汪海燕 叶飞 杨龙祥
引言
目前，随着计算机和通信技术的发展，无线网络已成为人们生活的一部分。在商业通信领域，随着以Internet为基础的数据通信业务迅速发展和移动用户数量的与日俱增，在信息传送领域中正出现一种新的趋势，即无线网络和Internet的结合。它可以使用户在任何时候，从任何地方接入Internet，以读取电子邮件，查询工作当中所需要的重要数据，或者将Web页面上载到便携式PC机或个人数字助理（PDA）。如何接入Internet进行数据通信成为人们所关注的技术问题。
移动接入无线数据通信比较注重时效性，要求在移动的过程中完成对数据信息的存取。通过移动和无线通信系统接入Internet的方式分为两大类：一是基于蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分组数据（CDPD），通用分组无线传输技术（GPRS），EDGE等；二是基于局域网的技术，如IEEE802.11 WLAN，Bluetooth,HomeRF等。
移动蜂窝接入技术
移动蜂窝Internet接入技术有：基于第一代模拟蜂窝AMPS系统的CDPD技术、基于第二代数字蜂窝系统GSM和IS-136的GPRS以及在此基础上的EDGE技术。
1.蜂窝数字分组数据CDPD
CDPD技术是在AMPS系统上开发出来的，完全使用AMPS原有的频谱和设施，既可以采用专用频率方式，在规定的信道传送数据，也可以采用跳频方式，利用移动电话通话中的闲置信道传送数据。在现有的模拟蜂窝电话网上通过增加移动数据基站（MDBS）、移动数据中介系统（MDIS）和移动数据终端（MES），进行无线分组数据通信，适用于数据量小、实时要求不高的场合。它使用的是分组交换技术而非电路交换技术。在通常的移动电话系统中，移动电话始终不断发送音频信号；而分组交换的移动电话则向基站发送单个的数据分组，然后断开连接。这大大减少了空闲时间。
使用CDPD时，用户移动数据终端发出的数据经调制后，首先通过无线电波传送到移动数据基站，由移动数据基站完成对无线信道的管理、无线信号的接收与解调，然后再将解调后得到的数据传送到移动数据中介系统，由该数据中介系统完成CDPD网内数据包的交换、路由以及对用户移动位置的跟踪、漫游，发往CDPD网外的数据将通过路由器完成与其他如DDN、PSTN、CHINANET、CHINAPAC等公网的连接。同时，为了确保数据的正确传送，CDPD使用了IP高层网间协议，采用高可靠性的前向纠错技术来提高传输速率，使得速率最高可达19.2kbit/s，同时系统对TCP/IP报头进行压缩，对数据进行V.42bis压缩，提高了信道的利用率。
CDPD采用公共随机接入，数据以分组的形式在无线信道上传送，传送过程中信道并不完全固定分配给一个用户，因此多个用户的数据可以分享一个信道，信道利用率高。但由于数据以分组的形式传送，故传输时延较大。CDPD采用TCP/IP协议网际地址编号方式，用户由全国统一规划地址，每个用户的IP地址固定，所以呼叫建立的时间很短。鉴于以上特点，CDPD对于点多、面广、信息短、量大而频次较密的突发性业务具有优势，可用于金融、证券、交通智能调度、远程监控、信息查询等领域，因而适合于Internet接入。
2.通用分组无线业务GPRS
GPRS是按GSM标准定义的封包交换协议，它在移动终端和网络之间实现了‘永远在线’的连接，网络容量只有在实际进行传输时才被占用。它是一种基于分组交换传输数据高效率的方式，是在GSM网络中增加分组交换功能，在GSM平台上在于X.25和TCP/IP协议的分组交换数据通信。它可以提供高达115kbit/s的空中接口传输速率。GPRS使若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源。其数据率是现有GSM的10倍以上，巨大的吞吐量改变了单一面向文本的无线应用，使得包括图片、话音和视频的多媒体业务得以实现。
为了实现GPRS，需要在现有的GSM网络中引入3种新的逻辑网络实体；服务GPRS支持节点、网关GPRS支持节点和分组控制单元（PCU）。
SGSN是GPRS骨干网与无线接入网之间的接口，提供GPRS网络与外部分组数据网络之间的交互操作。它将分组交换到正确的在站子系统（BSS）。其任务包括提供对移动台的加密、认证、会话管理、移动性管理和逻辑链路管理。它也提供到HLR等数据库的连接。GGSN是外部分组数据网（IP）或分组交换数据网（X.25/X.75）与GPRS核心网之间的网关节点。如果外部网络是一个IP网，GGSN可以看成一个普通的IP路由器，它服务移动台的所有IP地址。节点可以包括防火墙和分组过滤机制。另外，GGSN根据移动台的位置，为其指定一个SGSN。在BSS的BSC中，包括一个分组控制单元（PCU），它支持所有GPRS空中接口的通信协议。PCU负责管理分组分段和规划、无线信道、传输成熟检测和自动重发、信道编码方案。质量控制、功率控制等，并支持越区切换、无线电资源配置和信道指配等功能。MSC/VLR、HLR和SMS（短消息服务）中心是普通电话交换GSM系统中的功能实体。这些节点通过增加附加的接口实现与GPRS的互通。
GPRS的特点包括：充分利用频谱资源、传输带宽宽、适用于突发性业务。
GPRS技术呼叫建立时间短、支持点到点、点到多点、上下行链路非对称传送。从有效地利用网络资源和降低用户费用方面考虑，GPRS非常适合于例如互联网业务等突发性、面向大众的业务。
3.EDGE（Enhanced Data rate for GSM Evolution）
EDGE是EriCSSon公司作为一种GSM的演进方案提交给ETSI的，从而为正在进行的标准化进程铺平了道路。从技术上讲，EDGE主要改进了无线接口，但从更普遍的意义上讲，EDGE是提高了传输速率，并因此促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的有效的通用无线接口技术。
EDGE规范的思想是尽可能利用现有的GSM数据业务类型，且要提高其数据通信速率。EDGE无线链路的比特率和质量控制建立在三个基本原理上：多时隙连接、链路自适应和逐步增加冗余。EDGE通过多时隙操作可实现更高的比特速率。EDGE主要影响网络的无线接入部分，但它对基于电路交换和分组交换的应用并不影响，通过移动交换中心（MSC）和服务GPRS支持节点（SGSN），EDGE可保留使用现有的网络接口；实际上，EDGE是GSM的进化版，允许最高的38k的传输速度。与GPRS不同，EDGE需要不同于目前GSM的调制技术，投入较大。一些营运商视EDGE为GPRS发展到3G/UMTS的过渡技术。它是否会被广泛采用取决于设备、终端和相关应用在时间上配合。由于GSM和TDMA-136系统的用户数极大，在现有系统中引入EDGE的市场潜力很大。
基于无线局域网的接入技术
1.无线局域网（WLAN）
近些年来，随着局域网的应用领域不断拓宽和现代通信方式的不断变化，尤其是移动和便携式通信的发展，无线局域网（WLAN）便应运而生。
无线局域网是一种能支持较高数据速率（2-11Mbit/s）、采用微蜂窝、微微蜂窝结构的、自主管理的计算机局部网络。它可采用无线电或红外线作为传输媒质，采用扩展频谱技术，移动的终端可通过无线接入点来实现对Internet的访问。在无线局域网这个领域中有这样两个主要标准：IEEE802.11和HIPERLAN（High Perfomace Radio Local Area Network）。
IEEE对802.11的标准进行了高速扩展。高速扩展有两个版本：一是IEEE802.11a，工作在5GHz频段，采用OFDM调制，传输速率为6-54Mbit/s或11Mbit/s。
WLAN利用常规的局域网（如10/100/1000Mbit/s以太网）及其互连设备（路由器）构成骨干支撑网，利用无线接入点（AP）和无线接入服务器（WAS）来支持移动终端（MT）的移动和漫游。无线接入服务器的作用是提供无线终端的接入管理和移动性管理。在无线接入服务器管辖的范围内（称为服务区）可支持多个小区。无线接入点的作用是完成WLAN和LAN之间的桥接，实现无线空中接口协议到LAN协议的转换，并实现小区的移动用户管理。在无线接入服务器中运行移动IP服务器软件，在移动终端上运行移动IP客户机便可支持移动IP功能。
2.蓝牙技术（Bluetooth）
蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mbit/s时分双工传输方案被用来实现全双工传输。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统更稳定。前向纠错（FEC）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。
蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kbit/s同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为721kbit/s，而另一端速率为57.6kbit/s的不对称连接，也可以支持4.2kbit/s的对称连接。
蓝牙协议体系中的协议按特别兴趣组（SIG）的关注程度分为四层：
（1）核心协议：BaseBand、LMP、L2CAP、SDP；
（2）电缆替代协议：RFCOMM；
（3）电话传送控制协议：TCS Binary、AT命令集；
（4）选用协议：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。
除上述协议层外，规范还定义了主机控制器接口（HCI），它为基带控制器、连接管理器、硬件状态和控制寄存器提供命令接口。
3.HomeRF
由ITU赞助，在Compaq、Intel、Philips、HP、IBM和Microsoft等几大公司参与下，HomeRF工作小组从一开始就定位于家庭网络，致力于实现PC以及其它来自不同国度、不同制造商的家用电器设备之间的数字通信。它制定的共享无线接入协议SWAP（Share Wirless Access Protocol）结合了DECT和IEEE802.11的特点，提供了对语音和数据业务的支持能力，非常适合家居环境中的通信。
HomeRF（SWAP）的数据速率为1.6Mbit/s。SWAP协议模型协议层次与OSI网络模型有一定的映射关系，但不是完全一一对应。在SWAP中，MAC（介质访问层）对应与数据链路层，homeRF的SWAP协议模型上的协议层则根据开展的业务不同而有所差异，它用TCP/IP承载数据业务、UDP/IP承载流业务（诸如视频数据流等），同时为了提供高质量的语音业务，还集成了DECT协议。
总而言之，IEEE802.11比较适于商业环境下的无线网络，蓝牙技术适合于移动设备之间的互连，而HomeRF则适合家居环境中的通信。
移动无线接入Internet的协议
为推进用于开发工作在无线通信网络环境的应用和服务的技术，WAP论坛推出了工业界广泛认可的规范WAP。WAP规范是一种无线应用程序的编程模型和语言，它第一次定义了一个开放且全球统一的标准结构和一套用来实现无线Internet访问的规范，作用是将Internet网的内容和数据服务引入无线移动终端，即WAP成为移动通信通向internet桥梁。WAP定义了一个分层的、可扩展的体系结构，为无线Internet提供全面的解决方案。WAP协议开发的原则之一是要独立于空中接口，即指WAP应用能运行于各种无线承载网络之上，如TDMA、CDMA、GSM、GPRS、SMS等。WAP协议包括以下几层：
*无线应用环境（WAE）：基于WWW和移动电话技术结合的一种通用应用环境。其目的是建立一个可共同操作的环境，允许操作人员和服务供给者用有效的方法创建能达大量不同无线平台的应用和服务。
*无线对话协议（WSP）：向两个对话服务提供了有一致接口的WAP应用层。首先是在WTP办理层上操作的连接导向服务。其次是在安全或非安全数据包服务上操作的非连接服务（WDP）。
*无线办理协议（WTP）：在数据包服务顶端运行，并提供适合在“瘦”客户（移动网络站）上执行的普通输导向协议。WTP在安全和非安全数据包网络上有效地操作并提供三类事务服务（不可靠单向请求、可靠的单向请求、可靠的双向请求应答事务）以及可选的用户到用户的可靠性、PDU的级联和异步事务处理。
*无线传输层安全性（WTLS）：基于工业标准传输层安全协议，是为WAP传送协议的使用而设计的，并由于低带宽通信信道上使用而进行了优化。WTLS提供下列特性：数据完整性、保密性、真空性。
*无线寻址信息协议（WDP）：WAP体系结构中的传输层协议作为无线寻址信息协议（WDP）被提交。WDP在支持不同网络类型的载体服务的数据上运行。作为通用的传输服务，WDP向WAP上层协议的提供一致的服务，并在其中可用的载体服务上进行透明通信。
随着社会对Internet网络需求的日益增长，无线网络也必将会迅速发展，而且随着多媒体技术的发展，无线网络上传输的也将是数据、实时语音和图像等各类信息。
摘自《世界电信》2001.10
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