浅析无线市话的数据业务

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摘要：无线市话（PAS）发展数据业务，使人们渴望随时随地地方便自由地获取信息成为可能。本文系统地先容了PAS系统的高速无线数据业务解决方案及标准的PIAFS协议，最后分析了PAS系统数据业务发展的趋势。
关键词：个人接入系统   基站控制器   基站  本地交换机   远端设备  无线远端设备

1. 引言
    近年来国内的因特网发展日新月易，发展规模和速度都是空前的，用户数以每半年翻一番的速度快速增长；同时中国的移动通信在过去的十年得到迅猛的发展，用户数已经超过1亿；技术的发展给人们的生活方式和生活质量带来了巨大的变化。人们渴望随时随地地方便自由地获取信息和网上冲浪，无线移动数据业务应运而生。提供高速、优质、低价的无线数据业务成为移动通信发展的方向和热点。
    与此同时，无线电话也悄然兴起,其发展速度不太令人们注意,但其发展数目惊人。因为无线电话与蜂窝移动电话都是为用户的通信提供一定范围的可移动性,有很多相同之处,但它们的系统组成和组网方式具有明显的区别：无线电话系统是强调它的无线接入能力,是依附在其他的通信网络上的；而蜂窝移动通信系统具有自己独特的组网能力和网络规范。无线电话一般可以依附于公共电话网或数据通信网,这样无线电话系统比蜂窝移动通信系统组网要灵活、建设速度更快,便于开发新的业务,而且系统也比较便宜,所以更容易被运营商和用户所接受。因此,无论在发达国家还是在发展中国家,都有很庞大的用户群和广阔的市场。其与移动电话最大的区别在于勿需采用移动交换网，仅依托原有的固定电话  交换机交换，可说是固网电话的延伸。按市话收费的“小灵通”真正让百姓买得起，用得起。此外，由于移动数据领域内相对疲软,而无线市话在原有系统基本语言业务基础上,提供多种多样,潜力巨大的增值业务,这将给经营商带来许多额外的投资回报,可提高业务增长点。据一份调查报告表明,2001年5月北京移动300万用户,将近30%用户使用短信,前5个月访问量超过3亿次。增值业务能够为用户提供丰富多彩的服务类型,因此,PAS就必须发展增值业务,消费者对增值业务的需求越来越大,增值业务存在着巨大的市场潜力。在这种背景下，PAS无线市话系统的优越的高速、便宜的无线数据性能受到越来越多的关注。
    2. PAS系统数据业务概述
    PAS无线市话系统是在本地无线环路发展起来的基于PHS制式的个人无线通信系统，由于良好的通话质量、合理的收费，得到市场和广大用户的认可和支撑，发展非常迅速。PAS系统的语音编码采用32Kbps ADPCM方式，不仅通话质量接近有线通信的水平，而且由于其单个信道可以承载32Kbps的数据包，具有良好的高速无线数据承载能力，通过信道捆绑可以支撑N*32K的无线数据业务。目前PAS系统最高能够支撑接入速率为64Kbps的高速无线数据业务。对用户而言，只需通过一根PIAFS的Modem卡或USB cable将PAS手机与电脑相连，便可享受与有线拨号网络一样网上冲浪、资讯浏览、BBS等各种WWW服务。因此利用PAS 系统高速的无线数据功能，即可方便组成无线局域网用于移动办公，也能方便地通过数据网接入因特网。
    3. PAS系统数据业务的协议标准PIAFS
    PAS系统数据业务的协议基础是PIAFS(PHS Internet Access Forum Standard)标准。它是由PHS 互联网接入论坛策划并制定的PHS制式无线系统的数据通信互联网接入的统一的协议标准。
    PIAFS协议是位于数据链路层的端到端协议，由ARQ(Automatic Repeat re-Quest)传输控制规程和带内协商规程(In-band Negotiation Procedure)构成的。ARQ传输控制规程采用的是极力抑制由误差引起的传输效率下降的MODS. ARQ（Modulo Operation using Data field Selective repeat ARQ）方式，它削减了以往所需的帧内固定控制区域，确保了较高的吞吐量。带内协商规程除了数据传输外，还针对需求实时性的图像传输以及未来新的传输方式规定了通信开始时进行传输控制规程等通信条件交涉的方法。总之，PIAFS采用开放性设计概念，具有完备的控制功能，与PPP协议配合可建立高质量的可靠的无线数据通道。
    PIAFS协议的特点：
    ARQ的帧同步控制和简单重传机制能保证很高的数据吞吐量，最高的实际速率为58.4Kbps(64KPIAFS)和29.2kbps(32kPIAFS)；
    优化的响应延迟时间测量(Round-trip-delay Time Measurement) ，保证有效的数据传输速率；
    良好的流控制协议，保证系统在越区切换（Handover）和信道切换是数据业务的稳定性和一致性；
    完备的数据链路建立和释放机制，支撑手动切换建立和释放非同步、非对称数据链路。
    目前，PHS因特网接入论坛已经正式公布了PIAFS 1.0和PIAFS 2.X等标准。PIAFS 1.0主要规定了32K PIAFS数据传输和Modem业务的规范。PIAFS 2.X主要支撑64K PIAFS数据传输并兼容PIAFS1.0的32K PIAFS数据业务，它包含两个版本，其中PIAFS 2.0版本规定只有在两个空闲信道的基础上才能建立成功的64K PIAFS数据呼叫，而PIAFS 2.1版本则通过最好努力(Best Effort)的方式，语音请求优先的原则，根据网络的实际情况自动在64K和32K间实现无线信道的自动分配和调整，同时保证语音呼叫和数据业务的正常开展。
    4. PAS系统数据业务解决方案
    PAS系统数据业务的实现，需要在语音网络的基础上增加PAS数据接入服务器iAG(Internet Access Gateway)。iAG与一般接入服务器的最大区别就是增加了PIAFS协议数据业务的支撑，其主要功能为：
    终结或发起32K/64K PIAFS数据；
    汇集并转换标准的TCP/IP数据包，接入ISP；
    提供数据用户的认证、鉴权、计费管理
    根据PAS系统网络结构的不同，实现高速的无线数据业务有两种解决方案：PSTN路由解决方案和数据旁路方案。
    4.1 PSTN路由方案
    在该方案中，PIAFS数据包通过PAS系统，路由至PSTN，由交换机接入iAG设备，实现无线接入因特网。在数据链路建立过程中，PS发起PIAFS呼叫请求，RT具有简单的收号功能，识别出该呼叫是，标识成PIAFS数据呼叫，通过V5协议至交换机侧，根据PAS无线数据业务ISP的接入服务号码，路由至iAG，通过局域网或广域网接口转发往ISP路由器。该方案最大优点对现有网络结构没有改变，只需要增加数据接入服务器iAG即可，可以方便快速地实现32K/64K无线数据业务。但是由于PIAFS数据仍然通过PSTN电路交换，占用一定的交换机资源，适用於PAS系统无线数据业务发展的初期，无线数据量不是很大的阶段。
    4.2 数据旁路方案
    数据旁路方案需要引入新的设备D-WRT(Digtal-Wireless Remote Terminal)。当一呼叫请求建立路由连接时，PAS系统内部ATC单元判断一个呼叫是否为PIAFS数据呼叫或普通的话音呼叫，如为PIAFS数据呼叫则指示该呼叫路由到 D-WRT设备，D-WRT通过的ISDN 接口与iAG相连，通过局域网或广域网接口转发往ISP路由器，最终接入因特网。整个数据路由过程中D-WRT专门负责数据呼叫的处理与路由选择，彻底实现数据业务旁路PSTN。
    数据旁路方案的最大优点是所有数据呼叫路由旁路PSTN，不占用交换机资源。但该方案需要一定的网络环境支撑。随着无线数据业务的日益开展，网上无线数据量激增，数据旁路方案是最佳选择。
    5. PAS系统数据通信流程
    一个完整的PIAFS数据呼叫包括：呼叫控制协议和数据承载通路协议。PIAFS数据呼叫控制协议流程与正常的语音呼叫的信令控制层协议一致。
    数据承载通路协议流程，用户层在IP包的基础上在按照PIAFS协议封装形成PIAFS数据包，经过PAS系统的透明传输，汇集到iAG设备进行PIAFS包的还原，并封装成标准的TCP/IP数据包，接入Internet。
    6. PAS系统无线数据业务的发展方向
    据预测，2005年左右，中国国内固定网上的数据业务将超过话音业务。与此对应，移动通信也在高速成长，我国已经建成全球最大的GSM网络。这些为无线移动数据业务的发展提供了坚实的基础，但是，蓬勃发展的无线数据业务对移动通信网络提出更大的挑战，能否提供高速、大容量、优质、低价的无线数据业务是全球竞争激烈的移动运营商成功的关键，也是移动通信设备供应商的竞争焦点。GSM正在向2.5 G GPRS、3G方向发展。PAS系统要想在无线数据通信领域保持领先定位，必须不断的向前发展。
    PAS系统无线数据业务发展方向可以概括为两点：高速数据，分组交换。
    6.1高速数据
    数据高速化是衡量一个成功移动通信系统的关键。PAS系统能较为方便的实现高速的无线数据业务。由于其单信道就能支撑32Kbps的数据，可以很简单的通过信道的捆绑来实现高速数据。对128K数据而言，只需要4个信道；即使512Kbps数据，也仅需要16个信道。PHS的数据接入的标准化组织PHS Internet Access Forum也正在制定相应的PIAFS协议标准，为PAS的高速速率指引方向。另外，由于每信道的费用低廉，可以预见PAS系统将能提供极具价格竞争力的高速无线数据业务。
    6.2 分组交换
    现有的以电路交换的PAS无线市话网络平台，已经无法适应随着语音、数据、乃至多媒体业务的飞速膨胀。PAS系统必须向基于分组交换的网络发展，PAS系统的分组交换显示了PAS系统从电路交换到分组交换的业务承载模型。分组交换同传统电路交换相比有许多优势，其中主要一点是分组交换允许众多用户共用同一物理设施，而一条电路只能由当前用户专用。这一优势尤其适用于突发性极强、对延迟变化不敏感的数据业务。因此当链路带宽允许时就能够实现数据的缓冲和传送。这种功能通常被称作“统计复用”，可以通过带宽的共用节省基础设施供应的成本。而且，运营商还可以通过同时支撑语音和数据两种业务开始向单一网络发展，从而支撑这两种业务，并进一步节约运营成本。
    同电路交换相比，分组交换将降低每比特的成本。分组交换可扩展性强，非常适合用户/服务器结构，这种结构反之又促进它本身未来的发展和提高。例如，可以引入新服务器承载新的业务和应用而不会干扰现有业务。现有基础设施可被用做基础平台来增加语音业务和数据业务的数量和类型，同时支撑现有用户增长率。
    PAS系统分组交换的引入，将有利于：
    平衡语音和数据需求；
    提高PAS网络内部呼叫承载容量；
    充分利用现有频谱呼叫资源。
    7. 结束语
    无线上，无线自由。PAS系统的32K/64K无线数据业务已经在西安、杭州等十多个城市开通，但是在飞速发展的移动商务和移动互联网的今天，如何持续提供宽带、高速、低价的无线数据业务更具有挑战性。PAS系统在已有数据业务发展的基础上，要不断的向前发展，才能在技术突飞猛进的新世纪满足语音、数据、多媒体等业务发展的需要，提供优质的、更具竞争性的数据业务平台。