移動互聯技術及其發展

2019-11-03 09:16:10

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供稿：網友

李玉清李煒廖建新

　　近年來，移動通信技術發展突飛猛進，2001年，我國的GSM移動網絡用戶已經超過1億，我國的移動通信網絡，成為世界最大的GSM網絡。另一方面，互聯網的網絡規模正在以驚人的速度不斷擴大，互聯網已經深入到人們生活的每一個方面。人們不僅僅滿足于通過固定的網絡設備接入互聯網，隨著個人流動性的增強，如何通過移動終端接入到互聯網的需求日益變得迫切。因此，如何讓人們隨時隨地方便的接入互聯網，成為當前無線通信和互聯網技術研究中的一個熱點。

　　移動通信和互聯網是當前信息產業的兩大支柱，而無線互聯由于具有將這兩大領域結合的能力，引發了設備制造商、電信運營商、軟件開發商以及信息提供商等各方面的極大關注。對于移動運營商來說，目前面臨的就是要采用新技術，對廣大移動用戶提供方便的互聯網和其他增值業務。在本文中，我們將介紹在無線互聯領域中所用到的技術及其發展方向。

　　一、移動ip技術

　　越來越多的移動用戶希望能夠以更加靈活方便的方式接入到互聯網，而不受到時空的限制。移動IP技術正是適應這種需求而產生的一種新的支持移動用戶和互聯網相連接的互聯技術。移動IP允許移動節點在不重新啟動和不中斷任何正在進行的互聯網通信的前提下，同時能夠移動自己的位置。

　　在移動IP中定義了三種功能實體：

　　移動節點（MobileNode）：當互聯網中的一個節點在鏈路切換時，能夠不改變它的IP地址，仍然進行正常的通信；

　　家鄉代理(HomeAgent)：與移動節點本地網絡主機相連接的路由器，它保存有移動節點的位置信息，當移動節點不在本地網絡時，能夠將發往移動節點的數據包傳給移動接點；

　　外地代理(ForeignAgent)：移動節點外地鏈路上的路由器，能夠把家鄉代理送來的數據包轉發給移動節點。

　　移動IP的工作機制：移動代理組播一個代理廣播消息，當移動節點收到消息后，檢查自己的工作網絡，工作在本地網絡時象固定節點一樣工作，當不在本地網絡時，通過外地代理的代理廣播消息來得到移動節點的轉交地址，向本地節點注冊它的轉交地址，家鄉代理向本地鏈路中的路由器廣播移動節點家鄉地址的網絡前綴，使發向移動節點的數據包被家鄉代理獲得，然后通過隧道向轉交地址傳送，在外地代理處，數據包從隧道中提取出來給移動節點，當移動節點向外發送數據包時，照常處理。

　　在移動IP的工作機制中，使用了幾項關鍵技術來完成其移動性，分別為：隧道技術、代理搜索、注冊。

　　隨著互聯網的迅速發展，對IP地址形成了壓力，現行的IPv4版本因為其自身物理數據結構所限，已經不能滿足人們如此巨大的地址的需求。IPv6采用128位地址，與32位的IPv4相比，幾乎可以無限制地提供新IP地址。與之相對應，移動IPv6技術也與移動IPv4相比有了很大的發展。

　　二、通用分組無線業務（GPRS）

　　GPRS是一種新的GSM數據業務，采用分組交換技術，能夠實現公眾陸地移動網（PLMN）上的分組模式的傳輸，并能實現與外部網絡的互通，可以給移動用戶提供無線分組數據接入業務。根據ETSI的GSMphase2/2+的建議，GPRS在階段1將支持以下業務：

　　TCP/IP和X.25業務；

　　GPRS附加業務；

　　增強型的短消息業務；

　　GPRS分組數據計費功能。

　　通過支持TCP/IP和X.25功能，GPRS網絡可以為用戶提供電子郵件、網上瀏覽、LAN接入等一系列功能；GPRS支持分組數據計費功能，網絡支持按照流量計費，使收費更加合理。

　　GPRS由于支持以上業務功能，其特點是：

　　傳輸速率高；

　　接入速度快，由于GPRS核心網是一個分組型數據網，支持IP協議，因此可以與其他分組數據網絡進行無縫、直接連接；

　　永久在線，由于分組傳輸不占信道，因此用戶可以長時間保持與外部數據網的連接，而不用進行頻繁的連接和斷開操作；

　　計費合理，由于可以按照流量計費，所以可以進行更合理的按流量計費；

　　可以提供豐富的數據業務。

　　GPRS的網絡結構是在現有的GSM網絡結構上添加了一些節點構成的，如GGSN（網關支持節點）和SGSN（服務支持節點）。GSN是GPRS網絡中最重要的網絡節點，有兩種類型，一種為GGSN，GGSN主要起網關的作用，是GPRS網與外部數據網絡的節點，負責與多種不同的數據網絡相聯接，同時還具有分配地址、計費和防火墻的功能；另一種為SGSN，SGSN主要是對移動臺進行鑒權和位置管理，用來記錄移動臺當前的信息，在移動臺和GGSN之間完成數據的發送和接收。

　　GPRS允許業務用戶在不使用電路交換網絡資源的情況下，以端到端分組傳輸模式發送和接收數據。GPRS能使分組模式的數據高效地，高性能價格比地使用網絡資源，這些應用可以具有以下特征：間歇、非周期的（突發）數據傳輸；

　　少量數據的頻繁傳輸；

　　大量數據以很長時間間隔傳輸。

　　GPRS能夠提供點對點（PTP）業務。點到點業務（PTP）可以實現兩個用戶之間的多分組的傳輸。PTP有兩種類型：

　　無連接的PTP網絡業務（PTP-CLNS）——采用數據報方式，可應付突發性業務，在無線接口采用應答傳輸方式實現可靠傳輸。它能支持基于IP協議的應用；

　　面向連接的PTP網絡業務（PTP-CONS）——在無線接口采用應答傳輸方式實現可靠傳輸。它能支持基于ConnectionOrientatedNetwork協議（CONP）的應用。在一個公眾陸地移動網（PLMN）內，GPRS應提供保持基于信元交換的面向連接虛電路的能力，但在跨PLMN傳輸時不要求這種能力。在無線數據連接發生不可恢復的失敗時應能釋放相應的交換虛電路。

　　GPRS還能提供點對多點數據業務以及GPRS補充業務、GSM短消息業務、匿名接入業務和各種GPRS電信業務。

　　四、WAP技術

　　20世紀90年代以來，移動電話迅猛發展，Internet的迅速普及及應用，極大的改變了人類的生活方式。移動互聯網就是將兩者結合起來，使人們可以通過移動終端隨時隨地的接入互聯網，享受其帶來的豐富信息。WAP（無線應用協議）是開發移動網絡上類似互聯網應用的一系列規范的組合。WAP協議與現在的互聯網協議非常相似，但它結合移動通信網絡的特點，專門為窄帶寬、高時延、小屏幕、有限存儲容量、低處理能力的無線環境量身定制的。在WAP業務中，移動終端作為微型瀏覽器，來完成類似web瀏覽器的功能。為實現移動終端與網絡服務器之間的通信，WAP定義了一套機制，包括：標準命名模型、內容類型、標準內容格式、標準通信協議。

　　WAP的結構與互聯網的結構非常相像，通過在Internet模型中的客戶端和服務器端增加一個WAP網關把Internet和無線領域連接起來。WAP網關的典型功能如下：

　　協議轉換，把來自WAP協議棧的請求轉化為WWW協議棧的請求；

　　消息編解碼，把WAP內容轉化成緊縮的二進制編碼格式，以減少在網絡上傳輸的數據量，提高網絡的傳輸效率。

　　這種構造使得移動用戶可以瀏覽大量的WAP內容和應用程序，并且方便應用程序開發者建立移動終端上的服務內容以及應用程序。

　　WAP體系結構協議棧各組成部分從上而下描述如下：

　　無線應用環境（WAE）是建立在移動技術與WWW結合基礎之上的應用環境。它的目標是在不同的無線應用平臺上建立一個兼容的環境；

　　無線會話協議（WSP）提供面向連接和面向無連接的兩種會話服務，提供了一致的接口；

　　無線事務協議（WTP）運行在數據報服務之上，提供了一個適用于瘦客戶（移動終端）的面向傳輸的輕量級的協議；

　　無線傳輸層安全（WTLS）是一種基于工業標準的傳輸層安全協議；

　　無線數據報協議（WDP）是建立在各種類型網絡之上的，為WAP的上層協議提供統一的接口，并對承載的業務提供透明的通信能力。

　　在WAP的承載網絡中，可以包括GSM、SMS、GPRS、CDMA、USSD（無結構的附加業務數據）等。WAP業務在個性化服務、小金額付費、及時提供最新信息、隱私保護等廣泛的服務范圍內有著無可比擬的優越性。從WAP設計和實現方面來看，它具有以下優勢：

　　獨立于網絡標準（可以在GSM、GPRS、CDMA上運行）；

　　適用于無線數據的傳輸機制；

　　開放的標準，獨立于生產廠商；

　　WAP可以從服務器上下載應用，能快速提供新的服務；

　　移動互聯網可以通過掌上服務，把每個用戶個體與互聯網緊密的結合在一起，使用戶能夠得到比傳統的互聯網高得多的個性化服務。

　　現在我國開通的WAP是基于GSM電路交換的基礎之上的，由于GSM的傳輸速率為9.6kbit/s，和現階段互聯網內容提供商（ICP）所提供的信息不夠豐富，所以WAP的應用沒有人們所預期的那樣發展迅速，但是隨著中國移動GPRS網絡工程的啟動，由于GPRS是建立在分組交換基礎之上，傳輸速率可達164kbit/s，接續時間短，建立在GPRS之上的WAP將會蓬勃發展。

　　四、3G技術

　　第三代無線移動通信網（3G），將提供多種服務，尤其是多媒體通信以及高速分組數據交換業務。3G的目標是，能夠提供全球統一覆蓋、支持多媒體功能、高服務質量、具有全球漫游能力等。

　　3G應該能提供的業務有：對基本和增強語音服務的支持；低速率的數據業務如電子郵件等消息；中速率的數據業務，如能支持文件傳輸和因特網接入等；高速率傳輸如高速分組交換和基于電路交換網絡的接入和高質量的視頻圖像的傳播。為了實現上述目標，各國提出了多種的解決方案，ITU最終確定了3G無線傳輸技術（RTT）標準為三種CDMA標準。因為頻率資源是有限的，隨著移動通信的飛速發展，頻率資源緊張成為各國普遍面臨的一個問題，如何使有限的頻率能分配給更多用戶使用，已成為當前發展移動通信的首要課題，而CDMA技術能夠更加合理的分配頻率資源，成為解決這一問題的首選技術。這三種標準分別是：

　　IMT-2000CDMA－DS（直接擴頻），即歐洲和日本共同提出的WCDMA技術；

　　IMT-2000CDMA-MC（多載波），即美國提出的CDMA2000技術；

　　IMT-2000CDMATDD，包括我國提出的TD-SCDMA和歐洲提出的UTRA TDD。

　　前兩種工作方式是基于FDD的，后一種是基于TDD的，FDD必須在上下行線路通信中都采用5MHz的載波器，這就是說運營商在雙向的線路中需要2×5MHz的頻率，因為頻率段在各國的分配是不同的，也許不能遵守這一要求，這樣就不能夠建立一個全球可以漫游的統一的網絡；而TD-SCDMA幾乎能夠在所有現存的GSM頻段內或者由UMTS和IMT-2000預留的頻段內運行。在高密度用戶地區、城市及近郊區，TD-SCDMA有著良好的覆蓋率，適合對稱及不對稱的數據業務。

　　中國聯通的800MHzCDMA網絡，可采取的過渡策略是：IS95A―CDMA1X―CDMA2000，CDMA2000是從CDMA1X演進而來的一種第三代移動通信技術,CDMA2000在無線接口性能上較IS95系統有了很大的增強,CDMA2000系統的話音業務容量是IS95系統的２倍，而數據業務容量是IS95的3.2倍。

　　從傳輸速率來看，IS95標準的速率集是CDMA2000速率集的一個子集,同時，CDMA2000提供增強速率集，從而在滿足第三代移動通信高速分組數據業務的同時實現了從IS95的平滑過渡。

　　CDMA2000能實現對IS95系統的完全兼容，技術延續性好，可靠性較高。同時也使CDMA2000成為從第二代向第三代移動通信過渡最平滑的選擇。由于所采用的基本技術始終為CDMA，單個載波信道占用的帶寬始終為1.25MHz，因此IS95A―CDMA1X―CDMA2000的演進路線是清晰的。無論移動終端還是基站均能夠前、后向兼容，是一種真正意義的平滑過渡。CDMA2000與IS95A標準上的兼容性使其基站的升級十分容易.

　　在第一代模擬和第二代移動通信系統中，主要的業務是話音業務，自然形成了以交換機MSC為中心的核心網絡，在第三代通信系統中，由于對數據業務提出了很高的要求，其核心網是建立在全IP的基礎之上的，其基本概念是將各種標準和接入手段的信號接入IP網關。對任何標準，此接入的信號也只是如下三類：業務數據、信令、網絡管理數據。我們將它們分IP方式打包，并傳輸至目的地：業務數據送至通信對方；信令送至信令處理器；網絡管理數據送至網管服務器。由于光接入網具有比無線網絡大得多的帶寬，超大容量的路由器具有高速路由功能，網絡就是交換，且具有比交換機更短的時延和更大的容量。所以在移動通信的核心網技術發展中，全IP網絡技術無疑是最重要的發展方向。

　　3G向人們描述了一幅美好的藍圖，在我國目前擁有世界上最大的GSM網絡的前提下，在由GSM向3G的平滑過渡過程中，一定要慎重選擇方案，最大限度保護運營商和用戶的已有投資。

　　目前世界各國3G的建設進程中，日本NTTDoCoMo公司的iMode取得了巨大的成功。，DoCoMo建立了iMode手機業務，并且擁有了眾多的用戶。iMode電話使用19.2kbit/s速率來接入網絡以獲得各種服務。iMode手機不僅可以給用戶提供話音功能，還可以給用戶提供豐富的數據功能，如：永遠在線，HTML瀏覽器，EMAIL軟件，并且具有端到端的安全協議等。

　　目前3G已經開始在一些國家試運行，第四代無線通信系統也開始被人們所關注。4G要達到的要求是：高數據率傳輸、大容量低比特率成本、大區域覆蓋，與3G、無線LAN（W-LAN）和固定網絡之間無縫隙漫游，實現真正意義上的全球漫游、支持下一代的移動互聯網。

　　移動互聯網實現了人們隨時隨地傳輸信息的夢想，是對傳統固定互聯網的一次革命性超越。我們相信，隨著各種無線互聯技術的應用，隨著無線通信3G、4G時代的到來，無線互聯網必將運用得越來越普及。

----《通信世界》