【正文】 GPRS骨干網(wǎng)最初是建立在 I。 UDP 提供防護(hù) GTPPDU 受到破壞的功能 。如果不要求一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)鏈路 (如 IP)，就使用 UDP 協(xié)議來承載 GTPPDU。在 中對 GTP 作了規(guī)范。所有的點(diǎn)對點(diǎn) PDP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PDU)將由 GTP 協(xié)議進(jìn) 行封裝。傳輸平臺通過底層無線接口和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS)平臺連接，這種獨(dú)立性是通過保留 GB接口來實(shí)現(xiàn)的。 GPRS 傳輸協(xié)議棧結(jié)構(gòu) GPRS 的傳輸平臺由一個(gè)分層協(xié)議結(jié)構(gòu)組成，如圖 43 所示。用戶終端業(yè)務(wù)可以分為基于 PTP 的用戶終端業(yè)務(wù)和基于 PTM 的用戶終端業(yè)務(wù)。 GPRS、 PTM 業(yè)務(wù)能夠提供一個(gè) 用戶將數(shù)據(jù)發(fā)送給具有單一業(yè)務(wù)需求的多個(gè)用戶的能力。由業(yè)務(wù)請求者啟動(dòng)，被接收者接收。提供點(diǎn)對點(diǎn)業(yè)務(wù)、點(diǎn)對多點(diǎn)業(yè)務(wù)兩種承載業(yè)務(wù)。在有 GPRS 承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS 網(wǎng)絡(luò)管理可以提供 (或支持 )一系列的交互式電信業(yè)務(wù) ［ 23］ 。另外 GPRS 支持與基于 IP的網(wǎng)絡(luò)互通，當(dāng)在 TCP 連接中使用數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)， GPRS 提供 TCP/IP 報(bào)頭壓縮功能。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)通過 GI參考點(diǎn)和 GP 接口實(shí)現(xiàn)同其他網(wǎng)絡(luò)的互通。這里的 MS 由 TE和 MT 兩部分組成，它們通過 R參考點(diǎn)組成一個(gè)整體，另外，MS 也可單獨(dú)由一個(gè)移動(dòng)終端 (MT)組成。另外，從 MS 端到 GPRS 網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)接入點(diǎn)， Um 接口用于無線通信接入，而 R參考點(diǎn)用于信息的產(chǎn)生或接收。 SGSN 和 GGSN 利用 GPRS 隧道協(xié)議 (GTP)對 IP 或 分組進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。 GGSN 主要是起網(wǎng)關(guān)作用，也有將 GGSN 稱為 GPRS 路由器。 SGSN 的主要作用是記錄移動(dòng)臺的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)臺和 GGSN 之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 SGSN 是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它與 MSC 處于 網(wǎng)絡(luò)體系的同一層。圖 42說明了 GPRS 邏輯體系結(jié)構(gòu)。 GPRS 的邏輯體系結(jié)構(gòu) 從邏輯上來說， GPRS 通過在 GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中增添 SGSN 和 GGSN 兩個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。SGSN 與 GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) (GGSN)進(jìn)行通信 。 28 圖 41 總體結(jié)構(gòu) 用戶設(shè)備通過串行或無線方式連接到 GPRS 終端上 。 GPRS 的總體結(jié)構(gòu) GPRS 網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有 GSM 網(wǎng)絡(luò)中增加 GGSN 和 SGSN 來實(shí)現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 （ 13） GPRS 可以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量等級 (QOS)的計(jì)費(fèi)功能，計(jì)費(fèi)方式更加合理，用戶使用更加方便。這種透明的傳輸方法縮減了 GPRSPLMN 對外部數(shù)據(jù)協(xié)議解釋的需求，而且易于在將來引入新的互通協(xié)議。 （ 12） 用戶數(shù)據(jù)在 MS 和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間透明地傳輸，它使用的方法是封裝和隧道技術(shù)。 （ 11） 為了收發(fā) GPRS 數(shù)據(jù)， MS 會(huì)激活它所想用的分組數(shù)據(jù)地址 。 （ 10） 為了訪問 GPRS 業(yè)務(wù)， MS 會(huì)首先執(zhí)行 GPRS 接入過程，以將它的存在告知網(wǎng)絡(luò)。 （ 9） 蜂窩選擇可由一個(gè) MS 自動(dòng)進(jìn)行，或者基站系統(tǒng)指示 MS 選擇某一特定的蜂窩。其中的密碼設(shè)置程序的算法、密鑰和標(biāo)準(zhǔn)與目前 GSM 中的一樣，不過 GPRS 使用的密碼算法是專為分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸所優(yōu)化過的。 （ 8） GPRS 的安全功能同現(xiàn)有的 GSM 安全功能一樣。節(jié)點(diǎn) SGSN 通過幀數(shù) 連接到基站系統(tǒng)。 GPRS 的計(jì)費(fèi)一般以數(shù)據(jù)傳輸量為依據(jù)。它支持四種不同的 QOS 級別。 GPRS 也允許短消息業(yè)務(wù) (SMS)經(jīng) GPRS 無線信道傳輸。 （ 5） GPRS 支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和 IP 網(wǎng)、 網(wǎng)互聯(lián)互通。 GPRS 采用了與 CS不同的信道編碼方案，定義了 CS CSCS3 和 CS4 四 種編碼 方案。時(shí)隙能為活動(dòng)用戶所共享，且向上鏈路和向下鏈路的分配是獨(dú)立的。和現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)相比， GPRS 有幾個(gè)新特點(diǎn) : （ 1） GPRS 采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對網(wǎng)絡(luò)資源和無線資源的利用。 GPRS 技術(shù) 160kbPs 的快 速傳送幾乎能讓無線上網(wǎng)達(dá)到公網(wǎng) ISDN 的效果，實(shí)現(xiàn)“隨身攜帶”互聯(lián)網(wǎng)。通俗地講， GPRS 是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，它以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無線 IP 和 服務(wù)。 GPRS 不妨礙用戶的其他 GSM 業(yè)務(wù)。少量數(shù)據(jù)的頻繁傳輸 。 GPRS 能夠確保分組模式數(shù)據(jù)應(yīng)用的成本效益和網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用。加 01 年 6 月，中國移動(dòng) GPRS 一期工程己完成， 2021 年 10 月正式投入商用。這也使全球 GPRS 設(shè)備市場日益升溫。這給 GPRS 帶來了一個(gè)良好的發(fā)展機(jī)遇。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求和因特網(wǎng)應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，在全球范圍內(nèi)，用戶對移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求正呈增長態(tài)勢。 GPRS 是一種基于 GSM 的新型移動(dòng)分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)速率可達(dá)到 115 kbps。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的增長，高速移動(dòng)數(shù)據(jù)通信的市場需求越來越大。 圖 314 通訊電路 25 第 4 章 GPRS 通訊設(shè)計(jì) GPRS 系統(tǒng)概述 概述 雖然 GSM 提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?MAX1487E 的 DI 與單片機(jī)的 TXD 相連， RO 與單片機(jī)的 RXD 相連， /RE 及 DE 連在一起由單片機(jī)的某一管腳控制。 MAX1487E 管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如圖 313 所示。 MAX1487 的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高 的傳輸速率。其連接圖如圖 312。選擇鍵 是根據(jù)選擇功能實(shí)現(xiàn)更改設(shè)置的按鍵 。 圖 311 液晶顯示電路 按鍵電路 本設(shè)計(jì)有 6個(gè)按鍵，上選擇鍵、下選擇鍵、左選擇鍵、右選擇鍵、確認(rèn)鍵、取消鍵。 主要的技術(shù)參數(shù)和系統(tǒng)： （ 1） 電源： VDD： +5V （ 2） 顯 示內(nèi)容： 192(列 ) X 64（行）點(diǎn) （ 3） 全屏幕點(diǎn)陣 （ 4） 其中指令 （ 5） 與 CPU 接口采用 8 位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和 8 跳控制線。圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器不僅可顯示數(shù)字、字符等內(nèi)容，還能顯示漢字和任意圖形。 圖 310 存儲(chǔ)電路 液晶顯示電路 液晶顯示器件 (LCD)由于具有顯示信息多、體積小、重量輕、功耗低、壽命長、價(jià)格低、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)。 圖 39 24LC16B 引腳圖 22 24LC16B 是支持 CI2 協(xié)議的串行 EEPROM，容量 16K。 21 圖 38 時(shí)鐘電路 存儲(chǔ)電路 由于我們需要保存 30 天以上的數(shù)據(jù)采集信息，單靠單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)是不夠的，所以我們需要擴(kuò)展內(nèi)存，這里我們選用 24LC16B 芯片。 FM31256 的時(shí)鐘精度可通過軟件校準(zhǔn)，將 00H地址的 CAL位（ D2）置位，時(shí)鐘進(jìn)入校準(zhǔn)模式，比較器輸出 512HZ 的頻率信號，并可通過設(shè)置 01H 地址的 CAL4CAL0 位確定校準(zhǔn)值。若此時(shí)正處于時(shí)鐘刷新階段，則由于刷新操作優(yōu)先于寫入寄存器的操作，因而保證了時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。它分割 的時(shí)鐘信號以提供 1S（ 1HZ）分辨率，寄存器（ 02H08H）以 BCD 格式提供秒、分、時(shí)、星期、日、月、年信息，用戶可對其進(jìn)行讀 \寫訪問。通過這些寄存器操作，可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能。與其他非易失性存儲(chǔ)器比較，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：讀 \謝速度快，沒有寫等待時(shí)間：功耗低，靜態(tài)電流小于 1MA，寫入電流小于 150MA；擦寫使用壽命長，芯片的擦寫次數(shù)為 100 億次，比一般的 EEPROM 存儲(chǔ)器提高 10萬倍，即使每秒讀 \寫 30次，也能使用 10年；讀 \寫無限性，芯片擦寫次數(shù)超過 100 億次后，還能和 SRAM 一樣讀 \寫。 圖 36 電源電路 20 時(shí)鐘電路 為了保證系統(tǒng)時(shí)間的精準(zhǔn)，以防止系統(tǒng)掉電后時(shí)間出錯(cuò)，系統(tǒng)中采用了RAMTRON 公司的 FM31256 獨(dú)立時(shí)鐘電路 ［ 17］ ，如圖 37 所示。 SPX1117 系列 LDO 芯片輸出電流可達(dá) 800MA，輸出電壓精度高，穩(wěn)定性好，還具有電流限制和熱保護(hù)功能。 19 圖 35 繼電器保護(hù) 電路 電源電路 DSPIC33F 微控制器的內(nèi)核和 I/O 使用同一電源電壓，只需單電源 供電。 后向通道 后向通道由繼電器保護(hù)控制電路組成，通過單片機(jī)對繼電器進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。為保證測量轉(zhuǎn)換精度，設(shè)計(jì)中選用 高精度和高穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)換電阻、運(yùn)算放大器和二極管組成的全波整流電路、較大的低通濾波。 圖 34 電流檢測 電路 被測電流經(jīng)電流互感器按比例 200:5 轉(zhuǎn)換成小電流 I 輸入到支路中，R704 為采樣電阻，由于輸入最大電流 ，電壓 5V，所以選擇 10 歐采樣電阻即可。電流傳感器 :用于檢測電機(jī)的電流。位移傳感器 :用于檢測抽油機(jī)的光桿沖程 。由傳感器和信號調(diào)理電路組成。給 CPU 空出了足夠的時(shí)間來計(jì)算和故障判斷。本裝置共采集 15路模擬量，采用自動(dòng)采樣和 TIMER3 觸發(fā)轉(zhuǎn)換的模式，在每個(gè)采樣周期內(nèi)觸發(fā)轉(zhuǎn)換一次，全部 15 路采樣結(jié)束后產(chǎn)生中斷并一次從 DMA RAM區(qū)讀取所有 15路數(shù)據(jù)。采樣結(jié)束后直接將數(shù)據(jù)存放于 DMA RAM(有2 KB 空間 )，不占用 CPU 周期。其中定時(shí)器 TIMER3 溢出觸發(fā)采樣適合保護(hù)裝置的定點(diǎn)采樣。 DSPICC33FJ256GP710 集成 32 路 12 bit 高精度的 A／ D 轉(zhuǎn)換模塊，其轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 1 MS／ S，可靈活設(shè)定采樣通道。由于 DSPIC33F 具有強(qiáng)大的汁算能力和完善的控制功能，可單獨(dú)完成計(jì)算、控制、通信、人 機(jī)接口等功能，減少了器件數(shù)量，簡化硬件結(jié)構(gòu)。通信接口直接與上位機(jī)或通信管理機(jī)連接，人機(jī)接口采用 128X64 點(diǎn)陣式液晶顯示器和專用鍵盤，顯示信息量大，操作方便，硬件設(shè)計(jì)框圖如圖 1所示。 DSPIC33F系列數(shù)字信號控制器還配備一系列的應(yīng)用庫。 (4)開發(fā)工具 MICRCHIP 高性能開發(fā)系統(tǒng)支持 DSPIC33F 系列控制器。對于 DSP 指令分別對 2 個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行尋址；而 MCU指令，數(shù)據(jù)空間可以整體作為 64KX8 位進(jìn)行尋址。最多 67 個(gè)中斷源， 5 個(gè)外部中斷和 5 個(gè)處理器異常。可通過軟件對 DMA 中斷源進(jìn)行設(shè)定，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 16 (2)直接存儲(chǔ)器訪問 (DMA)和中斷能力 DSPIC33F 內(nèi)部集成了 8 通道直接存儲(chǔ)器訪問模塊，允許 CPU執(zhí)行代碼期間在 RAM和外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)，不 額外占用周期。 DSPIC33F 允許工作電壓177。 DSPIC33F 系列器件具有以下性能特點(diǎn)： (1)DSP 內(nèi)核和指令系統(tǒng) DSPIC33F 的 DSP 引擎具有 1個(gè)高速的 17 位 17位的乘法器， 1 個(gè) 40位的 ALU， 2個(gè) 40位的飽和累加器以及 1 個(gè) 40 位的雙向移位器，其運(yùn)算速度可達(dá) 40 MI／ S，指令字為 24 位，指令系統(tǒng)包含 MCU指令集和 DSP 指令集。 中 央 處 理 單 元 DSPICC33FJ256GP710 前 向 通 道 后 向 通 道 電 源 模 塊 時(shí) 鐘 芯 片 存 儲(chǔ) 模 塊 顯 示 模 塊 按 鍵 模 塊 GPRS 模 塊 15 圖 32 DSPICC33FJ256GP710 引腳圖 DSPIC33F 系列是高性能 16位數(shù)字信號控制器，具有擴(kuò)展的數(shù)字信號處理器 (DSP)功能和高性能 16 位微控制器 (MCU)的架構(gòu)。 DSPICC33FJ256GP710 為 100 腳 TQPF 封裝。 圖 31 監(jiān)控單元的 硬件模塊 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)系統(tǒng)主要用來完成抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作電壓、電流檢測、載荷位移的檢測，根據(jù)檢測到的結(jié)果判斷抽油機(jī)的工作狀態(tài)是否正常，此外，還可以通過人機(jī)對話鍵盤 /顯示器進(jìn)行參數(shù)的上下限設(shè)定、工作狀態(tài)的參數(shù)的顯示與存儲(chǔ)、故障保護(hù)及報(bào)警、控制故障參數(shù) 的遠(yuǎn)程串行通信等。如圖 31所示。大閉環(huán)控制回路用時(shí)一般在 3～ 4s 以上 ,如果 GPRS 網(wǎng)絡(luò)比較擁擠 ,用時(shí)則更長。如分析示功圖 ,研究或改進(jìn)診斷算法 ,提高診斷正確率。在管理層 ,廠部和管理科室可以根據(jù)其權(quán)限 瀏覽生產(chǎn)信息報(bào)表。 監(jiān)控層和管理層通過以 Inter 網(wǎng) 絡(luò) 連接。各采油隊(duì)定時(shí)自動(dòng)請求示功圖故障診斷 ,采油廠管理層局域網(wǎng)上的故障診斷服務(wù)器進(jìn)行群診 ,診斷結(jié)果送回客戶端 ,同時(shí)向采油廠數(shù)據(jù)庫添加診斷記錄 ［ 15］ 。在監(jiān)控層計(jì)算機(jī)上可以顯示本作業(yè)區(qū)域內(nèi)油井功圖、電流和電壓等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和曲線 ,可以瀏覽數(shù)據(jù)報(bào)表。 監(jiān)控層位于采油隊(duì)監(jiān)控室 ,它負(fù)責(zé)監(jiān)控該井隊(duì)所有井口和抽油機(jī)的數(shù)據(jù) ,每個(gè)采油隊(duì)獨(dú)占一個(gè)數(shù)據(jù)中心。 由于油田現(xiàn)場傳輸數(shù)據(jù)量大 ,為了提高系統(tǒng)傳輸效率 ,防止數(shù)據(jù)阻塞 ,在