第十八讲
移动数据通信系统概述
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主要内容
? 移动数据通信的概念
? 移动数据通信的交换技术
? 移动数据通信网
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概 述
1,
数据是具有某种含义的数字信号的组合,如字母, 数字和
符号等 。 这些字母, 数字和符号可以用离散的数字信号 (主要
是二进制形式 )逐一准确地表达出来,例如,可以用不同极性的电
压, 电流或脉冲来代表 。 同样,也可以按照某种规则把离散的数
字信号恢复成相应的原始字母, 数字和符号的形式 。
数据通信就是依照一定的协议,利用数据传输技术在两个终
端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务 。 它可以实现
计算机与计算机, 计算机与终端以及终端与终端之间的数据信
息传递,是继电报, 电话业务之后的第三种最大的通信业务 。
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移动数据通信是无线数据通信中常见的一种 。 与一般的数
据通信相比较,它强调的是通信双方位置的不固定性和信息传输
链路的无线性 。 具体来讲,它是指无线数据终端中心主机或其他
无线终端之间采用无线连接,通过无线电波传递数据的一种通信
手段 。 通过与有线数据网络的互联,移动数据通信能够将有线数
据网络的应用扩展到移动和便携式终端 。
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移动数据通信系统指的是移动数据通信软, 硬件的综合 。 其硬件构成
与移动电话通信系统比较相似,通常也是蜂窝或类蜂窝网络,主要组成部分
包括移动数据基站, 移动交换和控制中心, 网络管理中心等,而用户终端可
以是无线调制解调器和信息处理设备 (如便携式计算机 ),也可以是具有数据
收发和处理能力的智能终端 (如支持 WAP功能的手机 )。
在电信领域中,信息一般可分为话音, 数据和图像三大类型 。 因而数据
通信在通信领域中具有举足轻重的地位 。 尤其是近年来,随着移动通信技术
的不断完善和人们对数据通信需求的日益增长,移动数据通信更加受到重视
并得以大力发展 。
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2,移动数据通信的特点
与其他的移动通信相比,移动数据通信具有如下特点,
(1) 网络设备简单,组网方便,灵活 ;
(2) 通信快速,方便,覆盖面广 ;
(3) 信息传输的准确性和可靠性高 ;
(4) 可以作为各种有线数据网络的延伸与补充 ;
(5) 系统结构可扩充,系统可用性高。
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3,
(1) 在线交易 。 销售点 (POS)业务, 电子商务 (信用卡鉴别, 订单输入,
存货清单, 信息查询等 ),自动出纳机 (ATM),电子银行等 ;
(2) 日常通信 。 短信息, 双向寻呼, 无线电子信箱, Internet或 Intranet
无线接入, 点播信息, 投递业务的路由选择, 无线传真等 ;
(3) 监测和报警 。 野外作业与服务, 车队调度与管理, 定位系统, 公
用事业 (水, 电, 煤气等 )读表, 公共安全 (防火防盗 )等 。
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4,移动数据网络的分类
1)
寻呼机是最便宜, 方便与有效的数据通信手段 。 单向寻呼
机数据通信适用于仅传输数据而不需获得应答的移动用户,文
件长度为 80~ 100个字符,可供通知, 短新闻, 股票信息等业务
使用 ; 双向寻呼机的问世提供了可以互相传送信息的功能 。 此
外,尚有一种增强型寻呼机,可送文本信息,由字母型寻呼机或
PCMCIA卡接收 。 单向文本还可在一种配有小型显示器 (80个
字符 )的新型便携式电话机上接收 。
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2)
无绳数据通信以无线电波 (主要是微波波段的电磁波 ),激
光, 红外线等代替部分的或全部的电缆,作为网络设备之间主
要的通信传输媒介 。 其具体的数据业务为, 数字传真, 可视
图文, 可视电话, 计算机文件传输等多种业务 。 CT-2(第二代
无绳电话 )由于在速率和协议方面的限制,通常只能提供 2400
b/s或 4800 b/s的低传输速率,而欧洲制定的泛欧无绳通信
DECT(数字增强型无绳电话 )则可以提高数据传输速率 。 无绳
数据通信的特点是, 移动性 ; 灵活的终端布局 ; 初装费用较低 ;
恶劣环境下可以通信 ; 摆脱电缆的束缚等 。
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3) 增强型专用移动无线 (ESMR)
ESMR在用于话音通信及车辆调度的同时,也可以
提供数据业务 。 其特点是以低价格提供话音及数据的
集成业务,话音还可作广播用 。 ESMR适用于传送集
成的话音/数据, 车队调度, 寻呼, 短 E-mail(小于
190个字符 )等业务,其传输速率为 4.8 kb/s。
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4)
如美国 Motorola公司下属 EMBARC公司提供的电子信箱广
播网,又称为 EMBARC网,是一个单向广播式的传输网络 。 用
户可从接在 x.400网点上的任一个电子信箱系统上发信,终端用
户可以使用装有特殊接收器的任何便携式电脑接收 。 这种特殊
接收器产品有 New Stream,SKY Stream和 News Card等 。 信
息发送者发送的信息可通过 EMBARC网向全国的许多移动用户
广播发送 E mail。
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5) 个人通信系统 (PCS)
PCS的工作过程是,把数据从用户单元送到数字基站,再送
到公用网络 。 传输速率为 4.8~ 25.6 kb/s,适合于传送 140个字符
以下的短信息,目前主要用于 E-mail,其主要优点是用户设备体
积小 。
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6) 无线局域网 (LAN)
无线 LAN的特点是无需建立额外的网络连接,无需考虑位
置地域,就可为移动用户提供所需的连接 。 根据其应用情况,最
多可连接 100个用户,其覆盖范围约 5平方英里,采用新型天线覆
盖范围可达 25平方英里,数据速率可达 1~ 10 Mb/s。 无线 LAN
的产品可分为微波, 红外线及激光三类 。 在微波频段又分为窄
带网和扩频网,扩频网根据微波所处的频段和采用的扩频方式
(直扩和跳频 )又可细分 。 目前的扩频局域网产品大多数为 900
MHz及 2.4 GHz频段 。
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7)
利用一点多址数字微波系统作为本地交换机至用户间的传
输通道 (无线接入 )。 该系统采用时分复用 (TDMA)的传输方式 。
对于话音业务,采用按需分配时隙的方法来完成对信道的分配 ;
对于数据, 电报等非电话业务,则采用预先分配的方式 。 在一点
多址数字微波系统上传输数据,具有适应性强,能适应各种复杂
的地形, 地貌,不易遭受破坏,以及覆盖区域广等优点 。 该系统
的单跳站距离为 45 km,加中继后可延伸到 450 km。
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8) 微蜂窝数据通信网 (MCDN)
MCDN工作在 902~ 928 MHz,采用导频技术,能提供
多种入网方式和都市区域的大范围覆盖 。 数据传输速率为
77 kb/s,比现有的无线数据通信快好几倍,用户电脑通过无
线 Modem即可与其他用户建立通信 。 由于 MCDN的传输
速率高, 费用低廉,已经进入了美国, 日本和欧洲等通信
市场 。
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9)
移动卫星通信系统是为移动用户提供数据通信的重要手段
之一 。 它是以卫星为基础,在广大地域为行进中的车, 船, 飞机
等移动体提供多种业务的系统,即通过卫星实现移动台与固定台,
移动台与移动台以及移动台或固定台与公众网用户之间的通信 。
它既有卫星通信覆盖面宽,又有移动通信的灵活服务的特点 。 移
动通信的业务类型主要有无线电寻呼, 双向报文传输, 位置测
定和导航, 移动无线电等 。 双向卫星通信可用于传送短信息,速
率为 55 b/s~9.6 kb/s。 低轨道卫星通信系统特别适合于小型, 低
功率, 便携用户终端及移动数据应用 。
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10) POS(销售点 )
POS商业销售点实时服务系统,是商务单位经办人员办理持卡
交易交换数据的辅助工具,是实现商业自动化的重要基础 。 POS系
统属于专用系统 。 DataTac和 CDPD系统均能提供 POS的功能 。
11)
蜂窝移动通信网中,无论是模拟网络 (如 TACS)还是数字网络 (如
GSM)都以话音通信为主,但同时也可以有很强的数据通信能力 。
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移动数据交换方式分类
1)
在数据通信网发展初期,人们根据电话交换原理,发展
了电路交换方式 。 该方式的特点是用户要实现通信必须先
建立一个呼叫,并且始终占据着该呼叫信道,直到数据传输
结束 。
19 电路交换方式流程图
线路
建立
数据
传输
线路
拆除
呼 叫 请 求
呼 叫 应 答
报文
应答
释 放 请 求
释 放 应 答
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由于电路交换的接续路径是采用物理连接的,在传输电路
接续后,控制电路就与信息传输无关,所以电路交换方式的主
要优点是,
(1) 信息传输延迟小 。 就给定的接续路由来说,传输延迟
是固定不变的 。
(2) 信息编码方法, 信息格式以及传输控制程序等都不受
限制,即可向用户提供透明的通路 。
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电路交换的主要缺点是,
(1) 电路接续时间长 。
(2) 线路利用率低 。
(3) 兼容性要求高 。
(4) 系统可靠性较差 。
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2)
该方式的特点是以报文分组为基本单位在无线信道上传输,传输过程不
用呼叫建立,更不用线路拆除,而且信道并不被某一用户长期独占,而是多个
用户的, 数据, 共享 。
其具体过程为, 当用户要发送数据信息时,先把信息报文暂存于发端的存
储装置中,并划分为固定长度的多个分组,每个分组前都加上固定格式的分
组标题,用于指明该分组的发端地址, 收端地址及分组序号等,报文及其分
组的构成格式如图 4-2所示 。 然后选用空闲信道,将数据报文以分组形式依
次发送出去 。 按照存储转发机制,各分组在各交换节点之间传送比较灵活,
分组交换节点不必等待整个报文中的其他分组到齐,而是一个分组一个分组
地转发,因而各个分组的传输线路可以不同,到达接收端的顺序也可能与发
送时不一致 。 但依据各分组前的标题信息,可以重排分组顺序,从而恢复原
始报文信息 。
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报文及其分组的构成格式
报 文 号 目 的 地 址 源 地 址 数据 校验
报 文 号 报 文 分 组 号 源 地 址 校验目 的 地 址
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分组交换过程示意图
HA
p
2
p
1
p
2
p
1
p
2 p
2
E
F
p
1
p
1
p
1
p
2
HBD
B
A G
C
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分组交换方式的主要优点是,
(1) 可使多个用户 (移动终端系统 )共享同一信道,因而大大提高了信道利
用率,尤其是传输小数据量业务时,信道利用率高 ;
(2) 由于分组在各节点之间的存储转发非常灵活,因而很少发生网络拥塞 ;
(3) 缩减了节点所需的存储容量 。 由于数据是以分组形式传输的,因而各
个节点在某时刻只需暂存某个分组的信息,而不必存储整个报文的信息 ;
(4) 采用前向纠错和反馈重传的检错和纠错协议,使发生差错的概率大大
降低,提高了传输的可靠性 ;
(5) 由于通信的费用通常是基于传输的信息量而非连接的时间,因而由差
错引起的重传不会增加用户的费用 。
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分组交换的主要缺点是,
(1) 时延较大,实时性相对较差 ;
(2) 对网络中交换节点的要求高,相邻交换节点之间要实现数据传输与数
据链路控制规程所要求的各项功能,而且每一交换节点上还要完成分组的存
储与转发, 路由选择, 流量控制, 拥塞控制, 用户入网连接以及有关网络
维护, 管理等诸方面的工作 ;
(3) 通信协议复杂度增加,这里的通信协议主要包括两类, 一类是与数据
通信网有关的协议,包括网内节点与节点间,以及网与终端系统间的协议 ; 另
一类是终端系统与终端系统之间的协议,它们是在前一类协议所实现的功能
基础上,为了实现终端系统间的互通与达到一定的应用目的所必须的协议 。
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蜂窝移动数据通信
1)
电路交换蜂窝移动数据通信是指,在现有的蜂窝移动通信网
络 (模拟蜂窝网及数字蜂窝网 )上,通过专门的调制解调器来实现
透明的数据通信业务,其原理类似于电话网上的数据传输,其数
据交换方式是典型的电路交换,具有电路交换的特点 。
由于电路交换方式实施相对简单, 使用费用较低,因而在移
动数据初期占据主导地位 。
目前,电路交换型的数据业务主要由模拟蜂窝系统, GSM,
DCS 1800及 PCS(个人通信系统 )等提供 。
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2)
分组交换型蜂窝移动数据网有两种类型, 一种是独立的专用分组交换蜂
窝数据系统,采用专门的移动数据通信标准 ; 另一类是基于现有蜂窝移动电话
网的分组交换移动数据网,这类网络通常是与蜂窝移动电话网共享频率和部分
设施 。 前一种类型的典型网络有, Motorola公司的 DataTac,Ericsson公司和瑞
典电信的 Mobitex,Motorola和 IBM公司的 Ram Mobile Data及 Ardis和欧洲
ETSI制定的欧洲集群无线电和移动数据标准 Tetra等 。 后一种类型的典型网
络是由 IBM,McCaw,GTE,Bell,Atlantic等公司制定的蜂窝数字分组数
据 (CDPD)标准,它是基于北美模拟蜂窝移动电话网 AMPS的 。 此外,CDMA
也在制定相应的标准 。
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移动数据通信三种网络形式的对比