無線DDN的承載方式及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

 
1. 引言

在國(guó)家信息化戰(zhàn)略的推動(dòng)下，許多行業(yè)（集團(tuán)）都已認(rèn)識(shí)到信息化建設(shè)的重要性。目前，金融、教育、醫(yī)療、交通、電力、煙草、物流等行業(yè)都根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和需求，建立了自己的信息化系統(tǒng)。為推進(jìn)行業(yè)信息化的發(fā)展，中國(guó)移動(dòng)充分發(fā)揮自身的業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)，將移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與話音、固定數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，推出了行業(yè)移動(dòng)信息化整體解決方案，在滿足客戶需求的同時(shí)，也為客戶創(chuàng)造了新的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商與行業(yè)客戶的雙贏。

無線DDN(Digital Data Network，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng))是移動(dòng)信息化整體解決方案的關(guān)鍵應(yīng)用之一，它主要是利用移動(dòng)的GSM/GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務(wù)）網(wǎng)絡(luò), 采用GPRS 、SMS（Short Message Service，短消息業(yè)務(wù)）、USSD（Unstructured Supplementary Service Data，非結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）、CSD（Circuit Switched Data ，電路交換數(shù)據(jù)）等承載方式，為行業(yè)客戶提供的機(jī)器到機(jī)器無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，可為水利、電力、采油、采礦、環(huán)保、氣象、交通、稅務(wù)、醫(yī)療、公安、教育、金融、煙草、海關(guān)等行業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)無線實(shí)時(shí)傳輸和采集服務(wù)。

2. 無線DDN的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于電路撥號(hào)、固定數(shù)據(jù)專線等傳統(tǒng)傳輸方式，無線DDN具有靈活便捷、節(jié)省投資等優(yōu)勢(shì)。除此之外，無線DDN還具有以下主要特點(diǎn)：

(1) 數(shù)據(jù)傳輸方式多樣：無線DDN主要的承載方式包括GPRS、CSD、SMS、USSD等，根據(jù)行業(yè)客戶的需求以及其設(shè)備配置情況，可以選擇其中的一種或者幾種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交互。

(2) 比較適用于小流量、高頻率的數(shù)據(jù)傳輸：利用無線DDN進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男袠I(yè)客戶的外圍終端基本上都具有分散性的特點(diǎn)，從這些終端采集或者傳送的數(shù)據(jù)一般為小流量的數(shù)據(jù)，并且傳送頻率較高。例如GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)中傳送的定位數(shù)據(jù)主要是車輛的經(jīng)/緯度、速度、方向、時(shí)間等基本信息，無線POS機(jī)傳送的數(shù)據(jù)包括用戶帳號(hào)、密碼以及交易金額等。

(3) 主要應(yīng)用于行業(yè)客戶，并采用特種行業(yè)終端：無線DDN主要的功能是利用各種承載方式幫助行業(yè)客戶采集或者傳送分散性的數(shù)據(jù)，大大提高行業(yè)客戶的效率，同時(shí)降低投入成本。根據(jù)各種行業(yè)自身的特點(diǎn)，行業(yè)終端的外觀、容量等都有很大的差別，包括普通手機(jī)終端、車載終端、ATM機(jī)以及路燈監(jiān)控器等都是行業(yè)客戶的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

(4) 主要實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備與行業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸與通信：由于外圍設(shè)備的分散性、移動(dòng)性、危險(xiǎn)性等特點(diǎn)，利用無線DDN 可以將外圍設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)傳到行業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。

按照無線ＤＤＮ終端的特性，可將無線DDN分為兩大類。一類是移動(dòng)性應(yīng)用，適用于終端設(shè)備位置不固定，移動(dòng)性強(qiáng)，需要與中心節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用，如交通、公安、海關(guān)、稅務(wù)、醫(yī)療、物流等行業(yè)從業(yè)人員手持終端或車載、船載終端等。另一類是固定性應(yīng)用，適用于終端設(shè)備位置固定，但地理分布廣泛、有線接入方式部署困難或成本高昂的應(yīng)用，可利用機(jī)器到機(jī)器實(shí)現(xiàn)無人值守，如電力、水利、采油、采礦、環(huán)保、氣象、煙草、金融等行業(yè)信息采集或交易系統(tǒng)等。

3. 無線DDN的承載方式

無線DDN的承載方式主要有GPRS、SMS、USSD、CSD四種，這四種方式各有特點(diǎn)，具體分析如下。

（1）GPRS

GPRS，通用分組無線業(yè)務(wù)，具有永遠(yuǎn)在線、按量計(jì)費(fèi)、快速登錄、自如切換等優(yōu)點(diǎn)，是無線DDN中最主要的承載方式。GPRS提供按流量收費(fèi)的計(jì)費(fèi)方式，并且資費(fèi)套餐比較靈活，相對(duì)SMS和USSD來說，雖然費(fèi)用較高，但是因?yàn)槠渌俾室约鞍踩�性方面的特點(diǎn)，并且針對(duì)行業(yè)應(yīng)用有成熟的解決方案，目前大部分行業(yè)客戶都采用GPRS作為主要的承載方式。例如銀行系統(tǒng)的無線POS應(yīng)用，油井的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控應(yīng)用等。

（2）SMS

SMS可以傳送160個(gè)字節(jié)的信息，大約為70個(gè)漢字，通訊費(fèi)用較為低廉，同時(shí)由于其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、適合于群體通信的特點(diǎn)，深受用戶的喜愛。在無線DDN中SMS的承載方式經(jīng)常作為GPRS最為主要的補(bǔ)充，在沒有GPRS信號(hào)的地方就可以利用SMS將信息發(fā)送到行業(yè)客戶的數(shù)據(jù)中心，如車輛衛(wèi)星定位（GPS）應(yīng)用等。

（3）USSD

USSD，非結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是一種基于GSM網(wǎng)絡(luò)的、面向連接的、實(shí)時(shí)在線的交互會(huì)話數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。USSD與SMS有很多的相似之處，但是相對(duì)于SMS來說，USSD具有交互性強(qiáng)、面向連接、響應(yīng)速度快，交互式菜單操作等優(yōu)勢(shì)，只是在各省份USSD系統(tǒng)建設(shè)的普及率以及互連互通方面，USSD與GPRS、SMS和CSD相比還存在較大的差距。但憑借其強(qiáng)大的無線傳輸和信息交互能力，一旦USSD系統(tǒng)的建設(shè)以及互連互通問題得以解決，USSD在行業(yè)應(yīng)用中必將有著廣闊的用武之地。USSD方式尤其適合交互性要求高、數(shù)據(jù)量小而且傳送頻繁的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。如銀行業(yè)的無線交易、電力行業(yè)的無線抄表、水利行業(yè)的水文監(jiān)控、交通行業(yè)的路況監(jiān)控等。

（4）、CSD

CSD是電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，傳送速率可達(dá)到9.6kb/s。目前語(yǔ)音通信采用CSD技術(shù)，語(yǔ)音通話和其他的數(shù)據(jù)傳送不能同時(shí)進(jìn)行。如：打電話就不能上網(wǎng)，上網(wǎng)就不能打電話。CSD主要是采取按時(shí)長(zhǎng)收費(fèi)的計(jì)費(fèi)方式，它適合少量的、速度較慢的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。在行業(yè)應(yīng)用中,CSD的應(yīng)用相對(duì)較少。

無線ＤＤＮ幾種承載方式的具體對(duì)比請(qǐng)見下表。

表1：無線ＤＤＮ承載方式對(duì)比表

4. 無線DDN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在無線ＤＤＮ的幾種承載方式中，ＧＰＲＳ雖然資費(fèi)相對(duì)較高，但是由于其永遠(yuǎn)在線、按量計(jì)費(fèi)、快速登錄等特點(diǎn)，行業(yè)客戶一般選用GPRS為主要傳輸方式，輔以SMS、 CSD或者USSD實(shí)現(xiàn)提醒、交互或者備用等功能。下面以ＧＰＲＳ為例對(duì)無線ＤＤＮ的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

圖1：基于GPRS的無線DDN應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖所示：基于GPRS的無線DDN系統(tǒng)主要包括特種行業(yè)終端、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商GPRS網(wǎng)絡(luò)以及行業(yè)數(shù)據(jù)中心三部分。其中特種行業(yè)終端負(fù)責(zé)采集以及收發(fā)數(shù)據(jù)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商GPRS網(wǎng)絡(luò)主要是指GPRS核心網(wǎng)，包括GGSN（Gateway GPRS Support Node ，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）、SGSN（Serving GPRS Support Node，GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）、PCU(Packet Control Units,分組控制單元)和CG（Charging Gateway，計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)）等，一方面負(fù)責(zé)接收用戶發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行用戶身份的驗(yàn)證，然后將數(shù)據(jù)通過專線傳送給行業(yè)數(shù)據(jù)中心，另一方面接收行業(yè)數(shù)據(jù)中心的指令或者數(shù)據(jù)，將其發(fā)送給行業(yè)終端。行業(yè)數(shù)據(jù)中心通過專線與GPRS核心網(wǎng)絡(luò)中的GGSN相連，負(fù)責(zé)接收從GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)，鑒權(quán)后，根據(jù)自己行業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)；或者向行業(yè)終端發(fā)送各種信息或者指令，通過專線和GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
 
　　對(duì)于行業(yè)客戶較為關(guān)注的完全性問題，GPRS無線接入方式提供了較好的解決方案。

（1）無線部分：GPRS是在GSM系統(tǒng)上發(fā)展而來的分組交換業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)繼承了GSM系統(tǒng)安全的特點(diǎn)，其在空中傳遞的數(shù)據(jù)都是經(jīng)過加密的。因此可以有效防止用戶數(shù)據(jù)在無線部分被非法截獲。

（2）有線部分：從上圖可以看出，由于行業(yè)客戶的內(nèi)部網(wǎng)是通過專線方式與GPRS核心網(wǎng)相連的，可以從根本上杜絕惡意入侵者從互聯(lián)網(wǎng)截獲行業(yè)客戶相關(guān)數(shù)據(jù)的可能。

　　（3）用戶身份認(rèn)證方面：

由于GPRS行業(yè)類應(yīng)用的特點(diǎn)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商會(huì)為每個(gè)GPRS行業(yè)應(yīng)用提供一個(gè)特定的接入代碼（APN，Access Point Name），終端用戶或設(shè)備只有通過此接入代碼才能經(jīng)由GPRS訪問到行業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可以通過HLR（歸屬位置寄存器，Home Location Register）將終端用戶/設(shè)備的移動(dòng)電話號(hào)碼和該接入代碼進(jìn)行綁定，即只有經(jīng)過行業(yè)認(rèn)可的移動(dòng)電話號(hào)碼才可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問行業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)，當(dāng)未經(jīng)行業(yè)認(rèn)可的移動(dòng)電話號(hào)碼試圖接入行業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該電話號(hào)碼的數(shù)據(jù)將在無線部分被截?cái)�，從而有效防止了非法用戶�?duì)行業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行的試探性攻擊。

由于行業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)本身也可以通過自己管理的Radius服務(wù)器對(duì)用戶身份（包括用戶名和密碼）進(jìn)行管理，也即具備用戶認(rèn)證的功能，因此進(jìn)一步保證了行業(yè)客戶內(nèi)部系統(tǒng)的安全。

通過以上幾種安全機(jī)制，基于GPRS的無線DDN應(yīng)用的安全性可以得到有效的保證。

5. 無線DDN的典型應(yīng)用

GPRS承載方式的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快且安全可靠、方案成熟，目前對(duì)流量以及安全性要求較高的行業(yè)都采取這種接入方式。下面以行業(yè)應(yīng)用中的路燈監(jiān)控、無線POS為例，對(duì)基于GPRS的無線DDN應(yīng)用作簡(jiǎn)單介紹。

（1）路燈監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)是將基于GPRS的無線DDN應(yīng)用和電力線載波通信技術(shù)結(jié)合起來，為城市路燈監(jiān)控中心提供隨時(shí)掌握路燈的工作狀態(tài)和故障情況，并可隨心所欲的打開或關(guān)閉路燈的功能。

圖2：路燈監(jiān)控系統(tǒng)

路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要是在線路終端配置了GPRS傳輸模塊，根據(jù)實(shí)際情況的不同，GPRS模塊的安裝位置不同。方案一是一個(gè)GPRS通信模塊通過低壓電力線管理連接在統(tǒng)一配電變壓器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)監(jiān)控器，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)GPRS通信模塊負(fù)責(zé)多個(gè)路燈或照明設(shè)備的監(jiān)控和管理數(shù)據(jù)的傳輸；方案二是每個(gè)路燈都裝有一個(gè)監(jiān)控器和GPRS模塊，可以做到監(jiān)控與管理每一個(gè)路燈。通過監(jiān)控器，系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)到跳閘、斷路、電壓異常、供電故障、開關(guān)燈控制異常等突發(fā)事件，并通過GPRS通信模塊及時(shí)將告警數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，以供監(jiān)控中心值班人員及時(shí)了解情況，做出處理。

對(duì)于路燈管理部門來說，基于無線DDN（GPRS承載方式）的路燈監(jiān)控系統(tǒng)只需在原有路燈線路上增加GPRS模塊（由GPRS模塊將路燈的實(shí)時(shí)信息發(fā)送給監(jiān)控中心，并接受來自監(jiān)控中心發(fā)來的調(diào)度指令）；并且在監(jiān)控中心增加GPRS接口功能同時(shí)以專線方式將監(jiān)控中心與GPRS核心網(wǎng)連接即可。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

A、經(jīng)濟(jì)性：建設(shè)成本少，路燈監(jiān)控中心與路燈之間是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接 ，可以大大節(jié)省布線的成本，前期投資少、見效快，后期升級(jí)、維護(hù)成本低，易于規(guī)劃。

B、實(shí)時(shí)性：由于GPRS具有永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)的將路燈的變化信息傳送給監(jiān)控中心，便于工作人員及時(shí)監(jiān)控路燈的狀態(tài)并進(jìn)行調(diào)度安排。

C、靈活性：由于減少了固定的傳輸線路，路燈的位置設(shè)定比較靈活；另一方面由于GPRS傳輸模塊的安裝位置的不同，GPRS模塊可以負(fù)責(zé)單個(gè)、幾個(gè)或者一路路燈的數(shù)據(jù)傳輸，統(tǒng)籌安排比較靈活。

（2）無線POS機(jī)

目前在市面上隨處可見的POS刷卡機(jī)，它們大多都是通過電話線聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，移動(dòng)性差，不靈活，限制了業(yè)務(wù)發(fā)展。無線POS機(jī)擺脫了電話線的束縛，利用POS機(jī)上安裝的GPRS模塊，實(shí)時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳送給銀行或者相關(guān)中心。

無線POS機(jī)采用基于GPRS的無線DDN技術(shù)作為POS機(jī)與銀行數(shù)據(jù)庫(kù)的通信手段，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見，如移動(dòng)性強(qiáng)，平均交易時(shí)間短，并能隨身攜帶，投入小等。

A、靈活：無需申請(qǐng)電話線或其它線路，避免布線煩惱；配有電池，可以隨身攜帶，可用于外賣、送貨上門等服務(wù)。零售商們可在那些沒有通信線路的場(chǎng)所，例如體育場(chǎng)、交易會(huì)、音樂會(huì)、臨時(shí)商業(yè)活動(dòng)場(chǎng)所等。

B、快捷：經(jīng)測(cè)試，從磁卡劃過POS機(jī)到POS機(jī)收到確認(rèn)數(shù)據(jù)后打印出帳單，整個(gè)過程只需4～8秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于POS機(jī)經(jīng)電話線進(jìn)行的交易時(shí)間。

C、安全：非常安全可靠，利用GPRS網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)經(jīng)過了多種安全策略的保護(hù)，數(shù)據(jù)保密性得到有效的保障。

D、經(jīng)濟(jì)：可按流量、選擇套餐或包月等計(jì)費(fèi)方式，通信費(fèi)用低，并節(jié)省有線線路申請(qǐng)、布線等費(fèi)用。

除了路燈監(jiān)控這類城市公用事業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)以及無線POS等電子商務(wù)應(yīng)用外，無線DDN還廣泛應(yīng)用于移動(dòng)性數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)、移動(dòng)車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)、機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍非常廣泛。

6. 結(jié)束語(yǔ)

綜上描述，無線DDN業(yè)務(wù)最大的特點(diǎn)就是通過在外圍設(shè)備上增加無線通訊模塊，以接口方式在行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)與中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間建立通道來傳輸信息。特別適合于那些外圍設(shè)備具有分散性、危險(xiǎn)性以及移動(dòng)性并且需要實(shí)時(shí)通信的行業(yè)。

隨著行業(yè)信息化的進(jìn)一步發(fā)展，隨著中國(guó)移動(dòng)等通信運(yùn)營(yíng)商在行業(yè)合作方面的進(jìn)一步加強(qiáng)，能夠?yàn)橥ㄐ胚\(yùn)營(yíng)商、行業(yè)、最終客戶實(shí)現(xiàn)多方共贏的無線DDN業(yè)務(wù)，必將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。