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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M－ES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（MD－IS），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M－ES、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M－ES和它们服务的MD－IS（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M－ES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M－ES，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M－ES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，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。M－ES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CD－PD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/CD（带有竞争检测的数字识别多址）算法，一个M－ES可接
入反向信道。DSMA／CD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M－ES
首先检测忙／闲标志，如果发觉反向信道忙，M－ES随机延迟数个微时隙后再检测。由
于M－ES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，M－ES会启动传输，同时将忙／闲标志置忙。
在M－ES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MD－IS和一个M－ES之间或一个MD-IS和多个M－ES之间传送
消息。通过SNDCP在每个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TEI＝1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TEI＝0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M－ES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M－ES分配一个专用的TEI值（从16到2－1），然
后M－ES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M－ES数据链路地址。每个M－ES被分配一个TEI值，在该 M－ES和它服务的MD－IS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M－ESs
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。
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