移动数据通信技术概述.docx

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1、移动数据通信讲座第一讲移动数据通信技术概述张力军（南京邮电学院南京210003 ）摘 要本文简要介绍移动数据通信和移动数据网的一些基本概念、基本核心技术、业务和应用、移动互联网的形成和进展。关键词 移动数据通信 移动数据网 移动数据业务 移动IP 服务质量 移动 互联网一、什么是移动数据通信1 .移动通信网与移动数据网近十多年来，我们国家移动通信快速进展，移动通信网已实现从模拟网向数字网的转换。 移动通信网与固定通信网一样，不论从用户对业务的需求，还是从网络运营商供应的服务以及通 信设施研发生产商来看，都可以分为三个层次：语音；数据；视频和多媒体。可以将后两个层次 的业务通称为移动数据业务，例

2、如，短消息，传真、电子邮件、文件、图像、扫瞄网页等。能为 用户供应移动数据业务的移动通信网，又可称为移动数据网。也有特地供应移动数据业务而不供 应语音业务的，称为专用移动数据网（或简称为移动数据网，或无线分组数据网）o随着技术的 进展，语音和视频等实时业务将完全以分组数据的形式传送，那时，移动通信网也就完全变成了 同体系与互联网存在差异，无线接入网中无线链路速率的限制，移动终端资源和处理力量的限制。 因此，我们必需在移动网和互联网之间引入一种适配机制，才能使手机可以获得互联网的信 息服务。例如，WAP （无线应用合同）就是用来解决这个问题。WAP合同支持底层各种类型电 路交换和分组交换的移动网

3、和无线网，但网络须增加一个WAP网关，用来进行合同变换和面对 手机的代码变换。这样人们使用WAP手机就可以获得互联网某种程度的信息服务。随着核心网的技术进展和向全IP网络演进、无线通信技术的进展和无线链路速率的提高、采 纳新技术手机的功能增加并向电脑化进展，上述的障碍和限制将逐步缩小和消逝，原有的适配功 能将弱化或提出新的适配要求。手机通过移动互联网可以获得越来越多的固定互联网上丰富多彩 的的信息服务，在信息服务的类型、内容和质量上逐步接近固定互联网。近一年来，制造商间续推出的功能强大的智能手机支持并可获得网络彩信（MMS ）和 视频流媒体服务，反映了移动互联网新的技术进展趋势。智能手机将使整

4、个手机产业发生全新的 变化，智能手机向电脑化方向进展的同时，将整合进PDA、数码相机、嬉戏机、MP3音乐播放 机及其它消费类电子产品的功能。依据用户共性化需求，智能手机将向智能电脑手机、智能商务 手机和智能消遣手机三个主要方向进展。移动数据网。2.移动数据通信与无线数据通信这两个术语的含义比较相近，但有肯定的区分。它们共同点在于数据通信都是通过无线信道 和网络进行的，而主要区分就在于移动与无线二词。移动”一词表示通信终端的三种 运动状态：归属区静止、运动和漫游（访问区静止），实际上移动主要是指运动和漫游 这两种状态。因此，移动数据通信就是指终端在三种运动状态下都能进行数据通信。而无 线数据通信

5、”一词主要含义是指在静止状态进行数据通信，但假如无线网络能供应漫游服务，那 么这种状况下的无线数据通信也是移动数据通信。能供应无线数据通信最典型的例子是 无线局域网（WLAN X随着网络技术的进展以及移动、无线网络与互联网的逐步演进和相互融 合，传统的无线数据网也能支持终端在运动状态下进行数据通信。那时，无线数据通信与移动数 据通信也就没有什么区分了。目前，假如分析和争论的问题不涉及终端是否在运动中，只要不影 响问题的实质，人们也常将这两种术语混用。二、移动通信网的组成移动通信网由无线接入网、核心网和骨干网三部分组成。无线接入网主要为移动终端供应接 入网络服务，核心网和骨干网主要为各种业务供应

6、交换和传输服务。从通信技术层面看，移动通 信网的基本技术可分为传输技术和交换技术两大类。从传输技术来看，在核心网和骨干网中由于通信媒质是有线的，对信号传输的损伤相对 较小，传输技术的难度相对较低。但在无线接入网中由于通信媒质是无线的，而且终端是移动的, 这样的信道可称为移动（无线）信道，它具有多径衰落的特征，并且是开放的信道，简洁受到外 界干扰，这样的信道对信号传输的损伤是比较严峻的，因此，信号在这样信道传输时牢靠性较低。同时，无线信道的频率资源有限，因此有效地采用频率资源是特别重要的。也就是说，在无线接 入网中，提高传输的牢靠性和有效性的难度比较高。从网络技术来看，交换技术包括电路交换和分组

7、交换两种方式。目前移动通信网和移动 数据网通常都有这两种交换方式。在核心网中，分组交换实质上是为分组选择路由，这是一种类 似于移动IP选路机制（或称为路由技术），它是通过网络的移动性管理（MM ）功能来实现的。三、移动数据通信的进展.概况数字通信技术大大推动了移动数据通信技术的进展，它主要由两个特征来描述：数据速 率（Data Rate ）和移动性（Mobility X移动数据速率正由窄带低速率（几kbps ）向宽带高速 率（几十Mbps以上）进展，移动性在静止、慢速、快速范围内。移动数据的业务将很快超过话音, 并向移动多媒体通信进展。各种移动数据网和无线数据网都将成为互联网的无线扩展，形成全

8、IP 网络。各种移动和无线终端都可以在不同地点和各种运动状态下实现无线IP接入互联网，获得互 联网的各种信息服务。1 .移动数据网分类依据掩盖范围可以分为两种：a.广域网：如基于各代（1G ,2G ,2.5G ,3G ）蜂窝网的移动数据网（如：AMPS/CDPD , GSM/GPRS WCDMA等），专用的公众移动分组数据网（Mobitex , Adis 其主要特点是窄带 低速、掩盖广、可快速运动。b.局域网：如WLAN , HIPELAN, WATM等。其主要特点是宽带高速率、掩盖窄、慢 速运动，由室内向室外进展。此外，数字集群系统（Tetra ）和数字无绳电话系统（DECT、PHS ）也可

9、以供应移动数 据业务。2 .移动数据进展面临的挑战a.有限的频率资源与提高数据速率的冲突，要求提高系统的有效性。b.开放式无线信道特性与传输的牢靠性的冲突，要求提高系统的牢靠性。c.传统的IP网络选路与寻址方式与终端移动性的冲突，要求解决移动性管理问题。移 动IP是解决该问题的有效方案。d.实时业务（如话音、视频、多媒体）质量（QoS ）要求与传统分组数据传输机制性能 的冲突。要求移动数据网引入新的机制，提高QoS保障力量。e.移动终端小型化、便携性要求（硬、软件资源有限）与功能多性能好要求的冲突。当 前采用无线应用合同（WAP ）实现手机上网是解决该冲突的一项新技术。以上几方面（冲突）构成了

10、移动数据网基本的核心课题，其中a和b是网络空中接口要 解决的基本核心课题，c和d是网络层要解决的基本核心课题，e是移动终端和应用要解决的基 本核心课题。四、移动数据网的基本核心技术.空中接口的核心技术空中接口主要涉及合同栈的物理层、MAC（媒质接入掌握）层、数据链路层等。对移动无线网 络来说,提高系统的牢靠性和有效性关键在于物理层。随着移动通信技术的进展，物理层在多址、 数字调制、功率掌握、接收和检测等方面不断采纳新的技术。在MAC层优化接入算法，提高接 入效率。从而不断改善无线链路的性能。1 .网络层的核心技术在基于分组交换方式的移动数据网中，各种数据业务是以分组形式传送的，分组传送的 基本

11、要求一是选择正确的传送路径，二是按业务质量要求传送（如吞吐量、差错率、时延和时延 抖动等1这就构成了网络层的两个基本核心技术：选路（路由）技术和服务质量（QoS X（1）选路技术各种移动数据网普遍采纳类似于移动IP选路机制（或称为路由技术），它是通过网络的 移动性管理（MM ）功能来实现的。移动IP是IETF提出的移动主机（MH ）在互联网（IP网络）中的选路合同，该合同能 对IP网络中的MH的动态路由进行管理。该合同是网络层的合同，与其底层的物理网络无关。 移动IP采纳代理技术和隧道技术来支持MH的移动性-即MH使用一个固定的IP地址在漫游过 程中始终能保持它与网络中其他主机的IP路由不中断

12、。移动数据网中MM的选路机制虽类似于移动IP ,但并不是同一个合同。因此，在移动网向 全IP网络的进展演进过程中，MM的选路机制将逐步由移动IP来取代。（2 ）服务质量（QoS ）移动数据网可以供应各种类型的业务，如语音、传真、短消息、文件、图像、视频、 多媒体等。不同业务对质量（QoS ）要求不同。评价QoS的主要指标有：吞吐量、差错率、传 输时延、时延抖动等。不同业务的QoS指标是不同的。实时性强的业务（如语音、视频、多媒 体业务）对各项指标要求都比较严（高吞吐量、低差错率、时延及其抖动小XQoS问题实质上是网络为业务供应资源保障的问题，这对基于电路交换的各种业务比较 简洁解决，但对基于分

13、组交换的各种业务比较困难和简单，尤其是无线链路的简单性和移动终端 的移动性给解决QoS问题增加了难度。在这种状况下,要由移动数据网的物理层、MAC层、链 路层、IP层、TCP层和应用层共同来保障，各层要依据无线移动环境的特点和应用业务的要求采 纳相应的措施，进行优化、改进和适配。五、移动数据业务和应用.移动数据的业务近些年来，移动通信迅猛进展，运营商把移动通信业务逐步从话音业务拓展到数据业务上来。 移动数据业务是从短消息业务（SMS ）进展起来的，很快形成一场短消息的热潮。2.5G移动网和移动智能网技术的应用、移动互联网供应丰富多彩的内容以及敏捷多样的 商业模式，给移动数据业务的进展注入了强大

14、的动力。移动数据网支持TCP/IP ,因此目前种类丰 富的互联网应用合同均可在此之上使用。随着WAP （无线应用合同）的采纳，将会向用户供应 更为丰富的增值业务，从而使得用户可以象固定用户一样便利地使用互联网上的各种服务，这将 极大地促进移动数据业务的使用。随着技术和市场的进展，运营商正在进一步供应多媒体消息业务（MMS 1视频电话、 视频点播、无线高速上网以及其他移动数据业务。由此可见，运营商已经把目标从过去的单纯地 供应语音业务快速转变为供应以移动互联网为基础的数据业务。在将来3G系统中，移动多媒体业务将占有重要地位。因此3G系统除传统电信业务外, 还能有效地支持移动多媒体业务。多媒体业务

15、在一个呼叫中集合了两种或两种以上的媒体组件， 例如语音、数据、图像、影像。多媒体业务可以包括多个呼叫方和连接不同的呼叫方，可以供应 不同的媒体组件，因此要求多媒体业务应当具有足够的敏捷性，以便增加和删除多媒体组件和呼 叫方。下面简洁介绍一下目前使用比较多的三种短消息业务：SMS （ 一般短消息业务EMS （增加型短消息业务）和MMS （多媒体短消息业务XSMS是最早使用的、目前普及率最高的一种短消息业务。目前SMS只是在手机内（或 其他移动终端）输入一段文字（在140字节之内）后发送，由网络SMS中心储存转发给接收终 端，使用简便，受到用户的欢迎，但在内容和应用方面受到限制较多。EMS是SMS

16、的增加版本，除了可以像SMS那样发送文本短信息之外，还可发简洁的图像、声音和动画等信息，也可集成几种信息在EMS手机上显示。一条EMS短消息的容量可能 是SMS的好几倍，因此对SMS和EMS采纳不同的计费方式。MMS最大的特色就是支持多媒体，对于信息内容的大小或简单性几乎没有任何限制。 MMS既可收发多媒体短消息，包括文本、声音、图像 视频等；还可以收发包含附件的邮件等。 MMS支持手机贺卡、手机图片、手机屏保、手机地图、商业卡片、卡通、交互式视频等多媒体 业务。因此，MMS使运营商可为用户供应多元化的移动数据服务，对用户很有吸引力。1 .移动数据的应用按应用领域主要有以下三种：a.社会应用领

17、域：现场交易（销售、选购、股市、电子商务、电子银行公用事业（水、 电、气）、公共服务（为公众供应信息服务交通消遣服务业（班次、票务交通监控调度（车 船队X紧急公务（公安、消防、速递、救灾、急救X现场工作人员（记者、医生、维护人员1 固定应用（POS机、无人售货机、水文气象遥测）等。b.私人应用领域：电子邮件、扫瞄web页、在线谈天、移动可视电话、视频新闻等。c.办公应用领域：移动办公室、现场电视会议等。六、移动互联网.移动互联网的形成十多年来，互联网快速进展已遍及世界各个角落，互联网正在以强劲技术和市场动力进 展成为世界公共统一的通信大平台。互联网不仅为人们供应丰富多彩的信息服务，而且将为人们

18、 供应电信级质量的语音、视频和多媒体通信服务。与此同时，移动数据网也随着移动通信网快速进展。移动数据网有电路交换和分组交换 两种交换方式，其核心网具有相应的外部接口分别与PSTN、ISDN、PDN和互联网相连，可以 供应基于电路交换和分组交换的数据业务。同时，各种无线网络（如无线局域网WLAN和 HIPERLAN,无线个域网WPAN、无线Ad Hoc网络等）都采纳IP技术与互联网相连。因此，各 种类型的移动网和无线网成为互联网的无线扩展，或互联网的无线接入网，使得它们的各种移动 和无线终端可以通过无线方式接入互联网，从而可以获得互联网的各种信息服务，并能在互联网 平台上进行通信。这种扩展了的互

19、联网称为移动互联网或无线互联网。1 .移动互联网的进展目前，人们依据移动网和无线网现状，一般认为移动互联网”是指移动终端通过移动网接 入互联网，支持终端的移动性（漫游和运动状态）；而无线互联网主要是指无线终端通过无 线网接入互联网，不支持终端的移动性（实际上有的可支持漫游）。在实际应用中，前者主要是 指手机可以在移动状态下接入互联网，后者主要是指笔记本和其他无线终端在静止状态下接入互 联网。随着网络技术和建设以及终端技术的进展，上述两个术语在技术概念上的差异将会逐步缩 小。有时，假如我们不关怀网络是否支持终端的移动性，将两个术语混用也无妨。在移动互联网中，移动网可看着固定互联网的无线扩展。这种扩展包含两层含义：形式 上的扩展和内容上的扩展。前者是指移动网的网络结构和基础设施与固定互联网互联互通，互联 网信息服务的范围扩展到移动网无线掩盖的区域；而后者是指固定互联网信息服务类型、内容和 质量扩展到无线掩盖的区域。由于移动网是无线网络，与固定互联网相比是异质异构网络，网络 技术进展具有渐进性和阶段性，因此，固定互联网的无线扩展（形式和内容两方面）也是逐步演 进的，移动网的手机用户不行能很快得到与固定互联网完全相同类型、内容和质量的信息服务。在现阶段的无线扩展中，移动网的三个组成部分都存在着技术上的障碍和限制：核心网的合