數據移動通信系統(tǒng)簡介

一、分組無線網的基本概念

早期的數據移動通信系統(tǒng)，統(tǒng)稱為分組無線網，是一種利用無線信道進行分組交換的移動通信網絡，在網絡中傳送的信息以分組(或稱信包)為基本單元。而所謂分組就是若干比特組成的信息段，它通常包括包頭和正文兩部分。與TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網協(xié)議)中的IP包相似，分組的包頭中通常包括該分組的源地址(起始地址)、宿地

分組傳輸方式是存儲轉發(fā)方式的一種，用戶終端必須先把要傳輸的信息存儲、分段，加上包頭以構成分組，再送上無線信道進行傳輸。這一過程必然要產生額外的時間延遲，因此，分組無線網特別適用于實時性要求不高的數據通信，如果要用于傳輸分組話音，則必須保證時間延遲不大于規(guī)定值。

分組傳輸能適應不同網絡結構的應用，常見的網絡結構有星型結構和分布式結構。前者網中設有中心站，類似于蜂窩網中的基站，用戶通信均受其控制并由它轉接；后者網中不設中心站，所有用戶終端均屬網絡中的節(jié)點，可以隨機分布在網絡覆蓋區(qū)的任意位置，每個節(jié)點均可作為源節(jié)點或宿節(jié)點來發(fā)送或接收消息，也可作為中繼節(jié)點轉發(fā)其他用戶需要傳送的信息，而且可利用分組包頭中的控制信息分別為每個分組選擇傳輸路由，因此，即使網絡發(fā)生故障只剩下一條通信路由，也可以通過迂回轉發(fā)，保持通信不中斷。

二、早期分組無線網舉例

最早的分組無線網是1968年由美國夏威夷大學開發(fā)的ALOHA系統(tǒng)。這是一種計算機數據通信系統(tǒng)，其主要目的是供分布在4個島上7個分校的人員，對設在瓦胡島上的主計算機進行訪問，從而避免使用費用高又不可靠的電話線路。該系統(tǒng)使用2個載波頻率，一個用于從終端到中心站，另一個用于從中心站到終端。網絡采用星型結構，傳輸的主要是終端和中心站之間的業(yè)務。由中心站發(fā)向每個用戶終端的信息，稱正向傳輸或下行傳輸，采用時分復用的方式：由若干用戶終端發(fā)向中心站的信息，稱反向傳輸或上行傳輸，需采用競爭的、隨機接入共用信道的多址方式，即任一節(jié)點在需要發(fā)送分組信息時，不管當時的信道狀態(tài)如何，立即占有共用信道進行發(fā)送。如果一次發(fā)送之后，在規(guī)定的時間內，沒有收到目的節(jié)點的確認消息，則認為這次發(fā)送因為發(fā)生沖突(也稱碰撞)而失敗，需要重發(fā)。為了避免再次發(fā)送時連續(xù)出現(xiàn)碰撞，規(guī)定該分組包必須經過一隨機時延后才能再次發(fā)送。由于這種接入共用信道的多址方式首先由ALOHA系統(tǒng)使用。故人們稱之為ALOHA多址方式。

為了更好地解決隨機多址方式容易發(fā)生碰撞的問題，人們在ALOHA方式的基礎上提出許多改進的辦法，例如時隙ALOHA(S-ALOHA)多址方式、載波檢測多址(CSMA)方式(用于數據傳輸時亦稱DSMA方式)、帶碰撞檢測的載波檢測多址(CSMA/CD)方式、忙音多址(BTMA)和閑音多址(ITMA)方式、分組預約多址(PRMA)方式等。

隨著數據業(yè)務的增長，世界各國都在致力于發(fā)展移動數據通信網絡，其中大都以分組傳輸技術為基礎。例如：ARDIS(先進的無線電數據信息設備)系統(tǒng)，由美國IBM和Motorola公司在1983年提出；Mobitex(全國性互聯(lián)的集群無線電網絡)系統(tǒng)，由Ericsson公司和瑞典電信公司開發(fā)，1986年在瑞典首次運行，1991年被美國采用；TETRA(泛歐無線數字集群標準)系統(tǒng)，是由ETSI(歐洲電信標準協(xié)會)為集群無線電和移動數據系統(tǒng)制定的公共標準；CDPD(蜂窩數字分組數據)系統(tǒng)，由IBM公司聯(lián)合9家運營商開發(fā)，在我國的上海等幾座城市中得到應用，中國的電信運營商利用該網絡為客戶提供專用無線數據通信服務，比如，為上海的部分銀行構建無線POS(銷售點終端)系統(tǒng)，使POS終端可采用無線方式與銀行后臺進行金融數據交換業(yè)務。

三、無線局域網(WLAN)標準

最近幾年，無線數據業(yè)務正日益成為市場的熱點，中短程無線數據接入在通信領域得到廣泛應用。隨著計算機網絡的飛速發(fā)展，無線局域網市場前景十分廣闊。目前，無線局域網的傳輸方式主要有兩種，即微波和紅外線。采用微波為傳輸媒介的又分為擴頻和窄帶兩種。采用擴頻方式的無線局域網一般選用ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻段，因為使用這個頻段時只要功率和帶外輻射滿足要求，就無需向頻管部門申請。

最早的無線局域網產品運行在900MHz頻段上，速率只有1-2Mbit/s。1992年，工作在2.4GHz頻段的無線局域網產品問世，之后大多數無線局域網產品都在此頻段上運行。目前無線局域網采用的技術標準主要有IEEE802.11、1EEE802.1lb、IEEE802.1la、IEEE802.1lg(以上統(tǒng)稱IEEE802.1l協(xié)議族)、HomeRF(家用射頻)、IrDA(紅外數據協(xié)會)和藍牙。下面分別介紹IrDA、IEEE802.11協(xié)議族和藍牙。

1.IrDA

IrDA是一種利用紅外線進行點對點視距通信的技術標準，其應用的軟件和硬件都比較成熟．主要優(yōu)點是體積小、功率低，適合設備移動的需要；傳輸速

2.IEEE802.11協(xié)議族

1997年6月。美國的IEEE(電氣電子工程師協(xié)會)推出第一代無線局域網標準IEEE802.11(1997版)，隨后又推出新的IEEE802.11(1999版)。這個標準定義了物理層和媒介訪問控制子層(MAC)的技術規(guī)范，使得任何遵守IEEE802.11標準的應用、網絡操作系統(tǒng)或協(xié)議(包括TCP/IP和Novell、Netware)在無線局域網上運行，像在以太網上一樣容易。

IEEE802.11在物理層定義了數據傳輸的信號特征和調制方法，定義了兩種無線電射頻(RF)傳輸方式：直接序列擴頻技術(DSSS)和跳頻擴頻技術(FHSS)。DSSS采用一個長度為11bit的BARKER序列對無線發(fā)送的數據進行編碼，每個BARKER序列表示一個二進制數據位，然后轉換成可以通過無線方式發(fā)送的波形信號。當采用二進制相移鍵控調制技術時，它用1Mbit/s的速率進行發(fā)射：當采用正交相移鍵控調制技術時，發(fā)射速率可達2Mbit/s。FHSS利用GFSK(高斯頻移鍵控)二進制或四進制方式可以達到2Mbit/s的工作速率。

IEEE802.11b是IEEE802.11標準的修改和補充，其中最重要的改進就是在原來的基礎上增加了兩個更高的通信速率5.5Mbit/s和11Mbit/s。因此，移動用戶可以得到以太網級別的網絡性能、速率和可用性，管理者也可以無縫地將多種局域網技術集成起來，形成一種能最大限度滿足用戶需求的網絡。IEEE802.1lb的基本結構、特性和服務仍然由IEEE802.11標準定義，只改動了原協(xié)議的物理層，采用DSSS作為傳輸方式，提供了更高的數據傳輸速率和更牢固的連接性，已經在辦公室、家庭、賓館和機場等眾多場合得到了廣泛應用，占據了IEEE802.11協(xié)議族的主要市場份額。

IEEE802.1la是IEEE802.llb的后續(xù)標準，工作在5GHz的U-NI頻帶，物理層速率可達54Mbit/s，傳輸層速率可達25Mbit/s，可提供25Mbit/s的無線ATM(異步傳輸模式)接口和10Mbit/s的以太網無線幀結構接口以及FDD(頻分雙工)/TDMA(時分多址)空中接口，支持語音、數據和圖像服務。由于這兩個標準所使用的頻帶不同，因此，兩者互不兼容。

IEEE802.llg標準使用2.4GHz頻帶，兼容目前已經普及的IEEE802.llb規(guī)格，也就是說，即便把整個無線局域網全部變成IEEE802.11g規(guī)格，已經購買的IEEE802.llb產品也不會遭淘汰。IEEE802.11g最高通信速率為54Mbit/s，與IEEE802.lla相同。IEEE802.11g規(guī)范已經有部分應用。

3.藍牙

藍牙協(xié)議是由以愛立信為首的幾個通信設備制造商組成的聯(lián)盟提出的小功率、短距離寬帶無線通信協(xié)議。裝備了藍牙系統(tǒng)的設備可以在一定的范圍內(由功率大小決定)同時與多個(典型的為7個)設備實現(xiàn)無線互連，進行高速(目標速率是1Mbit/s，實際為721kbit/s)的數據傳輸?？梢?，藍牙實際上是一種以無線連接替代有線電纜的技術。現(xiàn)在，很多設備制造商加入了藍牙聯(lián)盟，已經上市的藍牙設備有藍牙電腦、藍牙鍵盤、藍牙手機、藍牙家電等等。但是，由于技術還不夠成熟、藍牙器件成本較高等原因，藍牙系統(tǒng)完全取代電纜的目標在短期內還難以實現(xiàn)。目前，更多的應用是在專用領域內作為短距離高速通信接口使用。