数据移动通信系统简介

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  一、分组无线网的基本概念
    早期的数据移动通信系统，统称为分组无线网，是一种利用无线信道进行分组交换的移动通信网络，在网络中传送的信息以分组(或称信包)为基本单元。而所谓分组就是若干比特组成的信息段，它通常包括包头和正文两部分。与TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)中的IP包相似，分组的包头中通常包括该分组的源地址(起始地址)、宿地址(目的地址)和相关的路由信息；正文部分则是需要传送的信息。
    分组传输方式是存储转发方式的一种，用户终端必须先把要传输的信息存储、分段，加上包头以构成分组，再送上无线信道进行传输。这一过程必然要产生额外的时间延迟，因此，分组无线网特别适用于实时性要求不高的数据通信，如果要用于传输分组话音，则必须保证时间延迟不大于规定值。
    分组传输能适应不同网络结构的应用，常见的网络结构有星型结构和分布式结构。前者网中设有中心站，类似于蜂窝网中的基站，用户通信均受其控制并由它转接；后者网中不设中心站，所有用户终端均属网络中的节点，可以随机分布在网络覆盖区的任意位置，每个节点均可作为源节点或宿节点来发送或接收消息，也可作为中继节点转发其他用户需要传送的信息，而且可利用分组包头中的控制信息分别为每个分组选择传输路由，因此，即使网络发生故障只剩下一条通信路由，也可以通过迂回转发，保持通信不中断。
    二、早期分组无线网举例
    最早的分组无线网是1968年由美国夏威夷大学开发的ALOHA系统。这是一种计算机数据通信系统，其主要目的是供分布在4个岛上7个分校的人员，对设在瓦胡岛上的主计算机进行访问，从而避免使用费用高又不可靠的电话线路。该系统使用2个载波频率，一个用于从终端到中心站，另一个用于从中心站到终端。网络采用星型结构，传输的主要是终端和中心站之间的业务。由中心站发向每个用户终端的信息，称正向传输或下行传输，采用时分复用的方式：由若干用户终端发向中心站的信息，称反向传输或上行传输，需采用竞争的、随机接入共用信道的多址方式，即任一节点在需要发送分组信息时，不管当时的信道状态如何，立即占有共用信道进行发送。如果一次发送之后，在规定的时间内，没有收到目的节点的确认消息，则认为这次发送因为发生冲突(也称碰撞)而失败，需要重发。为了避免再次发送时连续出现碰撞，规定该分组包必须经过一随机时延后才能再次发送。由于这种接入共用信道的多址方式首先由ALOHA系统使用。故人们称之为ALOHA多址方式。
    为了更好地解决随机多址方式容易发生碰撞的问题，人们在ALOHA方式的基础上提出许多改进的办法，例如时隙ALOHA(S-ALOHA)多址方式、载波检测多址(CSMA)方式(用于数据传输时亦称DSMA方式)、带碰撞检测的载波检测多址(CSMA/CD)方式、忙音多址(BTMA)和闲音多址(ITMA)方式、分组预约多址(PRMA)方式等。
    随着数据业务的增长，世界各国都在致力于发展移动数据通信网络，其中大都以分组传输技术为基础。例如：ARDIS(先进的无线电数据信息设备)系统，由美国IBM和Motorola公司在1983年提出；Mobitex(全国性互联的集群无线电网络)系统，由Ericsson公司和瑞典电信公司开发，1986年在瑞典首次运行，1991年被美国采用；TETRA(泛欧无线数字集群标准)系统，是由ETSI(欧洲电信标准协会)为集群无线电和移动数据系统制定的公共标准；CDPD(蜂窝数字分组数据)系统，由IBM公司联合9家运营商开发，在我国的上海等几座城市中得到应用，中国的电信运营商利用该网络为客户提供专用无线数据通信服务，比如，为上海的部分银行构建无线POS(销售点终端)系统，使POS终端可采用无线方式与银行后台进行金融数据交换业务。
    三、无线局域网(WLAN)标准
    最近几年，无线数据业务正日益成为市场的热点，中短程无线数据接入在通信领域得到广泛应用。随着计算机网络的飞速发展，无线局域网市场前景十分广阔。目前，无线局域网的传输方式主要有两种，即微波和红外线。采用微波为传输媒介的又分为扩频和窄带两种。采用扩频方式的无线局域网一般选用ISM(工业、科学和医学)频段，因为使用这个频段时只要功率和带外辐射满足要求，就无需向频管部门申请。
    最早的无线局域网产品运行在900MHz频段上，速率只有1-2Mbit/s。1992年，工作在2.4GHz频段的无线局域网产品问世，之后大多数无线局域网产品都在此频段上运行。目前无线局域网采用的技术标准主要有IEEE802.11、1EEE802.1lb、IEEE802.1la、IEEE802.1lg(以上统称IEEE802.1l协议族)、HomeRF(家用射频)、IrDA(红外数据协会)和蓝牙。下面分别介绍IrDA、IEEE802.11协议族和蓝牙。
    1.IrDA
    IrDA是一种利用红外线进行点对点视距通信的技术标准，其应用的软件和硬件都比较成熟．主要优点是体积小、功率低，适合设备移动的需要；传输速率高,最高可达16Mbit/s；成本低；应用普遍。目前，有95%的手提电脑装备了IrDA接口。最近，市场上还推出了可以通过USB(通用串行总线)接口与PC连接的USB-IrDA设备，使得应用更加灵活。但是，IrDA的缺点也很明显。首先，由于是视距传输技术，因此，在两个设备之间的有效范围内不能有障碍物，虽然这一要求在两台设备之间容易做到，但在多台设备之间就难以实现,这是它的致命弱点：其次,IrDA设备的核心器件红外线LED(发光二极管)不够耐用，对于不经常使用的设备还可以，如果用IrDA设备上网就难堪重负。
    2.IEEE802.11协议族
    1997年6月。美国的IEEE(电气电子工程师协会)推出第一代无线局域网标准IEEE802.11(1997版)，随后又推出新的IEEE802.11(1999版)。这个标准定义了物理层和媒介访问控制子层(MAC)的技术规范，使得任何遵守IEEE802.11标准的应用、网络操作系统或协议(包括TCP/IP和Novell、Netware)在无线局域网上运行，像在以太网上一样容易。
    IEEE802.11在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了两种无线电射频(RF)传输方式：直接序列扩频技术(DSSS)和跳频扩频技术(FHSS)。DSSS采用一个长度为11bit的BARKER序列对无线发送的数据进行编码，每个BARKER序列表示一个二进制数据位，然后转换成可以通过无线方式发送的波形信号。当采用二进制相移键控调制技术时，它用1Mbit/s的速率进行发射：当采用正交相移键控调制技术时，发射速率可达2Mbit/s。FHSS利用GFSK(高斯频移键控)二进制或四进制方式可以达到2Mbit/s的工作速率。
    IEEE802.11b是IEEE802.11标准的修改和补充，其中最重要的改进就是在原来的基础上增加了两个更高的通信速率5.5Mbit/s和11Mbit/s。因此，移动用户可以得到以太网级别的网络性能、速率和可用性，管理者也可以无缝地将多种局域网技术集成起来，形成一种能最大限度满足用户需求的网络。IEEE802.1lb的基本结构、特性和服务仍然由IEEE802.11标准定义，只改动了原协议的物理层，采用DSSS作为传输方式，提供了更高的数据传输速率和更牢固的连接性，已经在办公室、家庭、宾馆和机场等众多场合得到了广泛应用，占据了IEEE802.11协议族的主要市场份额。
    IEEE802.1la是IEEE802.llb的后续标准，工作在5GHz的U-NI频带，物理层速率可达54Mbit/s，传输层速率可达25Mbit/s，可提供25Mbit/s的无线ATM(异步传输模式)接口和10Mbit/s的以太网无线帧结构接口以及FDD(频分双工)/TDMA(时分多址)空中接口，支持语音、数据和图像服务。由于这两个标准所使用的频带不同，因此，两者互不兼容。
    IEEE802.llg标准使用2.4GHz频带，兼容目前已经普及的IEEE802.llb规格，也就是说，即便把整个无线局域网全部变成IEEE802.11g规格，已经购买的IEEE802.llb产品也不会遭淘汰。IEEE802.11g最高通信速率为54Mbit/s，与IEEE802.lla相同。IEEE802.11g规范已经有部分应用。
    3.蓝牙
    蓝牙协议是由以爱立信为首的几个通信设备制造商组成的联盟提出的小功率、短距离宽带无线通信协议。装备了蓝牙系统的设备可以在一定的范围内(由功率大小决定)同时与多个(典型的为7个)设备实现无线互连，进行高速(目标速率是1Mbit/s，实际为721kbit/s)的数据传输。可见，蓝牙实际上是一种以无线连接替代有线电缆的技术。现在，很多设备制造商加入了蓝牙联盟，已经上市的蓝牙设备有蓝牙电脑、蓝牙键盘、蓝牙手机、蓝牙家电等等。但是，由于技术还不够成熟、蓝牙器件成本较高等原因，蓝牙系统完全取代电缆的目标在短期内还难以实现。目前，更多的应用是在专用领域内作为短距离高速通信接口使用。
   作者：童卫东  江沩