CDPD

　　CDPD(Cellular digital packet data)，即蜂窩數(shù)字式分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，被人們稱作真正的無線互聯(lián)網(wǎng)。
　　CDPD網(wǎng)是以數(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以蜂窩移動通信為組網(wǎng)方式的移動無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。使用CDPD只需在便攜機上連接一個專用的無線調(diào)制解調(diào)器，即使坐在時速100公里的車廂內(nèi)，也不影響上網(wǎng)。CDPD擁有一張專用的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)，信號不易受干擾，可以上任何網(wǎng)站。與其它無線上網(wǎng)方式相比，CDPD網(wǎng)可達19.2千比特/秒，而普通的GSM移動網(wǎng)絡(luò)為9.6千比特/秒。在數(shù)據(jù)通信安全方面，CDPD在授權(quán)用戶登錄上配置了多種功能，如設(shè)定允許用戶登錄范圍，統(tǒng)計使用者登錄次數(shù)；對某個安全區(qū)域、某個安全用戶特別定義，進一步提高特別用戶的安全性；采用40位密鑰的加密算法，正反信道各不相同，自動核對舊密鑰更換新密鑰，數(shù)據(jù)即使被人竊得，也無法破解。CDPD使用中還有諸多特點：安裝簡便，使用者無需申請電話線或其它線路；通信接通反應(yīng)快捷，如在商業(yè)刷卡中，用MODEM接通時間要20-45秒，而CDPD只要1秒；終端系統(tǒng)分移動、固定兩種，能實現(xiàn)本地及異地漫游。
　　CDPD可以支持移動上網(wǎng)、遠程遙測、車輛調(diào)度、銀行提款、無線炒股、現(xiàn)場服務(wù)、商業(yè)POS系統(tǒng)等等。目前本市已有不少行業(yè)使用了這一業(yè)務(wù)。
　　——浪客金鷹
　　2008年8月3日
　　1 引言
　　隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，無線移動數(shù)據(jù)通信在現(xiàn)代社會人們的流動中悄然興起�，F(xiàn)代便攜機、個人數(shù)字助理機(PDA)等的出現(xiàn)更為無線移動數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)提供了有利條件，因此靈活、方便、高效的無線移動數(shù)據(jù)通信近幾年來在國際上得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用，成為無線通信中的新熱點。其中CDPD(蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)網(wǎng))被公認(rèn)為目前最佳的無線數(shù)據(jù)格式。它是基于現(xiàn)有蜂窩電話網(wǎng)的以數(shù)字分組技術(shù)為基礎(chǔ)、以蜂窩移動通信為組網(wǎng)方式的移動無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。CDPD始于美國，1992年開始研究，1995年中推出第一個商用CDPD網(wǎng)絡(luò)，至今美國已基本實現(xiàn)全國覆蓋。我國1995年開始可行性研究，1996年上海建成試驗網(wǎng)，1997年底原郵電部決定建設(shè)“中國公用無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)”。采用CDPD技術(shù)。本文將詳細(xì)介紹CDPD的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議模型及幀結(jié)構(gòu)。
　　2 CDPD的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　CDPD由以下四部分組成：移動終端系統(tǒng)(MES)、移動數(shù)據(jù)基站(MDBS)、移動數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)(MDIS)和CDPD骨干網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　<img src="http://www.beareyes.com.cn/2/lib/200611/12/001/101557437.jpg">
　　移動終端系統(tǒng)(MES)：它由移動終端和CDPD無線Modem組成，CDPD無線Modem負(fù)責(zé)管理無線鏈路和協(xié)議，通常，移動終端與無線Modem之間的通信采用標(biāo)準(zhǔn)的串口協(xié)議，如：串行網(wǎng)際協(xié)議(SLIP)或點對點協(xié)議(PPP)，MODEM接口有RS?232，PCMCIA和內(nèi)置PCI插槽型。
　　移動數(shù)據(jù)基站(MDBS)：每個基站最多可安裝六塊信道板，每塊信道板為移動終端提供一個19．2kbps的空中接入，使移動終端進行全雙工分組數(shù)據(jù)傳輸，同時它也負(fù)責(zé)頻譜監(jiān)測、頻率管理。它通過一根64kbps幀中繼與交換機相聯(lián)。
　　移動數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)(MDIS)：它由分組服務(wù)器和管理服務(wù)器組成。分組服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分組交換。管理服務(wù)器負(fù)責(zé)用戶帳戶、計費和移動性管理，移動性管理采用Internet標(biāo)準(zhǔn)組織IETF(InternetEngineeringTaskForce)制定的移動IP模式。
　　CDPD骨干網(wǎng)：它由通用的中間系統(tǒng)(IS)組成，它實際上是IP路由器。IS提供無連接的數(shù)據(jù)報業(yè)務(wù)，根據(jù)每個分組的目的地址和當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵Ψ纸M進行路由。CDPD是基于TCP／IP的開放系統(tǒng)，可方便接入Internet，還支持OSI標(biāo)難協(xié)議CLNP(無連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)。
　　3 CDPD的協(xié)議模型
　　MES和MDIS之間的CDPD分層協(xié)議模型如圖2所示。Um接口是CDPD的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層、MAC(媒體接入控制)層、LLC(邏輯鏈路控制)層、SNDCP(子網(wǎng)依賴結(jié)合協(xié)議)層和網(wǎng)絡(luò)層。
　　Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路則負(fù)責(zé)提供空中接口的射頻信道。MES與MDBS間靠一對30kHz的RF信道進行通信，從MDBS至MES的信道稱正向信道，從MES至MDBS的信道稱反向信道，一對正、反向信道形成了一條CDPD信道流。信道流使用的調(diào)制方式為GMSK(相對帶寬BT＝0.5)，調(diào)制速率為19．2kb／s。物理層還與無線資源管理實體(RRME)相接口，通過這個接口，RRME對RF信道對、傳輸功率電平和物理鏈路的通斷進行控制，并檢測RF信道信號電平和估算它的通信能力。
　　MAC為媒體接入控制層。MAC層的主要作用是定義和分配空中接口的CDPD邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享。CDPD的邏輯信道分廣播信道和點對點業(yè)務(wù)信道，廣播信道又分為控制和管理兩種，控制信道用于廣播控制信息，管理信道用于廣播無線資源管理信息(如：信道流識別參數(shù)、小區(qū)配置參數(shù)、信道接入?yún)��?shù)和信道質(zhì)量評估參數(shù))。點對點業(yè)務(wù)信道用于單個MES與其服務(wù)MDIS間的信息傳輸。每個邏輯信道都分配了一個叫臨時設(shè)備識別號(TEI)的信道號，TEI＝1為廣播控制信道，TEI＝0為廣播管理信道，TEI＝16至227?1分配給點對點業(yè)務(wù)信道，它在點對點數(shù)據(jù)鏈路連接建立之前，分配給與這次連接相對應(yīng)的MES，該MES就用分配的TEI值發(fā)送并接收包含指定TEI值的幀。MAC層通過一個依賴于執(zhí)行的接口與RRME通信，通過這個接口MAC層通知RRME，它是否與當(dāng)前所選的正向信道同步，并給RRME傳遞有關(guān)所收到比特和塊錯誤數(shù)的狀態(tài)信息，因此，RRME可評估一條給定CDPD信道的接收能力，并提供無線資源管理功能。
　　LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于ITU?T建議Q．920和Q．921的無線鏈路協(xié)議，稱為移動數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(MDLP)，在MES內(nèi)實現(xiàn)的MDLP與位于它的服務(wù)MDIS中的對等MDLP通信。LLC層負(fù)責(zé)在高層SNDCP(子網(wǎng)依賴結(jié)合協(xié)議)層的SNDC數(shù)據(jù)單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。另外LLC可以實現(xiàn)一點對多點的尋址和數(shù)據(jù)的重發(fā)控制。
　　MDBS中的LLR層是邏輯鏈路轉(zhuǎn)送層。這一層負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)送MES和MDIS之間的LLC幀。LLR層對于MDLP數(shù)據(jù)單元來說是完全透明的，即不負(fù)責(zé)處理MDIP數(shù)據(jù)。
　　SNDCP層為子網(wǎng)依賴結(jié)合層。它的作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包、數(shù)據(jù)壓縮，確定TCP／IP地址和加密方式，提供SNDCP頂層多個網(wǎng)絡(luò)層實體的復(fù)接。MES和MDIS間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個或多個NPDU(網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元)數(shù)據(jù)包單元。NPDU數(shù)據(jù)包單元生成后被放置到LLC幀內(nèi)。
　　網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議為TCP／IP和X..25協(xié)議。
　　4 CDPD的信道流
　　CDPD的信道流由MDBS與MES之間的一對正、反向信道構(gòu)成，信道流傳輸LPDU幀數(shù)據(jù)流，如圖3所示。
　　在正、反向信道上，幀數(shù)據(jù)流劃分為由274連續(xù)比特組成的段，每個段前置8比特色碼，形成一手列282比特(或47個6比特碼字)固定長的連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)塊，色碼用于同信道干擾檢測，其中三比特用于標(biāo)識MDIS，由同一個MDIS控制的小區(qū)內(nèi)發(fā)送的所有信道流具有相同的值。色碼的其它五個比特用于標(biāo)識與同一個MDIS相連的MDBS上的小區(qū)，在一個小區(qū)內(nèi)，RF信道具有相同的色碼值。
　　數(shù)據(jù)塊用對稱的(63，47)Reed-Solomon碼進行糾錯編碼，生成378比特固定長的RS編碼塊序列，其中信息段由47個6比特碼字構(gòu)成，校驗段由16個6比特碼字構(gòu)成，這樣，每個編碼塊可糾正8比特的錯碼。然后再用生成多項式為g(x)＝x9十x8十x5十x4十l的9階擾碼器進行擾碼，以減小在傳輸比特流中長“1”或長“0”串的可能性。正向信道在擾碼后與特定的42比特控制標(biāo)志交織，每10個6比特碼字含一個6比特的控制標(biāo)志�？刂茦�(biāo)志包含了反向信道的忙／閑狀態(tài)、正向信道同步字、解碼狀態(tài)和MAC電平等信息。反向信道則用7比特的連續(xù)指示標(biāo)識與每個RS塊交織，每9個6比特符號1比特，用來指示反向傳送脈沖是否結(jié)束，當(dāng)為全“1”序列則表示后續(xù)有更多的RS塊，當(dāng)為全“0”序列表明是最后的傳輸塊。在反向信道上還要先發(fā)送：a)38比特的“0”和“1”交替的前置碼，它幫助MDBS檢測發(fā)送的開始和捕捉定時同步；b)反向同步字RSW，它是一個22比特格式，幫助捕捉塊同步。
　　5 CDPD的媒體接入規(guī)程
　　MES用一種時隙非連續(xù)的數(shù)字監(jiān)測多址接入／沖突檢測(DSMA／CD)算法接入反向信道，此法類似于用于以太網(wǎng)的載波監(jiān)測多址接入／沖突檢測，但是在CDPD中，因為MES不能直接監(jiān)測反向信道的狀態(tài)(因為它們使用不同的接收和發(fā)射頻帶)，要應(yīng)用不同的沖突檢測方法。DSMA／CD利用正向信道流中的忙／閑和解碼狀態(tài)標(biāo)志，忙／閑標(biāo)志是一個5比特序列，每60比特在正向信道發(fā)送1次(即每微時隙周期一次)，這個標(biāo)志給周期性的二進制信息提供了表明反向信道忙／閑的微時隙解決途徑。解碼狀態(tài)標(biāo)志是一個5比特序列，它用來指示MDBS是否成功地在反向信道上解碼出前面的塊，若解碼成功，解碼狀態(tài)標(biāo)志為“00000”，若不成功則為“11111”。要發(fā)送的MES首先監(jiān)測忙／閑標(biāo)志位(該標(biāo)志每個微時隙更新一次)，如果反向信道忙，MES延遲一個隨機的微時隙后再監(jiān)測忙／閑標(biāo)志，這種接入方法稱為非連續(xù)的，一旦監(jiān)測到反向信道空閑，MES就開始發(fā)送，發(fā)送只在一個微時隙邊界處開始，所以接入方法使用了“時隙”這一術(shù)語。當(dāng)MDBS一檢測到反向信道有發(fā)送時，它便對忙／閑標(biāo)志置位，告知其它MES該信道忙。在MES開始一次發(fā)送后，它檢查收到的每個前向信道塊的解碼狀態(tài)標(biāo)志，并根據(jù)這一標(biāo)志值恢復(fù)和中斷（掛起）發(fā)送，這一標(biāo)志提供繼續(xù)發(fā)送過程的“實時”信息。如果解碼狀態(tài)標(biāo)志顯示MDBS到目前為止沒遇到解碼錯誤，MES就繼續(xù)發(fā)送，否則，MES停止發(fā)送，待延遲一指數(shù)形時間后再嘗試重新接入反向信道。
　　6 幀結(jié)構(gòu)
　　對等LLC實體間的信息傳輸是通過一序列的幀或LPDU來實現(xiàn)的，幀的一般結(jié)構(gòu)如圖4所示。地址段說明幀是命令或響應(yīng)(段C／R)，并區(qū)分?jǐn)y帶TEI值的幀的虛數(shù)據(jù)鏈路信道(換句話說，對點對點鏈路，它識別要接收的命令幀和發(fā)送響應(yīng)幀)，擴展地址(EA)段用于說明地址段的長度。
　　控制段說明幀的一般類型，它可以是下列之一：編號信息(I)、監(jiān)測(S)和無編號的(U)。S幀用于執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)測控制，例如，確認(rèn)接收到正確的I幀或請求錯誤幀重發(fā)。U幀用于提供附加的控制功能(即數(shù)據(jù)鏈響連接的建立和釋放)和使用無確認(rèn)信息傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)。
　　7 結(jié)束語
　　CDPD既可作為一個獨立的蜂窩系統(tǒng)來實現(xiàn)，也可作為構(gòu)建在現(xiàn)有蜂窩電話網(wǎng)的一個分組交換系統(tǒng)來實現(xiàn)，這時它可充分利用現(xiàn)有的蜂窩設(shè)施實現(xiàn)快速的組網(wǎng)，且安裝成本比較低。在利用現(xiàn)有蜂窩電話網(wǎng)進行組網(wǎng)時，由于CDPD采用信道跳頻技術(shù)，使得當(dāng)正在傳輸CDPD數(shù)據(jù)流的信道被話音業(yè)務(wù)占用時，能立即選擇另一條空閑信道來繼續(xù)CDPD數(shù)據(jù)流的傳輸。隨著Internet的飛速發(fā)展，移動通信與Internet的結(jié)合已成必然，這為移動數(shù)據(jù)通信提供了一個廣闊的空間，移動數(shù)據(jù)通信必將成為移動通信發(fā)展的一個重要方向。

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