1、蜂窝网上的分组数据交换（苗青、严学良、高岩）关键词：移动通信，移动分组数据技术，蜂窝数字分组数据 摘要蜂窝数字分组数据（CDPD）是一种在蜂窝电话网（如 AMPS）的频谱上使用的移动分组数据技术。CDPD 的特点是可通过信道跳转利用蜂窝小区中的任何空闲信道，而不影响下层蜂窝系统的话音业务。本文概述了 CDPD 无线接口的主要功能层，分别介绍了物理层、数据铁路层和相关子网汇聚协议的的语义和功能特性，并强调了2 个重要的方面媒质接入过程和信道跳转过程。一、概述 蜂窝数字分组数据（CDPD）是一种移动数据技术，允许在一个蜂窝电话网（如 AMPS）的频谱上进行辅助的分组数据操作。 CDPD 的基本组成
2、部分为末端系统（ES）和中间系统（IS） 。在 Internet 终端技术中，ES 相当于主机，IS 相当于路由器。ES是交换信息的实际的物理和逻辑末端节点，而 IS 是 CDPD 存储、传递信息的基本结构。 ES 有 2 种形式：一种为移动 ES（M-ES） ，是用户通过无线接口接入 CDPD 网的设备，另一种是固定 ES（F ES） ，供一般的主机、服务器或网关连接到 CDPD 的主干部分及为特殊的应用和数据提供接入。 一个 MES 由一个移动终端（PC 或其他标准设备）和一个CDPD 无线 MODEM 组成，该 MOD EM 连接到移动终端上，管理无线链路和协议。通常，无线 MODEM
3、和移动终端之间的通信由标准串口协议支持，如串行线形 Internet 协议（SLIP）或点对点协议（PPP） 。 IS 也有 2 种形式：一种是一般的 IS，是一个不含 CDPD和移动成分的简单路由器（在大多数情况下是一个 IP 路由器） ，另一种是移动数据IS（MDIS ） ，是可根据当前位置上 M ES 的状况来传递消息的专用 IS。MD IS 由一组硬件构成，提供交换、记费、登记、鉴权、加密和移动管理等功能。移动管理软件允许交换系统跟踪 MES、允许 M-ES 使用唯一的网络地址。 CDPD 移动管理软件是以移动 IP模型为基础形成的。 除了 ES 和 IS，CDPD 的另一组成单元为移
4、动数据基站（MDBS） ，它与一般的蜂窝基站相似。一个 MDBS 不执行网络功能，它的主要功能是在下层话音网的制约下形成和管理 M ES 与 CDPD 主干之间的空中接口，使 CDPD 主干部分能提供了非连接的传输业务（也称作数据报业务） 。一方面 MDBS 在大量的 MES 和它们服务的MDIS（数据链接功能单元）之间中继数据链接信息，另一方面 MDBS 进行无线资源管理，其中最重要的是根据话音网络激活进行 CDPD 射频信道的跳频。二、物理层 CDPD 的物理层接收 MAC（媒质体接人控制）层的比特流，将它们转换为可在 30kHz 射频信道上传输的调制波形。一个 MDBS 和一个 MES
5、之间的通信建立在一对射频信道上（有固定的频率间隔） 。前向信道的传输方向为从 MDBS 到 MES ，该信道或者是由 CDPD 专用，或者是 CDPD 和话音蜂窝网共用。在任何情况下只要前向信道用于 CD PD，信道中传输是连续的。反向信道的传输方向为从 MES 到 MDBS，并为与同一 MDBS 通信的所有 M ES 共享。一对关联的前向和反向信道构成了一个 CDPD 信道流。射频信道流的调制方式采用 GMSK （BT=0.5 ） ，一个大于中心载频的频率代表个逻辑 1，反之代表逻辑 0。前向和反向射频信道的调制速率都是 19.2kb/s。 通过 PHY 层和无线资源管理单元（RRME）接口
6、，RRME 可： （1）将 PHY 层调谐到一对指定的信道上； （2）设置传输功率电平到预定值； （3）测量一个射频信道的接收信号电平和估计提供正常通信的潜能； （4）根据系统要求结束或恢复对 PHY 层的操作。 三、媒质接入层 1媒质接人控制 MAC（媒质接入控制）层模拟成了一个位于 PHY层和逻辑链路控制（LLC）层之间的可进行逻辑操作的功能单元。MES 中的 MAC 和MDBS 中的相应的 MAC 协作。这一层的功能是通过 CPDP 空中接口在对等的 LLC 实体之间传送信息，即链路协议数据单元（LPDU） 。针对这一目的，MAC 层提供下列业务： （1）将 LPDU 打包为帧结构，确保
7、 LPDU 的定界、帧同步和数据均透明。 （2）对LPDU 进行编码，针对移动信道质量较差进行差错防止。 （3）在接收的顿中检测和纠正比特错误。 （4）在共享反向信道中引入仲裁。 （5）对前向信道的传输同步，使每个CDPD 单元发送的控制信息和数据能被正确接收。 MAC 层通过一个相关设备接口与RRME（无线资源管理单元）进行通信。通过该接口， MAC 层告知 RRME 它是否已请求和当前选择的前向信道同步，也可传送接收到的错误比特和错误块的数量等 RRME 的状态信息。这样，RRME 可估计一个给定 CDPD 信道的接收能力并提供无线资源管功能。 2.媒质接入过程 使用开缝非持久的 DSMA
8、/CD（带有竞争检测的数字识别多址）算法，一个MES 可接入反向信道。 DSMACD 使用忙/ 闲和译码状态标志。忙 /闲标志指示反向信道是忙或闲。译码状态标志指示 MDBS 是否已经将反向信道上的块成功译码。一个要发送数据的 MES 首先检测忙闲标志，如果发觉反向信道忙，MES 随机延迟数个微时隙后再检测。由于 MES 非持续地一直检测忙闲状态标志，接入方式为非持续性的。一旦发觉反向信道为闭，MES 会启动传输，同时将忙闲标志置忙。 在 MES 开始一个传输后，它检测收到的每一个前向信道块中的译码状态标志（假定为全双工操作） ，根据这个标志的值恢复或停止传输。这个标志值根据正在进行的传输的过
9、程提供一个实时的信息。如果译码状态标志表明 MDBS 没有遇到译码错误，M ES 继续传输，否则终止传输（注意MDBS 不能识别由于信道损耗而产生的误码） 。 四、逻辑链路控制层 LLC 层的目的是通过 CDPD 空中接口在网络层之间传送信息。应用于这一层的协议称为移动数据链路协议（MDLP） 。 MDLP 提供给上层 SNDCP（相关子网汇聚协议）的主要功能是在一个 CDPD 信道流中设置和控制一个或多个的逻辑数据链路连接。LLC 层以上，每个数据链路连接被当做单独的比特通道，可用来在一个 MDIS和一个 MES 之间或一个 MD-IS 和多个 MES 之间传送消息。通过 SNDCP 在每个
10、数据链路连接中可容纳一个或更多的网络业务流。 数据链路连接之间通过包括在每个消息（也称为帧）中的一个地址标签（临时设备标识-TEI）进行的识别。 TEI 是一个纯 LLC 层的概念，仅供 LLC 层内部使用。 数据键路连接可以是点对点的或是同播的。一个同播数据键路在 CDPD 信道流中进行一点对多点或多点对一点通信。2 个同播数据链路由 TEI 的预定义值和已知值指定： （1）信道的 TEI1 表明一层有 3 个同播信道。这个同播信道仅用来发送特定的控制信息。 （2）信道的 TEI0 表明这个同播信道用作数据键路管理。利用这个信道，一个 M ES 中的 RRME 可接收在每个 CDPD 蜂窝中
11、同播的无线资源管理信息。它接受信道流辨认参数，蜂窝配置参数，信道接人参数和信道质量估计参数。 和同播数据链接相比，点对点数据键接用来在单个 MES 和它服务的 MD-IS 之间传输信息。在点对点键路连接建立之前，为 MES 分配一个专用的 TEI 值（从 16 到 21） ，然后MES 在点对点连接上发送、接收所有包含该 TEI 值的倾。因此，TEI 被用作信道标识或MES 数据链路地址。每个 MES 被分配一个 TEI 值，在该 MES 和它服务的 MDIS之间这个 TEI 值被用来多路复用所有的网络层业务。 数据链路连接中的信息传送支持两种操作模式：确认模式和非确认模式。同播信道中传送的信
12、息只使用非确认模式，不使用差错校正和流校制机制。因此非确认模式传送是不可靠的。根据网络层要求的眼务质量，点对点数据键路信道上传送的信息采用非确认模式或确认模式。对每一个确认模式数据链路连接，为保证给定的服务质量，MDLP 建立控制机制。例如，MDLP 提供顺序控制以保持数据链路连接中的帧的倾序，MDLP 探测到几个错误就启动校正过程，还提供流控制。 3、相关干网汇聚协议（SNDCP ） 功能上，SNDCP 在数据链路和网络层之间。假定网络层是独立的子网，它虚拟工作在任何数据链路上，因此网络协议设想的业务不能直接映射到 MDLP 提供的业务中。因此， SNDCP 可根据要求提供合作。SNDCP
13、提供下列功能： 1、分段 为了被有限长度的数据链路帧容纳，网络协议数据单元（NPDU ）根据需要被分段和合成。分段的最大长度是 2048 字节，而 MDLP 支持的最大用户数据长度相当小（默认为 13 0 字节） 。 2、加密 为保证 CDPD 空中接口上用户数据的保密性， NPDU 在分段后加密。加密和解密的密钥在安全管理单元（SME）中可得到。 3、多路复用 SNDCP 在相同的数据链路连接中多路复用多个网络层的业务。这使几个网络层单元可同时在 SNDCP顶层运行。如 2 个网络协议（IP 和 CNLS）和 2 个管理单元（SME 和 MNRP-移动网络登记协议）可同时运行在 SNDCP
14、的顶层。由它们各自的网络层协议标识（ NLP）来区别。 4、头压缩 为增加数据链路性能和有效性，SNDCP 压缩和恢复冗余的网络控制信息。 5、数据压缩 为进一步增加数据键路性能，NPDU 的数据部分根据 ITU-T V.42 进行二次压缩。6、服务质量 SNDCP 提供 2 种数据传输模式。确认模式在数据键路控制过程中传送NPDU。非确认模式在数据键路控制之外传送 NPDU。采用何种传输模式由网络层要求的业务质量参数决定。六、信道跳转 由于 CDPD 是在蜂窝电话网开始运作之后提出的，它的设计和实现受到不能改变观存的蜂窝系统的限制。因此 CDPD 被设计为对底层的蜂窝系统完全透明。当一个蜂窝
15、系统为话音传输选择一个新的信道时，它不会意识到 CDPD 的存在，因此它可能会占用正被 CDPD 使用的信道。这时，CDPD 信道会尽可能优先的占用另一条空闲信道上并继续 CDPD 操作。 CDPD 操作在信道跳转的环境下，对它的下行键路性能会有影响。 MDBS 在它和蜂窝基站之间采用合适的通信协议，或者应用监测设备（如取样器）来寻找传输可用的信道。后一种情况下，MDBS 通过检测进入发射天线的功率监测蜂窝基站的发射信号。当发现功率上升，说明话音业务开始，若该信道被 CDPD 使用就进行一个强制的信道跳转。在任何话音传输之前，MDBS 关闭当前的前向信道结束数据传输，跳到一个新的空闲蜂窝信道中，在该信道上继续传输它的前向数据业务。数据传输需要 MESs 跟踪信道跳转，在找到该信道之前要一对指定的一组可能的 CDPD 信道进行搜索。 七、结论 CDPD 是一种较新的移动数据技术。它的特点是能够在现存的蜂窝电话网上实现独立的蜂窝系统或分组交换功能。在分组交换方面，CDPD 可利用现有的蜂窝结构以最小的安装投资快速发展起来。但它是否在专用的射频信道上实现要与业务的要求决定。很明显，如不使用专用信道，下层蜂窝系统的业务激活会在很大程度上降低 CDPD 数据传输质量。今后，随着 CDPD 的发展，很可能会为 CDPD 分配专用信道。 -资料引用:http:/
