（控制理论与控制工程专业论文）基于gsm网络的远程监控终端的设计与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 由单片机构成的数据采集系统和p c 机通过串行口构成的微机系统已经 广泛应用于工业控制、水文测量、气象测量和环境监测等领域，这些系统大多 采用r s 2 3 2 ，r s - 4 8 5 或是有线m o d e m 的通信方式，虽然经济实用，但其 有线数据传输方式在很大程度上限制了应用场合的拓展。 无线远程监控是监控技术发展的一个重要方面。直接利用成熟的第三方网 络实现无线远程监控是远程监控发展的一个新的方向。随着移动通讯技术的飞 速发展，利用现有的g s m 网络资源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势， 为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式，这必将成为工业控制 及现场监测等领域的发展趋势。在一些小数据量传输的监控场合，人们可以直 接利用g s m 网路中的短消息业务( s m s ) 进行数据传输实现无线远程监控。 采用短消息业务进行数据传输和普通的无线数据传输方式相比，具有许多明显 的优点：数据传输可靠；费用低廉；传输距离远，在g s m 网络覆盖的区域基 本不受地域的限制等等。 本文介绍了一种基于g s m 网络短消息( s m s ) 的远程监控终端的设计与 实现。该监控终端是针对小型用户设计的，具有一定的通用性。对于不同的监 控对象用户只需对监控终端进行不同的定义。另外，本监控终端采用的是中文 短消息的方式进行操作，使用更加方便。这些都是本监控终端突出的特点。 本监控终端主要由两部分构成：g s m 引擎模块和以单片机为核心的监控单 元。g s m 引擎模块采用的是西门子公司生产的m c 3 5 i 模块，它主要用来收发 短消息，监控单元则用来完成具体的监控任务和p c 机及t c 3 5 t 进行通讯。 本文主要包括以下几个部分：第一部分为绪论。介绍了本课题的研究目的 和意义以及完成的主要工作和本系统的主要功能；第二部分介绍了g s m 短消 息( s m s ) 的相关知识；第三部分介绍了短消息收发模块m c 3 5 i 以及a t 指令 的相关内容；第四部分介绍了监控终端的功能模块的硬件设计：第五部分介绍 了本系统的软件设计流程。笫六部分结论与展望。 关键词：单片机短消息m c 3 5 ia t 指令自定义 武汉理工大学硕士学位论文 a b s 仃a c t d a t ac o l l e c t i n gs y s t e mc o m p o s e do fm s ca n dm i c r o - c o m p u t e rs y s t e m c o m p o s e do f p ci ns e r i e sh a v e a l r e a d y b e e n w i d e l y u s e di ni n d u s t r i a l c o n t r o l ，m e t e o r o l o g i c a lp h e n o m e n am e a s u r e m e n ta n dc n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g e r e t h e s es y s t e m sm o s t l ya p p l yr s 一2 3 2 ，r s - 4 8 5o rc a b l em o d e m ，t h o u g hv e r y e c o n o m i c a la n dp r a c t i c a l ，b u tc a b l ed a t at r a n s m i s s i o nh a sl i m i t e di t sa p p l i c a t i o n p r o s p e c t st oal a r g ee x t e n t w i r e l e s sr e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o li sa l li m p o r t a n tr e s p e c to ft h ed e v e l o p m e n t o fa u t o m a t i ct e c h n o l o g y i ti san e wd i r e c t i o no ft h ed e v d o p m e n to fm o n i t o ra n d c o n t r o lt e c h n o l o g i e st om a k eu s eo ft h er i p et h i r dp a r t y sn e t w o r kt or e a l i z ew i r e l e s s r e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o ld i r e c t l y w i t ht h ed e v e l o p m e n ta tf u l ls p e e do fm o b i l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，b yu s i n ge x i s t i n gg s mn e t w o r k 煳u r c e s ，t a k i n gt h e a d v a n t a g eo f w i d ec o v e r i n gg o o dt r a n s m i t t i n gc h a r a c t e r i s t i c s , ac o n v e n i e n tw i r e l e s s d a t at r a n s m i s s i o nm e t h o dh a sb e e np u tf o r w a r df o rp r e s e n td a t ac o l l e c t i n gs y s t e m t h i ss h o w st h et r e n di nt h ef i e l do fi n d u s t r i a lc o n t r o la n dl i v em o n i t o r i n g i nt h ec a s e o f m o n i t o ra n dc o n t r o lf i e l dt r a n s m i t t i n gal i t t l ea m o u n to f d a t aa m o u n t ，p e o p l e 咖 u t i l i z es h o r tm e s s a g es e r v i ( s m s ) i ng s m n e t w o r k i n gd i r e c t l yt ot r a n s m i td a t ai n o r d e rt or e a l i z ew i r e l e s s l yr e m o t em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g c o m p a r e 、撕m o r d i n a r yw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o nm o a n s ，a d o p t i n gt h es h o r tm e s s a g es e r v i c et o t r a n s m i td a t ah a v eal o to fo b v i o u sa d v a n t a g e s ：d a t at r a n s m i s s i o ni sr e l i a b l e ：t h e e x p e n s e sa c h e a p ；t h et r a n s m i t t i n gd i s t a n c ei sv e r yf k 、析t l ll i t t l er e s t r i c t e db y r e g i o nb a s i c a l l yi nt h e a r e ac o v e r e db yg s m n e t w o r k i n g e r e t h i sp a p e rh a si n t r o d u c e dt h ed e s i g na n da p p l i c a t i o no fak i n do fw i r e l e s s r e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o lt e r m i n a lb a s e do nt h es h o r tm e s s a g es e r v i c e ( s m s ) o f g s mn e t w o r k ，n l et e r m i n a li sd e s i g n e df o rs m a l l s c a l e 璐e r ，a n dh a sc e r t a i n c o m m o n a b i l i t y u s e ro n l yn e e d st os e l f - d e f i n et h et e r m i n a ld i f f e r e n t l ya c c o r d i n gt o t h ed i f f e r e n to b j e c t sm o n i t o r c da n dc o n t r o l l e d i na d d i t i o n ，t h et e r m i n a li so p e r a t e d b yt h em e a l i so fc h i n e s es h o r tm e s s a g e ，a n di ti sm o r ec o n v e n i e n tt o 咖a l lt h e s e i i 武汉理工大学硕士学位论文 a r et h eo u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i co ft h et e r m i n a l t h et e r m i n a lc o n s i s t so ft w op a r t sm a i n l y ：g s me n g i n em o d u l ea n dam o n i t o r a n dc o n t r o lu n i tt a k i n gs i n g l e - c h i pc o m p u t e ra st h ec o r e t h eg s me n g i n em o d u l ei s t h em c 3 5 im o d u l ep r o d u c e db ys i e m e n sc o m p a n y ；i ti su s e df o rr e c e i v i n ga n d d e l i v e r i n gs h o r tm e s s a g em a i n l y t h eu n i ti su s e dt of m i s ht h ec o n c r e t em o n i t o ra n d c o n t r o lt a s k ，a n dc o m m u n i c a t ew i t hp co rm c 3 5 i t h i sp a p e ri n c l u d e st h es e v e r a lf o l l o w i n gp a r tm a i n l y ： t h ef i r s t p a r t i st h ef o r e w o r d i th a si n t r o d u c e dt h es t u d yp u r p o s ea n d s i g n i f i c a n c eo ft h et o p i c ，t h ew o r kt h a th a sb e e n d o n ea n dt h el e a d i n gf u n c t i o no f t h e t e r m i n a l t h es e c o n dp a r th a si n t r o d u c e dt h er e l e v a n tk n o w l e d g eo ft h eg s ms h o r t m e s s a g es e r v i c e ( s m s ) t h et h i r dp a r th a sb r i e f l yi n t r o d u c e dg s me n g i n em o d u l et c 3 5 ta n dt h e r e l e v a n tk n o w l e d g eo f a tc o m m a n d s t h ef o u r t hp a r th a si n t r o d u c e dt h eh a r d w a r ed e s i g no ft h ef u n c t i o nm o d u l e s t h ef i f t hp a r th a si n t r o d u c e dt h ep r o c e s so ft h es o f t w a r ed e s i g n t h es i x t hp a r ti sc o n c l u s i o na n dp r o s p e c t k e yw o r d s ：s i n g i e - c h i pc o m p u t e r ：s h o r tm e s s a g es e r v i c e ( s m s ) ；m c 3 5 i ：a t c o m m a n d s ： s e l f - d e f i n e i i i ，独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：样日咄 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：斟导师签名： 期竺翌盍 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 本课题研究的目的和意义 目前，远程监控系统已经在安全监控、生产过程监控、住宅校区监控等领 域被广泛应用。特别是9 1 1 之后，远程监控技术仿佛一夜间风行于美国市场， 同样，s a r s 肆虐也使远程监控技术在国内市场炙手可热，网上、报纸、杂志 等各种媒体上有关远程监控的宣传报道扑面而来【l l 。通过远程监控可以实现现 场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术 提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以 监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人 员虚拟地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象 进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实 现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的 2 1 。当然，通过这些技术，当 遇到特殊情况的时候，通过远程监控，在不影响生产、生活的情况下，也可以 保护人的生命安全。 目前，越来越多的企业集团呈现跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远 程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量， 以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。远程监控系统将 有着广泛的应用前景，对其进行研究应用将带来巨大的社会效益和经济效益【3 】。 当今世界已进入了飞速发展的信息时代，信息产业已成为国民经济的主导 产业，通信则成为信息产业中发展最为迅速，进步最快的行业。而在通信领域 中，移动通信( g p r s ) 网则是这个领域中发展最积极最活跃最快的分支之一。在 g p r s 中，唯一不需建立端到端通信的业务就是短消息业务( s m s ) ，在移动设 备处于点与点通信状态下，还能同时实现短消息业务。g p r s 模块在短信息方 面的应用最具优势，短消息具有随时在线( a l w a y so n l i n e ) 、不需拨号、价格便 宜、覆盖范围广等特点，特别适合于需频繁传送小流量数据的应用，如工业遥 感遥测遥控、信息反馈无人值守站机房监控和远程维护( 如服务器，交换机等) ， 武汉理工大学硕士学位论文 其他无人值守点( 如仓库、办公楼等) 监控、电力系统城市中压电网实时监控 和自动补偿、集团车辆调度与安排计算机增值服务等领域【4 1 。 本系统中嵌入了g p r s 模块，运用它最具优势的短信功能，将采集的数据 以短信的方式发送到控制中心，控制中心也以短信方式实现对终端的适时监控 和管理。另一方面，由单片机构成的数据采集系统和p c 机通过串行口构成的 多微机系统已经广泛应用于工业控制、环境监测等领域，这些系统大多采用 r s 2 3 2 ，r s - 4 8 5 或是有线m o d e m 的通信方式，虽然经济实用，但其有线数 据传输方式在很大程度上限制了应用场合的拓展。利用现有的g p r s 网络资 源，发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势，为现有数据采集系统提供一种便 捷的无线数据传输方式。g p r s 网络在短消息方面的应用具有不需拨号、价格 低廉、传输可靠、覆盖范围广等特点，适用于需频繁传送小流量数据和不宜铺 设线路的应用场合。g p r s 远程监控系统是利用单片机组成的数据监控系统， 通过g p r s 网络以短消息的形式完成远程数据的传输，即在传统的单片机数据 采集系统中增加支持短消息、数据通信等业务的g p r s 模块，并为其分配一个 独立的s i m 卡，结合单片机系统通过串行通信接口，实现数据的远程无线传输。 监控终端可以是由单片机构成的一个监控单元模块。 1 2 远程控制技术概况 从上个世纪9 0 年代以来，随着科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生 活方式都发生了重大的变化，作为生活生产中非常重要的一项技术即监控技术 的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。监控系统的演变，是一个从集中监控 向网络监控的发展历史。早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备 的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作。而计算机监控系统是以监 测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象( 生产过 程) 共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控 制功能。在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、 特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制 5 1 。由于工业生产过程控制 要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一 直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协 议不开放，而且大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。 2 武汉理工大学硕士学位论文 随着生产力的进步，设备的分布越来越离散。单一的，各自独立的监测系 统已不能适应工业化的需求，于是便产生了分布式系统。这种系统以计算机网 络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的绝大多数分布式监 测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限于同一地点，所以具有一定的地 域局限性。i n t e r a c t 能实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的 资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件。远程监控 是本地计算机通过网络系统如i n t e m e v i n t r a n e t ，对远端进行监视和控制，完成 对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。我们通常把能够实现远 程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统【6 】。在现场设备 分布广泛或数据不易采集的场合，要能够及时地监视设备的运行状态并进行有 效控制，这就是远程监控技术在工业生产上的需求。 远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数 据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有 多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控 系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分 布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了 集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了 企业内部网( i n t r a n c t ) 。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护 技术进入了集成系统阶段，在一个单位的内部基本上实现了资源和信息共享。 采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样 和必要的预处理，并且以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为 生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况； 监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令 和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据 和历史数据加以存储： 管理功能：利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊 断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警； 控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成 控制输出，直接作用于生产过程。 基于b s 和c s 的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统，以 h t r p 技术为基础，具有简单、高效等优点，已经成为信息网络的一种最普遍 武汉理工大学硕士学位论文 应用的信息交互平台【7 】。利用网络通信技术、s o c k e t 技术、数据采集技术及面 向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控、数据显 示及报警等模块，其优点是充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最 高的性能价格比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任 务的综合共享和全局一体化的管理。例如：监控系统将设备运行情况提供给服 务器，并由服务器发送到各个节点客户机，工作人员在客户机端( 一般为远端) 便可了解整个系统的工作状态及运行情况。简单地讲，对企业来说就是充分利 用现代技术解决实时数据的采集、传输和处理以及进行实时控制的问题。正是 它的这些优点使得它得以飞速发展。 随着网络技术的不断发展，远程监控将更多地应用在企业生产过程的管理 中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提 高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益。 借助于远程监控可以将企业内部的信息网( i n t r a n e t ) 与控制网有效地连接 起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理 策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据 和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集 中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控， 技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的 运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员“虚拟”地出现在许多监控地点， 方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备 的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到 减员增效的目的。 目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程 监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以 及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义【引。 随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控 过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足 的问题。网络通信技术是远程监控技术中最为关键的技术，然而，目前网络通 信一般简单采用s o c k e t 技术，甚至f t p 或e m a i l 等，这些技术无论在传输的 数据量、编程的灵活性还是安全性方面都有很大的欠缺，特别是对于现场多个 端点的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通 4 武汉理工大学硕士学位论文 信的需求；其次，网络通信中多种结构并存的问题。目前的远程监控系统结构 大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不同局域网，不同平台，甚至在同 一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要求集成网络 中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。 远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1 9 9 7 年 1 月，首届基于i n t e r n e t 的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院 联合主办，有来自3 0 个公司和研究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论了 有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制 等，并对未来技术发展作了展望。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于 i n t e r n e t 的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算 机业和仪器仪表业的s u n 、h p 、b o e i n g 、i n t e l 、f o r d 等1 2 家大公司的热情支持 和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统t e s t b e d 。t e s t b e d 用嵌入式w e b 组网、用实时j a v a 和b a y e s i a nn e t 初步形成在i n t e r a c t 范围内 的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n e r y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t c m a l l i a n c e ) 、s m f p t ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r y f a i l u r ep r e v e n t i o nt e c h n o l o g y ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o nm o n i t i o na n de n g i n e e r i n g m a n a g e m e n t ) 等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工 作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了 i n t e r n e t 的功能，如b e n t l y 公司的计算机在线设备运行监测系统d a t am a n a g e r 2 0 0 0 可以通过网络动态数据交换( n e td d e ) 的方式向远程终端发送设备运行 状态信息；著名的n a t i o n a l l n s t r u m e n t s 公司也在它的产品l a b w i n d o w s c v i 以及 l a b v i e w 中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过w w w 、f t p 、e m a i l 方 式在网络范围内进行监控数据的传送。法国 a l a r m 研究组对生产过程的智能 报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。 国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。目前，西安交大、华中科技 大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果， 如西安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统 r m m d ”、华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统k b g m d ”、哈尔滨 工业大学的“微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统m m m d e s ”等【9 】。 计算机领域经历了一场新的革命，它结合了现代控制技术、图形技术，其 目标是随时随地为人们提供无缝的、高质量的、易用的、廉价的信息资源，使 5 武汉理工大学硕士学位论文 其能真正进入人们的生活。计算机监控系统的技术水平也从初期的模拟信息传 输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制l l 。 目前远程监控技术的主流是应用i n t e m e t 技术，在t c p i p 协议和w w w 规 范的支持下，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取 自己权限下的所有信息并及时做出响应。将来，嵌入式系统的发展会越来越迅 速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控系统上，是监控系统未来 发展方向之一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能， 可以使每个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务， 从而大大提高监控的质量和范围。 1 3 本课题完成的主要工作 本课题的主要任务是设计一个基于g s m 网络s m s 的无线远程监控终端。 它可以应用于人们的日常生活和某些工业生产等领域，具有一定的通用性。用 户可以对其各个端口根据具体的不同控制对象进行定义，使其能够更加符合实 际控制的操作习惯。用户只要使用一部手机就能够对受控对象实现实时的远程 监测和控制，使监控任务变得更加便捷。并且本终端完全是按照支持中文的要 求进行设计的，这样用户就可以用纯中文的方式进行操作：用户对终端的各端 口以中文的方式进行定义；用户手机对终端的访问也是以中文短信的形式进行； 终端反馈给用户手机的信息也是中文短信。 设计本监控终端的具体工作可分为以下几个主要方面： ( 1 ) 根据所需要实现的功能确定总体实现方案。确定系统的总体框架，完 成硬件设备的选型等。 ( 2 ) 根据总体方案完成硬件设计。 ( 3 ) 编写监控软件。 ( 4 ) 进行综合调试，实现预期设计功能。 1 4 系统功能介绍 本系统是采用短消息的形式来进行远程检测和控制的。监控终端外接的监 控对象有： 6 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 两个开关按纽控制其亮灭的l e d ，具体的代表含义由使用者自己设 定，例如：其中一个表示警情，如果现场操作人员按下警情l e d ，那么该l e d 就会亮，同时系统会发送中文短消息“报警”到控制权限者的手机；弹起该l e d ， 那么该l e d 就会灭，同时系统会发送中文短消息“撤警”到控制权限者的手机。 这样的话，工业现场操作人员就可以把现场的情况传达给远方的控制权限者。 同时，无论在什么时候，控制权限者都可以发送中文短信的方式查询此两个端 口状态。 ( 2 ) 一个红灯l e d 和一个绿灯l e d ，主要是用做控制权限手机给工业现 场操作人员传达信息的指示灯，有下面六种状态：“红灯亮”、“红灯灭”、“红灯 闪亮”、“绿灯亮”、“绿灯灭”、“绿灯闪亮”，具体要传达的意思需控制权限者和 现场操作人员约定。例如：控制权限者发送“红灯闪亮”给控制终端，则控制终 端收到该信息后就会执行此命令，红灯开始闪亮，现场人员看到红灯闪亮，就 会领会控制权限者的意思，进行现场操作，同时控制终端返回短消息“红灯闪亮” 到控制权限者手机以确认动作已经执行。同时，无论在什么时候，控制权限者 都可以发送中文短信的方式查询此两个端口状态。 ( 3 ) 八路继电器。可以控制与检测工业现场八个电器的工作情况。每一个 继电器在系统中都有一个用于约定好的名字，操作者只需要对名字进行命令就 好了。人机交流方便。继电器是一种电子开关，既可以作为工业电器应用，也 可以在家庭的电器中应用。 ( 4 ) 八个p l c 输入驱动口。可以给p l c 提供8 八路输入信号，可以满足 对一般的p l c 控制系统的远程控制。同样的，每个p l c 接口在系统中都有一 个用于约定好的名字，操作者只需要对名字进行命令就好了，人机交流方便。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章g s m 短消息( s m s ) 随着g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 移动通信网络的迅速 普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已提到十分重要的位置。 g s m 网络的通信技术成熟，覆盖面广，利用g s m 来实现远程数据的实时传输和对 远程目标的控制，无疑是对现有资源的最大利用。采用g s m 传输数据，不需要用户 自己建立基站，对用户的数量没有限制，几乎不受区域限制。为远程数据传送和监 控设备的通信提供了一个强大的支持平台0 2 。 短消息服务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ，s m s ) 业务作为g s m 网络的一种基本 业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各 种应用也蓬勃发展起来。短信息是随着网络的高速发展而进入人们生活的，它已 经成为现代人获取信息的重要的、便捷的手段f 1 3 1 。它打破了地域和时间的限制， 真正实现了用户与信息的同步，其传播效率具有传统媒体及互联网不能比拟的优 势。短消息业务与话音传输及传真一样，同为g s m 数字蜂窝移动通信网络提供 的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储 和前转功能，每个短消息的信息量限制为1 4 0 个字节。在短消息的可靠传递基础 上，g s m 网络与国际互联网技术的结合将给目前以提供话音服务为主的g s m 移 动通信网络带来新的生机。 g s m 通信网络具有覆盖范围广、性能稳定可靠、使用费用低廉等特点。近 年来( 3 s m 网络的短消息业务、u s s d ( 非结构化补充数据) 业务等增值业务 又越来越多的被应用于远程设备监控、数据采集等工业遥测、监控领域g s m 网络为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台0 4 1 。 2 1 短消息业务概述 短消息业务是在g s m 中唯一不要求建立端到端路径的业务，即使移动台已 处于完全电路型通信情形下也可进行短消息传输。g s m 短消息业务是g s m 通信 网络特有的，它不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址，利用信令信 道发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。 8 武汉理工大学硕士学位论文 短消息业务起初只被当成用来通知用户话音邮件到达的一种寻呼机制，但现 在越来越多的用作消息业务。通过短消息业务，g s m 用户能够很方便的与几乎 是世界各地的数字蜂窝网的其它用户交流简短消息 1 5 - 1 8 】。 短消息业务以数字蜂窝终端发送和接收短消息的能力为基础，s m s 是对发 送信息具有保证的双向服务，与普通的寻呼机制不同。寻呼机的发送方不清楚 消息是否发送成功，而s m s 发送方可以在将短消息发送出去之后得到一条确认 通知，返回传递成功或失败的信息，以及不可到达的原因。即使目的蜂窝终端 不在网络中( 比如关机或是不在服务区内) ，g s m 网络也会保留发给它的短消 息并当该终端又出现在网络内后进行传递。 传送短消息业务的信道为专用控制信道( d c c h ) 。d c c h 为点对点双向控 制信道，包括独立专用的控制信道( s d c c h ) ，快速随路控制信道( f a c c h ) 和慢速随路控制信道( s a c c h ) 。短消息的传输是在s d c c h 或s a c c h 中进行。 短消息业务包括点对点短消息( s m s ) 和小区广播( c b s ) 。点到点短消息业务 是通过移动业务起始( m o b i l eo r i g i n ，m o ) 和移动业务终止( m o b i l et e r m i n a l ，m t ) 将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。而小区广播短消息业务 则是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短消息用户发送短消息业务。因 此根据不同的要求和情况可以采用不同方式的短消息业务。通常我们所说的短 消息主要指的是点对点短消息。点对点短消息( p o i n tt op o i n ts h o r tm e s s a g e ) 是通过移动通信网的信令信道传送简短文字信息的业务。有线是通过7 号信令 网，无线是通过s d c c h ( 未通话时) 或s a c c h ( 通话中) 信道传送。短消息 最大消息长度为1 4 0 个字节。点对点的短消息服务可以实现双向计费性传送。 它提供的服务方向可以是固定用户接向移动用户，或者相反。固定用户不必关 注移动用户所在的位置。短消息服务必然导致短消息服务器的出现，它们是短 消息服务中心s m s c ( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t r e ) 或服务中心s c ( s c r v i c e c e n t r e ) 。点对点的短消息业务是由短消息业务中心完成存储和前转功能的。一 个短消息传输网络是由移动交换中一凸, ( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r ，m s c ) 、s m s 网 关( s m s - - g a t e w a ym o b i l es e r v i c e sc e n t e r ，s m c g w m s 或s m c g m s c ) 、位置归 属寄存器( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ，h l r ) 、访问位置寄存器( v i s i t o rl o c a t i o n r e g i s t e r ，v l r ) 和短消息服务中心s m s c 、以及短消息实体( s h o r tm e s s a g ee n t i t y ， s m e ) 移动台m s 等部分组成的【1 9 啦】。如图2 1 所示。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 1 短消息传输网络的构成 短消息实体s m e ：接收和发送短消息的实体，包括移动用户、固网用户、 语音信箱、信息点播平台和i n t e m e t 等； 短信息服务中心s m s c ：负责在基站和s m e 间中继、存储或转发短消息； 移动交换中心m s c ：负责系统切换管理，并控制来自或发向其它电话或数 据系统的拨叫； s m s 网关s m c g w m s ：接收由s m s c 发送的短消息，向h l r 查询路由信息， 并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心； 归属位置寄存器h l r ：用于永久存储由s m s c 产生的管理用户和服务记录的 重要数据库。s m s 网关与h l r 之间的协议使前者可以要求h l r 搜索可找到的用 户地址。它与m s c 、h l l 晓间的协议一起，能在移动台因超出覆盖区而丢失报 文、随后又找到时加以提示； 访问位置寄存器v l r ：含有用户临时信息的数据库，以便交换中心服务访 问用户时使用这些信息。 短消息业务中心完成短消息的中继和存储转发功能。s m s c 到m s 递交短 消息时，短信息首先通过网关s m s g m s c ，查询归属位置寄存器h l r 获得路 由信息，再将短消息送到m s ；m s 到s m s c 递交短消息则是通过网关 s m s i w m s c 完成。在传送短消息协议数据单元( 皿d u ) 后，接收方会返回一 个接收状态报告给发送方，并设置相关的寄存器状态位，以保证通信可靠性。 移动始发的短消息从移动台接入系统开始，到收到短消息中心发来的发送 l o 武汉理工大学硕士学位论文 成功为止。短消息的发送过程如图2 2 所示。 l m sm s c v l ri l h l r li 5 1 v l s 一： w 船c s c 取发送用户的 发送短消息。 相关信息 确认 7 转友鬟显￥冉思、 短消息发送 确认转发完成 发送完成确认 确认 图2 2 短消息发送过程示意图 当某移动用户发送一条短消息时，处理该移动用户请求的移动业务中心 ( m s c ) 则从访问位置寄存器( v l r ) 中获得用户的相关信息。当v l r 返回相关信 息后，m s c 晦 交互移动业务中- 已, ( i w m s c ) 转发短消息。通过i w m s c ，把短消息 送至s c 。s c 接收到短消息后给i w m s c 发一确认消息。随后i w m s c 向m s c 发送 转发完成的确认消息，最后m s c 告知移动用户短消息已转发完成。 移动终结短消息的过程与移动用户被呼叫的过程类似。接收短消息的流程如 图2 3 所示。 i s i d s c s m s - g e s ch l r v ：l rm s cm s 取转发 发送短消息 路由信息 糖私7 转发短消息 取接收用户信息 寻呼移动用户 寻呼 一 请求确认 寻呼响应 确认 接收短消息 ，丘、- 址l ，_ j l一确认 7 确认 1 1 用认稀友冗厥 图2 - 3 短消息接收过程示意图 l l 武汉理工大学硕士学位论文 接收短消息时短消息中, t ) , s m s c 将收到的短消息发送至关口g m s c ，g m s c 根据所收到的短消息内容向h l r 查询，取得发送短消息所必须的路由信息，然 后将短信传送给短信接收者所在的m s c 。然后，m s c 向且申请要接收短消息 用户的信息，v l r 接到此消息后，则开始寻呼( 或寻找) 移动用户过程：首先，v l r 通过m s c 在其区域内寻呼移动用户，一旦用户被找着，m s c 就收到寻呼响应信 息，并向v l r 返回寻找用户确认消息，v l r 得到此消息后，回送给m s c 申请用 户信息的确认。m s c 收到该消息后，则开始向用户转发短消息。转发完后，用 户发一确认消息至m s c 。然后，m s c 给g m s c 回一确认消息，最后g m s c 向s m s c 送确认信息表明短消息己成功转发f 2 3 j 。 g s m 网络中的短消息业务不占用话音通信的信道，费用低廉，对用户极具 吸引力。短消息业务的出现