【文章內(nèi)容簡介】 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 于一個信息包來說，數(shù)量太大， TCP 則可將其分成若干組。 IP 被用來為信息包到達(dá)另一端尋找通道，每一個與網(wǎng)絡(luò)相連接的工作站都有一個唯一的 IP 地址，該 IP 地址為一個 32 位數(shù)，它通常被寫成四個十進(jìn)制數(shù)字，每一個代表 8 位。 TCP/IP 是一個無連接協(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程中得以商定。如果信息超過其最大容量，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、信息來源和目的地通道數(shù)，以及其他信息添加進(jìn)數(shù)據(jù)包中，被稱為 TCP 包頭。接 收器端將利用該信息來監(jiān)測數(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 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，計算機(jī)將首先核對其自身的路由列表，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)，每一個網(wǎng)關(guān)都有一個路由列表，信息包將通過幾個單獨的路由節(jié)點到達(dá)目的地址。 GPRS 網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)功能將 IP 信息包從移動用戶點傳送至外部網(wǎng)絡(luò)。 GPRS 可以為 IP地址提供多重選擇，包括公共地址、 專用地址以及客戶代理地址。指定 IP 地址選擇權(quán)的 GPRS 機(jī)制被稱為接入點域名（ APN）。 因為 IP 地址的整體供應(yīng)受到限制，一個 GPRS 網(wǎng)絡(luò)提供商通常使用專用的、可動態(tài)分配的地址，然而，公用網(wǎng)址選擇可由專門的客戶提供，專用網(wǎng)址則無法越過公共網(wǎng)進(jìn)行操作。為連接公共網(wǎng)絡(luò)，專用網(wǎng)址被轉(zhuǎn)換成公共網(wǎng)址。該轉(zhuǎn)換通過一個節(jié)點發(fā)生，該節(jié)點是專用的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（ NAT）。多重專用地址可被映射成一個公共地址，對于急于 IP 協(xié)議的應(yīng)用，和有限網(wǎng)絡(luò)一樣，在無線網(wǎng)絡(luò)中他們以相同的方式工作。當(dāng) GPRS對話啟動是，大多數(shù)服務(wù)提供商也將監(jiān)控數(shù)據(jù) 的傳輸流量，如果在特定的一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，其連接將被斷開。 因為 TCP/IP 信息包是通過 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，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 大到一個較大的值，一個較大的 MTU 允許 TCP 更快的增加擁擠窗口。對于急于 GPRS 的 TCP/IP 協(xié)議的設(shè)計，必須考慮這些。 GPRS 究竟是什么 GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)（ General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現(xiàn)有的 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的分組數(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。這一特點正適合大多數(shù)移動互聯(lián)的 應(yīng)用。 GPRS 有什么優(yōu)點 相對原來的 GSM 的撥號方式的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式， GPRS 的分組交換技術(shù)，具有“實時在線”、“按量計費”、“快捷登錄”、“高速傳輸”、“自如切換”的優(yōu)點。 實時在線 “實時在線”，即用戶隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個例子，用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)時，手機(jī)就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，就算沒有數(shù)據(jù)傳送，手機(jī)還一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)接，不但可以由用戶側(cè)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，還可以從網(wǎng)絡(luò)側(cè)隨時啟動 push 類業(yè)務(wù)，不像普通撥號上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴柌拍苌暇W(wǎng)沖浪。 按量計費 用戶可以一直在線 ，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量傳遞時，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費的。形象地講：休眠發(fā)呆都是免費的。 快捷登錄 GPRS 的用戶一開機(jī)，就始終附著在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時只需一個激活的過程，一般只需 1~3 秒的時間馬上就能登錄至互聯(lián)網(wǎng)，而固定撥號方式接入互聯(lián)網(wǎng)需要撥號、驗證用戶名密碼、登錄服務(wù)器等過程，至少需要 8~10 秒甚至更長的時間。 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) ，但實際速度受到編碼的限制和手機(jī)終端的限制，可能會有所不 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)（簡稱 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進(jìn)行或切換進(jìn)行的優(yōu)勢。也就是說用戶在用移動電話上網(wǎng)沖浪的同時，可以接收語音電話。舉個例子，原來的電話撥號上網(wǎng)，接入之后就不能再打電話，也不能接電話，而 GPRS 就類似于固定電話的 ISDN 的概念，電話上網(wǎng)兩不誤。相對原來 GSM 的撥號方式的電路交換數(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。 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 中國移動發(fā)展 GPRS 的市場定位是什么 中國移動建設(shè)和發(fā)展 GPRS，最主要的目的就是要讓中國移動的客戶能夠享受到最新的信息數(shù)據(jù)服務(wù)所帶來的美好感受，為客戶營造一種真正全新與時尚的個性化的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)新生活。中國移動的 GPRS 服務(wù)將首先為高端商務(wù)人士和追求時尚、喜歡新技術(shù)的年輕新人類提供各種移動商務(wù)咨詢、移動辦公與移動娛樂等服務(wù)。隨著 “移動夢網(wǎng)”計劃的進(jìn)一步推行和實施，基于 GPRS 的應(yīng)用也將越來越豐富，將為所有的移動電話客戶提供生活、工作、學(xué)習(xí)等各方面全面的移動數(shù)據(jù)信息服務(wù)， 客戶享受到的將是一個無論何時何地都若近在咫尺的個性時尚的移動數(shù)據(jù)空間。 G 先鋒 — GPRS 對于用手機(jī)上網(wǎng)的用戶來說，最讓人討厭的就是上網(wǎng)速度慢、經(jīng)常掉線，不過隨著中國移動先進(jìn)的 GPRS 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成，全球通手機(jī)用戶很快就不會再有這些麻煩了，而且下載文件的速率還會比現(xiàn)在提高近 10 倍。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)啟動后，手機(jī)上網(wǎng)的計費方式還要從現(xiàn)在的按時間收費，改變成按下載字節(jié)計費。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 是通用分組無線業(yè) 務(wù)（ General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現(xiàn)有的第二代移動通信 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的分組交換系統(tǒng)，提供端到端的、廣域的無線IP 連接。 GPRS 是作為現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，發(fā)展 GPRS技術(shù)十分經(jīng)濟(jì)，因為只須沿用現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)來發(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，也是目前國內(nèi)最先進(jìn)的商用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)中，無線信道可以根據(jù)需要，自行進(jìn)行分配，而在 CSD 環(huán)境下， WAP用戶只能使用指 定的信道來傳輸數(shù)據(jù)，如果操作不結(jié)束，這條信道就會一直被占用。例如，當(dāng) 4 個用戶同時上網(wǎng)時，就必須占用 4 個數(shù)據(jù)信道。而 gprs 技術(shù)就不存在這個問題，可以在同一個信道中同時支持 4 個用戶，而且不會對性能有任何大的影響。如果流量過大，還會自動啟用其它信道。 . 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)） 移動通信和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展使得人類自由通信的夢想接近實現(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)合為移動數(shù)字通信的發(fā)展提供了良好的市場，也為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)提出了一個新的實現(xiàn)方法。 本文采用理論與實踐相結(jié)合的方法，在對 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)計了一個通用 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)字傳輸模塊實現(xiàn)了超聲波流量計數(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)庫服務(wù)器以 及用戶終端。系統(tǒng)通信不忿采用 TCP 協(xié)議，各數(shù)據(jù)終端通過 GPRS數(shù)字傳輸模塊與服務(wù)器建立連接，用戶終端提供列表和圖形等多種數(shù)據(jù)顯示方式，獨立的通信服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(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，提出了一個通用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議，實現(xiàn)了一個 GPRS 通信模塊和超聲波流量計數(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)計和實現(xiàn)提供新思路。 隨著第三代移動通信打的到來，移動數(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)計在于單片機(jī)與CTM900C 的連接和軟件的編寫。 STC89C51 單片機(jī)具有一個 USBRT（通用異步串行接口），其中一個與 CTM900C 模塊相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)和 AT 命令的傳輸，另一個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)計在于單片機(jī)與CTM900C 的連接和軟件的編寫。 STC89C51 單片機(jī)具有一個 USBRT（通用異步串行接口），其中一個與 CTM900C 模塊相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)和 AT 命令的傳輸，另一個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實現(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)，終端和主臺的所有交換信息通過中國移動的數(shù)據(jù)通信服務(wù)中心，在移動的數(shù)據(jù)服務(wù)中心和供電局配電中心之間申請 VPN 專網(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 GPRS 網(wǎng)絡(luò)及移動數(shù)據(jù)中心連至該中心主站，實現(xiàn)終端和主站的實時在線連接。 該系統(tǒng)的主要功能： ? 全自動數(shù)據(jù)抄 收 ? 故障信息主動上報 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 個人電腦 INTERNET 網(wǎng)絡(luò) 移動基站 理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 ? 實時巡檢表計參數(shù) ? 自動電量平衡分析 ? 及時發(fā)現(xiàn)表計被非法侵入及竊電行為 當(dāng)然這個通信系統(tǒng)就會是這些方案實現(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)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時 代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦