（机械电子工程专业论文）gprsgsm在安全监控及数据采集中的应用.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 本文针对无线通讯技术在工业及民用中的应用情况及所面临的问题，进行了深入研究。通过设 计两个具体的应用系统一一基于g s m 短消息的远程安防监控系统和基于g p r s 的流量仪表数据采集 系统，成功运用了g s m 短消息，g p r s 这两项无线通讯技术，并分析了这两项技术的应用特点及各 自适用的场合。本文主要进行了以下几项研究工作；首先对这两个具体的工程项目进行了分析，选 择了g s m 、g p r s 这两项合适的技术进行系统组建；其次研究g s ms m s 及g p r s 这两项技术的相 关知识点，分析其备自特点，提出建立基于该两项技术的系统的技术难点，最终提出解决方案，并 从软硬件上完成了方案的展终实现。在远程安防监控系统设计过程中，着重研究了g s ms m s 的特 点，提出了短信应答超时重发等一整套安全保障机制，从软硬件两方面保证系统的正常可靠；对于 基于g p r s 的流量仪表数据采集系统，在实现系统基本功能的基础上，分析了目前应用系统通讯成 本过高的原因，提出并实现了降低系统运行成本、提高系统数据传输效率的有效方案。论文共五章， 分述如下： 第一章概括介绍了无线通讯技术在工业及人们日常生活中的应用情况，指出了本课题研究的内 容和意义。 第二章对无线通讯领域的g s m 的s m s 技术和g p r s 技术进行了详细介绍。介绍了它们自身的 特点、工作原理，及其应用系统的组网方式。并从各自的特点原理出发，分析了二者各自适用的系 统。 第三章详细介绍了基于g s ms m s 的远程安防监控系统的整个设计过程。包括g s m 数据终端 的软硬件设计及监控中心的软件在整个设计过程中，着重考虑了系统的可靠性问题，根据系统及 s m s 的特点，提出了硬件上多重检查、软件上应答及超时重发等一整套安全保障机制。最后的测试 结果展示了系统正常运行情况，证实了可靠性机制的有效性。 第四章讨论的系统则涉及移动通讯领域中男一个技术一一通用分组无线业务( g p r s ) 。本章从 g p r s 应用系统特点出发，分析了目前基于g p r s 的仪表数据采集系统存在的通讯费用过高这一缺 点的原因，从而提出了基于唤醒模式的低通讯成本方案，并详细阐述了系统相关软硬件的设计。该 方案的实施切实降低了系统运行成本。 第五章为本文的总结与展望部分。主要从创新性和工程性两个方面为本课题作了最后总结。 关键词：无线通讯，全球手机系统，短消息，通用分组无线业务，远程监控系统，安防，流量 仪表，数据采集系统，m c 3 5 i ，数据终端，数据中心 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e ra i 瞄t os o h , et h ep r o b l e m se n c o u n t e r e dw h e nw ea p p l yw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yt oi n d u s u ya n dc i v i lf i e l d s t h er e s e a r c hb a s e s0 9t w op r o j e c t s ，t h es a f e t ys u p e r v i s es y s t e m b a s e do ng s ms m s ，a n dt h ef l o w m e t e r sd a ma c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do i lg p r s t h ed e s i g nf o rt h et w o p r o j e c t s , m a k e st h eg r e a tu o ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t i l ep a p 既d e s c r i b e st h es y s t e md e s i g na td e t a i l s , i n c l u d i n gt h eg s md a t at e r m i n a le q u i p m e n t , t h e g p r sd a t at e r m i n n ie q n i p m e n t t h eh a r d w a r ed e s i g n ，s o f t w a r ed e s i g na n dn e t w o r k ss t r u c t u r e t h e n a n a l y s e st i l ec h a r a c t e r i s t i co ft h et w os y s t e m s ，c o n c l u d e st h ed i f f i c u l t i e sd u r i n gs y s t e md e s i g n i n g , a n d w o r k so u tt h e i rc o n c r e t er e a l i z i n gs c h e m e f o rt h es a f e t ys u p e r v i s es y s t e m ，t h ep a p e rm a k e sg r e a te f f o r tt o r e s e a r c ht h ec h a m c t e r i s t i eo ft h eg s ms m s ，a n dt h e nw o r k so u ta no v e r a l lm e t h o dt oe n s u r et h es e c u r i t y a n dr e f i a b f l i t yo ft h es y s t e m f o rt h ef l o w m e t e r sd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do ng p r s ，t h ep a p e r r e s e a r c h e si n t e r n a t i o n a lp o h n ，t o p o i n tp r o t o c o l , c o m p l e t e st h ep r o g r a mf o rt h eg p r st e r m i n a lt od i a lu p a n de s t a b l i s ht h ew i r e l e s sl i n kt og p r s t h eg r e a tc o n t r i b u t ef o rt h i ss y s t e mi st h a tt h ep a p e rp r o v i d e sa n e f 6 c i e n tw a y , w a k e - u p - m o d e , t od e c r e a s et h eh i 曲c o m m u n i c a t i o nf e ea n dm a k ei tm o r ee f f i c i e n ta tt h e s a m el i m e t h i sp a p e r c o n s i s t s o f f i v e c h a p t e r s ： t h ec h a p t e r1s h o w st h ea p p l i c a t i o no f w i r e l c s sc o m m u n i c a t i o ni nt h ei n d u s t r yf i e l d sa n dc i v i lf i e l d s , a n dt h e ni n t r o d u c e st h ec o n t e n t sa n dt h ei m p o r t a n tm e a n i n g so f t h i sp a p e r t h ec h a p t e r2e x p a t i a t e ss m sa n dg p r sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya td e t a i l s ，i n c l u d i n gt h e i r c h a r a c t e r , t h e r o ya n dt h em e a n so fs t r u c t u r i n gn e t w o r k s a tl a s t , t h ea u t h o r a b s t r a c t st h ed i f f e r e n c e b e t w e e ng s ms m sa n dg p r st e c h n o l o g y , a n d # r et h e i rr e s p e c t i v ea p p l y i n g 五e l 以 c h a p t e r3 w o r k so n tt h ed e s i g no ft h er e m o t es a f e t ym o n i t o r i n gs y s t e m , i n c l u d i n gt h ed e s i g no fg s m t e r m i n a l e q u i p m e n t a n d t h es o f t w a r e o f t h a d a t a c e r t t e t s e t v e t t h e s a f e t ya n d r e l i a b i l i t y o f t h es y s t e m i s t h e m o s ti m p o t t a l rt h i n gt os t u d yd u r i n gt h ed e s i g np r o c e s s t h ep a p e rp r e s e n tao v e r a l lm e t h o df o rt h e s y s t e m ss e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t y , a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i co fs m sa n dt h ef e a t u r eo ft h es a f e t y m o n i t o r i n gs y s t e m t h et e s t ss h o wt h a ti t sc o r r e c ta n de f f i c a c i o u s c h a p t e r4m a i n l y d i s c u s s e sa n o t h e rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e ( g 隙s ) t h i sc h a p t e ri n t r o d u c e st h ew i r e l e s sm e t e r sd a t aa c q u i s i t i o na n dm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e d o ng p r sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y r e a l i z i n gt h ed i s a d v a n t a g eo ft h es y s t e m , h i g hc o m m u n i c a t i o nf e e , t h ep a p e rp u t sf o r w a r da e f 矗c i e n tw a k e - u p - m o d et od e c r e a s et h ef e ea n dd e s c r i b e st h ec o n c r e t ed e s i g n , b o t ht h eh a r d w a r ea n dt h es o f t w a r e 浙江大学硕士学位论文 c h a p t e r5i st h es u m m a r ya n dt h ep r o s p e c t s t h ep a p e r $ u m m a r i z ct h er e s e a r c ha sc r e a t i v ea n d k e yw o r d s ：w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n , o s m , s m s ，g p r s ，s a f e t ys u p e r v i s es y s t e m , f l o wm e t e r s , d a l a a c q u i s i t i o ns y s t e m , m c 3 5 i , d a t a t e r m i n a le q u i p m e n t , d a t ac e n t e rs c e f 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本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，也不包含为获得逝鋈盘生或其他教育机 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谢意。 学位论文作者签名：今霸_ 签字日期： 御年孑月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盘鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：仓桫 签字日期：泖6 年弓月7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：钐_ ；b 签字日期：印以年3 月7 日 电话： 邮编。 浙江大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 无线技术在工业及民用上的应用及优势 随着工业的不断发展，人民生活水平的不断提高，很多传统技术已不能满足现代生活及工业的 要求，越来越多的系统需要无线通讯等先进技术的支持。在很多应用领域，无线技术也的确有着其 他技术无法比拟的优点从以下两个例子中可见一斑。 工业上，经常需要对远程自动化系统的进行监控，传统技术多采用有线方式。然而，方面， 在偏远地区，控制单元的监控点分散，相距较远，环境恶劣，实现有线网络的远程监控十分困难， 即使实现，其造价成本、维护费用都是相当高的另一方面，随着社会的发展。有许多远程分散式 系统的控制也需要对各个控制单元进行远程集中控制，如农业灌溉自动化系统，中央空调控制系统， 广幅地域环境监测系统等。这一需求，更是突现了传统有线技术的缺陷。而采用无线技术后，这些 传统技术难以解决的问题，都变得十分简单了。比如采用近年来迅速发展的6 s m 公众通信网进行这 些远程系统的数据远传，就无需考虑距离区域等问题了。而且这种系统，不用挖地铺线前期造价 低，后期维护方便，是一种经济可靠的方案。目前快速发展的无线通讯技术，还能提供远程视频传 输，如通过g p r s 技术，可以说，在很多方面无线技术已能完全替代有线方式了。“ 现代家庭中水、电，气表( 三表) 的运用与老百姓生活息息相关。传统的入户抄表给用户带来了 不便，浪费大量的人力资源且收费难；智能抄表应用而生，要进行智能抄表就必须建造传输数据的 网络。g s m 移动公网的全球普及，g s m 6 p l c s 等无线通讯技术的发展为之提供了怠好的网络平台和简 易的系统实现方案。1 1 2 无线移动通信技术 随着无线技术的不断应用，移动通信技术得到了迅猛发展，移动公网进行数据传输成为越来越 多用户的明智选择。移动通信具有如下特点：p 1 1 无铺设线路的麻烦，因而降低了建设资金，并且建设周期短； 劲网络设备简单，组网方便、灵话； 3 )通信快速方便，覆盏面广。可追踪移动系统，并确保信息可靠传递； 可作为地面有线数据网络的延伸与补充； 5 )系统结构可扩充，系统可用性高。 凭借着这些优点，电信的移动公网覆盖范围又愈来愈大，可以说已经覆盖全球。提供的信息服 务也愈来愈多，例如基本的数传( d a 啪、短信( s n b ) 还有应用前景更加广阔的g s m - g p r sc d m a - i x 现有的这种稳定可靠的网络，给工业及民用上的各种应用技术架构于整个网络上带来了极大的方便， 利用该网络实现用户信息的广泛覆盖，轻松传输，已经成为不可阻挡的主流，有着广阔的市场前景。 在人们的日常生话和娱乐方面，不难发现g s i g p r s 技术的广泛应用：手机随处可见，g p r s 手 机也是越来越普遍，用g p r s 手机可进行高质量的通话、收发短信和彩信、进行q q 聊天，还可拨号 上网浏览阙页；基于g p i l s 的m o d e m 还可无线拨入i n t e r n e t ，大大方便了人们的生活和办公而在 浙江大学硕士学位论文 工业应用中，经过人们的不懈努力，g s g p r s 技术表现更加出色，在各种导航定位系统、物资调度， 远程视频传输系统、城市水资源检测，配电自动化、自动化抄表和工业监控等许多大型工程项目中 都得到了广泛应用。简言之，无线技术，使得工业及民用中的某些系统的建立得以实现，并变得十 分简单。“” 随着网络通信技术的普及，相信g p 脑g s m 的这种需求和应用将会越来越多。而以往的很多有线 通讯也将会被无线通讯取代。因此，掌握好g p r s g 跚的开发和应用技术，能大大提高我们的市场竞 争力。同时，在根据用户需求，完成对他们特定系统的开发的过程中，我们可以积累更多的g p r s g s m 等无线技术应用上的经验，进一步掌握g p r s 的关键技术，并形成自己的产品，即可期待更广阔的市 场前景。 1 3 本课题研究的内容及意义 1 3 1 研究内容 此次课题的研究内容主要架构在两个特定的工程项目上：，无线远程安防监控系统的设计； 二，基于g p r s 的流量计数据采集及监控系统的设计。这两个系统都应用了无线移动通信技术，建 立在当前强大的移动公网基础上，且根据所设计的系统的特点，在现有的移动通讯技术中选择了最 适合、最经济的两项技术。 项目一，无线远程安防监控系统，应客户方保定移动公司要求，实现对保定下属2 3 县移动大楼 的办公室、配电室、库房等的烟雾及水浸报警情况进行监控，报警信息通过无线方式实时传至保定 市移动大楼的监控中心处，进行集中远程监控与管理。 根据前期的考查结果及用户要求，该系统采用了g s m 的短消息方案，即采用发送短信的方式， 进行监控中心和现场受监控终端之间的报警信息等数据的传输。鉴于安防监控系统数据量不丈，传 送次数不多的特点，短消息方式无疑是比较适合的一种方式。该方式下，现场的无线终端模块的核 心是g s mm o d e m 和作为控制器的单片机。 该项目从最初的方案设计到最后的实施完成均为本课题的研究任务。具体内容包括以下几个方 面： 1 ) 研究分析客户需求和实际应用情况，搭建基于无线方式的远程安防监控系统的整体框架： 2 ) 研究并设计基于g s mm o d e m 的数据终端的硬件； 3 1 研究g s ms m s 数据传输特点，研究系统设计的关键及难点所在，提出可靠性方案； 4 ) 研究和分析用户及系统对数据中心的要求，建立监控的数据中心软件系统。 项目二，基于g p r s 的流量计数据采集系统 该系统是为上海天信仪表公司的流量计仪表的数据采集和监控而特定开发的。该系统中，流量 计仪表通过g p l l s 连上g p r s 网络和因特髓。向连接于因特网中的数据中心传送瞬时流量、累计流量 等仪表信息，并接受数据中心的查询监控 2 浙江大学硬士学位论文 该项目在之前的基础上，继续完成了以下这些内容： 1 ) 研究p p p 协议，分析总结建立p p p 连接的过程，分析和学习前人的设计思路和方法，在a r m 上实现拨号上网建立p p p 连接的程序。 2 ) 完成基于g p r s 的仪表数据采集数据终端的硬件软件设计工作 3 ) 研究分析在g p r s 网络与i n t e r a c t 上数据链路的特点和数据通信的特点，提出并实现切实降 低系统运营费用的方法。 4 ) 研究流量计等仪表通讯接口的特点，设计并实现提高系统运行效能的方法。 1 3 2 研究意义 本课题完成了两个基于无线数据传输的工程项目。在开发和修改这两套系统的过程中提出了保 证系统可靠性、高效性及低运营费用的解决方案。 而两项目中形成的产品6 s m 终端模块和g p r s 终端模块，在工业应用中具有一定的通用性。可 以广泛地应用于这种基于无线模式的数据信息传输系统中，而这种系统在工业及市民日常生活中也 已越来越常见了因此此次课题研究的具体内容虽然是为一特定项目开发两作，但不仅为合作单位 降低了产品成本，周肘也积累了更多的g p r s g s 旌应用上的经验，进一步掌握了g p l i s 、s j l s 豹关键技 术。所形成的产品，凭借其实用性可期待更广阔的市场前景。本课题为今后在g p r s g s m 技术开发及 应用上的进一步发展，奠定了坚实的理论和实践基础。 3 浙江大学硕士学位论文 第二章无线技术g s ms m s g p r s 简介 2 1g s m 介绍 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 ) 是一种无线数字蜂窝通信系统网络规范。它 定义了建设该网络及提供服务的各种标准，这些标准有欧洲电信标准化协会( e t s i ) 掌管。实现中 通常使用的频率为9 0 0 m i l z ，1 8 0 0 姗z ，1 9 0 0 m h z 御其中中国的g s m 网实现在9 0 0 b z 和1 8 0 0 m i i z 的 频率上，也就是常说的g s m 的双频。我国g s m 移动通信网具有提供语音业务、传真、短信等通信业 务的能力，其中短信功能因覆盖范围广、投入成本低、可靠性较好等优点，适合于设计一些无线应 用系统和产品，能满足实时性要求不商的小数据业务的需要。“”比如基于g s ms m s 的无线抄表系统， 路灯监控系统等。 2 1 1s m s 的概念及特点 s m s 是短信息服务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 的简称，是通过手机发送和接收有限长度的文本 信息的功能。文本信息是词语，数字和字母的组合，一条短消息可以包含1 6 0 个英文字母( 7 一b i t 编码) 或7 0 个非拉丁字母( 1 6 一b i t 编码) ，如中文汉字或阿拉伯字等u n i c o d e 编码。s m s 属于g s m 第一阶段( p h a s e1 ) 的标准。但目前s m s 已经被集成到了很多网络标准中，g s l ；【，c i ) m a ，t i ) m a ，p l i s ， p i ) c 等移动网络都支持s m s ，这使s m s 成为一项非常普及的移动数据业务。 s m s 具有以下几方面的特点： 1 ) s m s 采用的是存储一转发模式，印短消息蔹发送出去之后，不是直接发送给接收方，而是先 存锗在短信服务中心( s h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e r ，s m s c ) 。然后再由短消息中心将短消息转发 到接收方。如果接收方当时关机或不在服务区内，s m s c 就会自动保存该短消息，等到接收方在服务 区出现的时候再发送给他。 2 ) s m s 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 璐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，以及不可达的原因。 3 ) s i t s 可以与语音，数据，传真等业务一起进行同步传输。由于s i t s 是非对称业务，它使用短 消息s s 7 信令信道传输数据分组。所以即使在业务信道处于高峰期的情况下，也照样可以使用短消 息顺利通信，s m s 还可以实现全国和国际漫游 2 1 2s m s 的开发 6 s m0 7 0 5 及g s m 0 7 0 7 协议中对终端设备跟移动台之间的通信作了规定图2 1 即为来自g s m 0 7 0 7 的连接简圈 4 浙江大学硕士学位论文 图2 16 s m 协议中t e 和旺的连接 n e l m 船雕 m e ( m o b i l ee q u i p m e n t ) ：是最低层的通信模块，它负责无线的传输。 t a ( t e r m i n a la d a p t o r ) 是a t 命令的解释器，使整个娅的外部接口标准化。t a 的接口就是 著名的a t 命令集。e t s i 标准的g s m0 7 0 7 - 5 0 0 ( a tc o m m a n ds e tf o rg s mm o b il ee q u i p m e n t ) 详细 描述了a t 命令集的规范。九十年代初，a t 命令仅被用于m o d e m 操作。由于没有控制移动电话文本 消息的先例，因此开发了种叫s m sb l o c km o d e 的协议，通过终端绽备( t e ) 或电脑来完全控制 s l i s 。几年后，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和i l p 共同为g s m 研制了一整套 a t 命令，其中包含对s 峪的控制。a t 命令在此基础上演化并被加入g s m0 7 0 5 标准，以及之后的 g s h0 7 0 7 标准。 t e ( t e r m i n a le q u i p m e n t ) ：是类似计算机的终端，用来控制m e 。 对s m s 的控制共有三种实现途径： 最初的b l o c km o d e ； 基于a t 命令的t e x tm o d e ： 基于a t 命令的p d um o d e ； 到现在，p i ) u 已取代b l o c k m o d e ，后者逐渐淡出。t e x t 蜘d e 和p d u ( p r o t o c o ld e s c r i p t i o n u n i t ) m o d e 都是基于a t 指令的。如果要阅读手机上的短消息，手机会为你选择一种合适的编码。那么一 个可以阅读s m s 消息的应用要么使用文本模式，要么使用p o u 模式。如果使用文本模式，那么应用 将被绑定( 或受限) 于一些预先 殳置的编码选择中，在某些情况下这是不够的。如果使用p 叫模式， 那就可以使用任何编码方式。 基本的p d u 命令是a t + c m g r 。a t + c m g l ，a t + c m g s 例如读取电话上全部未读过的s m s 消息，最 简单的办法是用a t + c m g l = o ；而用a t + c m g l = 4 则可读取全部s m s 消息，无论已读过与否再如a t + c 粥f = o 用于设暨p d 【j 模式，a t + c s m s = o 用于检测m o d e m 是否支持s m s 命令。这些a t 指令还有很 多，详细地说明可见g s m0 7 0 7 协议。而在开发中控制和使用g s m g p l c s 等无线传输模块进行数据交 换就是通过这些a t 指令的本文第三章将在短信收发的例子中说明这些常用a t 指令的用法 浙江大学硕士学位论文 2 2g p r s 介绍 g p r s 是通用分组无线业务( g e n er a ip a c k e tr a d l os e r v i c e ) 的简称。作为第二代移动通 信技术g s m 向第三代移动通信( 3 g ) 的过渡技术，它是由英国b tc e l l n e t 公司早在1 9 9 3 年提出的。 是g 强p h a s e 2 + ( 1 9 9 7 年) 规范实现的内容之一，是一种基于g s w 的移动分组数据业务，面向用户提 供移动分组的i p 或者x 2 5 连接。用户通过g p r s 可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包 括收发e 一i 1 、进行i n t e m e t 浏览，即时聊天等。 g p r s 以g s w ( 全球手机系统) 为基础，和g s m 共用相同的基站和频谱资源，采用与g s m 相同的 突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的t d 姒帧结构。但它突破了g s m 网只能提供电路交换 的思维方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改 造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。 正是因为g p r $ 使用现有的g s i l 无线网络，只是在其基础上增加了一些硬件最备和软件升级。困 此。实现g s m 升级至g p r s 非常容易，且中国移动借助原g 跏网络，所以g p r s 覆盖非常广。目前中 国移动g p r s 网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区，网络遍及2 4 0 多个城市。 g p r s 和以往连续在频道传输的方式不同是以封包( p a c k e t ) 式来传输，并非使用其整个频道， 因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，理论上较为便宜。 2 2 1g p r s 的特点及应用 g p r s 的主要特点可以概括如下： ( 1 ) g p r s 采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源 的利用。 ( 2 ) 定义了新的g p r s 无线信遭，且分配方式十分灵活：每个t d m a 帧可分配l 剑8 个无线接口 时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向f 链路的分配是独立的。 ( 3 ) 支持中、高速率数据传输，可提供9 0 5 一1 7 l 2 k b i t s 的数据传输速率( 每用户) 。g p r $ 采用了与g s m 不同的信道编码方案，定义了c s l 、c s 屯、c s - 3 和c s - 4 四种编码方案。 ( 4 ) g p r s 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。 ( 5 ) g p r s 支持基于标准数据通信协议的应用，可以和i p 网、量2 5 网互联互通。支持特定的点 到点和点到多点服务，以实现一些特殊应用如远程信息处理。g p r s 也允许短消息业务( s 惦) 经g p r s 无线信道传输 ( 6 ) g p r s 的设计使得它既能支持问歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。它 支持四种不同的q o s 级别g p 路能在0 5 1 秒之内恢复数据的重新传输。g p r s 的计费一般以数 据传输量为依据。 ( 7 ) 在g s wp l w n 中，g p i c s 引入两个新的网络节点：一个是g p r s 服务支持节点( s g s n ) ，它和m s c 在同一等级水平，并跟踪单个璐的存储单元，实现安全功能和接入控制节点s g s n 通过帧中继连 接到基站系统另一个是g p r s 网关支持节点g g s n ，g g s n 支持与外部分组交换网的互通，并经由基 6 浙江大学硬士学位论文 于i p 的g p r s 骨干网和s g s n 连通 ( 8 ) g p r s 的安全功能同现有的g s m 安全功能一样身份认证和加密功能由s g s n 来执行其中 的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前o s g 中的一样，不过g p r s 使用的密码算法是专为分组数 据传输所优化过的。g p r s 移动设备0 忸) 可通过s i g 访问g p 魑业务，不管这个s i m 是否具备g p r s 功 能 ( 9 ) 蜂窝选择可由一个m s 自动进行，或者基站系统指示璐选择某一特定的蜂窝。船在重选择 另一个蜂窝或蜂窝组( 即一个路由区) 时会通知网络。 ( 1 0 ) 为了访问g p r s 业务，鹏会首先执行g p r s 接入过程，以将它的存在告知网络在惦和s g s n 之间建立一个逻辑链路，使得惦可进行如下操作；接收基于g p r s 的s m s 服务、经由s g s n 的寻呼、 g p r s 数据到来通知 ( 1 1 ) 为了收发g p r s 数据，骼会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使鹏可被相应的g g s n 所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。 ( 1 2 ) 用户数据在惦和夕卜部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：数据 包用特定的g p r s 协议信息打包并在m s 和g g s n 之问传输。这种透明的传输方法缩减了g p r sp l 对 外部数据协议解释的需求而且易于在将来引入新的互通协议用户数据能够压缩，并有重传协议 保护，因此数据传输高效且可靠。 ( 1 3 ) g p r s 可以实现基于数据流量业务类型及服务质量等级( q o s ) 的计费功能，计费方式更加 合理，用户使用更加方便。 ( 1 4 ) g p r s 的核心网络层采用i p 技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的 i p 网无缝连接。 g p r s 作为一组新的g s m 承载业务，以分组模式在p l m n 和与外部网络互通的内部网上传输。因 此在有g p r s 承载业务支持的标准化网络协议的基础上，g p r s 网络管理可以提供( 或支持) 一系列的 交互式电信业务。在我们的日常生活和娱乐中，g p r s 在以下这些方面得到了很好的应用。 1 ) 城市配电网自动化系统与抄表数据传输； 2 )自来水，煤气管道，闸门，泵站与水厂监控； 3 ) 环境保护系统数据采集； 4 ) 三防与水文监测； 5 ) 气象数据采集； 6 )无人值守( 如仓库，办公楼和电信基站等) 监控与维护； 7 ) 车载移动银行； 8 ) 物流调度； 9 ) p o s 机联网； 1 0 ) 移动证券交易和信息查询； 1 1 ) 交通流量监浏和车载违章监测。 7 浙江大学硕士学位论文 2 2 2g p r s 工作原理 g p r s 是个十分复杂的系统，这里简要介绍一下将g p r s 应用于各数据采集、监控系统有关的或 应了解的知识 图2 2 展示了，移动台( 仃) ，与之相连的终端设备( t e ) 、g p r s 网、以及外部网之间的关系嘲 图2 3 形象显示了g p l c s 网络中各功能块和各接口的逻辑关系 圉2 2g p r s 各接口和参考点 图2 3o p r s 功能单元与逻辑接口 g p r s 是在原有g s m 系统建立起来的，其数据业务主要是在新引入的网络单元中进行。新引入的 弼络单元可分为无线部分和数据部分。如p c u ( p a c k e tc o n t r o lu n i t ，分组控制单元) 属于无线管 理部分，是嵌入在图2 2 的b s s ( b a s es t a t i o ns u b s y s t e m ，基站子系统) 中的；s g s n ( s e r v i c e g p r s s u p p o r tn o d e ，g p r s 业务支持节点) 属于无线管理和数据管理公用部分：c 箍s n ( g a t e w a y g p r ss u p p o r t 3 浙扛大学硬士学位论文 n o d e g p r s 网关支持节点) 则完全属于数据管理部分对各功能块和逻辑接口简单了解一下应该可 知6 p r s 网络的大致工作原理 p c 【i 在b s s 中和b s c ( 基站控制器) 协同作用。提供无线数据的处理功能，如逻辑链路与物理 链路的映射、数据包的拆封、数据包的确认，无线数据信道的分配等。它控制多个m s 共享同一无线 信道或一个螨使用多个无线信道进行接入，并进行多个用户的碰撞控制；p c t 可以根据无线环境决 定不同编码方式的使用与转换，并提供r l c ( r a d i ol i n kc o n t r o l ，无线链路控制) 层数据传送的 确认；它还用以进行小区g p l i s 功能管理，执行小区与m s 数据流量控制。 s g s n ( g p l c s 服务支持节点) 通过g b 接口提供与无线分组控制单元p c i 的连接，进行移动数据 的管理，如用户身份识别、加密、压缩等通过g b 接口上的逻辑信道采用虚电路进行到j l s 的分组 数据传送，并提供数据流的流量控制。s g s n 控制建立和管理附着用户的相关信息数据库( 即吼 c o n t e x t ) ，以及就绪( r e a d y ) 状态下用户的相关p d p ( p a c k e tp a t ap r o t o c o l ，分组数据规程) 信 息( p d pc o n t e x t ) 。在用户附着阶段，通过g r 接口与h l r ( h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ，家区位置寄 存器) 建立信令连接，提取用户信息，参与鉴权与加密过程，并存储用户的相关数据，形成用户数 据库；在用户激活p d p 阶段，s g s n 负责进行用户a p n ( a c c e s sp o i n tn a m e ，业务接入点) 的选择和控 制，并通过与d n s 的协同工作得到a p n 所属g g s n 的地址，然后在与相关g g s n 进行s 协商的基础 上建立连接，获得用户动态地址，从而形成用户的p d p 相关数据；在用户就绪状态s g s n 控制路由区 的更新i 在数据传送过程中，s g s n 负责数据包的压缩、封装，分段重组，以及相关逻辑链路的建立、 释放和负荷分担工作。s g s n 通过g n 接口与g g s n 相连或其它s g s n 连接。提供i p 数据包到无线单元 的传输通路和协议交换或路由区的更新等功能；s g s n 还可以提供与m s c ( m o b i l es w i t c h i n g c e n t e r ， 移动交换中心) 的g s 接口连接，以及与s 骼c 的g d 接口连接，用以支持数据业务和电路业务的协同 工作和短信收发等。s g s n 还完成相关的s - c d r 与m - c d r 等计费信息的收集和传送。 g g s n ( g a t e w a yg p r $ s u p p o r tn o d e ，g p r s 网关支持节点) 根据a p n 信息进行g p r s 系统到外部 网络的连接和路由选择，并配合d h c p 服务器完成用户动态地址分配g g s n 还进行g n 接口和g i 接 口管理，完成外部数据包的传送工作。g g s n 在激活p d p 上下文阶段，根据用户所需接入的网络信息 ( a p n ) 从d h c p 服务器获得动态用户地址，并配合s g s n 在1 4 s s g s n g g s n 中形成用户的p d p 数据， 其中包括i l l s i 、n s a p i 、a p n 、i p 地址、以及相关的s g s n g g s n 地址等，从而保证后续数据传送过程 的顺利进行在下行数据传送阶段，g g s n 进行数据包的报头封装，并根据p d p 相关数据或通过h l r 获得的舔所在s g s n 的地址，将数据经g n 接口的g t p 隧道协议传送至s g s n ；对于上行数据传送， g g s n 去g t p 封装并将数据经g i 接口路由至相应的服务器或地址。g g s n 还提供相关的g c d r 计费信 息的收集和传送工作 通过上述的认识，结合图2 2 和图2 3 可知，在工业应用设计中，最关键的接口是u 皿接口、g i 参考点( r e f e r e n c ep o i n t ) ”1 以及r 参考点t j m 是盯和g p r s 网络进行无线连接的空中接口 g i 是g p r s 网与外部数据网( 指分组数据网( p d n ) 如i n t e r n e t ，和其它网络如x 2 5 ，x 7 5 等) 的 数据通信接口。r 参考点则把他和l f r 结合为鸺，即是硬件设计要着重考虑的部分。下面将进一步 分析这三个重要接口的功能 9 浙江大学硕士学位论文 无线接口u m 是移动台0 l s ) 与基站( b t s ) 之问的连接接口，该接口标准遵循g s m 系统的标准。与 g s g 系统相同，在g p r s 系统的空中接口中，一个瑚 帧分为8 个时隙，每个时隙发送的信息称为 一个突发脉冲串( b u r s t ) ，每个t d 姒帧的一个时隙构成一个物理信道。物理信道被定义成不同的 逻辑信道。与g s m 系统不同，在g p r s 系统中，一个物理信道既可以定义为一个逻辑信道，也可以定 义为一个逻辑信道的一部分，即一个逻辑信道可以由一个或几个物理信道构成。璐与b t s 之间需要 传送大量的用户数据和控制信令，不同种类的信息由不同的逻辑信道传送，逻辑信道映射到物理信 道上 g i 接口“1 是g p r s 网络与外部数据网络的接口点，它可以采用x 2 5 冼议、x 7 5 协议或i p 协议 等接口方式。本设计用到的就是i p 接口方式。在i p 网络中，子网的连接一般通过路由器进行a 因 此，外部i p 网认为6 6 s n 就是一台路由器