【正文】 信息包發(fā)送且被接收，就完成了交換，進(jìn)入LCP開(kāi)啟狀態(tài)。只有那些與特定的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議無(wú)關(guān)的選項(xiàng)才會(huì)被LCP配置。 認(rèn)證階段在某些連接情況下，希望在允許網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議交換數(shù)據(jù)前對(duì)等實(shí)行認(rèn)證。認(rèn)證要求必須在建立連接階段提出，然后進(jìn)入認(rèn)證階段。在此階段只對(duì)連接協(xié)議、認(rèn)證協(xié)議、連接質(zhì)量測(cè)試數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 (例如IP、IPX、AppleTalk等)必須有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)單獨(dú)配置，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議都可以隨時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉。此時(shí)，鏈路上流通的是LCP數(shù)據(jù)包、NCP數(shù)據(jù)包以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)包。LCP通過(guò)交換連接終止包來(lái)終止連接。只有當(dāng)物理層斷開(kāi)，連接才會(huì)真正被終止。2 PPP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PPP數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)如表1所示，PPP協(xié)議標(biāo)志如表2所示。在開(kāi)始標(biāo)志后，緊跟2個(gè)HDLC常量：地址常量0xFF和控制常量0x03。隨后是代碼(Code)、標(biāo)識(shí)符(ID)和長(zhǎng)度域(Length)。信息域長(zhǎng)度最多為1500字節(jié)。通常情況下，用來(lái)表示IP自尋址信息數(shù)據(jù)包的標(biāo)識(shí)是0x45。只有當(dāng)PPP協(xié)議幀被壓縮成IP尋址信息包時(shí)例外。有效載荷部分是可變的，并能隨著請(qǐng)求和響應(yīng)的變化作相應(yīng)的改變。然后是一個(gè)長(zhǎng)度為2字節(jié)循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼，以檢測(cè)數(shù)據(jù)幀中的錯(cuò)誤。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：(1)當(dāng)遇到字符0x7E時(shí)，需連續(xù)傳送2個(gè)字符：0x7D和0x5E，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)志字符的轉(zhuǎn)義。(3)默認(rèn)情況下，如果字符的值小于0x20（例如ASCII控制字符），一般都要進(jìn)行轉(zhuǎn)義。這樣做是防止它們出現(xiàn)在雙方主機(jī)的串行接口驅(qū)動(dòng)程序或調(diào)制解調(diào)器中，因?yàn)樗鼈冇袝r(shí)會(huì)把這些控制字符解釋成特殊的含義。默認(rèn)情況下是對(duì)所有的32個(gè)字符都進(jìn)行轉(zhuǎn)義。3 單片機(jī)PPP協(xié)議單片機(jī)PPP協(xié)議是PPP協(xié)議在單片機(jī)中的應(yīng)用，有其特點(diǎn)。要把這些協(xié)議完全嵌入單片機(jī)是不可能的，所以只能根據(jù)實(shí)際需要選擇其中的一部分。也就是說(shuō)，本文的單片機(jī)PPP協(xié)議，事實(shí)上只包含了從PPP連接的建立到實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸所必需的協(xié)議，而不包括PPP協(xié)議的所有功能。4 單片機(jī)PPP協(xié)議PPP連接的建立建立后的單片機(jī)PPP連接狀態(tài)如圖2所示。單片機(jī)PPP協(xié)議流程圖如圖3所示。 LCP處理階段首先，第一個(gè)LCP數(shù)據(jù)包被服務(wù)器端發(fā)送后，從服務(wù)器端返回一個(gè)PPP拒絕包給除密碼認(rèn)證外的所有選項(xiàng)，接著服務(wù)器端強(qiáng)制認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行協(xié)商(先前來(lái)自否定幀的PAP和CHAP都被發(fā)送)。然后服務(wù)器端認(rèn)同并返回一個(gè)新的請(qǐng)求，這時(shí)候需要進(jìn)行PAP。最后所有控制特性被服務(wù)器端同意丟棄。 PAP處理階段首先，系統(tǒng)發(fā)送PAP數(shù)據(jù)包給服務(wù)器端，然后服務(wù)器端通過(guò)用戶ID和密碼驗(yàn)證。這個(gè)選項(xiàng)是可選的。所以如果PC機(jī)作為服務(wù)器，單片機(jī)需要發(fā)送用戶名和密碼；如果單片機(jī)作服務(wù)器，則沒(méi)有密碼驗(yàn)證的要求。下面是單片機(jī)發(fā)送PAP的數(shù)據(jù)包：7E FF 03 C0 23 01 06 00 0C 03 7A 77 6D 03 7A 77 6D…解析如表4所示。 IPCP處理階段IPCP是用來(lái)設(shè)置PPP連接中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括IP地址、IP壓縮協(xié)議、DNS服務(wù)器地址等都是通過(guò)IPCP來(lái)協(xié)商的。由于先前的發(fā)送被拒絕，服務(wù)器端發(fā)送一個(gè)回復(fù)，只包含IP地址。接著服務(wù)器端返回一個(gè)包含預(yù)先指派IP地址的拒絕包。IPCP幀的格式與LCP也是類似的：一字節(jié)的代碼，然后是標(biāo)志，長(zhǎng)度，選項(xiàng)。IPCP的詳細(xì)描述在RFC1332中。有關(guān)用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP的詳細(xì)資料可參看RFC88RFC883文檔；Internet信息控制協(xié)議ICMP的詳細(xì)資料可參看文檔RFC792。摘本文研究了移動(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。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。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)。系統(tǒng)通信部分采用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。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)提供新的思路。訂閱 第二章 GPRS原理GPRS系統(tǒng)是在GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為了支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，GPRS在GSM系統(tǒng)中增加了很多支持節(jié)點(diǎn)。本章主要介紹GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，首先介紹了移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程，其次介紹了GPRS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，接著討論了GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程，最后分析了GPRS系統(tǒng)存在的問(wèn)題以及向3G系統(tǒng)過(guò)渡的過(guò)程。20世紀(jì)90年代中期的疊加在模擬蜂窩網(wǎng)AMPS(Advaced Mobile Phone System, 高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng))上的第一代公共數(shù)據(jù)網(wǎng)稱為蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（Cellular Digital Packet Data, CDPD）,該網(wǎng)絡(luò)利用AMPS中的語(yǔ)音空閑信道傳輸分組數(shù)據(jù)，但是隨著第二代數(shù)字蜂窩網(wǎng)GSM的快速發(fā)展，CDPD在我國(guó)并沒(méi)有得到大范圍的推廣。CDPD網(wǎng)絡(luò)疊加在AMPS上，采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)（GMSK），提供分組數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)。1992年4月美國(guó)的IBM和8個(gè)最大的蜂窩電話運(yùn)營(yíng)公司宣布聯(lián)合研發(fā)CDPD系統(tǒng)，他們模擬網(wǎng)覆蓋占美國(guó)的95%地區(qū)。我國(guó)在1997年在北京、上海、廣州等6個(gè)城市建立了CDPD網(wǎng)絡(luò)。例如，頻譜利用率低，移動(dòng)設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用較貴，業(yè)務(wù)種類受限制以及通話易被竊聽(tīng)等，最主要的問(wèn)題是其容量已不能滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)用戶需求。數(shù)字無(wú)線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大提高系統(tǒng)容量。實(shí)際上，早在70年代末期，當(dāng)模擬蜂窩系統(tǒng)還處于開(kāi)發(fā)階段時(shí)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就著手?jǐn)?shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究。隨后，美國(guó)和日本也制定了各自的數(shù)字移動(dòng)通信體制。GPRS作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信（3G）的過(guò)渡技術(shù)，是由英國(guó)BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+ (1997年)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。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)，用戶通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括收發(fā)Email、進(jìn)行因特網(wǎng)瀏覽等。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用。攜帶39。使用GPRS，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接收，按流量計(jì)費(fèi)的方式使得用戶可以永遠(yuǎn)在線，這些都降低了服務(wù)成本。為了更好的滿足移動(dòng)寬帶通信的要求，早在GSM剛投入商用時(shí)人們就提出了第三代移動(dòng)通信（3G）的概念，3G的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一頻段、統(tǒng)一制式，全球無(wú)縫漫游；高頻譜效率；支持移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，即室內(nèi)環(huán)境支持2Mbps、步行/室外到室內(nèi)支持384kbps、車速環(huán)境支持144kbps等高速的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信?；咀酉到y(tǒng)由基站收發(fā)臺(tái)（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)包括：移動(dòng)交換中心（MSC）、操作維護(hù)中心（OMC）、歸屬位置寄存器（HLR）、訪問(wèn)位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AuC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）等組成。GSM系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)庫(kù)都要求進(jìn)行軟件升級(jí)來(lái)處理由GPRS引進(jìn)的新呼叫模型和功能。另外，為了控制移動(dòng)臺(tái)開(kāi)戶入網(wǎng)的安全性和鑒權(quán)，必須提高EIR和Auc數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。圖21為疊加了GPRS業(yè)務(wù)的GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。 GSM網(wǎng)絡(luò)原有實(shí)體支持傳統(tǒng)的電路交換業(yè)務(wù)，而GPRS實(shí)體支持分組交換業(yè)務(wù)。移動(dòng)臺(tái)通過(guò)無(wú)線接口接入GSM系統(tǒng)，具有無(wú)線傳輸與處理功能。移動(dòng)臺(tái)中重要的組成部分是用戶識(shí)別模塊（SIM）,即SIM卡,其中包含了與用戶有關(guān)的無(wú)線接口信息以及鑒權(quán)和加密信息。 (Base Station Subsystem,BSS)基站子系統(tǒng)主要由基站收發(fā)信機(jī)（BTS）和基站控制器（BSC）構(gòu)成?；咀酉到y(tǒng)一方面通過(guò)無(wú)線接口與移動(dòng)臺(tái)相接，進(jìn)行無(wú)線發(fā)送、接收及無(wú)線資源管理，另一方面基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中的MSC相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶或移動(dòng)用戶之間的通信連接。它主要完成移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶、移動(dòng)用戶與固定用戶之間的通信管理。1)2)3)這些鑒權(quán)信息和加密密匙存儲(chǔ)在鑒權(quán)中心，用來(lái)防止無(wú)權(quán)用戶接入系統(tǒng)和保證無(wú)線通信安全。 移動(dòng)交換中心(Mobile Switching Center, MSC)移動(dòng)交換中心是網(wǎng)絡(luò)的核心，它提供交換功能并連接BSS、HLR、VLR、AuC和固定網(wǎng)等實(shí)體，從而把移動(dòng)用戶與固定網(wǎng)用戶、移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間互相連接起來(lái)。作為網(wǎng)絡(luò)的核心，MSC還支持位置登記和更新、越區(qū)切換和漫游服務(wù)等多項(xiàng)功能。GSN具有移動(dòng)路由管理功能，可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到GPRS寄存器。GSN可以是一種類似于路由器的獨(dú)立設(shè)備，也可以與GSM中的MSC集成在一起。SGSN是為移動(dòng)終端提供GPRS業(yè)務(wù)的支持節(jié)點(diǎn)。在激活GPRS業(yè)務(wù)時(shí)，SGSN建立一個(gè)移動(dòng)性管理環(huán)境，其中包含關(guān)于這個(gè)移動(dòng)終端的移動(dòng)性和安全性方面的信息。 GGSN的主要功能是與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行交互。它也把外部數(shù)據(jù)網(wǎng)分組解壓并傳輸?shù)胶线m的數(shù)據(jù)網(wǎng)中，并收集發(fā)送到計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)上的計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)。它們都應(yīng)有IP路由功能，并能與IP路由器相連。SGSN可以通過(guò)任意Gs接口向MSC/VLR發(fā)送定位信息，并可以經(jīng)Gs接口接收來(lái)自MSC/VLR的尋呼請(qǐng)求。2．GPRS骨干網(wǎng)在GSM系統(tǒng)中增加GPRS業(yè)務(wù)時(shí)，必須增加GPRS骨干網(wǎng)來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。內(nèi)部PLMN骨干網(wǎng)是指位于同一個(gè)PLMN上的并與多個(gè)GSN互聯(lián)的IP網(wǎng)。每一個(gè)內(nèi)部PLMN骨干網(wǎng)都是一個(gè)IP專網(wǎng)，且僅用于傳送GPRS數(shù)據(jù)和GPRS信令。兩個(gè)內(nèi)部PLMN骨干網(wǎng)是使用邊界網(wǎng)關(guān)(Border Gateways,BG)和一個(gè)外部PLMN骨干網(wǎng)并經(jīng)Gp接口相連的，外部PLMN骨干網(wǎng)的選擇取決于包含有BG安全功能的漫游協(xié)定，BG不在GPRS的規(guī)范之列。在GPRS骨干網(wǎng)內(nèi)部，各GSN實(shí)體之間通過(guò)Gn接口相連，它們之間的信令和數(shù)據(jù)傳輸都是在同一傳輸平臺(tái)中進(jìn)行的，利用的傳輸平臺(tái)可以在ATM、以太網(wǎng)、DDN、ISDN、幀中繼等現(xiàn)有傳輸網(wǎng)中選擇。3．GSM實(shí)體更新 為了支持GPRS業(yè)務(wù)，GSM原有的部分系統(tǒng)需要進(jìn)行升級(jí)，它們包括：其中，CCU處理新的編碼方案以及任何壓縮編碼技術(shù)；PCU負(fù)責(zé)提供與GPRS網(wǎng)的接口并管理時(shí)隙分配。移動(dòng)臺(tái)MS必須能以三個(gè)運(yùn)行模式中的一個(gè)進(jìn)行操作，其操作模式的選定由MS所申請(qǐng)的服務(wù)所決定：即僅有GPRS服務(wù)，同時(shí)具有GPRS和其它GSM服務(wù)，或依據(jù)MS的實(shí)際性能同時(shí)運(yùn)行GPRS和其他GSM服務(wù)。B類(ClassB)操作模式：一個(gè)MS可同時(shí)監(jiān)測(cè)GPRS和其他GSM業(yè)務(wù)的控制信道，但同一時(shí)刻只能運(yùn)行一種業(yè)務(wù)。 GPRS邏輯體系結(jié)構(gòu)從邏輯上來(lái)講，GPRS是在原來(lái)的GSM系統(tǒng)中增加了SGSN和GGSN兩個(gè)節(jié)點(diǎn)后形成的，如圖23所示。C: 定義為MSC與HLR之間的接口，用于傳遞路由選擇和管理信息。E: 相鄰區(qū)域的不同移動(dòng)交換中心之間的接口。R: 非ISDN終端與GPRS終端間的參考點(diǎn)。Gc: GGSN與HLR之間的接口，讀取位置寄存器內(nèi)容。Gi: GPRS的分組數(shù)據(jù)與外部分組數(shù)據(jù)交換接口。Gp:不同GSM網(wǎng)絡(luò)間GSN間的接口。Gs: SGSN與MSC/VLR之間的接口，用于支持同步的GPRS和GSM操作。Um:MS與GPRS移動(dòng)基站間的無(wú)線通信接口，此接口傳遞的信息包括無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理和接續(xù)管理等。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對(duì)BTS無(wú)線設(shè)備的控制和無(wú)線頻率的分配。F：MSC與移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR）之間的接口，用于交換相關(guān)的管理信息。當(dāng)采用臨時(shí)移動(dòng)用戶識(shí)別碼（TMSI）時(shí)，此接口用于向分配TMSI的VLR詢問(wèn)此移動(dòng)用戶的國(guó)際移動(dòng)識(shí)別碼（IMSI）的信息。相應(yīng)的，在GPRS網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)上也有用戶和控制兩個(gè)平面的協(xié)議棧。用戶平面的GTP稱為GTPu,信令平面的GTP稱為GTPc,兩者分別用來(lái)傳輸用戶數(shù)據(jù)和控制信息。所以，隧道協(xié)議的數(shù)據(jù)是在TCP或UDP的控制下以IP包的形式發(fā)送的。在信令平面中，GTPc是隧道控制和管理協(xié)議，它用于創(chuàng)建、修改和刪除GSN之間的隧道，這些信令程序稱為分組數(shù)據(jù)協(xié)議（Packet Data Protocol, PDP）上下文請(qǐng)求、PDP上下文更新和PDP上下文刪除。在用戶平面，GTPu為用戶平面隧道提供GTP頭和按順序傳送和數(shù)據(jù)流的復(fù)用等特性。1．用戶平面GGSN和SGSN之間傳送的數(shù)據(jù)分組核心是GTP數(shù)據(jù)，可能采用UDP或TCP傳輸。而MS的分組數(shù)據(jù)通過(guò)SGDCP(子網(wǎng)絡(luò)決定的數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議)與SGSN交互。SNDCP使用LLC層提供的業(yè)務(wù)，把要發(fā)送的來(lái)自不同源的數(shù)據(jù)進(jìn)行合路、壓縮和分段，然后將數(shù)據(jù)交給LLC層進(jìn)行處理。BSS與MS間的空中接口使用無(wú)線鏈路控制（RLC）來(lái)提供分段以及將無(wú)線塊重新組合成LLC幀，而位于LLC下的媒體接入控制層（MAC）則提供向物理信道的映射。GGSN和SGSN使用GTPc傳送用于GTP管理的控制信息，這些信息由UDP控制傳送。LLC為信令平面在無(wú)線接口上提供可靠的加密邏輯鏈路。在空中接口上使用RLC來(lái)提供GSM的與無(wú)線有關(guān)的可靠鏈路。 然后，采用TDMA技術(shù)將每一載頻按時(shí)間進(jìn)行分割，以進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。在GSM/GPRS系統(tǒng)中，物理信道是指一個(gè)載波中若干個(gè)重復(fù)的時(shí)隙構(gòu)成的信道，而邏輯信道只是表示特定的信息流，它在物理信道上實(shí)現(xiàn)。在引入GPRS業(yè)務(wù)后，GSM中增加了用于傳送GPRS分組的分組業(yè)務(wù)信道（Packet Data Channel, PDCH），下面介紹PDCH中信道的分類和各信道的具體用途。2）分組公共控制信道（Packet Common Control Channel, PCCCH） PCCCH是一種公共控制信道，包括以下用于分組數(shù)據(jù)的公共控制信道：移動(dòng)臺(tái)利用它發(fā)起上行鏈路傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)或信令信息。PRACH上可以使用8信息比特和11信息比特接入突發(fā)序