Struktur und MAC von Wireless MESH-Networks nach IEEE 802.16a

Das Maschennetz als Alternative zur sternförmigen Struktur

Das Maschennetz ist eine wichtige Alternative zu der sternförmigen Struktur aus BS und SSs. In einem Maschennetz kann es zwar BS geben, die die gleichen Steuerungsfunktionen durchführen wie die BS in einem System auf 10 bis 66 GHz und gleichzeitig Anschlüsse zu Backhaul-Netzen mit ATM oder IP haben, sie sind aber nicht zwingend. Ist keine BS vorhanden, müssen sich die benachbarten SSs mit einem verteilten Scheduling Verfahren selbst arrangieren.

Solche Verfahren gibt es zuhauf und sie alle haben die gleichen Qualitäten wie zentralisiertes Scheduling. Das Konzept der erweiterten Nachbarschaft hilft hierbei, gegenseitige Störungen in größeren Gebilden zu unterdrücken. Grundsätzlich wird mit TPC das Signal einer SS so eingestellt, dass sie nur die Knoten in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft direkt erreichen kann. Ein Knoten, der „drei Hops“ weit entfernt ist, kann das Signal mit Sicherheit nicht mehr empfangen und demnach die gleiche Frequenz wieder für Sendung und Empfang nutzen.

Ein verteiltes Scheduling über den Wirkungsbereich von zwei Hops (erweiterte Nachbarschaft) ist demnach ausreichend für die Sicherstellung einer Überlappungsfreiheit bei gleichzeitiger Flächendeckung. Jede Station muss einer einzigen Nachbarschaft eindeutig zugeordnet werden. Dieses Konzept ist an und für sich zweidimensional. Durch DFS kann aber gar nichts passieren, wenn man zwei „Maschenflächen“ übereinanderlegt.

Eine technische Besonderheit von 802.16a ist, dass für die Maschentechnologie eine PHY vorgesehen ist, die nicht mit generellem Zeitmultiplex arbeitet, sondern eine Abbildung der Kanäle auf OFDM-Unterkanalgruppen vornimmt. Damit werden Flexibilität und Skalierbarkeit noch einmal wesentlich erhöht.

802.16a ist eine naheliegende Erweiterung von durch 802.11 vorgegebenen WLAN-Strukturen. Erweitert man einen 802.11 AP um die Fähigkeiten einer 802.16a Maschen-SS bekommt man statt des bisherigen, leicht diffusen Distribution Systems eine geordnete drahtloseInfrastruktur!

In dieser Struktur können alle Endgeräte so bleiben, wie sie sind, z.B. mit Centrino 802.11b-Chips. Ist die WLAN-Zelle nicht zu groß, kann wie gewohnt weitergearbeitet werden. Ab dem AP/SS-Übergabepunkt gibt es QoS. Zu einem späteren Zeitpunkt kann diese investitionssichernde Grundstruktur so erweitert werden, dass Endgeräte mit voller 802.16a Funktionalität in die Masche aufgenommen werden. Dann steht QoS vollumfänglich zur Verfügung. 802.11a,b,g,h,n und 802.16-fähige Endgeräte können so in der gleichen physikalischen Umgebung koexistieren und kooperieren.

Die 2 bis 11 GHz-Bänder stellen eine physikalische Umgebung dar, in der wegen der längeren Wellenlänge auf das Vorhandensein einer direkten Sichtlinie verzichtet werden kann und Multipath-Effekte wichtig sein können. Dadurch benötigt man zusätzliche Funktionen in der PHY, wie weiterentwickelte Mechanismen zur Sendeleistungskontrolle, Interferenzvermeidung und Antennen-Diversity. Die zusätzlichen MAC-Funktionen umfassen die Unterstützung der Maschen-Topologie und ein ARQ-Schema auf Verbindungsbasis.

Für den Bereich 2-11 GHz gibt es drei PHYs: