移动设备管理(MDM)与OMA OTA DM协议向导(五)——CDMA2000 系统

移动设备管理(MDM)与OMA OTA DM协议向导(五)——CDMA2000 系统

 

1. 为什么需要无线移动通信
   5部电话两两相连需要10对电线，N 部电话两两相连需要 N（N－1）/2 对电线。

2. 无线移动通信的简史
   1864年，麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在。
   1876年，赫兹用实验证实了电磁波的存在。
   1900年，马克尼等人利用利用电磁波进行远距离无线电通信获得成功，标志进入了无线电通信的新时代。
   20世纪40年代，在美国开通了第一个移动电话系统。
   20世纪70年代，美国贝尔实验室提出了蜂窝系统的概念和理论，并开发出第一代蜂窝移动通信系统，即著名的先进移动电话系统AMPS。其后，北欧（丹麦、挪威、瑞典、芬兰）和英国相继研制和开发了类似的NMTS 和TACS 移动通信系统。

3. 为什么需要 CDMA(Code Division Multiple Access)
   移动通信始终面临同一频段用户数量不断增加的难题（即移动通信系统容量问题）。如何有效利用频率是移动通信的核心，也是移动通信系统时代划分的一个主要的依据。为了提高频谱利用率，贝尔实验室提出了蜂窝和频率复用的概念。目前主要包含以下三种频率复用方式：
  （1）频分多址FDMA (Frequency Division Multiple Access)：采用调频的多址技术。业务信道在不
同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统等。
  （2）时分多址TDMA(Time Division Multiple Access)：采用时分的多址技术。业务信道在不同的时
间分配给不同的用户。如GSM系统、DAMPS系统等
  （3）码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)：采用扩频的码分多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。如cdmaOne系统等。
    以一个形象的比喻来简单说明这三种多址方式:在一个大房间里正在举办一场鸡尾酒会，与会的人很多，场面很热闹，如果大家谈话的方式是一个人在说话的时候，其他人都不能说话，这样就可以保证所有人都能听到这个人说话的内容，也就是同一时刻只能有一个人说话，这种方式就是TDMA;如果把所有与会者分成若干组，每个组内的成员分别讨论，而不去理会其他组的人在说什么，这样同时有多个人在说话，但是也不会互相影响，这种方式就类似于FDMA中按不同频率划分用户，可以使多个用户同时进行通信;如果每一对聊天的人说一种语言，而且只会说这一种语言，每对人使用的语言都不相同，讲汉语的人听不懂法语，这样大家即使同时都在聊天，其他人的话对于不懂这门语言的人来说就是噪音，不会影响自己的谈话，这就是CDMA的原理——为每个用户分配不同的编码形式，对于其他用户来说虽然也能收到该用户的信号，但是解码不匹配就不能理解，这样的信号就被当作噪声而抛弃。   
   
4. 第二代移动通信系统（2G）
   由于用户数量的快速增加采用模拟制式的第一代蜂窝移动通信系统暴露出了容量不足、业务形式单一及话音质量不高等严重弊端，这就促使了对第二代蜂窝移动通信系统的研发。第二代蜂窝移动通信系统(2G)采用数字制式，能够提供更高的频谱利用率、更好的数据业务和通信质量。典型的第二代蜂窝移动通信系统包括：在欧洲建立了以TDMA为基础的GSM系统，在美国建立了以 FDMA 和 CDMA 为基础的IS-95 系统，在日本形成以TDMA 为基础的JDC系统。第二代移动通信系统的一个主要缺点是无法支持高速数据业务。

5. IS-95 与 cdmaOne
    IS-95 是美国电信工业协会TIA 于1993 年确定的美国蜂窝移动通信标准，它采用了美国高通Qualcomm 公司推出的CDMA 技术规范。cdmaOne 是基于IS-95 标准的各种CDMA 产品的总称，即所有基于cdmaOne 技术的产品，其核心技术均以IS-95 作为标准。1995 年，第一个CDMA 蜂窝移动通信系统在香港开通，标志着CDMA 已经走向全球商业应用。但是IS-95 的发展受到了美国联邦通信委员会FCC 的限制：要和AMPS 相兼容，即带宽限制在AMPS 原有的频带框架内。因而IS-95 是一个窄带CDMA 标准，只能提供非常有限的服务，还存在很多的不足。

   IS-95 是cdmaOne 系列中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA 标准是IS-95A，话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998 年2 月，美国高通公司宣布将IS-95B（2.5G） 标准用于CDMA 基础平台上。IS-95B 可提升CDMA 系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64 kbps 数据业务的支持。其后，cdma2000 成为窄带CDMA 系统向第三代系统过渡的标准。

 

6. 为什么需要第三代移动通信系统（3G）
   早在1985年，国际电信联盟ITU 提出未来公共陆地移动通信系统FPLMTS，即第三代移动通信系统。主要目的是实现全球无缝移动漫游，经过对当时18种蜂窝移动系统的比较，只有使用数字技术才能实现这个目标。FPLMTS 后来被更名为IMT-2000，欧洲电信标准协会ETSI 也提出了通用移动通信系统UMTS。IMT-2000 和UMTS 的概念和目的非常相似，均致力于在全球统一频段、统一标准、全球漫游、提供功能和质量与固定有线通信系统相当的多种服务等。

7. 什么是 CDMA2000
   CDMA2000 是国际电信联盟ITU 的IMT-2000 认可的第三代移动通信系统，以IS-95 的延伸IS-2000 为标准。尽管ITU 在尽最大努力寻求标准的统一，但以欧美为代表的两大区域性标准化组织3GPP 和3GPP2,则分别以W-CDMA(符合欧洲电信标准协会ETSI 提出的UMTS 标准)和CDMA2000 为基础形成了两大格局。3GPP 是由欧洲ETSI 发起的第三代伙伴计划，而3GPP2 是由美国ANSI 发起的另一个第三代伙伴计划。我国也于1999 年4 月成立了无线通信标准研究组CWTS，并于1999年5月正式加入了3GPP 和3GPP2。

8. CDMA2000 的发展历程
    CDMA2000 系统的发展经历了以下几个阶段：
    cdmaOne：即IS-95A 和IS-95B：以语音业务为主，属于第二代移动通信。
    cdma2000 1x：可支持语音业务，也支持数据业务。其最高数据速率可达153 .6kbps。属于第三代移动通信。
    cdma2000 1xEV-DO：为1x 的第一阶段增强版。支持数据业务，其最高速率在前向高达2.4 Mbps。
    cdma2000 1xEV-DV：为1x 的第二阶段增强版，支持语音及数据业务，其最高数据速率可达4 Mbp 或更高。

9. CDMA2000 各地运营商
   大陆：中国电信
   香港：电讯盈科
   澳门：中国电信
   台湾：亚太电信
   日本：KDDI
   韩国：SK 电讯、KTF、LG 电信
   美国：Verizon Wireless、Sprint Nextell、US C

10. CDMA2000 1x网络框架
    CDMA 2000 网络由三个主要部分构成：核心网络（CN：Core Network），无线接入网络（RAN：Radio Access Network）和移动站点（MS）。核心网络被进一步分解为两个部分：一个接口连接到外部网络例如公共交换电话网络（PSTN）而另一个接口连接到基于IP的网络例如 Internet。核心网中的PCF和PDSN是两个新增模块，可以支持分组数据业务传输。而以MSC/VLR为核心的网络部份，支持话音和增强的电路交换型数据业务。
 

11. 简单IP 与移动IP
      简单IP、移动IP是相关内容是本章的重点，关系到移动网络的数据业务网络架构，进而影响OMA DM的产品设计。
      简单IP类似于固定电话，通过Modem拨号上网。由于每次给移动台分配的IP地址是动态可变的，可实现移动台作为主叫的分组数据呼叫，协议简单，容易实现，但跨PDSN时需要中断正在进行的数据通信。因此只能实现主叫方式的数据通信。简单IP业务是指MS作为主叫时系统能提供的www浏览、E-mail、FTP等业务，即提供目前拨号上网所能提供的全部分组数据业务。

     移动IP技术使移动终端可以以一个固定的IP地址连接到任何外部网中，可实现移动终端作为主叫或被叫时的分组数据业务通信，并保证移动终端在PDSN间切换时仍保持正在进行的通信。

12. 为什么需要移动IP技术
      在IPv4中规定了一个节点的IP地址在互联网中是惟一的，网络正是通过节点的IP地址来进行彼此间的通信。全球互联网的可扩展性依赖于网络前缀路由，而不是特定的主机路由，所以当节点到达外地时，它可能就不能用以前的IP地址进行网络通信了，而移动IP诞生的目的就是为了解决这个问题。
      移动IP，是指基于RFC2002系列标准的一种业务，是一种全球互联网上提供移动功能的方案，它提供了一种IP路由机制，使移动节点可以以一个永久的IP地址连接到任何链路上。由于RFC2002在制定时主要是考虑在固定因特网上实现移动节点的可移动性，而像cdma2000这样的移动通信系统有着其自身的特点。在cdma2000系统中，移动IP业务是一种移动分组数据业务的解决方法，是网络提供的核心业务之一。

13. 移动IP网络框架
      在RFC2002系列标准中，定义了实现移动IP必须的三种功能实体：
　 （1）移动节点：可以将接入因特网的位置从一条链路切换到另一条链路上，而仍然保持所有正在进
行的通信，并且只使用它的归属地址(Home Address)的节点(在cdma2000系统中为用户的移动终端MS)。
    （2）归属代理：归属代理(Home Agent)是由一个端口与移动节点归属网络中的链路相连的路由器，它能够维护移动节点的位置信息。当移动节点离开注册网络后，需要向HA进行登记，HA在收到发往该移动节点的数据包时，将通过HA与FA之间的隧道 (Tunnel)将数据包送往移动节点，完成移动IP功能。只有当移动节点使用移动IP服务时才需要使用HA。它所要完成的功能包括以下几方面：
      1）当移动节点切换链路时，归属代理一直通知移动节点它的当前位置，这个信息由移动节点保存在它的转交地址中。
　  2）在某些时候，归属代理会广播对移动节点归属地址网络前缀的可达性，从而吸引那些送往移动节点归属地址的IP包。
     3）解析送往移动节点归属地址的数据包，并将这些包通过隧道技术传送到移动节点的转交地址上。
  （3）外地代理：外地代理(Foreign Agent)是在移动节点的外地链路上的路由器。在cdma2000网络中，由PDSN来实现外地代理的功能，主要包括：
　　1）帮助移动节点通知它的归属代理和它所获得的转交地址。
　　2）在某些时候，将转交地址提供给移动节点，并为已被归属代理设置了隧道的移动节点发送拆封后的包。　
　　3）作为连接在外地链路上的移动节点的缺省路由器。
上述三个功能实体仅仅是实现移动IP必备的实体，缺一不可。基于互联网的移动IP网络框架如图：
 

        基于cdma2000的移动IP网络框架图：
 



14．移动IP与简单IP的比较
       作为cdma2000系统所提供的分组数据业务的两种基本形式，简单IP和移动IP具有各自不同的特点。
　　在无线通信系统中，用户终端是随时都在移动的，这也就是人们习惯将无线环境下的终端称为移动终端的原因。正因为如此，必须要考虑移动性管理的问题。就分组数据业务来说涉及到三个层次的移动性管理问题：
        1）第一个层次是指在无线网络(RN)内部的移动性，主要是通过无线接入网络内部的机制来进行保证的，例如同一BSC下的不同基站之间的切换或同一基站下不同扇区之间的切换等；
        2）第二个层次是指R-P会话的移动性。由于R-P会话是与PCF绑定的，因此这一层次的移动性管理可以理解为发生PCF之间的切换，但仍然在同一PDSN管辖范围内，此时移动终端应保持相同的PPP连接和同样的IP地址，这是简单IP需要解决的问题。
        3）第三个层次就是IP层的移动性管理。当用户发生PDSN间切换后，由于需要重新建立PPP连接，对于简单IP来说已无法保证用户的IP地址不发生变化，此时就需要移动IP来保证这一层次的移动性。实际上这是移动IP与简单IP最根本的差别。在具体实现时，移动IP和简单IP也有着很多的不同。
（1）无缝漫游能力
　1）简单IP能够提供给用户在同一PDSN下的无缝漫游能力，当用户漫游出所服务的PDSN时需要重新建立新的PPP连接并改变IP地址。因此，对于很多业务应用由于IP地址的改变将不能保证其业务连续性。
　2）移动IP则允许用户在任何网络覆盖地区进行漫游，甚至可以漫游到其他运营商网络覆盖的地区，而保持业务的连续。当然，与其他运营商网络之间的漫游需要运营商之间签订相应的漫游协议。但单纯从技术的角度，无缝漫游是可以保证的。
（2）IP地址
　1）简单IP使用PDSN分配的动态IP地址，这就使得某些需要固定IP地址的应用无法正常使用或者需要加入其他设备或软件来帮助完成。另外，对于网络侧发起的业务是不能提供的。
　2）用户可以使用固定的IP地址实现真正的永远在线和移动，且用户可作为被叫，这便于ISP和运营商开展丰富的PUSH业务（广告、新闻、话费通知）。移动IP提供了安全的VPN机制，移动用户无论何时、何地都可以通过它所提供的安全通道方便地与企业内部通信，感觉就像连在家里的局域网一样方便，因为你不需要修改任何IP设置。
（3）认证机制
　1）简单IP使用CHAP或PAP认证方式，由于认证机制比较简单，因此相对比较容易实现，但安全性也较低。
　2）移动IP的认证机制则相对复杂一些，同时安全性也较高。
（4）专网接入能力
　虽然二者都能够支持专网的接入，但实现的层次却是不同的。
　1）简单IP使用的是L2TP隧道协议，它实现的是二层的VPN功能。在实现时需要在专网内配置LNS和相应的AAA服务器。
　2）移动IP则是通过相应的隧道技术实现三层VPN功能。在专网内设置HA和AAA服务器，并可以通过IPSec进行加密保护。
（5）永远在线能力
　永远在线(Always Online)是指用户建立起PPP连接后的保持能力，因为只要用户的PPP连接保持着，用户和分组网络的连接就保持着，即所谓的“永远在线”。
    1）在简单IP中，通过对PPP非激活定时器进行适当的配置来实现对“永远在线”功能的控制。如果希望用户在线的时间比较长，可以将PPP定时器设置为一个较大的值甚至可以设置为不超时。但实际上如果定时器超时时间设得太大对网络来说并不是好事，因为很多用户可能已经不在网络覆盖范围内。但因为其定时器没有超时，网络将不能释放该用户占用的资源。
　2）对于移动IP则是通过移动IP注册的生存周期来控制其永远在线能力的。当生存时间快到期时，用户终端可以进行重注册，从而保证用户“永远在线”。
（6）移动设备（MS）的支持
　1）简单IP由于应用广泛，因此无论是软件还是硬件都能够提供强大的支持。相应地，支持简单IP的终端也比较多。在终端配置上也相对简单，用户在使用时类似拨号上网，只需要配置用户名和密码即可。
　2）支持移动IP的终端目前还是罕见的，这主要是因为移动IP在过去应用较少，因此无论是操作系统还是应用软件方面的开发工作都比较落后。但是，随着无线网络中移动IP业务的开展，更多的生产商看到了商机，纷纷加大投入，相信在不久以后就会有大量的支持移动IP的终端问世。移动IP终端在配置方面较简单IP会复杂一些，需要配置用户名、密码、HA的地址以及用户的归属IP地址(静态)。
（7）同一移动终端支持多个IP会话能力
　简单IP的终端只能支持一个IP会话，移动IP的终端却允许同时支持多个IP会话，比如一个简单IP会话同时进行一个移动IP会话。当然，此时对终端的要求也将大大提高，但对于用户来说却会带来极大的方便，用户可以在使用手机浏览器进行WAP浏览的同时接入到自己企业的VPN中。
　从以上比较可以看出，简单IP和移动IP各有其特点，分别适用于不同的用户需求。究竟为用户提供哪一种业务这主要取决于运营商的经营策略以及网络的投资等方面的因素。

15.OMA DM 与 CDMA2000
   在CDMA2000网络的移动IP框架下，OMA DM服务器访问移动终端，与访问互联网上的终端没有任何差别。但是如果运营商的cdma2000网络或用户的移动终端不支持移动IP，仅支持简单IP，即IP是动态可变的，我们只能首先利用设备固定的URI（Uniform Resource Identifier统一资源标识符）（通常为手机号码），通过短消息通道（SMS）对设备做Notification操作，让设备主动连接DM服务器（即主叫）获得设备的动态IP，然后通过这个暂时的IP地址与设备进行会话。目前在没有移动IP的2G、2.5G以及初期还没有形成移动IP系统的3G（包括 CDMA2000）网络中这是普遍的做法。
     

16.OMA 产品不断追求的目标——网络无关性、设备无关性
   回顾OMA协议产生的原因：制定OMA协议就是要寻求一种与网络无关的、开放的，使各种应用和业务能够在全球范围内的各种终端上实现数据同步的标准。这句话为OMA产品的研发指明了两个核心：即努力做到产品的网络无关性与设备无关性。