CDPD

CDPD擁有一張專用的無線數據網，信號不易受干擾，可以上任何網站。與其它無線上網方式相比，CDPD網可達19.2千比特/秒，而普通的GSM移動網絡為9.6千比特/秒。在數據通信安全方面，CDPD在授權用户登錄上配置了多種功能，如設定允許用户登錄範圍，統計使用者登錄次數；對某個安全區域、某個安全用户特別定義，進一步提高特別用户的安全性；採用40位密鑰的加密算法，正反信道各不相同，自動核對舊密鑰更換新密鑰，數據即使被人竊得，也無法破解。CDPD使用中還有諸多特點：安裝簡便，使用者無需申請電話線或其它線路；通信接通反應快捷，如在商業刷卡中，用MODEM接通時間要20-45秒，而CDPD只要1秒；終端系統分移動、固定兩種，能實現本地及異地漫遊。

CDPD可以支持移動上網、遠程遙測、車輛調度、銀行提款、無線炒股、現場服務、商業POS系統等等。目前本市已有不少行業使用了這一業務。

——浪客金鷹

2008年8月3日

引言 ^[1] 

隨着計算機和通信技術的發展，無線移動數據通信在現代社會人們的流動中悄然興起。現代便攜機、個人數字助理機（PDA）無線移動數據通信的實現提供了有利條件，因此靈活、方便、高效的無線移動數據通信近幾年來在國際上得到了迅速的發展和應用，成為無線通信中的新熱點。其中CDPD(蜂窩數字分組數據網)被公認為目前最佳的無線數據格式。它是基於現有蜂窩電話網的以數字分組技術為基礎、以蜂窩移動通信為組網方式的移動無線數據通信技術。CDPD始於美國，1992年開始研究，1995年中推出第一個商用CDPD網絡，至今美國已基本實現全國覆蓋。中國1995年開始可行性研究，1996年上海建成試驗網，1997年底原郵電部決定建設“中國公用無線數據通信網”。採用CDPD技術。本文將詳細介紹CDPD的網絡結構、協議模型及幀結構。

CDPD由以下四部分組成：移動終端系統（MES）、移動數據基站(MDBS)、移動數據交換系統（MDIS）

移動終端系統（MES）：它由移動終端和CDPD無線Modem組成，CDPD無線Modem負責管理無線鏈路和協議，通常，移動終端與無線Modem之間的通信採用標準的串口協議，如：串行網際協議（SLIP）點對點協議（PPP）

移動數據基站（MDBS）：每個基站最多可安裝六塊信道板，每塊信道板為移動終端提供一個19.2kbps的空中接入，使移動終端進行全雙工分組數據傳輸，同時它也負責頻譜監測、頻率管理。它通過一根64kbps幀中繼與交換機相聯。

移動數據交換系統（MDIS）和管理服務器組成。分組服務器負責數據分組交換。管理服務器負責用户帳户、計費和移動性管理，移動性管理採用Internet標準組織IETF(InternetEngineeringTaskForce)制定的移動IP模式。

CDPD骨幹網：它由通用的中間系統（IS）組成，它實際上是IP路由器。IS提供無連接的數據報業務，根據每個分組的目的地址和當前的網絡拓撲對分組進行路由。CDPD是基於TCP/IP的開放系統，可方便接入Internet 還支持OSI標準協議CLNP（無連接網絡層協議）。

MES和MDIS之間的CDPD分層協議模型。Um接口是CDPD的空中接口。Um接口上的通信協議有5層，自下而上依次為物理層、MAC（媒體接入控制）層、LLC（邏輯鏈路控制）層、SNDCP（子網依賴結合協議）層和網絡層。

Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路則負責提供空中接口的射頻信道。MES與MDBS間靠一對30kHz的RF信道進行通信，從MDBS至MES的信道稱正向信道，從MES至MDBS的信道稱反向信道，一對正、反向信道形成了一條CDPD信道流。信道流使用的調製方式為GMSK（高斯最小頻移鍵控）(相對帶寬BT=0.5)，調製速率為19.2kb/s。物理層還與無線資源管理實體（RRME）

MAC為媒體接入控制層。MAC層的主要作用是定義和分配空中接口的CDPD邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動台共享。CDPD的邏輯信道分廣播信道和點對點業務信道，廣播信道又分為控制和管理兩種，控制信道用於廣播控制信息，管理信道用於廣播無線資源管理信息（如：信道流識別參數、小區配置參數、信道接入參數和信道質量評估參數）。點對點業務信道用於單個MES與其服務MDIS間的信息傳輸。每個邏輯信道都分配了一個叫臨時設備識別號（TEI）的信道號，TEI=1為廣播控制信道，TEI=0為廣播管理信道，TEI=16至（2^27）-1分配給點對點業務信道，它在點對點數據鏈路連接建立之前，分配給與這次連接相對應的MES，該MES就用分配的TEI值發送並接收包含指定TEI值的幀。MAC層通過一個依賴於執行的接口與RRME通信，通過這個接口MAC層通知RRME，它是否與當前所選的正向信道同步，並給RRME傳遞有關所收到比特和塊錯誤數的狀態信息，因此，RRME可評估一條給定CDPD信道的接收能力，並提供無線資源管理功能。

LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基於ITU-T建議Q.920和Q.921的無線鏈路協議，稱為移動數據鏈路協議（MDLP），在MES內實現的MDLP與位於它的服務MDIS中的對等MDLP通信。LLC層負責在高層SNDCP（子網依賴結合協議）層的SNDC數據單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。另外LLC可以實現一點對多點的尋址和數據的重發控制。

MDBS中的LLR層是邏輯鏈路轉送層。這一層負責轉送MES和MDIS之間的LLC幀。LLR層對於MDLP數據單元來説是完全透明的，即不負責處理MDIP數據。

SNDCP層為子網依賴結合層。它的作用是完成傳送數據的分組、打包、數據壓縮，確定TCP/IP地址和加密方式，提供SNDCP頂層多個網絡層實體的復接。MES和MDIS間傳送的數據被分割為一個或多個NPDU（協議數據單元）數據包單元。NPDU數據包單元生成後被放置到LLC幀內。

網絡層的協議為TCP/IP和X.25協議。

CDPD的信道流由MDBS與MES之間的一對正、反向信道構成，信道流傳輸LPDU幀數據流。

在正、反向信道上，幀數據流劃分為由274連續比特組成的段，每個段前置8比特色碼，形成一手列282比特（或47個6比特碼字）固定長的連續不斷的數據塊，色碼用於同信道干擾檢測，其中三比特用於標識MDIS，由同一個MDIS控制的小區內發送的所有信道流具有相同的值。色碼的其它五個比特用於標識與同一個MDIS相連的MDBS上的小區，在一個小區內，RF信道具有相同的色碼值。

數據塊用對稱的（63，47）Reed-Solomon碼進行糾錯編碼，生成378比特固定長的RS編碼塊序列，其中信息段由47個6比特碼字構成，校驗段由16個6比特碼字構成，這樣，每個編碼塊可糾正8比特的錯碼。然後再用生成多項式為g(x)=x9十x8十x5十x4十l的9階擾碼器進行擾碼，以減小在傳輸比特流中長“1”或長“0”串的可能性。正向信道在擾碼後與特定的42比特控制標誌交織，每10個6比特碼字含一個6比特的控制標誌。控制標誌包含了反向信道的忙/閒狀態、正向信道同步字、解碼狀態和MAC電平等信息。反向信道則用7比特的連續指示標識與每個RS塊交織，每9個6比特符號1比特，用來指示反向傳送脈衝是否結束，當為全“1”序列則表示後續有更多的RS塊，當為全“0”序列表明是最後的傳輸塊。在反向信道上還要先發送：(a)38比特的“0”和“1”交替的前置碼，它幫助MDBS檢測發送的開始和捕捉定時同步；(b)反向同步字RSW，它是一個22比特格式，幫助捕捉塊同步。

MES用一種時隙非連續的數字監測多址接入/衝突檢測（DSMA/CD）算法接入反向信道，此法類似於用於以太網的載波監測多址接入/衝突檢測，但是在CDPD中，因為MES不能直接監測反向信道的狀態（因為它們使用不同的接收和發射頻帶），要應用不同的衝突檢測方法。DSMA/CD利用正向信道流中的忙/閒和解碼狀態標誌，忙/閒標誌是一個5比特序列，每60比特在正向信道發送1次（即每微時隙週期一次），這個標誌給週期性的二進制信息提供了表明反向信道忙/閒的微時隙解決途徑。解碼狀態標誌是一個5比特序列，它用來指示MDBS是否成功地在反向信道上解碼出前面的塊，若解碼成功，解碼狀態標誌為“00000”，若不成功則為“11111”。要發送的MES首先監測忙/閒標誌位（該標誌每個微時隙更新一次），如果反向信道忙，MES延遲一個隨機的微時隙後再監測忙/閒標誌，這種接入方法稱為非連續的，一旦監測到反向信道空閒，MES就開始發送，發送只在一個微時隙邊界處開始，所以接入方法使用了“時隙”這一術語。當MDBS一檢測到反向信道有發送時，它便對忙/閒標誌置位，告知其它MES該信道忙。在MES開始一次發送後，它檢查收到的每個前向信道塊的解碼狀態標誌，並根據這一標誌值恢復和中斷（掛起）發送，這一標誌提供繼續發送過程的“實時”信息。如果解碼狀態標誌顯示MDBS到目前為止沒遇到解碼錯誤，MES就繼續發送，否則，MES停止發送，待延遲一指數形時間後再嘗試重新接入反向信道。

對等LLC實體間的信息傳輸是通過一序列的幀或LPDU來實現的，幀的一般結構。地址段説明幀是命令或響應（段C/R），並區分攜帶TEI值的幀的虛數據鏈路信道（換句話説，對點對點鏈路，它識別要接收的命令幀和發送響應幀），擴展地址（EA）段用於説明地址段的長度。

控制段説明幀的一般類型，它可以是下列之一：編號信息（I）、監測（S）和無編號的（U）。S幀用於執行數據鏈路監測控制，例如，確認接收到正確的I幀或請求錯誤幀重發。U幀用於提供附加的控制功能（即數據鏈響連接的建立和釋放）和使用無確認信息傳輸方式來傳輸數據。

CDPD既可作為一個獨立的蜂窩系統來實現，也可作為構建在現有蜂窩電話網的一個分組交換系統來實現，這時它可充分利用現有的蜂窩設施實現快速的組網，且安裝成本比較低。在利用現有蜂窩電話網進行組網時，由於CDPD採用信道跳頻技術，使得當正在傳輸CDPD數據流的信道被話音業務佔用時，能立即選擇另一條空閒信道來繼續CDPD數據流的傳輸。隨着Internet的飛速發展，移動通信與Internet的結合已成必然，這為移動數據通信提供了一個廣闊的空間，移動數據通信必將成為移動通信發展的一個重要方向。