla którego
DLCC ID jest przeznaczony RG |
|
Start Pointer |
13 |
Określa moment wystąpienia
początku transmisji związanej z tym RG. Zawiera liczbę jednostek o długości
400 ns |
|
# SCH |
6 |
Zawiera liczbę
przydzielonych pakietów SCH dla danego połączenia. |
|
RR poll |
1 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
PHY mode SCH |
3 |
Określa z jaką prędkością
ma się odbywać transmisja pakietów SCH których dotyczy dany RG |
|
# LCH |
8 |
Zawiera liczbę
przydzielonych LCH dla danego połączenia. |
|
PHY mode LCH |
4 |
Określa z jaką prędkością
ma się odbywać transmisja pakietów LCH których dotyczy ten RG |
|
Future use |
10 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
Razem |
64 |
|
Tabela 4. RG IE dla
ruchu DiL w trybie bezpośrednim
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
IE flag |
1 |
Zawsze ustawione na 1 |
|
IE Type |
4 |
0010 faza DiL |
|
Source MAC ID |
8 |
Identyfikuje dla którego
źródłowego MAC ID jest przeznaczony RG |
|
Destination MAC ID |
8 |
Identyfikuje docelowego
MAC ID jest przeznaczony RG |
|
DLCC ID |
6 |
Identyfikuje dla którego
DLCC ID jest przeznaczony RG |
|
Start Pointer |
13 |
Określa czas początku
transmisji związanej z tym RG. Zawiera liczbę jednostek o długości 400 ns |
|
# SCH |
6 |
Zawiera liczbę
przydzielonych pakietów SCH na potrzeby określonego połączenia. |
|
PHY mode SCH |
3 |
Określa z jaką prędkością
ma się odbywać transmisja pakietów SCH których dotyczy ten RG |
|
# LCH |
8 |
Zawiera liczbę
przydzielonych pakietów LCH na potrzeby określonego połączenia. |
|
PHY mode LCH |
4 |
Określa z jaką prędkością
ma się odbywać transmisja pakietów LCH których dotyczy ten komunikat RG |
|
Future use |
3 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
Razem |
64 |
|
Obsługa RG IE dla ruchu DiL jest opcjonalna dla AP/CC i MT
Tabela 5. RG IE dla pustych (empty) fragmentów ramki
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
IE flag |
1 |
Zawsze ustawione na 1 |
|
IE Type |
4 |
0100 |
|
Start Pointer |
13 |
Określa moment wystąpienia
początku pustego fragmentu ramki |
|
Stop Pointer |
11 |
Określa moment wystąpienia
końca pustego fragmentu ramki |
|
Start Pointer |
13 |
Określa moment wystąpienia
początku pustego fragmentu ramki |
|
Stop Pointer |
11 |
Określa moment wystąpienia
końca pustego fragmentu ramki |
|
Future use |
11 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
Razem |
64 |
|
W pustych fragmentach ramki nie są wysyłane żadne dane. Są one ogłaszane gdy przynajmniej jeden z terminali zgłosi potrzebę wykonania pomiarów DFS.
Tabela
6. RG IE w celu wypełnienia (padding)
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
IE flag |
1 |
Zawsze ustawione na 1 |
|
IE Type |
4 |
0101 |
|
Future use |
59 |
Nie używane |
|
Razem |
64 |
|
Element RG IE jest używany, gdy zachodzi potrzeba uzupełnienia liczby elementów IE, by była wielokrotnością trzech, w celu wypełnienia bloku IE.
Kanał RFCH (Random access Feedback Channel) jest kanałem kontrolnym służącym do informowania terminali o sukcesie lub jego braku w dostępie do kanałów RCH w poprzedniej ramce. Jest transmitowany jeden na całą ramkę. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC, a terminale muszą umieć interpretować zawarte w tym kanale informacje. Kanał RFCH jest transmitowany w kanale transportowym ACH i jest jednoznacznie identyfikowany na podstawie występowania w tym kanale. Kanał RFCH zajmuje 72 bity. Format przedstawia Tabela 7:
Tabela
7. Budowa kanału RFCH
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
Ustawione na 0110 |
|
RFCH type |
4 |
Definiuje typ komunikatu
RFCH 0000 oznacza RFCH dla
kanałów RCH pozostałe zarezerwowane na
przyszłość |
|
RCH1 |
1 |
Informacja zwrotna: 0 - w poprzedniej ramce
nastąpiła kolizja lub nie było transmisji 1 w poprzedniej ramce
doszło do udanej transmisji |
|
RCH2 |
1 |
jw. |
|
.................... |
|
|
|
RCH31 |
1 |
jw. |
|
Future use |
17 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Pole RCH1 odpowiada kanałowi RCH nr 1 w poprzedniej ramce MAC, pole RCH2 kanałowi RCH nr 2 itd.
Kanał RBCH (RLC Broadcast Channel) jest kanałem sterującym używanym do przesyłania informacji dla całego sektora, zawiera rozgłoszeniowe wiadomości RLC (Radio Link Control), wiadomości związane z rozpoczęciem szyfrowania, informacje dla warstwy konwergencji oraz identyfikatory MAC (MAC ID) dla nieskojarzonych jeszcze terminali. Jest transmitowany tylko wtedy, gdy pojawi się taka potrzeba i nie więcej jak jeden na sektor. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC, a terminale muszą umieć interpretować zawarte w tym kanale informacje. Kanał RBCH jest transmitowany w pakietach SCH oraz LCH. Jego występowanie jest ogłaszane w kanale FCCH. Jest identyfikowany na podstawie wartości MAC ID = 0 i DLLC ID = 0 w trybie DL. Natomiast w trybie DiL na podstawie źródłowego MAC ID transmitującego terminala oraz MAC ID = 0 i DLLC ID = 0. Jego format jest identyczny jak kanału DCCH.
Kanał DCCH (Dedicated Control Channel) w kanale tym przenoszone są wiadomości RLC. Może być użyty w fazach UL, DL oraz DiL. Każdy z komunikatów ma inną długość i może być przenoszony w kanałach SCH, RCH oraz LCH. Kanał DCCH transmitowany jest wraz z kanałami UDCH i LCCH, jeśli takie występują w bieżącej ramce. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Kanał DCCH jest transmitowany w pakietach SCH oraz LCH. Jego występowanie jest ogłaszane w kanale FCCH. Jest identyfikowany na podstawie wartości DLCC ID = 0 dla każdego MAC ID w trybie scentralizowanym. Dla trybu bezpośredniego za pomocą źródłowego i docelowego MAC ID zainteresowanych MT i wartości DLCC ID = 0. Format wiadomości DCCH przesyłanej w kanale LCH jest identyczny jak UDCH. Format wiadomości DCCH przesyłanej w SCH w fazie DL przedstawia Tabela 8. Format wiadomości DCCH przesyłanej w SCH lub RCH w fazie UL przedstawia Tabela 9. Format wiadomości DCCH przesyłanej w SCH w fazie DiL przedstawia Tabela 10.
Tabela
8. Format wiadomości DCCH przesyłanej w SCH w fazie DL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
Ustawione na 0100 |
|
Future use |
4 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
RLC message |
8 |
Zawiera wiadomość RLC |
|
Future use |
3 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
RLC message |
37 |
Zawiera wiadomość RLC |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela
9. Format wiadomości DCCH przesyłanej w SCH lub RCH w fazie UL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
Ustawione na 0100 |
|
LCH PHY mode |
4 |
Proponowana prędkość
transmisji dla wiadomości LCH związanych z tym połączeniem DLC (DLCC) |
|
RLC message |
8 |
Zawiera wiadomość RLC |
|
SCH PHY mode |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla wiadomości SCH związanych z tym połączeniem DLC (DLCC) |
|
RLC message |
37 |
Zawiera wiadomość RLC |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela
10. Format wiadomości DCCH przesyłanej w SCH w fazie DiL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
Ustawione na 0111 |
|
RLC message |
52 |
Zawiera wiadomość RLC |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Ten typ wiadomości nie musi być obsługiwany przez urządzenia.
Kanał UBCH (User Broadcast Channel) służy do przesyłania rozgłoszeniowych danych użytkowników, pochodzących z warstwy konwergencji. Może być użyty w fazach DL oraz DiL. Jeśli punkt AP wspiera wiele warstw konwergencji, dopuszcza się istnienie wielu kanałów UBCH. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Kanał UBCH jest transmitowany w pakietach LCH. Format wiadomości jest identyczny jak kanału UDCH.
Kanał UMCH (User Multicast Channel) służy do przesyłania danych użytkowników typu multicast. Może być użyty w fazach DL oraz DiL. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktu AP/CC, a terminale muszą umieć interpretować zawarte w tym kanale informacje jeśli są przyłączone do grup multicastowych. Kanał UMCH jest transmitowany w pakietach LCH. Format wiadomości jest identyczny jak UDCH.
Kanał UDCH (User Data Channel) służy do przesyłania danych użytkowników pomiędzy punktem AP i terminalem MT w trybie scentralizowanym oraz pomiędzy terminalami MT w trybie bezpośrednim. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Kanał UDCH jest transmitowany w LCH.
Tabela 11. Format kanału UDCH
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
LCH PDU Type |
2 |
00 (pozostałe możliwości
są skomentowane w opisie LCH) |
|
SN |
10 |
Numer sekwencyjny |
|
Payload |
396 |
Miejsce na dane |
|
CRC |
24 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
432 |
|
Kanał LCCH (Link Control Channel) jest kanałem służącym do przesyłania komunikatów ARQ dla korekcji błędów, umożliwia również wysyłanie żądań do zasobów. Funkcjonalność tą zapewnia za pomocą komunikatów żądań RR i ARQ feedback oraz discard. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Kanał LCCH jest transmitowany w pakietach SCH, ale wiadomości RR mogą być również wysyłane w kanale RCH.
Tabela 12. Format wiadomości RR dla fazy UL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
0011 |
|
PHY mode SCH |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DL dla wiadomości SCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
PHY mode LCH |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DL dla wiadomości LCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
MAC ID |
8 |
MAC ID |
|
DLCC ID |
6 |
Identyfikator połączenia
DLC |
|
#SCH |
5 |
Ilość żądanych pakietów
SCH dla połączenia DUC z którym związany jest ten komunikat RR |
|
#LCH |
10 |
Ilość żądanych pakietów
LCH dla połączenia DUC z którym związany jest ten komunikat RR |
|
Error indication |
3 |
Informacje o błędach |
|
RSS0 sample |
6 |
Do pomiarów poziomu
sygnału |
|
Retry Bit |
1 |
|
|
ARQ feedback message request bit (ARB) |
1 |
1 gdy terminal ma
wysłane i niepotwierdzone lub negatywnie potwierdzone pakietu LCH lub nowy
pakiet LCH gotowy do transmisji. 0 w przeciwnym przypadku
|
|
Future use |
5 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela 13. Format wiadomości RR dla fazy DiL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
0101 |
|
PHY mode SCH |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DiL dla wiadomości SCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
PHY mode LCH |
4 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DiL dla wiadomości LCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
Source MAC ID |
8 |
MAC ID terminala
wysyłającego |
|
Destination MAC ID |
8 |
MAC ID terminala
odbierającego |
|
DLCC ID |
6 |
Identyfikator połączenia
DLC |
|
#SCH |
5 |
Ilość żądanych pakietów
SCH dla połączenia DUC z którym związany jest ten komunikat RR |
|
#LCH |
10 |
Ilość żądanych pakietów
LCH dla połączenia DUC z którym związany jest ten komunikat RR |
|
Error indication |
2 |
Informacje o błędach |
|
Retry Bit |
1 |
1- kolejna
próba wysłania |
|
ARQ feedback message request bit (ARB) |
1 |
1 gdy terminal ma
wysłane i niepotwierdzone lub negatywnie potwierdzone pakiety LCH lub nowe
pakiety LCH gotowe do transmisji. 0 w przeciwnym przypadku
|
|
Future use |
4 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela 14. Format wiadomości ARQ feedback dla fazy UL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
0001 |
|
PHY mode SCH |
4 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DL dla wiadomości SCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
PHY mode LCH |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DL dla wiadomości LCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
FC |
1 |
1 oznacza aktywną
kontrolę przepływu |
|
ABIR |
1 |
1 oznacza, ze potrzeba
odbiornikowi więcej pakietów SCH na potrzeby sygnalizacji ARQ |
|
CAI |
1 |
1 oznacza, że w BMB1
będzie zawarte CumAck skumulowane potwierdzenie |
|
Future use |
1 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
BMN1 |
7 |
Numer bloku Bit map 1 |
|
BMB1 |
8 |
Blok Bit map 1 |
|
BMN2 |
5 |
Numer bloku Bit map 2 |
|
BMB2 |
8 |
Blok Bit map 2 |
|
BMN3 |
5 |
Numer bloku Bit map 3 |
|
BMB3 |
8 |
Blok Bit map 3 |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela 15. Format wiadomości ARQ feedback dla fazy DL i DiL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
0001 |
|
Future use |
9 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
FC |
1 |
1 oznacza aktywną
kontrolę przepływu |
|
CAI |
1 |
1 oznacza, że w BMB1
będzie zawarte CumAck skumulowane potwierdzenie |
|
Future use |
1 |
Zarezerwowane na przyszłość |
|
BMN1 |
7 |
Numer bloku Bit map 1 |
|
BMB1 |
8 |
Blok Bit map 1 |
|
BMN2 |
5 |
Numer bloku Bit map 2 |
|
BMB2 |
8 |
Blok Bit map 2 |
|
BMN3 |
5 |
Numer bloku Bit map 3 |
|
BMB3 |
8 |
Blok Bit map 3 |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela 16. Format wiadomości Discard dla fazy UL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
0010 |
|
PHY mode SCH |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DL dla wiadomości SCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
PHY mode LCH |
4 |
Proponowana prędkość
transmisji dla fazy DL dla wiadomości LCH związanych z danym połączeniem DLC
(DLCC) |
|
Discard
Sequence Number |
10 |
Wskazuje które PDU
odbiornik ma odrzucić |
|
Repeated Discard Sequence
Number |
10 |
Duplikat Discard Sequence
Number |
|
#SCH |
5 |
Ilość niezbędnych pakietów
SCH dla tego połączenia DUC |
|
#LCH |
10 |
Ilość niezbędnych pakietów
SCH dla tego połączenia DUC |
|
Error indication |
3 |
Informacje o błędach |
|
RSS0 sample |
6 |
Do pomiarów poziomu
sygnału |
|
Retry bit |
1 |
1- kolejna
próba wysłania |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Tabela 17. Format wiadomości Discard dla fazy DL i DiL
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
0010 |
|
Discard
Sequence Number |
10 |
Wskazuje które PDU
odbiornik ma odrzucić |
|
Repeated Discard Sequence
Number |
10 |
Duplikat Discard Sequence
Number |
|
Future use |
32 |
Zarezerwowane na
przyszłość |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
Kanał ASCH (Association Control Channel) służy do przekazywania komunikatów dotyczących żądań skojarzenia (association request) i przekazywania (handover) dla warstwy RLC. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Kanał ASCH jest transmitowany w kanałach RCH. Format wiadomości ASCH przedstawia Tabela 18.
Tabela
18. Format wiadomości ASCH
|
Nazwa pola |
Długość [bity] |
Przeznaczenie |
|
SCH PDU Type |
4 |
Ustawione na 0100 |
|
LCH PHY mode |
4 |
Proponowana prędkość
transmisji dla wiadomości LCH transportujących DCCH |
|
SCH PHY mode |
3 |
Proponowana prędkość
transmisji dla wiadomości SCH transportujących DCCH |
|
RLC message |
45 |
Zawiera wiadomość RLC |
|
CRC |
16 |
Suma kontrolna |
|
Razem |
72 |
|
1.2.3 Kanały transportowe
Kanały transportowe są podstawowym elementem służącym do skonstruowania paczki jednostek PDU. Są przeznaczone do przesyłania określonej na stałe porcji danych, za wyjątkiem kanału FCH, którego pojemność jest zmienna. Tabela 19 przedstawia podstawowe informacje na temat kanałów transportowych:
Tabela 19. podstawowe
informacje dot. kanałów transportowych
|
Kanał tran- sportowy |
kodowanie |
wielkość [ bity ] |
Kierunek |
Przenoszone kanały
logiczne |
Występowanie w PDU |
|
BCH |
BPSK r=½ |
120 |
DL |
BCCH |
Każda ramka, osobno
dla każdego sektora |
|
FCH |
BPSK r=½ |
x * 216 |
DL |
FCCH |
Każda ramka, osobno
dla każdego sektora w który są transm. dane |
|
ACH |
BPSK r=½ |
72 |
DL |
RFCH |
Każda ramka, osobno dla
każdego sektora |
|
LCH |
wg. FCCH |
432 |
DL |
RBCH, DCCH, UDCH, UBCH,
UMCH |
Zmienne |
|
DiL |
RBCH, DCCH, UDCH, UBCH,
UMCH |
||||
|
UL |
DCCH, UDCH, |
||||
|
SCH |
wg. FCCH |
72 |
DL |
LCCH, RBCH, DCCH |
Zmienne |
|
DiL |
LCCH, RBCH, DCCH |
||||
|
UL |
LCCH, DCCH |
||||
|
RCH |
BPSK r=½ |
72 |
UL |
DCCH, LCCH, ASCH |
max 31, przynajmniej 1 na sektor |
Poniżej umieszczam szczegółowe informacje na temat kanałów transportowych.
Kanał BCH (Broadcast Channel) przenosi dane logicznego kanału BCCH. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Jest wysyłany zawsze z prędkością 6 Mbit/s, kodowany BPSK ze sprawnością kodera splotowego równą ½. Kanał ten jest identyfikowany poprzez występowanie na początku ramki MAC, choć w przypadku sieci wielosektorowej wysyłane jest tyle kanałów BCH, ile sektorów, począwszy od sektora 0. Kanał BCH ma rozmiar 120 bitów.
Kanał BCH jest poprzedzony 16-sto mikro-sekundową preambułą opisaną w zaleceniu HIPERLAN/2 w części dot. Warstwy fizycznej. Kanały BCH są wysyłane cyklicznie, dokładnie co 2 ms.
Kanał FCH (Frame Channel) przenosi dane logicznego kanału FCCH. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktu AP/CC oraz terminali. Jest wysyłany zawsze z prędkością 6 Mbit/s, kodowany BPSK ze sprawnością kodera splotowego równą ½. W przypadku używania pojedynczego sektora kanał FCH jest identyfikowany poprzez miejsce występowania w ramce MAC. Natomiast, gdy używanych jest kilka sektorów, jego początek wskazuje 12-bitowy wskaźnik umieszczony w kanale BCCH przeznaczony dla danego sektora. Kanał FCH jest nadawany natychmiast po ostatnim kanale BCH, jego rozmiar jest zmienny, ale zawsze jest wielokrotnością 27 oktetów. Składa się z bloku elementów IE, w skład którego wchodzą trzy elementy IE, każdy po 8 oktetów oraz z 24-bitowej sumy kontrolnej CRC razem 27 oktetów lub z szeregu następujących po sobie takich układów. Minimalny czas trwania kanału FCH to 36 ms. Jeśli nie ma potrzeby wysyłania żadnego elementu IE to używa się pustych, wypełniających elementów IE, zwanych padding. Podobnie, jeśli liczba elementów IE nie jest wielokrotnością trzech, używa się elementu IE typu padding, do jej uzupełnienia. Dopuszcza się istnienie kanału FCH o zerowej długości tylko w przypadku sieci wielosektorowej, gdy dla danego sektora nie ma żadnych elementów IE. Elementy IE typu padding mogą znajdować się tylko jako ostatnie w kanale FCH. Zawartość elementu IE przedstawia Tabela 20. Format kanału FCH przedstawia Rysunek 2:
|
FCH |
||||||||||||
|
BlokIE |
CRC-24 |
blokIE |
CRC-24 |
............................. |
blokIE |
CRC-24 |
||||||
|
IE1 |
IE2 |
IE3 |
IE1 |
IE2 |
IE3 |
IE1 |
IE2 |
IE3 |
||||
Rysunek
2. Format kanału FCH
Tabela
20. Zawartość
elementu IE
|
Nazwa pola |
Długość |
Przeznaczenie |
|
|
IE-flag |
1 bit |
Zawsze = 1 |
|
|
IE-type |
4 bity |
Typ IE |
Znaczenie |
|
0000 |
RG dla DL |
||
|
0001 |
RG dla UL |
||
|
0010 |
RG dla DiL |
||
|
0011 |
nie wykorzystane |
||
|
0100 |
puste fragmenty ramki |
||
|
0101 |
Wypełnienie |
||
|
0110-1111 |
nie wykorzystane |
||
|
IE Info |
59 bitów |
treść FCCH |
|
|
Razem |
64 |
|
|
Kanał ACH (Access Feedback Channel) przenosi dane logicznego kanału RFCH. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktu AP/CC oraz terminali. Jest wysyłany zawsze z prędkością 6 Mbit/s, kodowany BPSK ze sprawnością kodera splotowego równą ½. W przypadku używania pojedynczego sektora kanał ACH jest umieszczony bezpośrednio po kanale FCH. Natomiast, gdy używanych jest kilka sektorów, jego początek wskazuje 12-bitowy wskaźnik umieszczony w kanale BCCH przeznaczony dla danego sektora wskazujący na początek kanału FCH wraz z długością kanału FCH. Długość kanału ACH wynosi 9 oktetów i ma taki format jak kanał SCH. Identyfikatorem jest wartość 0110 w polu SCH PDU Type.
Kanał LCH (Long transport Channel) przenosi dane użytkowników zawarte w logicznych kanałach UDCH, UBCH i UMCH oraz dane sterujące zawarte w kanałach DCCH i RBCH. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktu AP/CC oraz terminali. Jest wysyłany z prędkością ustaloną w kanale FCCH. Pakiety tego kanału identyfikowane są na podstawie komunikatów RG będących wskaźnikami, umieszczonymi w kanale FCCH. Długość pakietu LCH wynosi 54 oktety. Pierwsze dwa bity (LCH PDU type) identyfikują zawartość pola danych (Payload). Opis ich znaczenia zawiera Tabela 21. Pole danych ma rozmiar 414 bitów. Ostatnie trzy oktety stanowi suma kontrolna CRC-24.
Tabela
21.
Znaczenie pierwszych bitów kanału LCH
|
LCH PDU type |
Znaczenie |
|
00 |
Wiadomość UDCH, UBCH,
UMCH, DCCH lub RBCH * |
|
01 |
(Dummy LCH) |
|
10 |
do wyk. w przyszłości |
|
11 |
do wyk. w przyszłości |
* W
kanale FCCH określone jest, który z powyższych kanałów jest wykorzystany.
Tabela 22. Odwzorowanie kanałów
logicznych w kanał LCH
|
|
nr bitu |
|||||||
|
|
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
oktet 1 |
LCH PDU Type |
|
||||||
|
oktet 2 oktet 51 |
ładunek kanały logiczne |
|||||||
|
oktet 52 |
|
|||||||
|
oktet 53 |
||||||||
|
oktet 54 |
||||||||
Kanał SCH (Short transport Channel) przenosi dane sterujące zawarte w kanałach LCCH, DCCH i RBCH. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktu AP/CC oraz terminali. Jest wysyłany z prędkością ustaloną w kanale FCCH. Pakiety tego kanału identyfikowane są na podstawie komunikatów RG będących wskaźnikami, umieszczonymi w kanale FCCH. Długość pakietu SCH wynosi 9 oktetów. Pierwsze cztery bity oznaczają typ niesionej informacji, ich znaczenie przedstawia Tabela 23, następne 52 bity to właściwa informacja zawarta w niesionym kanale logicznym, ostatnie 16 bitów to suma kontrolna CRC.
Tabela
23.
Znaczenie pierwszych bitów kanału SCH
|
SCH PDU type |
Znaczenie |
|
0000 |
zarezerwowane |
|
0001 |
odp. ARQ |
|
0010 |
odrzucony |
|
0011 |
RR dla UL |
|
0100 |
RLC do i z AP/CC |
|
0101 |
RR dla DiL |
|
0110 |
przeznaczone dla ACH |
|
0111 |
RLC w DM (RBCH, DCCH) |
|
1000 |
szyfrowanie (encryption
seed) DL |
|
1001 |
(Dummy SCH) |
|
1010-1111 |
zarezerwowane |
Tabela 24. Odwzorowanie kanałów
logicznych w kanał SCH
|
|
nr bitu |
|||||||
|
|
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
oktet 1 |
SCH PDU Type |
|
||||||
|
oktet 2 oktet 7 |
pole informacji |
|||||||
|
oktet 8 |
Suma kontrolna |
|||||||
|
oktet 9 |
||||||||
Kanał RCH (Random transport Channel) umożliwia terminalom wysłanie danych sterujących, gdy te nie mają przyznanego żadnego kanału SCH ani LCH. Kanał przenosi dane sterujące zawarte w kanałach ASCH, DCCH oraz umożliwia wysłanie żądań RR dostępu do medium transmisyjnego. Jego obsługa jest obowiązkowa dla punktów AP/CC oraz terminali. Jest wysyłany zawsze z prędkością 6 Mbit/s, kodowany BPSK ze sprawnością kodera splotowego równą ½. Lokalizacja kanałów RCH w ramce MAC ogłaszana jest w kanale BCCH. Występują one zawsze na końcu ramki. Długość kanału RCH wynosi 9 oktetów i ma format jak kanał SCH, ale kanał RCH nie przesyła komunikatów dozwolonych w kanale SCH. Maksymalna ilość kanałów RCH w ramce wynosi 31, minimum to przynajmniej jeden kanał na sektor.
Tabela 25. Wartości pola SCH PDU type dla kanału RCH
|
SCH PDU type |
Znaczenie |
|
0000 |
zarezerwowane |
|
0001 |
zabronione |
|
0010 |
zabronione |
|
0011 |
RR dla UL |
|
0100 |
RLC do AP/CC |
|
0101 |
RR dla DiL |
|
0110 |
zabronione |
|
0111 |
zabronione |
|
1000 |
zabronione |
|
1001 |
zabronione |
|
1010-1111 |
zarezerwowane |
Zasady dostępu do kanału RCH
Kanał RCH służy do przesłania określonych komunikatów w przypadku, kiedy terminal MT nie ma możliwości przesłania tych komunikatów w czasie wyznaczonym przez punkt AP i ogłoszonym za pomocą komunikatu RG. Sytuacja taka może nastąpić na przykład wtedy, gdy terminal nie rozpoczął jeszcze jakiejkolwiek transmisji z punktem AP. Ponieważ moment dostępu do medium transmisyjnego nie jest ogłoszony, może się zdarzyć, że inny terminal w tym samym czasie również będzie próbował uzyskać dostęp i rozpocznie nadawanie. Zatem może dojść do kolizji i w efekcie komunikat RR nie dotrze do punktu AP. O fakcie udanego lub nieudanego dostępu terminal MT dowie się z informacji zawartych w kanale ACH w następnej ramce MAC, jednak nie zapewnia to bezbłędnej ponowionej próby dostępu do kanału. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo, że dwa lub więcej terminale spróbują ponownie nadać komunikat jednocześnie, określono dokładnie zasady użycia kanałów RCH. Zmniejszają one za każdą nieudaną próbą dostępu prawdopodobieństwo, że terminal będzie nadawał w następnej ramce MAC. Dokładnie mówią one, że terminal za pierwszym razem powinien wylosować numer kanału RCH do transmisji wybierając jeden z kanałów RCH dostępnych w najbliższej ramce MAC. Jeśli transmisja się nie powiedzie, to terminale MT losują ponownie numer kanału RCH, ale do losowania wybierają większą z dwóch liczb. Jedna to ilość kanałów RCH w najbliższej ramce, druga to wartość wyliczona poprzez podniesienie liczby dwa do potęgi określonej ilością niepowodzeń. Po pierwszej nieudanej próbie będzie to 2 do potęgi 1, po drugiej próbie 2 do potęgi 2 itd. Jest jeszcze ograniczenie, że wartość do losowania jest ustalona na maksymalną równą 256, w przypadku, gdy ilość niepowodzeń jest większa od siedmiu.
Jeśli wylosowana liczba jest większa od ilości kanałów RCH w
najbliższej ramce, to terminal odejmuje od wylosowanej liczby ilość
występujących kanałów RCH. Sytuacja się może powtarzać kilkukrotnie, aż do
obniżenia wylosowanej liczby do wartości mniejszej lub równej ilości kanałów
RCH w bieżącej ramce. Czyli liczy kolejne kanały RCH tak, jakby były w
jednej ramce. Dla przykładu, jeśli po kolejnym czwartym niepowodzeniu terminal
wylosował z przedziału 1 -24 wartość
Terminal może użyć tylko jednego kanału RCH w czasie trwania ramki MAC.
1.2.4 Postać ramki MAC
Kolejność poszczególnych kanałów transportowych jest ściśle określona. Natomiast czasy ich rozpoczęcia za wyjątkiem kanału BCH mogą się zmieniać w zależności od budowy sieci i ilości transmitowanych danych. Ramki MAC wysyłane są dokładnie co 2 ms. Na początku każdej z nich występuje kanał BCH i to ten kanał wyznacza początek ramki. W przypadku sieci jednosektorowej strukturę ramki przedstawia Rysunek 3.
BCH FCH ACH faza DL faza DiL faza UL x*RCH
Rysunek
3. Postać ramki MAC
W sytuacji, kiedy mamy do czynienia z siecią wielosektorową każda z faz jest powtórzona tyle razy, ile jest sektorów. Kanały BCH, FCH, ACH i RCH są obowiązkowe. Fazy DL, DiL i UL są opcjonalne. Z tego powodu ramka może występować w ośmiu wariantach:
BCH FCH ACH faza DL faza DiL faza UL x*RCH
BCH FCH ACH faza DL faza DiL x*RCH
BCH FCH ACH faza DL faza UL x*RCH
BCH FCH ACH faza DL x*RCH
BCH FCH ACH faza DiL faza UL x*RCH
BCH FCH ACH faza DiL x*RCH
BCH FCH ACH faza UL x*RCH
BCH FCH ACH x*RCH
W fazach DL, DiL oraz UL transmitowane są kanały SCH i LCH.
Wszystkie wskaźniki zawierające czas rozpoczęcia wskazywanej transmisji (nazwanej pointer to ..........) stanowią liczbę jednostek czasu, jaka upłynęła od początku preambuły emitowanej przez punkt AP przed transmisją pierwszego kanału BCH. Jednostki te mają wielkość 400 ns. Wskaźniki wskazują zawsze na początek konkretnego pakietu LCH lub SCH, którego dotyczą.
|
Preambuła |
BCH |
Chwila, od której jest liczony czas
Rysunek 4. Początek ramki MAC
Przed każdą transmisją do nowego adresata punkt AP/CC i terminal MT mają obowiązek nadać odpowiednią preambułę.
Ponieważ terminale znajdują się w różnych miejscach, a także ich nadajniki potrzebują trochę czasu, aby rozpocząć i zakończyć transmisję, pomiędzy poszczególnymi transmisjami, w celu zapewnienia niezawodnej pracy, ustalono pewne odstępy czasu zwane okresami ochronnymi (space guard). Określono następujące odstępy:
Odstęp RCH guard space występujący pomiędzy kanałami RCH w ramach jednego sektora może być jedną z wartości: 2,0 ms, 800 ns, 2000 ns, 10000 ns. W kanale BCH ogłaszane jest, który z tych czasów obowiązuje.
Odstęp sector switch guard space występujący pomiędzy emisjami w różnych sektorach wynosi 800 ns.
Odstęp guard space występujący pomiędzy transmisjami różnych terminali MT w fazach UL i DiL wynosi 2,0 ms.
Określono również minimalny czas pomiędzy kanałem ACH a fazą UL, który domyślnie wynosi 1024 ms, ale terminal MT może poprosić o jego zmianę. Pozostałe możliwe wartości czasów odstępu pomiędzy kanałem ACH i fazą UL wynoszą w ms 0, 16, 32, 64, 128, 256 oraz 512. Jeśli występuje faza DiL, to powyższe czasy stosują się do niej.
Każde z urządzeń musi umieć rozpocząć odbiór po czasie nie większym niż 6 ms od momentu zakończenia nadawania przez inne urządzenie.
1.2.5 Adresacja w sieci Hiperlan / 2
Każdy z terminali w sieci Hiperlan 2 posiada 8-bitowy adres (MAC ID), przydzielony przez punkt AP za pomocą procedury RLC. Należy zwrócić uwagę, że adresy 0 i 224 do 255 są zarezerwowane na potrzeby transmisji rozgłoszeniowych typu broadcast i multicast. Sama sieć posiada również swój identyfikator (NET ID), który powinien być taki sam dla wszystkich punktów AP w danej sieci. Identyfikator ma rozmiar 10 bitów i został podzielony na dwa zakresy: 0-959 do użytku swobodnego, oraz 960-1023 zarezerwowany do użytku dla systemów publicznych.
Każdy z punktów AP posiada swój identyfikator (AP ID) o długości 10 bitów, który powinien być unikalny na danym terenie. Istnieje również numeracja sektorów o pojemności 8 (3 bity). Numery sektorów powinny być używane jak najniższe. W przypadku sieci jednosektorowej identyfikator powinien wynosić zero.
1.2.6 Protokół dostępu do sieci
Protokół dostępu do sieci (MAC protocol) opiera się na powyżej opisanych komunikatach. Zadaniem warstwy MAC jest odpowiednie zbudowanie ramek, aby transmisja z podziałem czasu odbywała się bez zakłóceń. Aby to zadanie mogło być zrealizowane, konieczne jest by wszystkie elementy sieci (punkty AP/CC i terminale MT) nadawały i odbierały sygnały zgodnie z tym, co zostało ogłoszone w kanałach sygnalizacyjnych. Oczywiście nie będzie to możliwe jeśli punkt AP/CC nie przygotuje i ogłosi odpowiednich informacji.
Aby transmitować dane, terminal musi zażądać dostępu poprzez wysłanie komunikatu RR. W wyniku tego otrzymuje pozwolenie w postaci komunikatu RG. Ten prosty schemat został uzupełniony o możliwość uzgodnienia, na potrzeby konkretnego połączenia (DUC DLC User Connection), pomiędzy punktem AP a terminalem MT, stałego zapotrzebowania na pasmo (Fixed capacity agreement). Na przykład istnieje możliwość przydzielenia jednego lub kilku pakietów SCH lub LCH co kilka ramek MAC. Polega to na tym, że po ustaleniu (setup) konkretnego połączenia punkt AP oczekuje na komunikat RR. Terminal MT wysyła taki komunikat z ustawionym żądaniem ilości pakietów SCH i LCH na zero, co oznacza zajęcie zasobów na potrzeby tego połączenia. Od tego momentu terminal MT będzie otrzymywał ustaloną wcześniej liczbę pakietów SCH i LCH bez dodatkowego wysyłania komunikatów RG. Oprócz tego drobnego zysku, ustanowienie stałego zapotrzebowania na pasmo daje gwarancję dostępności tego pasma przez cały czas trwania transmisji. Jest to ważne dla systemów czasu rzeczywistego i transmisji głosu np. w telefonii. W każdej chwili podczas trwania takiego połączenia, jeśli zajdzie taka potrzeba, terminal MT może dodatkowo zamówić za pomocą komunikatów RR dodatkowe niezbędne pakiety LCH lub SCH.
Zadaniem podziału czasu dostępnego w poszczególnych ramkach zajmuje się proces schedulera działający w punkcie AP. W dalszej części pracy będę posługiwał się angielskojęzyczną nazwą, gdyż takiej się zwyczajowo używa. Na jego działanie wpływają nadchodzące komunikaty żądań od terminali. Aby zapewnić prawidłową pracę, muszą one, oprócz konkretnych żądań dostępu, informować o stanie buforów w terminalach. Sam scheduler musi także przestrzegać zaleceń normy. Zalecenia te nie precyzują szczegółowo zasad jego działania, wyznaczają tylko najważniejsze i dość ogólne reguły, którymi powinien posiłkować się projektant punktu AP tworzący algorytm schedulera.
Podczas kompozycji ramki i rozdziału zasobów, scheduler w punkcie AP powinien znać stan zapełnienia buforów punktu AP i w terminalach i brać te informacje pod uwagę. Zasoby powinny być przydzielane zgodnie z odbieranymi komunikatami RR i być sprawiedliwie podzielone pomiędzy wszystkich użytkowników. Oczywiście zapewnione musi być pasmo dla ustanowionych już połączeń ze stałą przepływnością.
W czasie trwania faz UL oraz DL wszystkie pakiety SCH i LCH od jednego terminale MT powinny być wysłane w jednej grupie. W przypadku fazy DiL grupowanie takie powinno zostać dokonane w ramach transmisji pomiędzy poszczególnymi parami korespondujących terminali MT. Jeśli wystąpi znaczna ilość nieudanych dostępów do kanałów RCH, punkt AP/CC powinien, jeśli to możliwe, zwiększyć ilość tych kanałów.
Wskaźniki (pointer to.....) występujące, jako pola w poszczególnych komunikatach RG, powinny wskazywać na początek konkretnego pakietu SCH lub LCH. Zatem, jeśli jest wyznaczany wskaźnik dla terminala MT, który nie rozpoczął transmisji, powinien być on odsunięty od poprzedniej transmisji o niezbędny czas dla preambuły i odpowiedniego okresu ochronnego. Podczas obliczania czasu, jaki zajmie transmisja należy uwzględnić czasy ewentualnej preambuły oraz okresów ochronnych, jakie będą musiały wystąpić. W fazie DL, punkt AP/CC nie stosuje okresów ochronnych, ale zawsze wysyła preambułę, jeśli zmienił się adresat transmisji.
Zalecenie przewiduje następujące zadania dla poszczególnych urządzeń: punkt AP/CC powinien zaplanować rozkład ramki, przygotować i wysłać kanały BCH, FCH oraz ACH. Jeśli istnieje taka potrzeba, to przesyła w fazie DL dane z kanałów logicznych. Odbiera dane z terminali w fazie UL oraz odbiera i przetwarza transmisję z kanałów RCH. Terminal MT ma za zadanie odebranie kanałów BCH, FCH i przetworzenie zawartych tam informacji. Jeśli w poprzedniej ramce MAC używał kanałów RCH, musi również odebrać i przetworzyć informacje zawarte w kanale ACH. Ocenia, które z informacji są dla niego istotne, a następnie stosuje się do nich. Odbiera informacje nadawane w fazie DL i DiL jeśli taka występuje. Terminal MT wysyła dane w fazie UL i/lub DiL, jeśli taka występuje zgodnie z informacjami RG, jakie wysłał punkt AP w kanale FCH. Terminal MT może wysłać również informacje w kanałach RCH.
1.2.7 Kontrola i korekcja błędów
Informacje o występujących błędach w transmisji powinny być zawarte w komunikatach RR lub Discard. Przeznaczone do tego celu jest pole nazwane error indication. Dwa bardziej znaczące bity tego pola wskazują przyczynę wystąpienia błędów (zostały one nazwane Error Reason Bits), trzeci bit opisuje ogólną jakość kanału (został nazwany Channel Quality Bit). Jeśli ma on wartość zero, oznacza to dobrą jakość, jedynka złą.
Wyróżnione zostały trzy tryby korekcji błędów:
- Tryb z potwierdzeniami (acknowledged mode), który zapewnia niezawodną transmisję. Można w nim użyć retransmisji w celu poprawy jakości połączenia. Niskie opóźnienia są zapewnione poprzez użycie mechanizmu odrzuceń (discard).
- Tryb z powtórzeniami (repetition mode), zapewniający niezawodną transmisję poprzez powtarzanie pakietów LCH.
- Tryb bez potwierdzeń (unacknowledged mode) nie zapewniający ochrony przed błędami, ale nie powodujący opóźnień.
Nie wszystkie kanały logiczne mogą korzystać z wszystkich dostępnych trybów pracy. Kanały UDCH mogą używać trybów z potwierdzeniami i bez potwierdzeń. Wybór odbywa się podczas ustanawiania połączenia. Dane z kanałów DCCH i RBCH wysyłane w pakietach LCH oraz dane z kanałów UMCH muszą używać trybu bez potwierdzeń, natomiast dane z kanału UBCH mogą wykorzystywać tryby bez potwierdzeń lub z powtórzeniami. W przypadku gdy istnieje wiele warstw konwergencji możliwe jest użycie przez pakiety kanałów UBCH różnych metod korekcji błędów.
Wykrywanie błędów transmisji na poziomie warstwy MAC odbywa się za pomocą obliczenia i porównania sumy kontrolnej CRC. Aby wyliczyć sumę kontrolną CRC należy do rejestru przesuwnego z wszystkimi bitami ustawionymi na 1 wprowadzić wiadomość począwszy od najbardziej znaczącego bitu, czyli w kolejności nadawania.
Wielomiany opisujące rejestr przesuwny:
CRC-16: x16 + x12 + x8 + x7 + x6 + x3 + x + 1
CRC-24: x24 + x10 + x9 + x6 + x4 + x3 + x + 1
Rysunek 5 przedstawia schemat rejestru wyliczającego sumę CRC-16:
Rysunek 5.
Schemat rejestru wyliczającego sumę CRC-16
Poniżej chciałbym przybliżyć działanie sieci w kontekście kontroli błędów.
Tryb z potwierdzeniami
Tryb z potwierdzeniami może być wykorzystywany przez połączenia użytkowe. W tym trybie ochrona przed błędami ma za zadanie:
- obliczać i sprawdzać sumy kontrolne CRC w pakietach LCH,
- wykrywać brakujące pakiety LCH, (których brak może być spowodowany nie nadejściem pakietu lub odrzuceniem go z powodu błędu sumy kontrolnej CRC)
- porządkować pakiety LCH po retransmisji spowodowanej mechanizmem ARQ (Automatic Repeat reQuest), by dotarły w odpowiedniej kolejności do warstwy konwergencji,
- generować i analizować wiadomości ARQ
- generować i odpowiednio stosować wiadomości discard.
Tryb z potwierdzeniami muszą obsługiwać wszystkie terminale MT, a w przypadku punktu AP/CC jest to opcjonalne.
Aby możliwe było wykrycie brakujących pakietów LCH znajduje się w nich pole SN, które dla każdego pakietu zwiększane jest o jeden. Jego wielkość wynosi 10 bitów, dlatego numer sekwencyjny liczony jest modulo 210. Rozmiar okna kontroli przepływu jest zmienny i jest ustalany podczas zestawiania połączenia. Jego rozmiar może wynosić 32, 64, 128, 256 oraz maksymalnie połowa numeru sekwencyjnego, czyli 512.
Wiadomość zwrotna ARQ feedback zawiera w polach bit map informacje o tym, które z pakietów LCH były błędne właśnie posługując się numerami sekwencyjnymi. Do dyspozycji są trzy pary pól. BMN, i BMB oznaczone kolejnymi cyframi.
Cała przestrzeń możliwych 1024 numerów sekwencyjnych została podzielona na odrębne bloki. Każdy z bloków zawiera osiem numerów sekwencyjnych, zatem aby zaadresować taki blok potrzebne jest siedem bitów. Tabela 26 zawiera kilka wybranych bloków wraz z numerami sekwencyjnymi, które obejmują.
Tabela
26. Kilka wybranych bloków wraz z numerami sekwencyjnymi
|
Numer bloku |
Zawarte w bloku nr
sekwencyjne |
|
0 |
0-7 |
|
1 |
8-15 |
|
.... |
..... |
|
19 |
152-159 |
|
.... |
..... |
|
126 |
1008-1015 |
|
127 |
1016-1023 |
Jeśli wystąpi błąd w transmisji, to w komunikacie ARQ w polu
BMN1 zawarty jest numer bloku zawierającego numer seryjny błędnego pakietu LCH.
Dokładne wskazanie zawarte jest w bitmapie przesłanej w polu BMB1. Najbardziej
znaczący bit oznacza najmniejszy numer seryjny należący do bloku. Na przykład,
jeśli wystąpi błąd w pakiecie LCH o numerze seryjnym 157 to w polu BMN
będzie wartość
Pole BMN1 ma rozmiar siedmiu bitów i może całkowicie pokryć dostępną przestrzeń numerów seryjnych. Wartość w nim zawarta jednoznacznie wskazuje blok, w którym wystąpił błąd. Pola BMN2 i BMN3 są pięciobitowe i muszą być odczytane wraz z polem BMN1. Wskazują one ile bloków dalej wystąpił następny błąd. Aby uzyskać wartość wskazywanego pola, do wartości w polu BMN2 należy dodać wartość z pola BMN1, do wartości w polu BMN3 należy dodać liczbę z pól BMN1 i BMN2.
Oprócz obsługi błędów sieć pracująca w trybie połączeniowym potrzebuje mechanizmu potwierdzania prawidłowo odebranych pakietów. Tym zagadnieniem zajmują się również funkcje obsługi błędów. Możliwe jest by odbiornik potwierdził prawidłowy odbiór wielu pakietów LCH jednocześnie. Może to zrobić poprzez ustawienie bitu CAI w wiadomości ARQ feedback, co oznacza, że wszystkie pakiety LCH, aż do pierwszego błędnego zawartego w polu BMB1, są potwierdzane pozytywnie. Potwierdzenie pozytywne powoduje aktualizacje zmiennej opisującej dolną granicę okna kontroli przepływu. Oprócz ustalenia wielkości okna, procedura kontroli przepływu może sterować ruchem za pomocą bitu FC. Jeśli strona nadająca otrzyma komunikat z ustawionym bitem FC powinna się wstrzymać z nadawaniem. Może jedynie wysłać te pakiety LCH, które mają niższy numer seryjny od największego pozytywnie potwierdzonego w poprzednim komunikacie ARQ. W przypadku użycia bitu kontroli przepływu nie jest dozwolone łączne potwierdzanie (cumulative ACK).
Tryb bez potwierdzeń
Tryb bez potwierdzeń jest używany przez kanały UMCH, RBCH wysyłane w pakietach LCH oraz kanały DCCH wysyłane w pakietach LCH i może być wykorzystywany przez kanały UBCH i UDCH. W tym trybie funkcje ochrony przed błędami mają za zadanie:
- obliczać i sprawdzać sumy kontrolne CRC w pakietach LCH,
- porządkować pakiety LCH, by dotarły w odpowiedniej kolejności do warstwy konwergencji lub warstwy kontroli łącza, w zależności, który logiczny kanał jest zawarty w odebranym pakiecie LCH.
Tryb nie zapewnia korekcji błędów.
Tryb z powtórzeniami
Tryb z powtórzeniami może być wykorzystywany przez kanał UBCH. W tym trybie ochrona przed błędami ma za zadanie:
- obliczać i sprawdzać sumy kontrolne CRC w pakietach LCH,
- wykrywać brakujące pakiety LCH, (których brak może być spowodowany nie nadejściem pakietu lub odrzuceniem go z powodu błędu sumy kontrolnej CRC)
- manipulować pakietami LCH by dotarły w odpowiedniej kolejności do warstwy konwergencji,
- generować i odpowiednio stosować wiadomości discard.
Każdy terminal MT musi potrafić obsłużyć ten tryb pracy jako odbiornik. Dla punktu AP/CC w obu kierunkach i terminali MT podczas nadawania nie jest wymagana. To, czy użyć trybu z powtórzeniami decyduje producent urządzenia. Zadaniem terminala MT nadającego jest wysyłanie kolejnych pakietów LCH, terminal MT może samodzielnie powtórzyć pakiet LCH.
W trybie z powtórzeniami używa się również numerów sekwencyjnych SN (Sequence Number). Rozmiar okna kontroli przepływu jest zmienny i jest ustalany podczas zestawiania połączenia. Rozmiar okna może wynosić 32, 64, 128, 256. Ustala się również zakres akceptacji wynoszący 512. Zakres ten pozwala na zapisanie w buforze pakietów LCH o numerze SN wybiegającym poza okno kontroli przepływu, gdy doszło do błędnego odbioru wielu pakietów LCH. Odbiornik po otrzymaniu LCH powinien sprawdzić sumę kontrolną CRC. W przypadku błędu odrzuca ramkę, w przypadku powodzenia zapisuje w buforze, jeśli się mieści w zakresie akceptacji. Gdy numer pakietu LCH mieści się w oknie, modyfikuje granice okna.
1.2.8 Szyfrowanie w sieci
Ponieważ sieć Hiperlan jest siecią radiową, szczególnego znaczenia nabiera zabezpieczenie transmisji przed utratą poufności i przed dostępem do niej przez nieautoryzowane urządzenia. Tę funkcjonalność zapewniają mechanizmy wbudowane w sieć związane z szyfrowaniem.
Możliwe jest zaszyfrowanie kanałów UDCH, UMCH, UBCH oraz DCCH przesyłanych w pakietach LCH. Może być ono rozpoczęte od razu po wymianie kluczy kryptograficznych. W przypadku użycia transmisji typu multicast i broadcast, rozpoczęcie szyfrowania możliwe jest, gdy zostanie wcześniej ustanowione szyfrowane połączenie typu unicast. Dostępne są dwa algorytmy szyfrowania: DES i potrójny DES. Różnią się złożonością obliczeniową i dlatego zapewniają inny poziom zabezpieczeń. Obsługa DES jest obowiązkowa dla punktu AP/CC oraz terminali MT, w przypadku drugiego algorytmu obsługa jest opcjonalna.
Algorytm DES jest szyfrem symetrycznym, to znaczy do szyfrowania i deszyfrowania używa się tego samego klucza. Szczegółowy opis algorytmu DES jest publicznie dostępny. Oznacza to, że DES nie jest algorytmem ograniczonym i prawdopodobnie nie zawiera tzw. ukrytych drzwi (tak określa celowo zostawione przez twórców luki w algorytmie szyfrującym, pozwalające na częściowe lub całkowite złamanie tego szyfru bez znajomości klucza). Ponadto publikacja algorytmu umożliwia wielu ludziom analizę jego słabości na podstawie znajomości jego działania. DES jest szyfrem blokowym, tzn. szyfruje bloki 64 bitów, przy czym szyfrogram ma taką samą długość, co tekst jawny. Do szyfrowania DES używa klucza długości 56 bitów. W odniesieniu do DES nie zostały opublikowane żadne prace dające tej metodzie solidne podstawy matematyczne. Jednak trzeba dodać, że algorytm ten został poddany ponad 20-letnim intensywnym badaniom, które nie zagroziły znacząco zastosowaniu tej metodzie w praktyce. Odkryto jedynie, że niektóre klucze nie powinny być używane. Niestety teraz szyfrowanie 56-cio bitowym kluczem w wielu sytuacjach może okazać się zbyt mało skomplikowane obliczeniowo. Dlatego, w celu zapewnienia wysokiej poufności wprowadzono modyfikację polegającą na odszyfrowaniu zakodowanej wiadomości innym kluczem, a następnie zaszyfrowaniu jej ponownie za pomocą kolejnego klucza. Dlatego też algorytm ten nazwano potrójnym DES. W rezultacie takiego działania wzrosła siła szyfrowania, jakby zastosowano znacznie dłuższy klucz.
Algorytm szyfrowania jest następujący: Tekst jawny > Permutacja początkowa > 16 identycznych cykli algorytmu > Permutacja końcowa > Szyfrogram. Dokładniej algorytm szyfrowania DES przedstawia Rysunek 6.
Oznaczenia:
L(i) - lewa część danych w i-tym cyklu,
R(i) - prawa część danych w i-tym cyklu,
K(i) - 48 bitowy klucz dla i-tego cyklu,
f funkcja szyfrująca.
Rysunek
6. Algorytm
szyfrowania DES
Permutacja początkowa powoduje przemieszanie się bitów w bloku zgodnie z tabelą (liczba w komórce tablicy określa docelowe miejsce bitu po permutacji). Permutacja końcowa jest operacją odwrotną. Poniżej (Tabela 27) znajdują się tablice opisujące permutację i sposób numeracji zawartych w nich pól:
Tabela 27. Permutacja
początkowa algorytmu DES
58 50
42 34 26 18
10 2
60 52
44 36 28
20 12 4
62 54
46 38 30
22 14 6
64 56
48 40 32
24 16 8
57 49
41 33 25
17 9 1
59 51
43 35 27
19 11 3
61 53
45 37 29
21 13 5
63 55
47 39 31
23 15 7
Jeśli B=IP(A), to 1-szy bit B = 58 bit A, 2-gi bit B= 50 bit A itd.
Tabela 28. Permutacja
końcowa algorytmu DES
40 8
48 16 56
24 64 32
39 7
47 15 55
23 63 31
38 6
46 14 54
22 62 30
37 5
45 13 53
21 61 29
36 4
44 12 52
20 60 28
35 3
43 11 51
19 59 27
34 2
42 10 50
18 58 26
33 1
41 9 49
17 57 25
Po zastosowaniu permutacji początkowej blok 64 bitów podzielony zostaje na dwa bloki po 32 bity nazwane L i R. Blok prawy zostaje zapisany jako blok lewy do następnego cyklu. Bity bloku lewego zostają poddane sumie modulo 2 (xor) z odpowiadającymi im bitami pobranymi z wyjścia funkcji szyfrującej f, a następnie zapisane jako blok prawy do następnego cyklu szyfrowania. W każdym cyklu funkcja szyfrująca używa innego klucza oznaczonego K1 do K16. Klucze te są obliczane na podstawie 56 bitowego klucza, którym ma być zaszyfrowana wiadomość. Jest on dzielony na dwie 28 bitowe połowy. W każdym kroku bity w tych połówkach są przesuwane w lewo. Z prawej strony uzupełniane są najstarszym bitem sprzed przesunięcia (przesuwanie z zawracaniem). Ilość przesunięć opisuje poniższa tabela:
Cykl: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Liczba przesunięć: 1 1 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
Dalej do wyliczenia 48-bitowego klucza łączy się 28 bitowe połówki i wybiera się bity wg poniższej tabeli. Ponieważ w operacji tej dokonuje się zmiany porządku występowania bitów, jak również wyboru podciągu bitów, zatem nosi ona nazwę permutacji z kompresją lub permutowanego wyboru.
Tabela 29. Permutacja z kompresją
14
17 11 24
1 5 3
28 15 6
21 10
23
19 12 4
26 8 16
7 27 20
13 2
41
52 31 37
47 55 30
40 51 45
33 48
44
49 39 56
34 53 46
42 50 36
29 32
Tak przygotowany 48-bitowy klucz wraz z 32-bitową porcją danych R(i) stanowią dane wejściowe do funkcji szyfrującej f. O od jej działania zależy siła algorytmu. Poniższy rysunek przedstawia schemat działania funkcji.
Rysunek 7. Funkcja szyfrująca
Na samym początku 32-bitowa porcja danych zostaje poddana permutacji z rozszerzeniem. W permutacji tej prawa połowa danych R(i) jest rozszerzana z 32 do 48 bitów. Ponieważ operacja ta zmienia kolejność bitów, a niektóre bity są powtarzane, więc jest znana jako permutacja z rozszerzeniem. Operacja ta ma na celu dostarczenie ciągu o tej samej długości, co ciąg klucza. Pozwalając jednemu bitowi wpływać na dwa podstawienia, uzyskuje się to, że zależność bitów wyjściowych od bitów wejściowych szybciej się rozprzestrzeniała. Innymi słowy chodzi o to, by dwa szyfrogramy danych, różniące się tylko jednym bitem, różniły się od siebie dość znacznie. Jest to nazywane efektem lawinowym. Wiele elementów projektu DES zaprojektowanych jest, by jak najszybciej osiągnąć stan, w którym każdy bit szyfrogramu zależy od każdego bitu tekstu jawnego i każdego bitu klucza.
Tabela 30. Tabela peracji
podstawień permutacji z rozszerzeniem
32
1 2 3
4 5 4
5 6 7
8 9
8
9 10 11
12 13 12
13 14 15
16 17
16
17 18 19
20 21 20
21 22 23
24 25
24
25 26 27
28 29 28
29 30 31
32 1
Po rozszerzeniu bloku danych ma on długość równą długości
klucza. Poszczególne bity z obu źródeł są poddawane operacji xor. Wynik o
długości 48 bitów jest dzielony na osiem bloków 6-bitowych.Każdy oddzielny blok
ciągu bitów jest przetwarzany przez oddzielny S-blok: blok 1 jest przetwarzany
przez S-blok 1, blok 2 przez S-blok 2 itd. Każdy S-blok jest opisany w postaci
tabeli złożonej z 4 wierszy i 16 kolumn. Każdy element tej tabeli jest 4 bitową
liczbą. Sześć bitów wejściowych S-bloku określa, w którym wierszu i w której
kolumnie należy szukać ciągu wyjściowego. S-bloki realizują operacje nieliniowe
i bardziej niż cokolwiek innego zapewniają bezpieczeństwo dawane przez
DES. Wynikiem tej fazy jest 8 4-bitowych bloków, które łącznie tworzą
pojedynczy blok 32-bitowy. Blok ten jest przesuwany do następnego etapu:
permutacji
w P-bloku. Jest to zwyczajna permutacja opisana poniższą tabelą:
Tabela 31. Permutacja w
P-bloku
16 7
20 21 29
12 28 17
1 15 23 26 5
18 31 10
2
8 24 14
32 27 3
9 19 13
30 6 22
11 4 25
Algorytm jest tak skonstruowany, że deszyfracja polega na wykonaniu takich samych operacji jak podczas szyfrowania. Jedyną różnicą jest konieczność zastosowania podkluczy w odwrotnej kolejności.
1.3 Warstwa fizyczna sieci Hiperlan 2
W warstwie fizycznej transmisja danych odbywa się za pomocą modulacji OFDM. Aby dostosować odporność sygnału na zakłócenia do aktualnego stanu kanału i jednocześnie przesyłać dane z największą możliwą prędkością, wprowadzono szereg dozwolonych prędkości, różniących się stopniem ochrony przed błędami oraz sposobem modulacji poszczególnych podnośnych sygnału OFDM. Możliwe parametry sygnału przedstawia Tabela 1 na stronie 8.
Pojedynczy symbol OFDM trwa 4 ms (można go skrócić do 3,6 ms), w czasie tego symbolu mogą być przesłane różne ilości danych. Tabela 32 przedstawia, ile symboli OFDM potrzeba do przesłania poszczególnych ramek kanałów transportowych.
Tabela 32. Ilość symboli OFDM potrzebnych do przesłania ramek
kanałów transportowych
|
Szybkość transmisji |
BCH |
FCH* |
ACH |
RCH |
SCH |
LCH |
|
6 Mbit/s |
5 |
9 |
3 |
3 |
3 |
18 |
|
9 Mbit/s |
- |
- |
- |
- |
2 |
12 |
|
12 Mbit/s |
- |
- |
- |
- |
- |
9 |
|
18 Mbit/s |
- |
- |
- |
- |
1 |
6 |
|
27 Mbit/s |
- |
- |
- |
- |
- |
4 |
|
36 Mbit/s |
- |
- |
- |
- |
- |
3 |
|
54 Mbit/s |
- |
- |
- |
- |
- |
2 |
* najkrótsze FCH (3 IE, 217 bit).