【正文】 S骨干網(wǎng)中GTP數(shù)據(jù)在GSN節(jié)點(diǎn)間傳輸。LLC提供可靠的SGSN到MS的加密邏輯鏈路，通過BSS GPRS協(xié)議（BSSGP）在SGSN和BSS之間使用基于幀中繼的稱為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（NS）的連接來傳送BSSGP PDU。2．信令平面信令平面由用于控制和支持用戶平面功能的協(xié)議組成，如圖25所示。SGSN和BSS使用BSSGP來管理它們之間的信令連接。 GPRS信道GSM系統(tǒng)采用FDMA和TDMA混合技術(shù),即將25MHZ的頻段用FDMA技術(shù)分成間隔200KHZ的125個載頻,其中,第一個載頻作為干擾保護(hù)帶,因此系統(tǒng)總共可用的載頻為124個。GSM中的信道根據(jù)用途分為兩種，即用于傳送語音和數(shù)據(jù)信息的業(yè)務(wù)信道和用于傳送網(wǎng)絡(luò)管理信息的控制信道。移動臺為了傳送起始的分組信道請求信號也可以使用PRACH。PPCH可為尋呼移動臺共享分組數(shù)據(jù)和電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 分組通知信道（PNCH）：下行鏈路，用于在發(fā)送數(shù)據(jù)之前將多點(diǎn)傳送發(fā)送給一組移動臺的點(diǎn)對多點(diǎn)的通知。4）分組專用控制信道（Packet Data Control Channel,PDCCH） 分組定時(shí)提前量控制信道/上行鏈路（PTCCH/U）：用于發(fā)送一個移動臺對時(shí)間提前量的估計(jì)信息。以上三步分別稱為物理連接、GMM連接和SM連接。 分組上行鏈路分配首先移動臺在PRACH信道上發(fā)送分組信道請求，信息包括：接入類型（一階段還是二階段接入）、標(biāo)識比特（隨機(jī)比特、優(yōu)先級比特）等。該消息包括：記錄全部的射頻信道數(shù)目的參數(shù)、所有時(shí)隙的數(shù)目、臨時(shí)塊流（TBF）的開始時(shí)間、臨時(shí)塊流標(biāo)識（TBFI）、時(shí)間超前（TA）、信道編碼方案（CSCSCSCS4）、競爭機(jī)制中的臨時(shí)邏輯鏈路號等。因此，當(dāng)多個移動臺共享同一個PDCH信道時(shí)，必須有方法管理移動臺，以避免移動臺同時(shí)在上行鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)造成沖突。而在下行分組傳輸中，不發(fā)送位圖，共用同一個PDCH下行信道的移動臺必須監(jiān)聽在這個時(shí)隙傳輸?shù)乃邢滦袎K，通過解釋臨時(shí)流標(biāo)志（TFI）移動臺可以知道該塊指定給了哪個移動臺。每一次完整的數(shù)據(jù)傳輸都分配一個臨時(shí)塊流標(biāo)識。移動臺狀態(tài)模式當(dāng)移動臺被激活時(shí)，它可能處于兩個狀態(tài)之一，分別是分組空閑模式和分組傳輸模式。任何時(shí)刻，只要上一層需要傳輸LLC幀，就會引起空閑模式向傳輸模式的轉(zhuǎn)變。通過物理連接過程，移動臺已經(jīng)獲得了必要的傳輸分組數(shù)據(jù)的無線資源，但是移動臺必須與某個SGSN建立連接后才能與GGSN進(jìn)行分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）的協(xié)商?？臻e模式狀態(tài)(Idle)此時(shí)移動臺不連接GPRS移動管理，即在SGSN中沒有該移動臺的鏈路信息，必須執(zhí)行一個GPRS連接過程才可以進(jìn)入GPRS連接狀態(tài)。移動臺可以接收和發(fā)送所有相關(guān)業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)，如果移動臺或SGSN的準(zhǔn)備就緒定時(shí)器終止，移動臺將轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。 移動臺向SGSN發(fā)送一個附帶自身識別碼（TMSI）的連接請求，這個消息也包含一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)域點(diǎn)標(biāo)識（NSAPI），NSAPI對移動臺的一個特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是專用的。TLLI的作用是向移動臺提供一個臨時(shí)用于數(shù)據(jù)通信的ID。 在SGSN中有一個數(shù)據(jù)庫，它完成分配給移動臺的TLLI到移動臺標(biāo)識的映射。 3. SM連接Session Manager(SM)是指會話連接過程，該連接通過分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）上下文激活規(guī)程實(shí)現(xiàn)。移動臺在GMM連接時(shí)被分配了一個無線網(wǎng)絡(luò)已知的TLLI，但是外部的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（）仍然不知道移動臺。PDP前后關(guān)系激活過程如下：（1）移動臺向SGSN發(fā)送一個PDP前后關(guān)系激活請求，PDP中包括QoS、數(shù)據(jù)是否壓縮、TCP/IP、PDP地址和類型等內(nèi)容。 （4）SGSN向移動臺發(fā)送一條消息，通知移動臺SGSN已經(jīng)為MS創(chuàng)建了一個前后關(guān)系。由移動臺發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸過程如圖28所示，具體過程如下： 3．SGSN收到信息后，在關(guān)系表中查找對應(yīng)的TLLI和NSAPI的GTP標(biāo)識和GGSN的IP，然后將數(shù)據(jù)幀中的TLLI和NSAPI的頭信息替換為TID和GGSN IP地址的GTP頭，形成隧道協(xié)議數(shù)據(jù)包。 分離階段GPRS的分離有兩種，一種是PDP的去激活，即刪除PDP前后關(guān)系；另一種是斷開同GPRS的連接，即移動臺的移動性管理轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)。移動臺發(fā)起的去激活過程移動臺向SGSN發(fā)送一個去激活PDP前后關(guān)系請求（NSAPI）消息，并可能執(zhí)行安全功能，SGSN收到請求后向GGSN發(fā)送一個刪除PDP前后關(guān)系請求（TID）消息，GGSN刪除PDP前后關(guān)系并返回一個PDP前后關(guān)系響應(yīng)（TID）消息給SGSN,SGSN收到消息后向移動臺發(fā)送去激活PDP前后關(guān)系確認(rèn),并刪除自己保存的該移動臺的PDP前后關(guān)系。2．GPRS去激活SGSN首先向移動臺發(fā)送去連接請求，通知移動臺已經(jīng)被解除連接，然后SGSN向GGSN發(fā)送PDP去激活請求，刪除該用戶的PDP前后關(guān)系。，就必須一個用戶占用所有的8個時(shí)隙，并且沒有任何差錯控制。目前還沒有任何一家主要手機(jī)制造廠家宣稱其GPRS終端支持無線終止接收來電的功能，這將是對GPRS市場是否可以成功地從其他非語音服務(wù)市場搶奪用戶的核心問題。 MinimumShift8PSK也用于UMTS。 2．GPRS向3G的過渡GPRS是GSM移動電話系統(tǒng)向第三代移動通信邁進(jìn)的一個重要步驟，根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會對GPRS發(fā)展的建議，GPRS從試驗(yàn)到投入商用后，分為兩個發(fā)展階段，第一階段可以向用戶提供電子郵件、因特網(wǎng)瀏覽等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；第二階段是EDGE的GPRS，簡稱EGPRS，EDGE是GSM增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)的技術(shù)，它通過改變GSM調(diào)制方法，應(yīng)用8個信道，使每一個無線信道的速率達(dá)到48kbit／s，既可以分別使用，也可以合起來使用。UMTS是在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，是歐洲開發(fā)的第三代移動通信，雖然現(xiàn)在還沒有確定最后統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是世界上已經(jīng)有很多國家在致力這方面的研究和開發(fā)，UMTS是基于IP協(xié)議的通信結(jié)構(gòu)體系，集成了語音、數(shù)據(jù)及多媒體網(wǎng)絡(luò)，可以在世界上任何地方為任何人提供通用的個人通信業(yè)務(wù)，包括電視會議、因特網(wǎng)接入和其他的寬帶業(yè)務(wù)。GPRS的這種可以無線接入互聯(lián)網(wǎng)的特性就是我們要使用的功能，利用這一功能，我們可以在工業(yè)上建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將分散的、偏遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的信息傳輸?shù)浇尤牖ヂ?lián)網(wǎng)的主機(jī)上，本文從下一章開始討論利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法。訂閱 在工業(yè)上，需要使用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的系統(tǒng)可以說是舉不勝舉，而且這些系統(tǒng)大都具有相似的結(jié)構(gòu)，一般都是具有服務(wù)器和若干個數(shù)據(jù)終端，各數(shù)據(jù)終端通過網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器。 GPRS數(shù)字傳輸模塊設(shè)計(jì)概要設(shè)計(jì)GPRS數(shù)字傳輸模塊需要解決幾個問題，首先必須有可以接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的底層通信設(shè)備，其次模塊必須支持TCP/IP協(xié)議，以做到數(shù)據(jù)的透明傳輸。在ME模塊中，一般也都采用AT命令作為ME與外部控制模塊的通信接口。因此，本文中使用的是沒有TCP/IP協(xié)議棧的ME，在數(shù)字傳輸模塊中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議。 如何控制GPRS ME接入互聯(lián)網(wǎng)在第二章中討論了GPRS的連接過程，對于標(biāo)準(zhǔn)的GPRS連接過程已經(jīng)清楚。 使用哪種控制協(xié)議傳輸用戶數(shù)據(jù)登陸互聯(lián)網(wǎng)后的下一個任務(wù)是如何發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。因此，模塊中的傳輸控制協(xié)議采用TCP或UDP協(xié)議。訂閱 點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議（Point to Point Protocol, PPP）就是因此而產(chǎn)生的。它主要包括三個部分：1．通過串行鏈路封裝數(shù)據(jù)包的方法。標(biāo)志序列為16進(jìn)制7E。 地址域地址域?yàn)橐粋€內(nèi)容為16進(jìn)制FF的字節(jié)，該地址為廣播地址，所有的終端都必須接受并使用該地址，使用其它地址的數(shù)據(jù)幀應(yīng)該被忽略。 C023: 密碼鑒權(quán)協(xié)議PAPC223: 握手挑戰(zhàn)鑒權(quán)協(xié)議 轉(zhuǎn)義序列包括一個轉(zhuǎn)義字符7D，后面是原來的值與0x20異或的結(jié)果，即7E轉(zhuǎn)義為7D 5E。當(dāng)這些過程完成后，通信鏈路建立完畢，通信雙方就可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)了。2．鏈路建立階段鏈路建立階段使用LCP協(xié)議協(xié)商通信過程中所需要的配置信息。值得注意的是，此時(shí)協(xié)商的內(nèi)容都是與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議無關(guān)的選項(xiàng)，與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的選項(xiàng)要在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段使用特定的協(xié)議進(jìn)行協(xié)商。目前，PPP中支持的鑒權(quán)協(xié)議包括密碼鑒權(quán)協(xié)議（PAP）和挑戰(zhàn)握手協(xié)議（CHAP）。5. 終止階段PPP可以在任何時(shí)候終止連接。 鏈路控制協(xié)議如上所述，鏈路控制協(xié)議（LCP）用于PPP鏈路的建立、維護(hù)和拆除。 連接維持包：用于管理和測試鏈路連接。 配置確認(rèn)數(shù)據(jù)幀(ConfigureACK)：代碼域：2如果接收到的配置數(shù)據(jù)包中的所有配置選項(xiàng)都可以接受，則用配置確認(rèn)數(shù)據(jù)幀應(yīng)答。 配置拒絕數(shù)據(jù)幀(ConfigureReject)：代碼域：4如果接收到的配置請求數(shù)據(jù)幀中有部分選項(xiàng)無法識別或不允許使用，則用配置拒絕數(shù)據(jù)幀應(yīng)答。 配置否認(rèn)數(shù)據(jù)幀(ConfigureNAK）：代碼域：3如果在接收到的配置數(shù)據(jù)幀中有參數(shù)無法接受，則用該數(shù)據(jù)幀應(yīng)答。 配置請求數(shù)據(jù)幀(ConfigureRequest)：代碼域：1為了打開一個LCP連接，必須發(fā)送一個配置請求數(shù)據(jù)包，欲設(shè)置的數(shù)據(jù)在LCP的數(shù)據(jù)域中設(shè)置，接收到該數(shù)據(jù)包后必須應(yīng)答。2．LCP數(shù)據(jù)包類型根據(jù)代碼域的不同，LCP數(shù)據(jù)包可以分為以下數(shù)據(jù)幀：LCP數(shù)據(jù)幀分為如下三個部分： 訂閱 當(dāng)通信雙方交換終止數(shù)據(jù)包后，整個終止過程就完成了，PPP進(jìn)入鏈路死亡階段。4. 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議階段當(dāng)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)協(xié)議階段后，首先必須使用特定的網(wǎng)絡(luò)配置協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置，比如如果網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，則使用IP控制協(xié)議（IP Control Protocol, IPCP）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，以獲得相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議信息。3. 鑒權(quán)階段鑒權(quán)階段不是必須的，但是在很多系統(tǒng)都需要進(jìn)行鑒權(quán)，以驗(yàn)證客戶端的身份。這些選項(xiàng)是鏈路建立階段后必須使用的。在鏈路死亡階段，通信鏈路不存在。在本節(jié)我們將介紹PPP操作過程中的各個階段，其中涉及到的協(xié)議將在下文繼續(xù)說明。為了在一個點(diǎn)對點(diǎn)鏈路上建立通信，通信雙方必須發(fā)送鏈路控制協(xié)議數(shù)據(jù)包來配置和測試鏈路。同樣，這種轉(zhuǎn)義方式還保護(hù)控制字符，比如XOFF是底層驅(qū)動用來中斷串行傳輸?shù)?，為了避免引起混淆，?x14用轉(zhuǎn)義序列7D 34發(fā)送。 空閑在鏈路空閑時(shí)間中，異步鏈路可以發(fā)送全1表示鏈路空閑，同步鏈路應(yīng)該發(fā)送標(biāo)志序列表示空閑。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，依次計(jì)算上述內(nèi)容，然后將計(jì)算后的結(jié)果放入校驗(yàn)域；在接收時(shí)，首先去除轉(zhuǎn)義字符，然后再計(jì)算校驗(yàn)。 信息域信息域的長度是可變的，其中的內(nèi)容是按協(xié)議域指定的協(xié)議封裝的用戶數(shù)據(jù)，信息域的最大長度默認(rèn)是1500字節(jié)，在經(jīng)過雙方協(xié)商后，可以更改為其它值。 協(xié)議域協(xié)議域?yàn)閮蓚€字節(jié)，它表示PPP封裝的信息域內(nèi)的信息使用的協(xié)議。 3．用于配置不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議簇（Network Control Protocols, NCPS）。PPP可以支持很多硬件并且提供了用于實(shí)現(xiàn)透明傳輸?shù)霓D(zhuǎn)義機(jī)制，同時(shí)PPP可以支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議在其上傳輸，因此PPP成為各種主機(jī)、網(wǎng)橋和路由器之間簡單連接的一種共通的解決方案。很少有主機(jī)通過串行鏈路建立連接，然而事實(shí)上串行鏈路是一種最古老的通信方法，絕大多數(shù)主機(jī)都支持串行鏈路。從圖中可以看出，透明傳輸模塊必須支持PPP、IP和TCP/UDP協(xié)議。而控制傳輸協(xié)議可以采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/UDP協(xié)議，當(dāng)然也可以使用自定義協(xié)議。因此，必須在模塊中實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議才能夠使模塊具有連接互聯(lián)網(wǎng)的能力，在下一節(jié)中將詳細(xì)討論P(yáng)PP協(xié)議的內(nèi)容。因此，對于一個GPRS數(shù)字傳輸模塊來說，模塊必須負(fù)責(zé)連接通信的終端（一般是互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器），然后從自己的接口接收用戶數(shù)據(jù)，并使用某個通信協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，模塊將接收到的數(shù)據(jù)還原成用戶數(shù)據(jù)傳送給用戶。這樣的模塊又分為兩種，一種是單純的底層通信模塊，只支持AT命令，需要外部控制器來完成接入互聯(lián)網(wǎng)、封裝和處理發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)；另一種是增加了應(yīng)用軟件，支持TCP/IP協(xié)議棧的通信模塊。ME中一般由負(fù)責(zé)底層通信的部分和終端適配器組成（Terminal Adaptor, TA）,TA對外提供標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，并使用標(biāo)準(zhǔn)AT命令集。當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端通過GPRS數(shù)字傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)中后，GPRS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)目標(biāo)地址選擇是通過GGSN將數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上還是在GPRS的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上尋找目標(biāo)地址，而采集系統(tǒng)中的服務(wù)器可以有兩種處理方法，一是服務(wù)器直接接入互聯(lián)網(wǎng)并擁有固定IP或域名；二是從GPRS網(wǎng)絡(luò)中的GGSN節(jié)點(diǎn)上引出專線，使得服務(wù)器只在GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有效，此時(shí)所有的數(shù)據(jù)終端都必須使用GPRS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中，數(shù)據(jù)終端與服務(wù)器間的連接方式就有很多種，目前比較多的有使用專線網(wǎng)絡(luò)、公用電話網(wǎng)以及短信等方式，而本文中討論的是使用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。本章主要討論這樣的一種GPRS數(shù)字傳輸模塊設(shè)計(jì)的動機(jī)和基礎(chǔ)知識。GPRS系統(tǒng)在GSM系統(tǒng)中增加兩類GPRS支持節(jié)點(diǎn)即SGSN和GGSN節(jié)點(diǎn)，并在系統(tǒng)內(nèi)部建立了GPRS骨干網(wǎng)，GSN節(jié)點(diǎn)間通過GPRS骨干網(wǎng)采用隧道協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。8個信道合起來可使一個收發(fā)機(jī)支持384kbit／s。GPRS分組通過不同的方向發(fā)送數(shù)據(jù)，最終達(dá)到相同的目的地，那么數(shù)據(jù)在通過無線鏈路傳輸?shù)倪^程中就可能發(fā)生一個或幾個分組丟失或出錯的情況。EDGE基于一種新的調(diào)制方法8PSK (eightphaseshift但是，未經(jīng)授權(quán)的內(nèi)容也會發(fā)送給終端用戶，更糟糕的是用戶要為這些垃圾內(nèi)容付費(fèi)。終端不支持無線終止功能。另外，最初的GPRS終端預(yù)計(jì)可能僅支持1個、2個或3個時(shí)隙，一個GPRS用戶的帶寬因此將會受到嚴(yán)重的限制，所以，理論上的GPRS最大速率將會受到網(wǎng)絡(luò)和終端現(xiàn)實(shí)條件的制約。 GPRS會發(fā)生丟包現(xiàn)象。 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的去激活過程GGSN首先發(fā)送一個刪除PDP前后關(guān)系請求（TID）消息給SGSN,SGSN發(fā)送一個去激活PDP前后關(guān)系請求（NSAPI）消息給移動臺。1．PDP前后關(guān)系的去激活5．GGSN收到信息后，