移動通信

前言

　　若干個世紀以來，人們都知道：知識就是力量。博學者們早已了解如何將數(shù)據(jù)轉換成信息以及如何進一步將其轉換成知識。他們能夠在不同的環(huán)境下有區(qū)別地使用數(shù)據(jù)、信息和知識這3個不同的詞匯。長久以來，人們已經(jīng)懂得如何存儲數(shù)據(jù)、信息和知識，這樣使得每個人都能夠獲得這些數(shù)據(jù)、信息和知識。信息和通信技術的匯聚(ICT--信息和通信技術)為人們提供了一條面對所有這些挑戰(zhàn)的通道。有了ICT之后，人們將有可能在任何時間、任何地點將信息與知識傳遞給任何一個人?！　?0世紀的最后十年，人們見證了ICT的很多事件。GSM移動通信技術獲得了廣泛的應用；www(互聯(lián)網(wǎng))流行起來；電信行業(yè)看到了光明的前景。信息技術和通信技術的匯聚逐漸清晰。投資者開始將他們的資金投入到ICT行業(yè)。網(wǎng)絡公司逐漸興起并繁榮。作為一個ICT專業(yè)人士，本人也一直處在行業(yè)的蓬勃發(fā)展之中。2000年，我們在ICT領域創(chuàng)建了一個名為Cellnext的WAP(移動應用協(xié)議)門戶網(wǎng)站。幾個月之后，我們開始意識到技術只是一塊敲門磚：技術本身并不能帶來收益。因此，我們迅速地將Cellnext的業(yè)務從WAP轉向GSM(全球移動通信系統(tǒng))和SMS(短消息業(yè)務)。我們后來又引入了IVR(交互語音響應)、GPRS(通用分組消息業(yè)務)、3G、CDMA(碼分多址)和MMS(多媒體消息業(yè)務)。為了將所有這些應用集成在一起，我們必須從事很多的研究工作。此外，一些大學也有興趣為學生提供有關這些新興技術的課程，我與IIIT-B學院(印度班加羅爾國際信息技術學院)的教授Dinesha以及校長Sadagopan就有這方面的想法。2001年，我為IIITB學院一些二年級的學生講授了一個學期的選修課，其內(nèi)容有關于WAP和SMS。這就像快速發(fā)展的技術一樣，課程的內(nèi)容也不斷地更新。到2003年，關于WAP的選修課成為技術專業(yè)學生在第三學期移動計算方面的核心課程。IIITB是少數(shù)幾個將移動計算作為整學期課程的學校之一。最近幾年，我一直在向IIITB學院的學生講授移動計算的課程，這本書即是在此過程中的一些講義和筆記總結?！　娜魏螘r間任何地點獲得信息面臨著很多的挑戰(zhàn)。另一方面，用戶有時需要乘坐列車進行旅行或者驅車行駛在高速公路之上，因此，在任意時刻為處于移動狀態(tài)中的用戶提供信息則需要面對完全不同的挑戰(zhàn)。移動計算將會應對這些挑戰(zhàn)，通過移動計算技術，人們將實現(xiàn)信息隨處獲得的地球村：無論處于靜止或者移動狀態(tài)，人們可以在任何地方通過任何設備來獲取信息。目前，有一些書籍討論了無線和移動通信技術，但是卻沒有任何書籍專門討論移動應用的業(yè)務方面。這本書覆蓋了通信技術的各個方面，從第1代到第3代的蜂窩通信技術、有線通信技術、無線局域網(wǎng)(WiFi)和無線寬帶技術(WiMAX)。本書還將討論智能網(wǎng)(IN)以及新興的技術，例如，移動IP、IPv6和VoIP(基于IP的語音技術)?！　”緯Ｍ軌蛘疹櫟礁鱾€層次的讀者，讀者既可以將本書作為教材，也可以作為參考書來使用。這本書宏觀地介紹了從CTI(計算機電話接口)到3G(第3代)的各種技術，其中包括藍牙、IN、WiFi和Wimax，即使是那些非從事技術工作的讀者也可以將其作為入門讀物。　　寫給專業(yè)人士　　本書的初衷是為專業(yè)人士提供參考，因此本書涵蓋了非常廣泛的技術話題。我們相信：這本書能夠為那些需要理解移動計算技術的專業(yè)人士提供有益的參考。其中的每一章僅涉及一個技術方面，并且其可以單獨成章。因此，專業(yè)人士可以選擇自己所感興趣的章節(jié)進行研究。如果讀者出于項目管理的需要以研究某一方面的無線技術，這本書也非常地適用。即使從來沒有接觸過某些最新的技術，讀者也可以利用本書以期獲得較高的起點。本書不但適合于應用程序開發(fā)者、專業(yè)電信人士，而且也同樣適合于那些希望了解移動計算方面技術和業(yè)務的管理者?！　懡o教師　　本書提供了廣泛的技術專題，這些專題可以作為移動計算專業(yè)研究生的教材。作者試著在這些章節(jié)中建立相互之間的聯(lián)系，并且每一章都盡量保持相對獨立。對于本科生而言，他們可以學習每一章中的所需要內(nèi)容。讀者也可以通過閱讀“內(nèi)容提要”來決定在您自己的課程計劃中選擇哪些內(nèi)容。　　寫給學生　　作者希望本書能夠激發(fā)學生在移動計算和無線業(yè)務方面的學習興趣。并同時嘗試著將本書編排成一本教科書。然而，作者在組織章節(jié)、專題和內(nèi)容方面也采取了一些特別的方式，這樣讀者就可以將本書作為參考書或手冊進行使用。本書適合于那些希望為計算機發(fā)燒友開發(fā)移動應用程序的計算機科學系學生，同時其也適用于那些希望通過應用程序填平數(shù)字鴻溝的社會學學生。在內(nèi)容安排上，這本書首先從有線通信談到無線通信和電信，然后再到因特網(wǎng)和匯聚。因此，讀者可以按照本書的章節(jié)順序閱讀本書。同時，作者盡量使每一章的內(nèi)容都具有相對的獨立性，因此，讀者也可以挑選感興趣的章節(jié)來閱讀并盡可能地從中理解這些內(nèi)容?！　?nèi)容提要　　本書包括18章：　　第1章是本書的概述，其中討論了一些基本知識，這為讀者進一步理解移動計算奠定了基礎。這一章中包含了各種專業(yè)術語與技術的定義及其重要性。作為基礎的一部分，本章中介紹了各種不同的架構并且還探討了這些架構如何來適應所謂移動計算的復雜迷宮。移動計算如何幫助商業(yè)活動更為有效地利用信息。此外，本章中討論了數(shù)字鴻溝以及金字塔底層大眾所需的業(yè)務和應用。最后，本章介紹了一些標準制定機構及其角色。本章中還深入討論了不同標準制定機構所涉及的領域以及它們在移動方面的相互關聯(lián)?！　〉?章中討論了移動計算的通用架構以及通過公共網(wǎng)絡(因特網(wǎng))進行信息傳播的初步實踐。本章中討論了應用程序開發(fā)的分層式架構及其重要性，這里還分析了各種類型的中間件及其功能和角色，并同時介紹了這些中間件如何被用來實現(xiàn)移動計算。本章還討論了移動應用背后的哲學意義，并深入分析了如何確定當前的語境以及開發(fā)一個內(nèi)容感知的系統(tǒng)。　　第3章中介紹了電話系統(tǒng)的基本概念。并討論了如何利用電話機作為客戶端設備以訪問信息。電話機在全世界的普及率比較高，與今天的移動計算相比，基于語音的應用通常被認為是一種即將過時的技術。通過基于IVR(交互語音響應)技術的CTI(計算機電話接口/計算機電話綜合)，本章探討了語音應用開發(fā)的哲學意義，同時還介紹了語音XML和語音瀏覽器?！　〉?章中討論了很多技術。所有的這些技術都與移動計算有關。然而，這些技術目前都沒有成為主流技術。這些技術包括：藍牙、射頻識別或RFID、無線寬帶或者WiMAX、移動IP、蜂窩IP、IPv6(因特網(wǎng)協(xié)議第6版)或下一代IP協(xié)議。這些技術都非常重要，有朝一日必將成為主流的技術。因此，本書介紹了這些技術以及相關的知識，但是，本書并不深入地探討這些技術的細節(jié)?！　〉?章中討論GSM通信技術。關于GSM的討論是從蜂窩網(wǎng)絡的最基本概念開始，它描述了GSM網(wǎng)絡結構以及網(wǎng)絡中不同的網(wǎng)絡元素。這里，本書分別描述了各種網(wǎng)絡元素的功能以及相互之間如何實現(xiàn)無縫的路由、切換、移動性管理和網(wǎng)絡內(nèi)部的漫游。本章的最后討論了GSM網(wǎng)絡的各種安全算法和安全體系。　　第6章中討論SMS。本章詳細地介紹了SMS的架構。它描述了空中和SMS網(wǎng)關所采用的SMS技術。這里介紹了SMS通過提供數(shù)據(jù)傳遞從而實現(xiàn)了增值業(yè)務和應用。本章最后則介紹了SMPP(短消息點對點)協(xié)議和GNU開源Kannel SMS網(wǎng)關?！　〉?章，本書把關注焦點從第二代移動通信技術(2G)轉向2.5代移動通信技術(2.5G)：即，從GSM轉向GPRS。本章中首先介紹GPRS的網(wǎng)絡結構以及各種網(wǎng)絡元素。這里描述了GSM和GPRS之間的區(qū)別。并深入描述了GPRS如何來解決在數(shù)據(jù)方面的移動性問題。本章中還介紹了一些適合于高帶寬GPRS網(wǎng)絡的移動應用?！　〉?章中討論WAP和MMS技術。本章首先介紹WAP協(xié)議棧和WAP應用環(huán)境。并討論了WML(無線標簽語言)以及如何利用WML來開發(fā)應用程序。之后，本章介紹了WMLScript和無線電話應用接口(WTAI)。本章還討論了多媒體消息業(yè)務，并介紹了SMIL(同步多媒體綜合語言)以及如何利用SMIL開發(fā)MMS應用程序。最后，本章介紹了WAP論壇所定義的DRM(數(shù)字寫作管理)　　第9章開始進一步討論CDMA以及3G技術。本章中首先介紹了擴頻通信的基本概念和碼分多址技術。IS-95是第一個采用CDMA多址技術的蜂窩標準。盡管IS-95是一個第二代移動通信網(wǎng)絡，但是本書還是在這一章中討論了這種技術。之后，本章討論了IS-95網(wǎng)絡的安全性、切換和漫游。接下來，本章討論了3G技術，內(nèi)容涉及到了IMT-2000、CDMA-2000、UMTS和WCDMA網(wǎng)絡。本章的最后介紹了3G應用體系以及VHE(虛擬家庭網(wǎng)絡)的概念。在介紹3G網(wǎng)絡體系的內(nèi)容中包括了隨時隨地(ubiquity)、匯聚和內(nèi)容感知等新出現(xiàn)的概念。　　第10章中討論了無線局域網(wǎng)(WLAN)或WiFi技術。本章描述了為什么選擇無線局域網(wǎng)、何時何地以及如何實現(xiàn)無線局域網(wǎng)。本章中還介紹了802.11協(xié)議族中所包含的各種不同標準。本章討論了ad-hoc 以及基于設備的無線網(wǎng)絡。并討論了在無線局域網(wǎng)中如何使用CDMA和CSMA-CA(載波偵聽－沖突避免)，本章還涉及到了無線局域網(wǎng)的移動性和漫游功能。之后，本章討論了無線局域網(wǎng)的工程安裝。本章簡要地討論了傳感器網(wǎng)絡以及WLAN如何被用于傳感器網(wǎng)絡。接下來，本章討論了無線局域網(wǎng)的安全性、目前無線局域網(wǎng)的發(fā)展及其弱點，此外，為提高無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸安全性所研究的安全性標準也在被討論范圍之內(nèi)。最后，本章比較了3G和WiFi技術?！　〉?1章中討論智能網(wǎng)和網(wǎng)絡互聯(lián)。本章中介紹了7號信令網(wǎng)絡并且描述了如何利用這種網(wǎng)絡開發(fā)智能網(wǎng)(IN)應用。本章首先介紹了呼叫處理和路由的基本概念。接下來，本書解釋了網(wǎng)絡智能的概念以及一個網(wǎng)絡可以被認為具有智能所應具備的條件。本章深入討論了7號信令的細節(jié)以及7號信令網(wǎng)絡內(nèi)部的不同網(wǎng)絡元素，同時，本書介紹了7號信令協(xié)議棧內(nèi)不同協(xié)議層的應用部分。最后，本章給出了一些智能網(wǎng)的例子。　　第12章中介紹了開發(fā)技術中立應用的原則和方法。第3至第10章，本書一直在討論移動應用的各種方法，這些方法與某些專門的技術有關。本章作為第13至第15章的概述，這些內(nèi)容包含了開發(fā)移動應用的不同平臺、工具和方法?！　〉?3章中描述PalmOS的編程技術，PalmOS主要針對PDA(個人數(shù)字助理)和無線業(yè)務。本章討論了為基于PalmOS的PDA開發(fā)移動應用的各種工具和方法。本章首先討論PalmOS的體系，接下來介紹了PalmOS的應用程序開發(fā)。本書指出了程序員在開發(fā)PalmOS應用程序時所需要注意的一些方面，其中包括圖形用戶界面、表格、網(wǎng)絡互聯(lián)以及通信、數(shù)據(jù)庫和安全性考慮。最后，本章介紹了如何針對多媒體與電話接口進行PalmOS的編程?！　〉?4章主要圍繞Symbian OS進行討論，這種操作系統(tǒng)逐漸流行于高端手機。本章中首先介紹了Symbian操作系統(tǒng)的體系，然后又分析了Symbian的應用開發(fā)環(huán)境。接下來，本章描述了如何在Symbian環(huán)境下開發(fā)應用。最后，本章討論了Symbian的安全性問題?！　〉?5章有關于無線和移動設備所用的Java。本章中首先討論了J2ME(Java 2 微版本)、J2ME的體系并深入分析了如何利用J2ME開發(fā)應用程序。本章還介紹了J2ME的所有方面，其中包括簡單的應用到多媒體、Ticker、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡互聯(lián)以及利用Socket進行通信。最后，本章討論了J2ME的安全性問題?！　〉?6章中討論WindowsCE以及如何利用WindowsCE為小型設備開發(fā)應用程序，其中包括移動手機到PDA。本章還介紹了WindowsCE的體系，接下來又描述了能夠在WindowsCE環(huán)境下開發(fā)應用程序的平臺?！　〉?7章中討論基于因特網(wǎng)的語音通信(VoIP)。本章介紹了因特網(wǎng)與電信網(wǎng)絡匯聚的各種不同協(xié)議和技術。本章首先介紹H.323，其描述了H.323網(wǎng)絡中不同的元素和組件。此外，本章也討論SIP(會話初始協(xié)議)。本章接下來則描述了電信與IP匯聚所需的所有技術和協(xié)議。最后，本書描述了SIP網(wǎng)絡中應用程序開發(fā)的技術和環(huán)境?！　〉?8章中介紹移動計算的安全性問題。無論桌面計算或是移動計算都面臨著相同的信息安全性挑戰(zhàn)。因此，本章首先討論移動計算環(huán)境的弱點與攻擊。接下來又描述了對稱密鑰和公共密鑰技術。本章還介紹了安全協(xié)議，其包括SSl(安全套接字協(xié)議)、TLS(傳送層安全協(xié)議)和WTLS(無線TLS)。此外，本章分析了移動環(huán)境和3GPP(第三代合作組)的安全體系。最后，本章探討了無線環(huán)境下的病毒和蠕蟲?！　”M管作者已經(jīng)盡力為讀者獻上一本好書，但是差錯依然可能在所難免。我們希望得到您的反饋，建議、批評或者其他想法，這些將有助于我們在下一版中改進不足。請將您的建議和想法發(fā)送到asoke.talukder@iiitb.ac.in。

內(nèi)容概要

　　全球村意味著人們可以在任何地點通過任何設備無縫地獲取任何信息，無論他們處于靜止或者移動狀態(tài)，移動計算正是探討了全球村這一概念在現(xiàn)實中面臨的諸多挑戰(zhàn)。本書覆蓋了所有的通信技術，其中涉及到第一代到第三代的蜂窩通信技術、有線電信通信技術、無線局域網(wǎng)〔WIFI〕、無線寬帶網(wǎng)〔WIMAX〕。此外本書還討論了智能網(wǎng)〔IN〕以及新興的移動IP、IPV6、VOIP等技術。　　由于是精通多項技術的專業(yè)人士撰寫，因此本書包含了豐富的演示、實例和程序，讀起來非常有趣。本書討論了無線通信領域所有最新的成果，作者力求滿足各類人士對不斷更新的信息和知識的需求，本書適合學生、專業(yè)人士、教師甚至非技術的人士閱讀?！　∮捎诒緯鴰缀跄依藦腃TI〔計算機電信接口〕到3G〔第三代移動通信〕在內(nèi)的所有技術，包括藍牙、IN、WiFi和WiMax以及各種服務創(chuàng)新，因此對于快速發(fā)展的無線業(yè)務和移動計算領域來說，本書是一本不可缺少的參考寶典。

作者簡介

　　Asoke K Talukder已經(jīng)涉足IT行業(yè)超過25年。他曾經(jīng)在印度和國外的多家技術公司擔任過高級職位，并獲得過諸多的國際獎勵，例如ICIM專業(yè)杰出成就獎ICL　Services Trophy、ICL首席執(zhí)行杰出獎、Atlas俱樂部杰出獎等。他負責開發(fā)的一頁中間件產(chǎn)品在2001年被評為IBM杰出解決方案獎；他的另一項有關Java Card的產(chǎn)品也在2003年的GSM全球大會上獲得獎勵。

書籍目錄

第1章　概述1.1　比特和字節(jié)的移動性1.2　無線——開端1.2.1　無線網(wǎng)絡的興起1.2.2　無線數(shù)據(jù)業(yè)務的發(fā)展1.2.3　無線局域網(wǎng)的發(fā)展1.2.4　無線PAN的發(fā)展1.3　移動計算1.3.1　移動計算功能1.3.2　移動計算設備1.4　對話控制1.5　網(wǎng)絡1.5.1　有線網(wǎng)絡1.5.2　無線網(wǎng)絡1.5.3　Ad.Hoc網(wǎng)絡1.5.4　載體1.6　中間件和網(wǎng)關1.6.1　通信中間件1.6.2　事務處理中間件1.6.3　行為管理中間件1.6.4　通信網(wǎng)關1.7　應用和服務1.8　開發(fā)移動計算應用1.8.1　移動新應用1.8.2　過時應用的移動化1.9　移動計算的安全性1.10　標準1.11　標準組織1.12　無線領域1.13　參考書／課外閱讀1.14　復習題第2章　移動計算架構2.1　計算機發(fā)展史2.2　因特網(wǎng)發(fā)展史2.3　因特網(wǎng)——隨時隨地的網(wǎng)絡2.4　移動計算架構2.5　三層架構2.5.1　演示層〔第一層〕2.5.2　應用層〔第二層〕2.5.3　數(shù)據(jù)層〔第三層〕2.6　移動計算的設計考慮2.6.1　客戶周邊環(huán)境管理2.6.2　周邊環(huán)境感知系統(tǒng)2.7　基于因特網(wǎng)的移動計算2.8　現(xiàn)有應用的移動化2.9　參考書2.10　復習題第3章　電信移動計算3.1　電話發(fā)展史3.2　多址技術3.2.1　頻分多址3.2.2　時分多址3.2.3　碼分多址3.2.4　空分多址3.3　基于電話的移動計算3.3.1　語音軟件3.3.2　語音驅動和API3.3.3　IVR編程3.3.4　單線程異步編程模型3.3.5　多線程同步編程模型3.4　開發(fā)一個IVR應用3.5　語音XML3.6　電話應用編程接口〔TAPI〕3.7　參考書3.8　復習題第4章　新興技術4.1　概述4.2　藍牙4.2.1　藍牙協(xié)議4.2.2　藍牙協(xié)議棧4.2.3　藍牙安全性4.2.4　藍牙應用模型4.3　射頻識另I]〔RFID〕4.4　無線寬帶〔WiMAX〕4.4.1　物理層4.4.2　802.16媒體接入控制4.4.3　寬帶應用4.4.4　寬帶移動蜂窩系統(tǒng)4.5　移動IP4.5.1　移動IP工作原理4.5.2　發(fā)現(xiàn)4.5.3　注冊4.5.4　隧道化4.5.5　蜂窩IP4.6　IPv64.6.1　地址空間4.6.2　IPv6安全性4.6.3　數(shù)據(jù)有效載荷4.6.4　IPv4向IPv6發(fā)展4.6.5　應用程序的更新4.6.6　IPv6網(wǎng)絡的互聯(lián)4.6.7　包含IPv6的移動IP4.7　Java Card4.8　參考書4.9　復習題第5章　GSM通信5.1　GSM通信系統(tǒng)5.2　GSM系統(tǒng)架構5.3　GSM實體5.3.1　移動臺5.3.2　基站子系統(tǒng)5.3.3　網(wǎng)絡和交換子系統(tǒng)5.3.4　運營和支持子系統(tǒng)5.3.5　消息中心5.4　GSM網(wǎng)絡的呼叫路由5.5　PLMN接口5.6　GSM地址和標識5.7　GSM的網(wǎng)絡方面5.7.1　切換5.7.2　移動性管理5.7.3　漫游舉例5.8　GSM頻率分配5.9　鑒權和安全性5.9.1　MS鑒權算法A35.9.2　語音隱私密鑰生成算法A85.9.3　空中語音隱私算法A5／15.10　參考書5.11　復習題第6章　短消息6.1　基于短消息的移動計算6.2　短消息〔SMS〕6.2.1　短消息的優(yōu)點6.2.2　SMS架構6.2.3　移動臺終止短消息〔SMMT〕6.2.4　移動臺發(fā)起短消息〔SMMO〕6.2.5　作為信息承載的短消息一6.2.6　運營商為中心的pull業(yè)務6.2.7　運營商無關的Push業(yè)務6.2.8　短消息在移動計算面臨的挑戰(zhàn)6.2.9　運營商無關的pun業(yè)務……第7章　通用分組無線業(yè)務(GPRS)第8章　無線應用協(xié)議(WAP)第9章　CDMA和3G第10章　無線局域網(wǎng)第11章　因特網(wǎng)和網(wǎng)絡互聯(lián)第12章　客戶端編程第13章　Palm OS編程第14章　Symbian OS無線設備第15章　J2ME第16章　Windows CE第17章　VoIP和匯聚第18章　移動計算的安全問題

章節(jié)摘錄

　　~3.1　電話發(fā)展史　　貝爾(Alexandra Graham Bell)發(fā)明了世界上第一臺電話系統(tǒng)，當時的電話允許兩個不同地方的用戶通過一段導線進行雙向的語音通信。用戶(其又稱主叫方或者A方：發(fā)起電話呼叫的一方)在導線的一端對著電話機的話筒講話，另一個人(其又稱被叫方或者B方：接收電話的一方)在位于其他地方的導線另一端則可以聽到用戶的講話聲音，雙方的通信幾乎是實時的。在模擬電話存在的較長時間段內(nèi)，連接兩個用戶就意味著在雙方(主叫方與被叫方)之間建立了一條物理上的電路。通過在兩方之間建立一條物理鏈路從而獲得可靠性。在很早以前，每一部電話機都連接到一個中心局(交換局)，交換局中設有接線員，接線員的工作就是通過手工方式為接打電話的雙方建立物理線路連接。每當用戶摘掉電話機上的聽筒時，接線員的操作面板上將會發(fā)出一聲振鈴音。接線員接聽這一呼叫后，主叫用戶就會要求接線員為其連接到另外一個用戶，接線員手工地完成這一操作。接線員需要記錄下來哪些用戶撥打過電話、電話打給哪些用戶以及電話通話的持續(xù)時間。這些信息被用來向主叫用戶進行收費：即，傳統(tǒng)的計費和收費信息。如果用戶希望撥叫一個本地交換局之外的用戶：即，被叫用戶屬于相鄰的交換局，那么用戶本地交換局的接線員必須呼叫相鄰交換局的接線員，這樣才能將所需要的被叫用戶連接起來。如果需要打電話給更遠的人，用戶就必須申請一個干線呼叫。在這種情況之下，一個通話將需要整條線路上的所有接線員進行操作，每一個接線員打電話給下一個接線員，直到電話被最后接通。　　人們可以認為，19世紀90年代來自市場的力量促進了第一個自動電話交換機的誕生。它以其發(fā)明者Almon B.Strowger的名字被命名為“Strowger交換機”。但是，Strowger本人并沒有發(fā)明自動交換的概念，這一概念最早在1879年由Connolly和McTigthe所發(fā)明。Strowger是將這種機器推向商業(yè)化運作的第一個人。Strowger是美國堪薩斯城的一名商人。故事的起因來自于當?shù)氐牧硗庖粋€商人，其是Strowger的競爭對手，同時他的妻子則是本地電話交換公司的一個(手工)接線員。每當有人打電話給Strowger的時候，電話就會被有意的地轉接給Strowger的競爭對手，而這個接線員正好是其競爭對手的妻子。這件事促使Strowger想辦法開發(fā)出一個自動化的系統(tǒng)以消除這種人為的因素，Strowger開發(fā)出一個基于電磁和棘爪實現(xiàn)的機電自動交換機。自動交換機的第一個版本最早于1892年被安裝在美國印第安納州的La Porte。　　1912年，瑞典工程師Gotthief Bethulander發(fā)明了一種基于柵格的自動交換機并申請了專利。這種交換機同樣利用了電磁原理，其被稱為縱橫式交換機。1960年，AT&T公司開發(fā)出第一臺電子交換系統(tǒng)(ESS)并投入市場進行了測試。最終在1965年5月30日，第一個商用的電子中心局在新澤西的Succasunna正式投入運營。ESS花費了貝爾實驗室中大約4000人的年工作量。1976年，貝爾實驗室為長距離的語音通信開發(fā)出了4ESS長途交換機。這是世界上第一臺數(shù)字電路交換機。所謂數(shù)字交換機是指模擬的語音信號在進入交換機進行交換之前首先進行數(shù)字化。20世紀60年代和70年代的人們目睹了由處理器和軟件(數(shù)字計算機)進行控制的電話交換機的出現(xiàn)。這種交換機進行被稱為存儲程序控制交換機。人們開發(fā)復雜電話交換系統(tǒng)的目的與一百年以前手工交換的目的完全一樣：即，檢測到A(主叫)用戶的撥號企圖，并將A用戶連接到正確的B(被叫)用戶，然后再記錄有關數(shù)據(jù)以便運營商進行計費?！　‰娦判袠I(yè)的數(shù)字化開始于電子交換機的引入。1962年是電信史上又一個里程碑，這一年出現(xiàn)了數(shù)字式的交換機。數(shù)字化傳輸可以追溯到20世紀20年代，貝爾系統(tǒng)的研究員Harry Nyquist認為：如果以兩倍于模擬信號的頻率去采集信號樣本，那么人們就有可能將一個模擬信號編碼成數(shù)字信號。采樣之后的信號可以進行編碼和傳輸。編碼信號中所包含的信息足以用來恢復出原始可懂的語音信號，接收端就可以正確地聽到發(fā)送端的講話。假設音頻信號的頻帶在0~~4000Hz之間，人們所面對的是一個4KHz的模擬語音信道。接著，人們以每秒8000次的速率(兩倍于4KHz)采集語音信號的幅度信息。然后，人們再將所測量到的幅度信息轉換成一個數(shù)字信號(即，量化過程)，每一個樣本用8個比特進行表示。這種數(shù)字化的方式被稱為脈沖編碼調(diào)制(PCM)。因此，PCM需要64Kb/s的數(shù)字帶寬(8KHz×8bit)。巴黎西部電子公司的Alex H.Reeves最早于1937年產(chǎn)生了PCM的想法。貝爾實驗室的科學家于1962年采用PCM技術首先實現(xiàn)了數(shù)字化傳輸。貝爾實驗室采用了1.544Mb/s的傳輸速度，其包含了24個語音信道，每個信道傳輸速率都為64Kb/s，這種格式被稱為T1。歐洲也研制出一種相似的系統(tǒng)，其被稱為E1，它采用2Mb/s的傳輸速率，其中包含了32個信道，每個信道速率為64Kb/s。傳輸技術的改進大大降低了網(wǎng)絡的成本。人們已經(jīng)見證了通信系統(tǒng)的發(fā)展，從最早的裸線傳輸線路到采用同軸或無線鏈路的模擬復用系統(tǒng)，然后再進一步發(fā)展成為數(shù)字化的光纖系統(tǒng)，其中每對光纖的容量可達幾十個Gbit/s。1980年，世界上誕生了第一個商用的光纖系統(tǒng)。　　在手動交換的系統(tǒng)之中，一個接線員可以通知主叫用戶當前呼叫的狀態(tài)。在手動交換時，接線員更多地體現(xiàn)出控制功能，控制功能與交換功能是兩個分開的功能。當接到一個呼入電話時，接線員的工作包括：　　● 傾聽并記錄對方的電話號碼?！　　?找到用于連接主叫和被叫用戶的正確線路。　　● 檢查目標電話線路是否空閑。　　● 完成線路連接。　　● 記錄呼叫的詳細情況：呼叫時間、呼叫時長、主叫號碼和被叫號碼?！　∽詣咏粨Q方式中無需設置接線員，人們因此需要一個系統(tǒng)來告知主叫用戶有關呼叫狀態(tài)的信息。鈴音產(chǎn)生器(Ring Generator)被用來產(chǎn)生不同的鈴音，這些鈴音包括：　　● 撥號音(DT)。當一個主叫用戶摘機時，電話將會產(chǎn)生撥號音，這表示：交換機已經(jīng)為用戶分配了一個可用的出口(線路)，用戶可以開始撥號并繼續(xù)進行呼叫的操作?！　　?忙音(BT)。忙音表示被叫用戶(B方)正在通話中或者連接被叫用戶的線路處于擁塞狀態(tài)?！　　?振鈴音(RT)。一旦A方和B方之間的鏈路建立完畢，B方的電話機將會振鈴， A方同時也會收到一個振鈴音。　　普通的電話系統(tǒng)被稱為公共交換電話系統(tǒng)(PSTN)。PSTN的節(jié)點可以被分為三個主要類型：本地交換節(jié)點(其又被稱為端局)、傳輸交換節(jié)點(其又被稱為本地接入局)和國際交換節(jié)點(其又被稱為國際運營商)。本地交換節(jié)點被用于連接用戶；傳輸交換節(jié)點則負責區(qū)域地理內(nèi)部和不同區(qū)域之間的業(yè)務交換；而國際交換節(jié)點以及其他網(wǎng)關類型的交換機負責交換不同國家和不同網(wǎng)絡之間的業(yè)務。本地交換節(jié)點與每個電話用戶之間鋪設了一條物理的電話線路，其又被稱為本地環(huán)路，從傳統(tǒng)的意義上講，人們又把這條線路稱為最后一英里。在GSM或者WiLL這樣的無線網(wǎng)絡之中，用戶和本地交換節(jié)點之間并不存在有物理上的線路，它們之間的連接通過無線空中接口進行管理。印度的網(wǎng)絡運營商提供了固定電話、WiLL和GSM等業(yè)務。　　3.2　多址技術　　在一個PSTN網(wǎng)絡之中，交換機與每個用戶的電話機之間都采用了一條單獨的物理線路進行連接。因此，多個用戶可以在同一時刻同時進行語音通信，用戶之間也互不干擾。無線通信中具有與其完全不同的特點。無線通信中傳輸信號的無線信道由多個用戶所共享。除非網(wǎng)絡對無線信道的同時訪問(多個用戶)進行控制，否則沖突在所難免。在一個面向連接的通信過程中，人們并不希望看到這種沖突的發(fā)生。因此，每一個移動電話用戶將根據(jù)需要被分配到一個專用的通信信道。這一點可以通過不同的復用技術得以實現(xiàn)，如圖3-1所示?！　D3-1　多址技術　　3.2.1　頻分多址　　頻分多址(FDMA)是最常用的多址技術?？捎玫念l段被分割成若干個相同帶寬的信道，這樣每個用戶的通信就可以分別采用不同的頻率。這種復用技術被用于所有的第一代移動通信網(wǎng)絡之中，例如，美國的先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)和英國的全接入通信系統(tǒng)(TACS)?！　?.2.2　時分多址　　與FDMA相比，時分多址(TDMA)的實現(xiàn)成本比較高，其需要發(fā)射機與接收機之間相互滿足精確的同步關系。TDMA被用于數(shù)字移動通信。在一個TDMA系統(tǒng)之中，整個頻帶通過FDMA技術分割成若干個子頻帶。然后，每一個子頻帶又利用TDMA技術實現(xiàn)時分多址。GSM技術采用了FDMA與TDMA的一個組合。25MHz的帶寬可以容納124個信道，每一個信道的帶寬為200KHz。每一個信道又可被分為8個TDMA通話信道?！　?.2.3　碼分多址　　碼分多址(CDMA)是一種寬帶通信系統(tǒng)。CDMA采用了擴頻技術，每一個用戶都使用整個系統(tǒng)的帶寬。在FDMA和TDMA技術之中，一個用戶可以分配到一個專用的頻率段或者時間段。與FDMA或者TDMA不同，CDMA系統(tǒng)的所有用戶在一個小區(qū)中同時使用相同的頻段。為了區(qū)分出每一個用戶的信號，每個用戶都被分配到一個正交碼，其也被稱為碼片(chip)?！　?.2.4　空分多址　　除了TDMA、FDMA和CDMA以外，人們還應當有效地利用空間?？辗侄嘀?SDMA)技術利用空間的不同部分來實現(xiàn)多址。SDMA被用于無線通信，其在衛(wèi)星通信中非常有效，其通過天線的方向特性來優(yōu)化對無線頻譜的使用。在一個SDMA的系統(tǒng)中，天線具有非常強的方向性，這樣在同一時刻，地球上不同區(qū)域的表面可以使用重復的頻率。SDMA需要為每個發(fā)射機設置嚴格的區(qū)域，其同時還要求天線具有較高的安裝精度。　　3.3　基于電話的移動計算　　在移動計算的發(fā)展初期，通過語音接口訪問應用程序和服務是一種典型的移動計算。這種技術通常被稱為計算機電話接口(CTI)。在很長時間內(nèi)，世界上的很多銀行一直利用這種技術為用戶提供電話銀行的業(yè)務。在一個電話銀行應用中，用戶首先撥叫一個電話號碼，然后再通過固定電話機進行銀行交易。電話機在這一應用中完成了很多應當由銀行職員執(zhí)行的操作。這一系統(tǒng)的輸入是電話機的鍵盤，而輸出則是合成的語音。用戶在世界上任何地方都可以使用這項業(yè)務。這種應用所面臨的唯一問題是由呼叫而產(chǎn)生的成本。還是讓讀者考慮銀行的例子，假設一家銀行只在印度的班加羅爾設有分支機構(如同印度的很多合作銀行)，該銀行只在班加羅爾提供了電話銀行業(yè)務。該項業(yè)務的服務電話號碼為+91(80)2692265(+91 80 2MYBANK)。假設用戶正在班加羅爾，那么為了查詢賬戶中的余額，用戶只需支付本地通話的價格。如果用戶外出旅行并且希望在外地查詢賬戶的余額，例如，在德里，用戶從德里撥叫+91802692265，那么用戶就需要支付長途電話的費用。如果人們再假設該銀行在德里與班加羅爾之間鋪設了VPN(虛擬專用網(wǎng)絡)，這時的銀行就可以在德里提供同樣的服務，德里的用戶可以撥打本地服務號碼+91(11)26813241。這使得用戶在德里也可以僅憑本地電話的費用來享受同樣的服務。主要的問題僅僅在于：德里和班加羅爾需要使用不同的電話號碼。在這種情況下，銀行的客戶不得不記憶多個服務電話號碼才能進行移動計算任務?！　‰娫捁竞芸炀驼业搅艘粋€用以解決多個服務電話號碼問題的好方法，它們通過智能網(wǎng)技術提供了800電話業(yè)務。800電話又被稱為免費電話號碼。在使用這種業(yè)務時，公司只需要公開一個電話號碼，例如，1-800-2MYBANK。這一號碼并不被固定于任何特定的交換機或者特定的城市。當一個用戶撥打這一號碼的時候，電信網(wǎng)絡會為用戶選擇一條最優(yōu)的線路，并且用戶的呼叫會被傳遞到距離最近的服務中心。用戶在任何地方都只需要撥打相同的電話號碼。用戶也不需要關心此次呼叫是否長途還是本地呼叫，這是因為800電話通常都是免費電話。免費意味著被叫方而不是主叫方為呼叫付費。印度的免費電話是1-600。例如，用戶在電視購物時只需要撥打1-600-117247。無論用戶在印度的任何地方撥打這個電話，用戶都會被連接到孟買的24Seven商店。如果撥打1-600-111100，那么用戶將被連接到微軟公司位于德里的辦公室?！　榱四軌蛲ㄟ^語音方式使用這種類型的移動計算，人們可以采用交互語音響應(IVR)。在美國和日本，IVR通常被稱為語音響應單元(VRU)。這種技術的專業(yè)名稱是CT(計算機電話)或者CTI(計算電話接口或者計算機電話融合)。IVR軟件可以被安裝在Window NT、Linux或者其他含有語音卡的計算機上。目前，有很多公司都在制造語音卡，但是，Intel/Dialogic卻是其中最著名的一個語音卡制造商。IVR相當于語音電話系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)之間的一個網(wǎng)關。多條電話線路通過適當?shù)碾娦沤涌?E1或者一個模擬電話擴展)連接到語音卡。當一個用戶撥叫一個IVR電話號碼時，IVR內(nèi)部的語音卡會收到一條振鈴音。然后，語音卡應答這一呼叫并且在呼叫方與IVR軟件之間建立一條線路的連接。主叫方利用電話機的鍵盤來輸入數(shù)據(jù)。圖3-2中描述了一個IVR的框架。交換機可以是PSTN交換機或者位于辦公室的本地PBX。對于PSTN交換機，語音卡將包含一個E1接口；而對于PBX，語音卡將包含一個模擬接口。IVR將具有全部網(wǎng)關相關的功能。服務器將提供商務應用程序?！　D3-2　IVR框架　　一個電話機鍵盤上有12個鍵(即，1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、*、#)。英語字母表中的字符也可以被映射在這12個鍵上，以下列出了映射方式：　　1. 字母A、B、C映射在鍵2　　2. 字母D、E、F映射在鍵3　　3. 字母G、H、I映射在鍵4　　4. 字母J、K、L映射在鍵5　　5. 字母M、N、O映射在鍵6　　6. 字母P、Q、R、S映射在鍵7　　7. 字母T、U、V映射在鍵8　　8. 字母W、X、Y、Z映射在鍵9　　人們有可能在電話機按鍵上通過多次的按鍵操作來輸入一些字符數(shù)據(jù)。例如，為了輸入DELHI，鍵盤上的按鍵順序為3-3(D)、3-3-3(E)、5-5-5-5(L)、4-4-4(H)、4-4-4-4(I)。這些按鍵輸入作為DTMF(雙音多頻)的形式被發(fā)送到語音卡，所謂DTMF是指：每一個輸入采用多個頻率信號的組合來進行表示。表3-1列出了這些頻率。

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　　由于《移動通信》幾乎囊括了從CTI(計算機電信接口)到3G(第三代移動通信)在內(nèi)的所有技術，包括藍牙\IN\WiFi和WiMax以及各種服務創(chuàng)新，因此對于快速發(fā)展的無線業(yè)務和移動計算領域來說，《移動通信》是一本不可缺少的參考寶典。

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