CDPD Cellular Digital Packet Data 蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)
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(wú)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(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。使用CDPD只需在便攜機(jī)上連接一個(gè)專用的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器，即使坐在時(shí)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(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)，信號(hào)不易受干擾，可以上任何網(wǎng)站。與其它無(wú)線上網(wǎng)方式相比，CDPD網(wǎng)可達(dá)19.2千比特/秒，而普通的GSM移動(dòng)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(jì)使用者登錄次數(shù)；對(duì)某個(gè)安全區(qū)域、某個(gè)安全用戶特別定義，進(jìn)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(dòng)核對(duì)舊密鑰更換新密鑰，數(shù)據(jù)即使被人竊得，也無(wú)法破解。CDPD使用中還有諸多特點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)便，使用者無(wú)需申請(qǐng)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(shí)間要20-45秒，而CDPD只要1秒；終端系統(tǒng)分移動(dòng)、固定兩種，能實(shí)現(xiàn)本地及異地漫游。
CDPD可以支持移動(dòng)上網(wǎng)、遠(yuǎn)程遙測(cè)、車輛調(diào)度、銀行提款、無(wú)線炒股、現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信在現(xiàn)代社會(huì)人們的流動(dòng)中悄然興起�，F(xiàn)代便攜機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理機(jī)(PDA)等的出現(xiàn)更為無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn)提供了有利條件，因此靈活、方便、高效的無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信近幾年來(lái)在國(guó)際上得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用，成為無(wú)線通信中的新熱點(diǎn)。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(wú)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(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。CDPD始于美國(guó)，1992年開(kāi)始研究，1995年中推出第一個(gè)商用CDPD網(wǎng)絡(luò)，至今美國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋。我國(guó)1995年開(kāi)始可行性研究，1996年上海建成試驗(yàn)網(wǎng)，1997年底原郵電部決定建設(shè)“中國(guó)公用無(wú)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(dòng)終端系統(tǒng)(MES)、移動(dòng)數(shù)據(jù)基站(MDBS)、移動(dòng)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。
移動(dòng)終端系統(tǒng)(MES)：它由移動(dòng)終端和CDPD無(wú)線Modem組成，CDPD無(wú)線Modem負(fù)責(zé)管理無(wú)線鏈路和協(xié)議，通常，移動(dòng)終端與無(wú)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議(PPP)，MODEM接口有RS?232，PCMCIA和內(nèi)置PCI插槽型。
移動(dòng)數(shù)據(jù)基站(MDBS)：每個(gè)基站最多可安裝六塊信道板，每塊信道板為移動(dòng)終端提供一個(gè)19．2kbps的空中接入，使移動(dòng)終端進(jìn)行全雙工分組數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)它也負(fù)責(zé)頻譜監(jiān)測(cè)、頻率管理。它通過(guò)一根64kbps幀中繼與交換機(jī)相聯(lián)。
移動(dòng)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(jì)費(fèi)和移動(dòng)性管理，移動(dòng)性管理采用Internet標(biāo)準(zhǔn)組織IETF(InternetEngineeringTaskForce)制定的移動(dòng)IP模式。
CDPD骨干網(wǎng)：它由通用的中間系統(tǒng)(IS)組成，它實(shí)際上是IP路由器。IS提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)，根據(jù)每個(gè)分組的目的地址和當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)分組進(jìn)行路由。CDPD是基于TCP／IP的開(kāi)放系統(tǒng)，可方便接入Internet，還支持OSI標(biāo)難協(xié)議CLNP(無(wú)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(duì)30kHz的RF信道進(jìn)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(duì)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(duì)帶寬BT＝0.5)，調(diào)制速率為19．2kb／s。物理層還與無(wú)線資源管理實(shí)體(RRME)相接口，通過(guò)這個(gè)接口，RRME對(duì)RF信道對(duì)、傳輸功率電平和物理鏈路的通斷進(jìn)行控制，并檢測(cè)RF信道信號(hào)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(dòng)臺(tái)共享。CDPD的邏輯信道分廣播信道和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(wú)線資源管理信息(如：信道流識(shí)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(píng)估參數(shù))。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)信道用于單個(gè)MES與其服務(wù)MDIS間的信息傳輸。每個(gè)邏輯信道都分配了一個(gè)叫臨時(shí)設(shè)備識(shí)別號(hào)(TEI)的信道號(hào)，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(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)信道，它在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路連接建立之前，分配給與這次連接相對(duì)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(guò)一個(gè)依賴于執(zhí)行的接口與RRME通信，通過(guò)這個(gè)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(cuò)誤數(shù)的狀態(tài)信息，因此，RRME可評(píng)估一條給定CDPD信道的接收能力，并提供無(wú)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(wú)線鏈路協(xié)議，稱為移動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(MDLP)，在MES內(nèi)實(shí)現(xiàn)的MDLP與位于它的服務(wù)MDIS中的對(duì)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(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(duì)于MDLP數(shù)據(jù)單元來(lái)說(shuō)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(gè)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體的復(fù)接。MES和MDIS間傳送的數(shù)據(jù)被分割為一個(gè)或多個(gè)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T(mén)CP／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(duì)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(gè)段前置8比特色碼，形成一手列282比特(或47個(gè)6比特碼字)固定長(zhǎng)的連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)塊，色碼用于同信道干擾檢測(cè)，其中三比特用于標(biāo)識(shí)MDIS，由同一個(gè)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(gè)比特用于標(biāo)識(shí)與同一個(gè)MDIS相連的MDBS上的小區(qū)，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)，RF信道具有相同的色碼值。
數(shù)據(jù)塊用對(duì)稱的(63，47)Reed-Solomon碼進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，生成378比特固定長(zhǎng)的RS編碼塊序列，其中信息段由47個(gè)6比特碼字構(gòu)成，校驗(yàn)段由16個(gè)6比特碼字構(gòu)成，這樣，每個(gè)編碼塊可糾正8比特的錯(cuò)碼。然后再用生成多項(xiàng)式為g(x)＝x9十x8十x5十x4十l的9階擾碼器進(jìn)行擾碼，以減小在傳輸比特流中長(zhǎng)“1”或長(zhǎng)“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(gè)6比特碼字含一個(gè)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(shí)與每個(gè)RS塊交織，每9個(gè)6比特符號(hào)1比特，用來(lái)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(cè)發(fā)送的開(kāi)始和捕捉定時(shí)同步；b)反向同步字RSW，它是一個(gè)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(shí)隙非連續(xù)的數(shù)字監(jiān)測(cè)多址接入／沖突檢測(cè)(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(cè)多址接入／沖突檢測(cè)，但是在CDPD中，因?yàn)镸ES不能直接監(jiān)測(cè)反向信道的狀態(tài)(因?yàn)樗鼈兪褂貌煌慕邮蘸桶l(fā)射頻帶)，要應(yīng)用不同的沖突檢測(cè)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(gè)5比特序列，每60比特在正向信道發(fā)送1次(即每微時(shí)隙周期一次)，這個(gè)標(biāo)志給周期性的二進(jìn)制信息提供了表明反向信道忙／閑的微時(shí)隙解決途徑。解碼狀態(tài)標(biāo)志是一個(gè)5比特序列，它用來(lái)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(cè)忙／閑標(biāo)志位(該標(biāo)志每個(gè)微時(shí)隙更新一次)，如果反向信道忙，MES延遲一個(gè)隨機(jī)的微時(shí)隙后再監(jiān)測(cè)忙／閑標(biāo)志，這種接入方法稱為非連續(xù)的，一旦監(jiān)測(cè)到反向信道空閑，MES就開(kāi)始發(fā)送，發(fā)送只在一個(gè)微時(shí)隙邊界處開(kāi)始，所以接入方法使用了“時(shí)隙”這一術(shù)語(yǔ)。當(dāng)MDBS一檢測(cè)到反向信道有發(fā)送時(shí)，它便對(duì)忙／閑標(biāo)志置位，告知其它MES該信道忙。在MES開(kāi)始一次發(fā)送后，它檢查收到的每個(gè)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(guò)程的“實(shí)時(shí)”信息。如果解碼狀態(tài)標(biāo)志顯示MDBS到目前為止沒(méi)遇到解碼錯(cuò)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(shí)間后再嘗試重新接入反向信道。
6 幀結(jié)構(gòu)
對(duì)等LLC實(shí)體間的信息傳輸是通過(guò)一序列的幀或LPDU來(lái)實(shí)現(xiàn)的，幀的一般結(jié)構(gòu)如圖4所示。地址段說(shuō)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(shuō)，對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，它識(shí)別要接收的命令幀和發(fā)送響應(yīng)幀)，擴(kuò)展地址(EA)段用于說(shuō)明地址段的長(zhǎng)度。
控制段說(shuō)明幀的一般類型，它可以是下列之一：編號(hào)信息(I)、監(jiān)測(cè)(S)和無(wú)編號(hào)的(U)。S幀用于執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)測(cè)控制，例如，確認(rèn)接收到正確的I幀或請(qǐng)求錯(cuò)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(wú)確認(rèn)信息傳輸方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。
7 結(jié)束語(yǔ)
CDPD既可作為一個(gè)獨(dú)立的蜂窩系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可作為構(gòu)建在現(xiàn)有蜂窩電話網(wǎng)的一個(gè)分組交換系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)它可充分利用現(xiàn)有的蜂窩設(shè)施實(shí)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(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，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(shí)，能立即選擇另一條空閑信道來(lái)繼續(xù)CDPD數(shù)據(jù)流的傳輸。隨著Internet的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信與Internet的結(jié)合已成必然，這為移動(dòng)數(shù)據(jù)通信提供了一個(gè)廣闊的空間，移動(dòng)數(shù)據(jù)通信必將成為移動(dòng)通信發(fā)展的一個(gè)重要方向。
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