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[摘 要] 随着现在社会经济发展不断的飞速中，目前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方案，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网络 应用 通信系统
一、引言
目前，随着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也即将开始试商用，同时4G也在研究之中。全球移动数据通信网络运营商已超过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。未来移动数据通信业务将呈现多样化发展的特点。在第二代GSM和CDMA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的引入和发展。在2G时代， GSM网络有GPRS和EDGE数据传输技术，CDMA网络有1x 数据通信技术，数据最高速率在150kbps左右；今年已经开始商用的三大3G移动通信系统（TD－SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO），最高速率已经超过 2Mbps，正在测试中的3.5G HSDPA速度更是超过3Mbps，预计4G LTE系统可达173Mbps，欧洲正在研发155Mbps的UWB宽带移动通信系统。目前中国三家电信运营商在全国范围内大规模升级或新建3G网络，并在多个大中城市正式对用户开通商用服务。
当前，虽然通用的移动数据通信系统、设备和终端的研究和开发很多，但针对配电自动化、安防远程监控、交通监控与信息发布、ATM和POS机银行卡服务、工业数据采集、环境检测、无线路由等具体应用、 独立研发的基于3G公用移动通信网络的移动数据通信系统还不多见。
以3G移动数据通信业务的高速发展和3G网络正式商用建成为契机，在深入了解国内外移动数据通信研发和应用现状、详细研究相关3G及其更新的数据通信技术的基础上，本文提出了一种“基于3G网络的移动数据通信系统”。
二、系统特点
1.网络建设成本低廉
首先是建设投资小，不需要建设专门的网络，省去了大量的组网投资，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，享受独立的PAN或资费优惠政策。
2.组网灵活和方便，不受限制
由于电信运营商的网络基础设施已经十分完善，“基于3G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外围各移动或固定节点终端布点的问题。在外围布点时可以充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一点更表现出它的优越性。
3.服务覆盖范围和密度大
目前，3G移动网的基站在城市中的密度大，而在乡村中则相对较小，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，3G移动网络的主要业务就是数据通信业务，因此基于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3G网络的移动通信系统”终端与后台之间采用TCP/IP协议报文在电信运营商的网络透明传输，建立VPN虚拟网采用IPSec或L2TP隧道协议安全传输，同时终端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APN接入点，保证介入通道的独立，后台系统同时采用专线接入和Internet公网接入方式，互为备份。
6.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，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理能力。
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(如银行ATM／CDM机、POS机，电力系统中的TTU、FTU、视频摄像头、多功能电能表等)，进行所需要的业务数据的原始收集。
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，覆盖大部分城市及其周边乡村。
4.后台系统前置机(FE)：负责与所有客户端应用终端进行数据通信、协议解析、流量均衡等等工作。
5.后台中心数据链路接入设备：与电信运营商的数据网络采用多种方式的接入，包括专线接入、有线Internet网接入等，接入设备具有VPN虚拟网和病毒及防攻击防火墙等功能。
6.客户终端管理系统：对所有的客户终端进行接入许可、权限、密钥生成等管理。
7.业务数据处理系统：根据具体业务的不同分别对客户端的数据访问请求进行处理。
8.数据库服务器：可靠性极高的设备用于存放各种业务数据和客户终端管理、系统运行的数据记录。
整个系统依托于电信运营商的3G网络公用移动通信数据网络。
四、系统体系结构
基于3G网络的移动数据通信系统主要采用如图1所示具有中心点的星型体系结构，所有客户终端设备通过3G网络与一个后台中心处理系统通信，简化了中心点的管理和维护。
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。
所有前置机和终端都由一个终端管理系统负责管理，所有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理系统进行处理，实现数据处理的一致性。
五、系统工作模式
基于3G网络的移动数据通信系统支持多种数据传输方式：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，然后与相应的客户终端建立Socket链接，并将数据收集指令转发给相应的终端。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件驱动方式收集数据并将数据通过3G网络发送给前置机， 然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过程与数据传输过程也类似。
六、系统各部分的功能与特性
1.无线数据传输单元(WDU)
1）本功能：自动接入3G网络，完成3G网络的身份认证、数据通道建立等工作，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(GSM)、分组包交换数据、无线IP网络数据、一直在线、断线重连、故障自动重启。
2）扩展功能：前置机开放端口自动搜索、自检与告警输出、远程软件升级与维护、配置键盘和LCD显示器方便用户交互。
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、通知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的终端管理功能。
2）扩展功能：主备用前置机自动切换、终端管理系统功能支持。
3.客户终端管理系统的基本功能
终端密钥生成管理、权限管理、接入鉴权、配置管理、终端性能检测与分析、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，享受大客户的资费优惠和独立的接入点APN政策，以及专门的客户服务待遇， 从而保证整个网络的安全、经济运行。
七、系统在文广业务中的应用实例
1.实时视频传输
在有突发新闻发生时，转播车不能及时到达或者不可能到达，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，保证图像播出的连续性。
2.现场文字和语音新闻传送
在某些新闻场合，电台记者需要文字和语音新闻实时传回广播电台播控中心，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，供文字编辑使用。
八、结束语
综上所诉，本文提出的基于3G的移动数据通信系统模型是一种通用的模式，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，运行管理简单。
[关键词] 移动数据 3G网络 应用 通信系统
一、引言
目前，随着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也即将开始试商用，同时4G也在研究之中。全球移动数据通信网络运营商已超过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。未来移动数据通信业务将呈现多样化发展的特点。在第二代GSM和CDMA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的引入和发展。在2G时代， GSM网络有GPRS和EDGE数据传输技术，CDMA网络有1x 数据通信技术，数据最高速率在150kbps左右；今年已经开始商用的三大3G移动通信系统（TD－SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO），最高速率已经超过 2Mbps，正在测试中的3.5G HSDPA速度更是超过3Mbps，预计4G LTE系统可达173Mbps，欧洲正在研发155Mbps的UWB宽带移动通信系统。目前中国三家电信运营商在全国范围内大规模升级或新建3G网络，并在多个大中城市正式对用户开通商用服务。
当前，虽然通用的移动数据通信系统、设备和终端的研究和开发很多，但针对配电自动化、安防远程监控、交通监控与信息发布、ATM和POS机银行卡服务、工业数据采集、环境检测、无线路由等具体应用、 独立研发的基于3G公用移动通信网络的移动数据通信系统还不多见。
以3G移动数据通信业务的高速发展和3G网络正式商用建成为契机，在深入了解国内外移动数据通信研发和应用现状、详细研究相关3G及其更新的数据通信技术的基础上，本文提出了一种“基于3G网络的移动数据通信系统”。
二、系统特点
1.网络建设成本低廉
首先是建设投资小，不需要建设专门的网络，省去了大量的组网投资，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，享受独立的PAN或资费优惠政策。
2.组网灵活和方便，不受限制
由于电信运营商的网络基础设施已经十分完善，“基于3G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外围各移动或固定节点终端布点的问题。在外围布点时可以充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一点更表现出它的优越性。
3.服务覆盖范围和密度大
目前，3G移动网的基站在城市中的密度大，而在乡村中则相对较小，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，3G移动网络的主要业务就是数据通信业务，因此基于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3G网络的移动通信系统”终端与后台之间采用TCP/IP协议报文在电信运营商的网络透明传输，建立VPN虚拟网采用IPSec或L2TP隧道协议安全传输，同时终端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APN接入点，保证介入通道的独立，后台系统同时采用专线接入和Internet公网接入方式，互为备份。
6.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，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理能力。
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(如银行ATM／CDM机、POS机，电力系统中的TTU、FTU、视频摄像头、多功能电能表等)，进行所需要的业务数据的原始收集。
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，覆盖大部分城市及其周边乡村。
4.后台系统前置机(FE)：负责与所有客户端应用终端进行数据通信、协议解析、流量均衡等等工作。
5.后台中心数据链路接入设备：与电信运营商的数据网络采用多种方式的接入，包括专线接入、有线Internet网接入等，接入设备具有VPN虚拟网和病毒及防攻击防火墙等功能。
6.客户终端管理系统：对所有的客户终端进行接入许可、权限、密钥生成等管理。
7.业务数据处理系统：根据具体业务的不同分别对客户端的数据访问请求进行处理。
8.数据库服务器：可靠性极高的设备用于存放各种业务数据和客户终端管理、系统运行的数据记录。
整个系统依托于电信运营商的3G网络公用移动通信数据网络。
四、系统体系结构
基于3G网络的移动数据通信系统主要采用如图1所示具有中心点的星型体系结构，所有客户终端设备通过3G网络与一个后台中心处理系统通信，简化了中心点的管理和维护。
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。
所有前置机和终端都由一个终端管理系统负责管理，所有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理系统进行处理，实现数据处理的一致性。
五、系统工作模式
基于3G网络的移动数据通信系统支持多种数据传输方式：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，然后与相应的客户终端建立Socket链接，并将数据收集指令转发给相应的终端。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件驱动方式收集数据并将数据通过3G网络发送给前置机， 然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过程与数据传输过程也类似。
六、系统各部分的功能与特性
1.无线数据传输单元(WDU)
1）本功能：自动接入3G网络，完成3G网络的身份认证、数据通道建立等工作，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(GSM)、分组包交换数据、无线IP网络数据、一直在线、断线重连、故障自动重启。
2）扩展功能：前置机开放端口自动搜索、自检与告警输出、远程软件升级与维护、配置键盘和LCD显示器方便用户交互。
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、通知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的终端管理功能。
2）扩展功能：主备用前置机自动切换、终端管理系统功能支持。
3.客户终端管理系统的基本功能
终端密钥生成管理、权限管理、接入鉴权、配置管理、终端性能检测与分析、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，享受大客户的资费优惠和独立的接入点APN政策，以及专门的客户服务待遇， 从而保证整个网络的安全、经济运行。
七、系统在文广业务中的应用实例
1.实时视频传输
在有突发新闻发生时，转播车不能及时到达或者不可能到达，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，保证图像播出的连续性。
2.现场文字和语音新闻传送
在某些新闻场合，电台记者需要文字和语音新闻实时传回广播电台播控中心，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，供文字编辑使用。
八、结束语
综上所诉，本文提出的基于3G的移动数据通信系统模型是一种通用的模式，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，运行管理简单。