基于3G网络的移动数据通信系

基于3G网络的移动数据通信系 基于网络的移动数据通信系3G 上海东方数据广播有限公司 王凌 摘 要:随着 3G 牌照的发放，三大电信运营商大力发展移动数据通信业务成为契机，本文提出了一种“基于 3G 网络数据业务的移动数据通信系统”。该系统以中国移动的 TD-SCDMA、中国联通的 WCDMA、中国电信的 CDMA2000 EV-DO 公用 3G 移动网络平台为基础，提出一种 通用的实现，能广泛地应用于各种行业和领域，可以为多种实际应用提供高带宽、低收费的数据通道，实现数据信息的透明传输。 关键词:移动数据 3G应用 一、引言一种"基于3G网络的移动数据通信系统"。 目前，世界上关于移动数据通信系统的研究和开发工作正 在如火如荼地进行，3G 系统早已商用，LTE 3.5G 也即将开始试 二、系统特点商用，同时 4 也在研究之中。全球移动数据通信网络运营商已 G1.网络建设成本低廉 超过 50 家，各发达国家和各大电信运营商、制造商都开始致力 首先是建设投资小，不需要建设专门的网络，省去了大量的 于移动数据通信业务的发展，作为新的业务增长点。未来移动数 组网投资，尤其在通信网络的规模比较大时更为明显;其次是维 据通信业务将呈现多样化发展的特点。在第二代 GSM 和 CDMA 护、运行费用低，网络运行过程中只需承担少量的终端维护费 网络向第三代及其更新的网络发展的过程中，目前研发与应用 用;虽然需要支付一些数据通信使用费，但就目前的资费水平和 主要集中在高速移动数据业务上，最引人注目的就是数据技术 网络规模估算，单就运行和维护费用一项的节省就足以对其进 的引入和发展。在 2 时代， 网络有 和 数据传 GGSMGPRSEDGE 输 技 术 ，CDMA 网 络 有 1x 数 据 通 信 技 术，数 据 最 高 速 率 在 行补偿，并且形成一定规模时可以与电信运营商商定一个专网，150kbps 左右;今年已经开始商用的三大 3 移动通信系统 G 享受独立的PAN 或资费优惠政策。(TD,SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO)，最高速率已 2.组网灵活和方便，不受限制 经 超 过 2，正 在 测 试 中 的 3.5 速 度 更 是 超 过 MbpsGHSDPA由于电信运营商的网络基础设施已经十分完善，“基于 3G 3，预 计 LTE 系 统 可 达 173，欧 洲 正 在 研 发 Mbps4G Mbps网络的移动通信系统”的组建只需要考虑后台中心处理系统和 155Mbps 的 UWB 宽带移动通信系统。目前中国三家电信运营 外围各移动或固定节点终端布点的问。在外围布点时可以充 商在全国范围内大规模升级或新建 3G 网络，并在多个大中城市 分地享受无线网络带来的地点选择上的自由性和移动通信网络 正式对用户开通商用服务。 较全面的覆盖范围。在大部分地区，基本上可以不考虑布点的限 当前，虽然通用的移动数据通信系统、设备和终端的研究和 制，还可以支持可移动的节点。对于复杂、易变，站点位置经常性 开发很多，但针对配电自动化、安防远程监控、交通监控与信息 变化的网络(城市改造、用户变更等)，无线网络布点不受限制这 发布、ATM 和 POS 机银行卡服务、工业数据采集、环境检测、无 一点更表现出它的优越性。 线路由等具体应用、独立研发的基于 3G 公用移动通信网络的移 3.服务覆盖范围和密度大 动数据通信系统还不多见。 目前，3 移动网的基站在城市中的密度大，而在乡村中则 G以 移动数据通信业务的高速发展和 网络正式商用建 3G3G相对较小，正好满足在城市通信终端业务量大和数量多、而在乡 成为契机，在深入了解国内外移动数据通信研发和应用现状、详 村通信终端业务量小和数量少的要求。因此，基于 3G 网络的移 细研究相关 3 及其更新的数据通信技术的基础上，本文提出了 G动数据通信系统在现有电信运营商网络覆盖的地域范围和信道 数量方面没有问题，电信运营商也会随着数据业务量的增大而 调整和扩充某些区域的数据通信信道数量，在部分特殊死角地四、系统体系结构 区只需要解决外接天线信号问题即可。 4.数据业务适用范围较广 目前， 移动网络的主要业务就是数据通信业务，因此 3G 基于 3G 网络的移动数据通信系统完全能满足各种数据应用 对通信的要求，还可以进行高带宽要求的视频类业务，如实 时视频监控。 5.系统安全性高 系统采用了多种措施来提高安全性。首先，电信运营商的网 络具有很强的安全性，“基于 3 网络的移动通信系统”终端与后 G 台之间采用 TCP/IP 报文在电信运营商的网络透明传输，建 立 虚拟网采用 IPSec 或 L2TP 隧道协议安全传输，同时终端 VPN 每一次登录网络之后都要向管理系统发送经过加密的唯一终端 标识号 TID，经终端管理系统确认的终端才可以进入系统;其 次，终端在进行数据传输时采用空中加密和应用层加密进行两 次加密，此外还可以向电信运营商申请自己的 接入点，保 APN 证介入通道的独立，后台系统同时采用专线接入和 Internet 公 网接入方式，互为备份。 图1 基于3 网络的移动数据通信系统体系结构 G6.可扩充性强 后台系统中采用的前置机与数据处理分开的多层次模式， 基于 3G 网络的移动数据通信系统主要采用如图 1 所示多台前置机同时工作，分担数据流量又实时备份，只要增加前 具有中心点的星型体系结构，所有客户终端设备通过 网 3G置机的数量和接入的带宽就可以很方便地扩大后台系统的处 络与一个后台中心处理系统通信，简化了中心点的管理和 理能力。 维护。 后台处理系统则采用多前置机的多层次处理模式，即每台 前置机可以与多台无线数据传输终端传送的来自具体应用数据 设备或数据采集设备的数据进行数据通信、协议解析等处理，每 台前置机独立工作又互为备份，实现流量均衡和实时热备份功 能，保证系统运行的安全性。 三、系统构成 1.客户端数据应用终端、数据采集终端或数据集中设备(如 所有前置机和终端都由一个终端管理系统负责管理，所有 银行 , 机、 机，电力系统中的 TTU、FTU、视频摄 ATMCDMPOS终端和前置机收集来的数据都传送到数据中心由同一个数据处 像头、多功能电能表等)，进行所需要的业务数据的原始收集。 理系统进行处理，实现数据处理的一致性。 2.无线数据传输单元 WDU):负责建所有数据采用安全的 方式与后台系统进行通信。 3.3G 网络，电信运营商提供的公共数据网络通道，覆盖大 五、系统工作模式部分城市及其周边乡村。 3 网络的移动数据通信系统支持多种数据传输方 基于 G4.后台系统前置机(FE):负责与所有客户端应用终端进行数 式:轮询方式和主动上报方式、主动方式和被动方式、定时方式 据通信、协议解析、流量均衡等等工作。 和查询方式。轮询方式的可控性较强，用于实时性要求不高的 5.后台中心数据链路接入设备:与电信运营商的数据网络 应用。在轮询或查询方式下，后台业务数据处理系统向指定客 采用多种方式的接入，包括专线接入、有线 Internet 网接入等， 户终端发出数据收集指令，前置机接收并解析数据收集指令， 接入设备具有VPN 虚拟网和病毒及防攻击防火墙等功能。 然后与相应的客户终端建立 Socket 链接，并将数据收集指令 .客户终端管理系统:对所有的客户终端进行接入许可、权 6转发给相应的终端。终端完成数据收集后将数据通过同一个链 限、密钥生成等管理。 接发送给前置机，然后由前置机将数据转发给业务数据处理系 .业务数据处理系统:根据具体业务的不同分别对客户端 7统。终端管理信息的收集过程与数据传输过程类似。主动上报 的数据访问请求进行处理。 和定时方式则主要用于满足用户数据信息和终端管理信息传 8.数据库服务器:可靠性极高的设备用于存放各种业务数 输的实时性要求。在主动上报方式下，数据由终端定时或以事 据和客户终端管理、系统运行的数据记录。 件驱动方式收集数据并将数据通过 3 网络发送给前置机，然 G整个系统依托于电信运营商的 3G 网络公用移动通信数据 后由前置机将数据转发给数据处理系统。终端管理信息的收集 网络。 过程与数据传输过程也类似。 17电视 TELEVISION ENGINEERING 六、系统各部分的功能与特性务数据处理系统分离出语音信号，再传输到广播播出系统，供 1.无线数据传输单元(WDU) 新闻编辑使用，文字信息则按分类存入文字稿编辑系统，供文 1)本功能:自动接入 3G 网络，完成 3G 网络的身份认证、数 字编辑使用。 据通道建立等工作，主动上行呼叫点到点透明数据传输、被动接 受呼叫点到点透明数据传输、支持参数配置模式和数据传输模 结束语式选择、主动上行短消息数据、短消息广播数据、电路交换数据 3 的移动数据通信系统模型是一种通用 本文提出的基于 G(GSM)、分组包交换数据、无线 IP 网络数据、一直在线、断线重 的模式，适用于各个行业和领域，适用于各家企业自建网络，也 连、故障自动重启。 可用于为其它客户提供服务的增值服务运营商，采用的技术全 )扩展功能:前置机开放端口自动搜索、自检与告警输出、 2部是成熟和可靠的，建设成本非常低，结构简单，安全性极高，运 远程软件升级与维护、配置键盘和LCD显示器方便用户交互。 行管理简单。? 2.前置机(FE) 1)本功能:解析业务数据处理系统的数据收集指令以及收 集客户终端传送来的数据、分析终端管理系统发送来的终端信 ????????? ?? ? 息收集指令或终端控制指令、终端完成信息的收集或参数 ??????????? ??????????? 配置、接收与终端管理系统相关的终端信息、控制前置机与终端 (上接第32 页)之间、前置机与中心站之间的通信过程、负责将用户数据发送至 从上面所述，我们可以看出整个加扰加密传输过程的安全 中心站进行处理、将终端信息发送给终端管理系统以实现相关 性得到了三层保护。第一层保护是用控制字对复用器输出的 的终端管理功能。 图像、声音和数据信号数据流进行加扰，扰乱正常数据流，使 2)扩展功能:主备用前置机自动切换、终端管理系统功 ? 其在接收端不解扰就收看、收听不到正常的图像、声音及数据 能支持。 信息;第二层保护是通过对控制字用电子密钥加密，从而使控 3.客户终端管理系统的基本功能 制字在传送给用户的过程中即使被盗，被盗者也无法对加密 终端密钥生成管理、权限管理、接入鉴权、配置管理、终端 后的控制字进行解密;第三层保护是对电子密钥的加密，它使 性能检测与分析、终端故障管理、前置机及终端费用管理，由于 得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密电 3G 公用移动网络终端按照接收和发送数据包的数量来收取费 子密钥的情况下，也不能轻易解密。因为解不出电子密钥就解 用，根据网络的规模大小可以与电信运营商申请，享受大客户 不出正确的控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正 的资费优惠和独立的接入点 APN 政策，以及专门的客户服务 常信号的数据流。 待遇，从而保证整个网络的安全、经济运行。 在双向传输中，数据传输设备 CMTS(Cable Modem 的前 端设备)和Cable Modem在网络中占有主导作用。 在用户端, 用户对数字电视机顶盒进行操作，向系统发送 上行操作请求,请求信号经数字电视机顶盒的 Cable Modem 调 制成为模拟射频信号,通过 HFC 网络传送到前端的解调器 七、系统在文广业务中的应用实例CMTS, 接收到上行请求信号，调制成 IP 数据流送往前 CMTS 1.实时视频传输 端内部的以太网络交换机，进入用户注册授权管理系统，对用户 在有突发新闻发生时，转播车不能及时到达或者不可能到 的请求信号进行授权鉴别，当确认用户为合法用户后，系统为用 达，在此类情况下就可以使用基于 3G 的移动数据通信系统，用 户分配信道，以射频载波的形式下行传输数据流，该数字数据流 户终端采用摄像设备和移动智能终端的组合，由摄像设备采集 包括电子节目菜单、各种视频服务、视频点播等，用户可以通过 视频信号，移动智能终端对视频进行实时压缩，并利用该系统 数字电视机顶盒选择节目、视频点播等，这样用户与系统实现 通过无所不在的 3G 网络传送到后台业务数据处理系统，业务 了动态交互。 数据处理系统收到视频数据后还原成视频信号，此路视频信号 可以接入播出系统供突发新闻的播出之用，直到转播车赶到后 切换成转播车信号，虽然图像质量无法达到专业要求，当时可 以满足实时突发新闻播出的快速之需求，考虑到 3G 网络的带 宽特性，在播出时适当加大图像的缓存比例，保证图像播出的 六、总结连续性。 压 缩 编 码 和 复 用 系 统 ，实 现 了 信 号 的 通 过 MPEG-22.现场文字和语音新闻传送 压 缩编码，有效解决了在有限的物理频带上传输更多路的 在某些新闻场合，电台记者需要文字和语音新闻实时传回 数字电视节目，在有条件访问系统的控制下，通过加扰器，对 广播电台播控中心，同样可以利用该系统，由于文字和语音对 要传输的数字电视节目进行加密加扰，从而有力保障了有 带宽的要求很小，所以在传输时几乎没有任何延时的影响，业 线电视系统的安全运行，促进了广播电视事业的健康有序 发展。?