基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統

1引言

目前，世界上關(guān)于移動(dòng)數據通信系統的研究和開(kāi)發(fā)工作正在如火如荼地進(jìn)行。全球移動(dòng)數據通信網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商已超過(guò)50家，各發(fā)達國家和各大電信運營(yíng)商、制造商都開(kāi)始致力于移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。未來(lái)移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù)將呈現多樣化發(fā)展的特點(diǎn)。在第二代GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò )向第三代網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的過(guò)程中，目前研發(fā)與應用主要集中在使用無(wú)線(xiàn)信道進(jìn)行高速數據傳輸上，最引人注目的就是數據技術(shù)的引入和發(fā)展。如GSM網(wǎng)絡(luò )通過(guò)采用GPRS技術(shù)，數據最高速率可達115kbps，CDMA網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)到CDMA20001X階段時(shí)數據速率可達144kbps，而馬上開(kāi)始商用的第三代移動(dòng)通信系統IMT－2000，最高速率可達2Mbps，預計以后可達10～20Mbps，歐洲正在研發(fā)155Mbps的未來(lái)移動(dòng)通信系統。2002年12月9日，由中國大唐公司自主研發(fā)的符合TD－SCDMA標準的第三代移動(dòng)通信設備和終端一次性通過(guò)了第二階段52項指標的測試(以數據業(yè)務(wù)為主)。2003年1月9日，中國聯(lián)通的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò )在上海測試完畢，現已在多個(gè)大中城市正式對用戶(hù)開(kāi)通。

當前，雖然通用的CDMA移動(dòng)數據通信系統、設備和終端的研究和開(kāi)發(fā)很多，但針對配電自動(dòng)化、交通監控與信息發(fā)布、銀行卡服務(wù)、工業(yè)數據采集、環(huán)境檢測等具體應用、獨立研發(fā)的基于CDMA公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統還不多見(jiàn)。

以移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù)的高速發(fā)展和聯(lián)通CDMA20001X網(wǎng)絡(luò )建成為契機，在廣泛了解國內外移動(dòng)數據通信研發(fā)和應用現狀、深入研究相關(guān)數據通信技術(shù)的基礎上，本文提出了一種"基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移運數據通信系統"。

2系統特點(diǎn)

(1)成本低廉、尤其在通信網(wǎng)絡(luò )的規模比較大時(shí)更為明顯：

首先是建設投資小，網(wǎng)絡(luò )建設中省去了大量的組網(wǎng)投資；其次是維護、運行費用低，網(wǎng)絡(luò )運行過(guò)程中只需承擔少量的終端維護費用；雖然需要支付一些數據通信使用費，但就目前的資費水平和網(wǎng)絡(luò )規模估算，單就運行和維護費用一項的節省就足以對其進(jìn)行補償。

(2)網(wǎng)絡(luò )組建的靈活性和方便性：

由于網(wǎng)絡(luò )的基礎設施已經(jīng)十分完善，通信系統的組建只需要考慮中心站和外圍布點(diǎn)的問(wèn)題。在外圍布點(diǎn)時(shí)可以充分地享受無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的地點(diǎn)選擇上的自由性和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的較全面的覆蓋范圍。在大部分地區，基本上可以不考慮布點(diǎn)的限制，甚至支持可移動(dòng)的站點(diǎn)。對于復雜、易變，站點(diǎn)位置經(jīng)常性變化的網(wǎng)絡(luò )(城市改造、用戶(hù)變更等)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )布點(diǎn)不受限制這一點(diǎn)更表現出它的優(yōu)越性。

(3)地域范圍和網(wǎng)絡(luò )密度的適應性：

目前，CDMA移動(dòng)網(wǎng)的基站在城市中的密度大，而在鄉村中則相對較小，正好滿(mǎn)足在城市通信終端數量大、密度高而在鄉村數量少、密度小的要求。因此，基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統在地域范圍和網(wǎng)絡(luò )密度方面沒(méi)有問(wèn)題。

(4)數據業(yè)務(wù)適應性：

目前的CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )能支持多種豐富多彩的數據通信業(yè)務(wù)，因此基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統完全能滿(mǎn)足各種數據應用對通信的要求。

(5)系統安全性高：

3系統構成

(1)用戶(hù)數據設備、數據采集設備或數據集中設備(如銀行ATM／CDM機、POS機，電力系統中的

TTU、FTU、多功能電能表等)。

(2)無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端(WDT)。

(3)CDMA網(wǎng)絡(luò )。

(4)前置機(FE)。

(5)前置機的數據中繼設備或中繼網(wǎng)絡(luò )，包括移動(dòng)專(zhuān)線(xiàn)、有線(xiàn)中繼器或Internet等。

(6)終端管理系統。

(7)用戶(hù)數據中心的數據處理系統。

(8)數據庫服務(wù)器。

整個(gè)系統依托于中國聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò )公用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。

圖1基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統體系結構

基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統主要采用如圖1所示一對多的樹(shù)型體系結構，即一臺前置機負責轉集和轉存分布在一定區域范圍內的多臺無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端傳送的來(lái)自具體應用數據設備或數據采集設備的數據，所有前置機和終端都由一個(gè)終端管理系統負責管理，所有終端和前置機收集來(lái)的數據都傳送到數據中心由同一個(gè)數據處理系統進(jìn)行處理。

5系統工作模式

基于CDMA網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)數據通信系統支持兩種模式的數據傳輸過(guò)程：輪詢(xún)方式和主動(dòng)上報方式。輪詢(xún)方式的可控性較強，用于實(shí)時(shí)性要求不高的應用。在輪詢(xún)方式下，用戶(hù)數據中心的數據處理系統發(fā)出數據收集指令，前置機接收并解析數據收集指令，然后通過(guò)查找對應的無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端的Socket，并將數據收集指令轉發(fā)給相應的終端。終端完成數據收集并將數據通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給前置機，然后由前置機將數據轉發(fā)給中心數據處理系統。終端管理信息的收集過(guò)程與數據傳輸過(guò)程類(lèi)似。主動(dòng)上報方式則主要用于滿(mǎn)足用戶(hù)數據信息和終端管理信息傳輸的實(shí)時(shí)性要求。在主動(dòng)上報方式下，數據由終端定時(shí)或以事件驅動(dòng)方式收集數據并將數據通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給前置機，然后由前置機將數據轉發(fā)給數據處理系統。終端管理信息的收集過(guò)程與數據傳輸過(guò)程也類(lèi)似。

6系統各部分的功能與特性

(1)無(wú)線(xiàn)數據傳輸終端(WDT)：

①基本功能：主動(dòng)上行呼叫點(diǎn)到點(diǎn)透明數據傳輸、被動(dòng)接受呼叫點(diǎn)到點(diǎn)透明數據傳輸、支持參數配置模式和數據傳輸模式選擇、主動(dòng)上行短消息數據、短消息廣播數據、電路交換數據(GSM)、分組包交換數據、無(wú)線(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò )數據、一直在線(xiàn)、故障自動(dòng)重啟。②擴展功能：前置機開(kāi)放端口自動(dòng)搜索、自檢與告警輸出、遠程軟件升級與維護、配置鍵盤(pán)和LCD顯示器方便用戶(hù)交互。

(2)前置機(FE)：

①基本功能：解析中心站數據收集指令以收集所轄區域內的無(wú)線(xiàn)終端傳送來(lái)的數據、分析終端管理系統發(fā)送來(lái)的終端信息收集指令或終端配置指令、通知終端完成信息的收集或參數配置、接收與終端管理系統相關(guān)的終端信息、控制前置機與終端之間、前置機與中心站之間的通信過(guò)程、負責將用戶(hù)數據發(fā)送至中心站進(jìn)行處理、將終端信息發(fā)送給終端管理系統以實(shí)現相關(guān)的終端管理功能。

②擴展功能：

主備用前置機自動(dòng)切換、終端管理系統功能支持。

(3)終端管理系統(TM)的基本功能：

終端配置管理、終端性能檢測與分析、終端故障管理、