【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的 IP 協(xié)議以及采用 IP 協(xié)議的 GPRS 本身。 DCCH DTCH DTCH DCCH UE Node B CRNC/SRNC 圖 GPRS 協(xié)議棧 基于 GPRS 的 TCP/IP 協(xié)議 TCP/IP 是為協(xié)同操作計(jì)算機(jī)、分享網(wǎng)絡(luò)資源的一套協(xié)議。該協(xié)議成員包括 IP、 TCP、UDP 等。 TCP 確保數(shù)據(jù)的正確傳送，如果對(duì) 于一個(gè)信息包來(lái)說(shuō)，數(shù)量太大， TCP 則可將其分成若干組。 IP 被用來(lái)為信息包到達(dá)另一端尋找通道，每一個(gè)與網(wǎng)絡(luò)相連接的工作站都有一個(gè)唯一的 IP 地址，該 IP 地址為一個(gè) 32 位數(shù)，它通常被寫(xiě)成四個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，每一個(gè)代表 8 位。 TCP/IP 是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，信息以分組方式進(jìn)行傳輸，信息包的最大容量在初始化過(guò)程中得以商定。如果信息超過(guò)其最大容量，則將被分成若干組分別傳送。信息包未得MACes/MACe PHY MACes EDCH FP TNL MACd MACe EDCHFP PHY TNL MACd 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 以按順序傳送甚至丟失及再次轉(zhuǎn)發(fā)的可能性是存在的，因此， TCP 必須將序號(hào)、信息來(lái)源和目的地通道數(shù)，以及其他信息添加進(jìn)數(shù)據(jù)包中，被稱(chēng)為 TCP 包頭。接 收器端將利用該信息來(lái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包是否被正確的接收，從而加以整理。要直接將信息包發(fā)送至正確的工作站，僅有 TCP 包頭，是不允許的。一個(gè) IP 抱頭必須被加在 TCP 抱頭之上，源地址和目的地址被包括在 IP 包頭里。發(fā)送信息包至目的地，計(jì)算機(jī)將首先核對(duì)其自身的路由列表，如果目的地在自己的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，它將直接發(fā)送信息包。否則，它將發(fā)送信息包至網(wǎng)關(guān)，每一個(gè)網(wǎng)關(guān)都有一個(gè)路由列表，信息包將通過(guò)幾個(gè)單獨(dú)的路由節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的地址。 GPRS 網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)功能將 IP 信息包從移動(dòng)用戶(hù)點(diǎn)傳送至外部網(wǎng)絡(luò)。 GPRS 可以為 IP地址提供多重選擇，包括公共地址、 專(zhuān)用地址以及客戶(hù)代理地址。指定 IP 地址選擇權(quán)的 GPRS 機(jī)制被稱(chēng)為接入點(diǎn)域名（ APN）。 因?yàn)?IP 地址的整體供應(yīng)受到限制，一個(gè) GPRS 網(wǎng)絡(luò)提供商通常使用專(zhuān)用的、可動(dòng)態(tài)分配的地址，然而，公用網(wǎng)址選擇可由專(zhuān)門(mén)的客戶(hù)提供，專(zhuān)用網(wǎng)址則無(wú)法越過(guò)公共網(wǎng)進(jìn)行操作。為連接公共網(wǎng)絡(luò)，專(zhuān)用網(wǎng)址被轉(zhuǎn)換成公共網(wǎng)址。該轉(zhuǎn)換通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生，該節(jié)點(diǎn)是專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（ NAT）。多重專(zhuān)用地址可被映射成一個(gè)公共地址，對(duì)于急于 IP 協(xié)議的應(yīng)用，和有限網(wǎng)絡(luò)一樣，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中他們以相同的方式工作。當(dāng) GPRS對(duì)話啟動(dòng)是，大多數(shù)服務(wù)提供商也將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù) 的傳輸流量，如果在特定的一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，其連接將被斷開(kāi)。 因?yàn)?TCP/IP 信息包是通過(guò) GSM 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)模?，必須考慮 TCP/IP 協(xié)議棧的一些參數(shù)配置?；?GPRS 的 TCP 應(yīng)當(dāng)支持適當(dāng)?shù)拇翱诔叽缫岳趦?yōu)化端對(duì)端連接的寬帶延遲，默認(rèn)接受和發(fā)送緩沖器比例應(yīng)當(dāng)增加到容納足夠大的窗口，被銜接層支持的 IP數(shù)據(jù)包的最大值是最大傳輸單元（ MTU）。在高誤碼率的連接上，較小的 MTU 尺寸增加了成功傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)，默認(rèn) IP 最大傳輸單元值為 576 字節(jié)。一句鏈路條件和 ARQ 的配置，它有可能增加 MTU 大到一個(gè)較大的值，一個(gè)較大的 MTU 允許 TCP 更快的增加擁擠窗口。對(duì)于急于 GPRS 的 TCP/IP 協(xié)議的設(shè)計(jì)，必須考慮這些。 GPRS 究竟是什么 GPRS 是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（ General Packet Radio Service）的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現(xiàn)有的 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。 GPRS 與現(xiàn)有的 GSM 語(yǔ)音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是， GSM 是一種電路交換系統(tǒng)，而 GPRS 是一種分組交換系統(tǒng)。因此，理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 GPRS 特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。這一特點(diǎn)正適合大多數(shù)移動(dòng)互聯(lián)的 應(yīng)用。 GPRS 有什么優(yōu)點(diǎn) 相對(duì)原來(lái)的 GSM 的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式， GPRS 的分組交換技術(shù)，具有“實(shí)時(shí)在線”、“按量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)時(shí)在線 “實(shí)時(shí)在線”，即用戶(hù)隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個(gè)例子，用戶(hù)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，手機(jī)就在無(wú)線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，就算沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送，手機(jī)還一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)接，不但可以由用戶(hù)側(cè)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，還可以從網(wǎng)絡(luò)側(cè)隨時(shí)啟動(dòng) push 類(lèi)業(yè)務(wù)，不像普通撥號(hào)上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴?hào)才能上網(wǎng)沖浪。 按量計(jì)費(fèi) 用戶(hù)可以一直在線 ，按照用戶(hù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來(lái)收取費(fèi)用，沒(méi)有數(shù)據(jù)流量傳遞時(shí)，用戶(hù)即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。形象地講：休眠發(fā)呆都是免費(fèi)的。 快捷登錄 GPRS 的用戶(hù)一開(kāi)機(jī)，就始終附著在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時(shí)只需一個(gè)激活的過(guò)程，一般只需 1~3 秒的時(shí)間馬上就能登錄至互聯(lián)網(wǎng)，而固定撥號(hào)方式接入互聯(lián)網(wǎng)需要撥號(hào)、驗(yàn)證用戶(hù)名密碼、登錄服務(wù)器等過(guò)程，至少需要 8~10 秒甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。 高速傳輸 GPRS 采用分組交換的技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值能達(dá) ，但實(shí)際速度受到編碼的限制和手機(jī)終端的限制，可能會(huì)有所不 同。電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，速率為每秒 比特，因此電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（簡(jiǎn)稱(chēng) CSD）與 GPRS 的關(guān)系就像是 Modem 和、 56K 的 Modem 的區(qū)別一樣。 自如切換 GPRS 還具有數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸可同時(shí)進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢(shì)。也就是說(shuō)用戶(hù)在用移動(dòng)電話上網(wǎng)沖浪的同時(shí)，可以接收語(yǔ)音電話。舉個(gè)例子，原來(lái)的電話撥號(hào)上網(wǎng)，接入之后就不能再打電話，也不能接電話，而 GPRS 就類(lèi)似于固定電話的 ISDN 的概念，電話上網(wǎng)兩不誤。相對(duì)原來(lái) GSM 的撥號(hào)方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式， GPRS 是分組交換技術(shù)，具有“高速” 和“永遠(yuǎn)在線”的優(yōu)點(diǎn)。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 中國(guó)移動(dòng)發(fā)展 GPRS 的市場(chǎng)定位是什么 中國(guó)移動(dòng)建設(shè)和發(fā)展 GPRS，最主要的目的就是要讓中國(guó)移動(dòng)的客戶(hù)能夠享受到最新的信息數(shù)據(jù)服務(wù)所帶來(lái)的美好感受，為客戶(hù)營(yíng)造一種真正全新與時(shí)尚的個(gè)性化的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)新生活。中國(guó)移動(dòng)的 GPRS 服務(wù)將首先為高端商務(wù)人士和追求時(shí)尚、喜歡新技術(shù)的年輕新人類(lèi)提供各種移動(dòng)商務(wù)咨詢(xún)、移動(dòng)辦公與移動(dòng)娛樂(lè)等服務(wù)。隨著 “移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)”計(jì)劃的進(jìn)一步推行和實(shí)施，基于 GPRS 的應(yīng)用也將越來(lái)越豐富，將為所有的移動(dòng)電話客戶(hù)提供生活、工作、學(xué)習(xí)等各方面全面的移動(dòng)數(shù)據(jù)信息服務(wù)， 客戶(hù)享受到的將是一個(gè)無(wú)論何時(shí)何地都若近在咫尺的個(gè)性時(shí)尚的移動(dòng)數(shù)據(jù)空間。 G 先鋒 — GPRS 對(duì)于用手機(jī)上網(wǎng)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，最讓人討厭的就是上網(wǎng)速度慢、經(jīng)常掉線，不過(guò)隨著中國(guó)移動(dòng)先進(jìn)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成，全球通手機(jī)用戶(hù)很快就不會(huì)再有這些麻煩了，而且下載文件的速率還會(huì)比現(xiàn)在提高近 10 倍。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)后，手機(jī)上網(wǎng)的計(jì)費(fèi)方式還要從現(xiàn)在的按時(shí)間收費(fèi)，改變成按下載字節(jié)計(jì)費(fèi)。新一代的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，由于引進(jìn)了數(shù)據(jù)通信技術(shù)、尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率大大提高，掉線率大大降低。 GPRS 是通用分組無(wú)線業(yè) 務(wù)（ General Packet Radio Service）的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是在現(xiàn)有的第二代移動(dòng)通信 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的分組交換系統(tǒng)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP 連接。 GPRS 是作為現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過(guò)渡技術(shù)，發(fā)展 GPRS技術(shù)十分經(jīng)濟(jì)，因?yàn)橹豁氀赜矛F(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)來(lái)發(fā)展即可，雖然是介于第二代和第三代這間的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ 代），但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)，也是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的商用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線信道可以根據(jù)需要，自行進(jìn)行分配，而在 CSD 環(huán)境下， WAP用戶(hù)只能使用指 定的信道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，如果操作不結(jié)束，這條信道就會(huì)一直被占用。例如，當(dāng) 4 個(gè)用戶(hù)同時(shí)上網(wǎng)時(shí)，就必須占用 4 個(gè)數(shù)據(jù)信道。而 gprs 技術(shù)就不存在這個(gè)問(wèn)題，可以在同一個(gè)信道中同時(shí)支持 4 個(gè)用戶(hù)，而且不會(huì)對(duì)性能有任何大的影響。如果流量過(guò)大，還會(huì)自動(dòng)啟用其它信道。 . 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 3 GPRS 通信系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 GPRS 通信系統(tǒng)的方案論證 方案：基于 GPRS 的數(shù)據(jù)傳輸（ GPRS 的通信系統(tǒng)） 移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展使得人類(lèi)自由通信的夢(mèng)想接近實(shí)現(xiàn)，而這兩者的結(jié)合也為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。本文研究了 移動(dòng)通信的最新數(shù)字通信技術(shù) GPRS，并將該技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中，兩者的結(jié)合為移動(dòng)數(shù)字通信的發(fā)展提供了良好的市場(chǎng)，也為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)提出了一個(gè)新的實(shí)現(xiàn)方法。 本文采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，在對(duì) GPRS 技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)主要通信協(xié)議 PPP，TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)通用 GPRS 數(shù)字傳輸模塊。該模塊具有GPRS 網(wǎng)絡(luò)和短信兩種工作方式，并支持 TCP 和 UDP 兩種通信協(xié)議，利用該 GPRS 數(shù)字傳輸模塊實(shí)現(xiàn)了超聲波流量計(jì)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括采集終端，通信服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以 及用戶(hù)終端。系統(tǒng)通信不忿采用 TCP 協(xié)議，各數(shù)據(jù)終端通過(guò) GPRS數(shù)字傳輸模塊與服務(wù)器建立連接，用戶(hù)終端提供列表和圖形等多種數(shù)據(jù)顯示方式，獨(dú)立的通信服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器則為系統(tǒng)提供了足夠的伸縮度。 本文討論了 GPRS 和 PPP， TCP/IP 協(xié)議的工作原理，提出了一個(gè)通用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了一個(gè) GPRS 通信模塊和超聲波流量計(jì)數(shù)據(jù)模采集與監(jiān)控系統(tǒng)。這些內(nèi)容可以為嵌入式 PPP， TCP/IP 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)提供參考，并為終端分布廣泛的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供新思路。 隨著第三代移動(dòng)通信打的到來(lái)，移動(dòng)數(shù)據(jù)通信 將具有更高的通信速率，更廣泛的覆蓋面積，使用移動(dòng)通信技術(shù)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控將可以更快，更好的傳輸更多的數(shù)據(jù)，所以這種系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展空間。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理： 系統(tǒng)采用華為公司的內(nèi)部嵌有 TCP/IP 協(xié)議棧的 GPRS 通信模塊 GTM900C 和STC89C51 單片機(jī)，二者的串口均支持 RS232 通信標(biāo)準(zhǔn)。核心設(shè)計(jì)在于單片機(jī)與CTM900C 的連接和軟件的編寫(xiě)。 STC89C51 單片機(jī)具有一個(gè) USBRT（通用異步串行接口），其中一個(gè)與 CTM900C 模塊相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)和 AT 命令的傳輸，另一個(gè)與終端芯片的串口相連，與終 端進(jìn)行通信。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 GPRS 通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)采用華為公司的內(nèi)部嵌有 TCP/IP 協(xié)議棧的 GPRS 通信模塊 GTM900C 和STC89C51 單片機(jī)，二者的串口均支持 RS232 通信標(biāo)準(zhǔn)。核心設(shè)計(jì)在于單片機(jī)與CTM900C 的連接和軟件的編寫(xiě)。 STC89C51 單片機(jī)具有一個(gè) USBRT（通用異步串行接口），其中一個(gè)與 CTM900C 模塊相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)和 AT 命令的傳輸，另一個(gè)與終端芯片的串口相連，與終端進(jìn)行通信， CTM900C 模塊外部需要安裝天線，如圖 1 所示。 STC89C51 單片機(jī)控制 CTM900C 模塊發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，在軟件中采用串行口的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。 圖 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)總體功能概述 利用單片機(jī)控制的 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò)，終端和主臺(tái)的所有交換信息通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)通信服務(wù)中心，在移動(dòng)的數(shù)據(jù)服務(wù)中心和供電局配電中心之間申請(qǐng) VPN 專(zhuān)網(wǎng)，并在電力局配電中心建立中心主站，所有終端設(shè)備通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)數(shù)據(jù)中心連至該中心主站，實(shí)現(xiàn)終端和主站的實(shí)時(shí)在線連接。 該系統(tǒng)的主要功能： ? 全自動(dòng)數(shù)據(jù)抄 收 ? 故障信息主動(dòng)上報(bào) 串行接口 控制模塊 單片機(jī) STC89C51 TCP/IP 協(xié)議處理 透明通道 GPRS 模塊 PC 個(gè)人電腦 INTERNET 網(wǎng)絡(luò) 移動(dòng)基站 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 ? 實(shí)時(shí)巡檢表計(jì)參數(shù) ? 自動(dòng)電量平衡分析 ? 及時(shí)發(fā)現(xiàn)表計(jì)被非法侵入及竊電行為 當(dāng)然這個(gè)通信系統(tǒng)就會(huì)是這些方案實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和核心。 現(xiàn)如今，這種基于單片機(jī)的 GPRS 通信系統(tǒng)大多都用在 單片機(jī)的用途和使用 單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí) 代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦