（计算机应用技术专业论文）基于gprs自动抄表系统主站设计与研究.pdf

中南民族大学硕士学位论文 i 摘 要 采用计算机技术和通信技术自动读取和处理表数据， 是提高能耗管理部门自动化水 平的需要，也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。它不仅可以降低人工抄表的劳 动强度，节省人力资源，降低人为因素造成的抄表误差，而且具有抄表速度快，抄表实 时性好，数据资源共享等优点。 为了降低成本、 提高通讯质量， 本文提出了基于 gprs 自动抄表的管理软件系统(主 站)。研究了基于 gpr 自动抄表中的 4 种关键技术：gprs 技术，管理软件涉及到的 oracle 数据库技术，socket 通信技术以及线程池和数据库连接池技术；给出了基 于 gprs 自动抄表系统的总体结构图， 通过总体结构图说明基于 gprs 自动抄表系统运 作方式、各个部件的功能。根据 gprs 自动抄表系统中各部件物理分布特点，提出了计 算机主站与集中器之间采用 gprs 网络进行远程通讯、 集中器和采集器之间采用 485 总 线或者载波进行通讯、采集器和电表之间采用 485 总线进行通讯的方案；最后给出主站 软件网络结构图， 通过网络结构图介绍各个模块之间的关系以及在整个软件中所起的作 用。在此基础上给出 2 个重要模块(数据库服务器和通讯服务器)的设计方案。在通讯服 务器设计方案中根据实际环境有大量的集中器同时上报数据这个特点提出了 “请求服 务”模型和“等待唤醒”模型用来避免数据库访问瓶颈。结合数据库连接池技术和线 程池技术进一步提高系统的性能。 关键字：自动抄表；gprs；主站；集中器；采集器；电表 中南民族大学硕士学位论文 ii abstract abstract using computer technology and communication technology to read and process data sheet automatically is to improve the level of automation of the management of energy consumption, and the needs for rapid development of computer technology and communication technology. it not only can reduce the labor intensity of meter reading, save human resources and reduce the meter-reading error causing by human factors, but also have the advantages of high speed of meter reading, real-time of meter reading, data sharing and so on. in order to reduce costs and improve the quality of communication, the software management system based on gprs automatic meter reading is proposed in this paper. then, four key technology of the automatic meter reading based on gprs are also studied. these four key technologies are gprs technology, oracle database technology which is related with management software, socket communication technology and the technology of thread pool and database connection pool. whats more, the structure block of the automatic meter reading system based on gprs is given in this paper. and by this structure block, the operating mode of the automatic meter reading system based on gprs and the functions of the various components is introduced in detail. according to the distribution of various components in the automatic meter reading system based on gprs, this paper bring forward a program that using gprs network to make long-distance communication between the computer main station and centre device, using 485 bus or carrier wave to make communication between centre device and collecting device, and using 485 bus to make communication between collecting device and meter. finally, the network structure of the main station is given in this paper, which shows the relationship between the various modules, as well as the role that these modules played in the entire software. further more, this paper brings forward the design plan of the two important modules (database server and communication server). in the design of the communication sever, according to the feature that data are reported at the same time from the centre device in the actual environment, this paper put forward the “request - service” model and “ waiting for waking up” model, which can avoid the bottlenecks when we accessing database. combine with database connection pool technology and thread pool, the performance of the system has been improved in further. key words: automatic meter；gprs；master station；centre device；collecting device；meter 中南民族大学中南民族大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查 阅和借阅。 本人授权中南民族大学可以将本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和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 中南民族大学硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 概述 电力是国家最重要的能源之一。目前，国内用电管理方法还比较落后，普遍采用的 供电方法是用户先用电，供电部门每月派人去用户抄表和收费。这种抄表方式在仪器相 对较少，设备相对集中的情况下效果不错，但是仪器比较多，且设备相对分散，那么这 种做法的缺点非常明显了。 而且手工抄表还存在其他的一些问题。 例如： 误差不可避免、 抄表的效率低、抄表的数据不及时、无法对用电情况进行科学的统计和分析、对无理欠 费的用户无法实现有效的控制等。正是由于人工抄表有以上的不足，人们开始寻找新的 能代替劳动密集形的人工抄表方法，自动抄表系统就应运而生了。 自动抄表(amr， automatic meter reading) 1是指采用通讯和计算机网络等技术自动 读取和处理表计数据。本课题主要研究电能量的自动抄表技术。发展电能自动抄表技术 是提高用电管理水平的需要， 也是网络和计算机技术迅速发展的必然。 在用电管理方面， 采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可以提高抄表的准确性，减少因 估计或人为误差而造成账单出错，使供电管理部门能及时准确获得数据信息。由于电力 用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间，还能迅速查询账单，故这种技术越来越受到 用户欢迎。 自动抄表系统管理软件(主站)是基于 gprs(通用分组无线业务，general packet radio service)自动抄表系统的最上层的管理软件，它肩负着把集中器上传来的数据按照 不同用户的不同功能需求进行相应的数据处理任务，如：计费、线损分析、报表打印等。 同时又可以向集中器下发各种不同的通讯命令 2。随着用户的增长，主站连接的集中器 将越来越多，需要同时处理的数据量将不断的增加，这就要求主站能够同时处理更多的 数据。不难看出，自动抄表系统主站设计的优劣是自动抄表系统的关键。 1.2 自动抄表的分类 自动抄表常用的分类有按信道介质进行分类和按连接方式进行分类 3。其中按信道 介质分可分为光纤通信、电话线通信、普通电缆通信、电力线载波通信和无线通信等。 (1) 光纤通信。它具有频带宽、传输速率高、传输距离远和抗干扰能力强等特点， 非常适合上层通信网的要求。随着光纤技术的发展和广泛应用，自动抄表系统中可能更 多地使用光纤。 (2) 电话线通信。由于电话的普及，利用现有电话网进行数据通信是一个经济有效 的方案。利用电话网通信，只需在数据集中器和工作主站处安装调制解调器即可，其传 基于 gprs 自动抄表系统主站设计与研究 2 输速率可达 56kbps。但电话线通信的线路接通时间较长，一般要几秒到十几秒。 (3) 电力线载波通信。它不需要再投资铺设通信线路，不仅可大大节约资金投入， 而且还具有维护量小的特点，尤其是近年来扩频通信技术的成功应用，使得低压电力线 载波通信越来越多地用于自动抄表系统。 利用低压电力线作为自动抄表系统的底层数据 通道， 成本低廉， 是一种比较理想的抄表技术。 但目前电力线载波通信有着明显的不足： 载波通信尤其是低压配电线载波通信传输性能较差，主要表现为高噪声、低阻抗、损耗 大、波动大、易受外界干扰等。近年来，随着信息处理技术的进步，尤其是扩频通信技 术的应用对推动低压载波抄表技术的进步起到了一定的作用。 (4) 无线通信。对于分散的集中器，利用无线方式进行数据通信是一种较好的选择。 原来的无线通信主要指传统意义上的无线通信，这种无线通信方式需要申请频点使用 权，而且对发射装置的功率都有严格的限制，目前我国有车载式的无线通信自动抄表系 统在投入运行，但是覆盖面也十分有限。近几年来随着通信技术、计算机技术的快速发 展，无线通信技术也包括了利用 gsm(全球移动通讯系统，global system for mobile communications)网络构件的 gsm/gprs 无线通信自动抄表以及蓝牙技术的自动抄表 等。 1.3 国内外发展现状及趋势 国外对于自动抄表技术的研究起步较早且比较深入，形成相对规范的技术体系，多 种自动抄表技术得到了相对广泛的、成功的应用。 国内，在自动抄表系统出现之前主要采用手工抄表的方式。 手工抄表存在如下问题：手工抄表人为误差不可避免、抄表效率低、抄表数据不及 时、 无法对用电情况进行科学的统计和分析、 对无理欠费用户无法实现便利有效的控制、 没有有效的核查窃电用户的手段、线损无法降低、缺乏技术基础。 为了解决这些问题，保证供电质量，提高用电现代化管理水平，各地逐渐开始利用 现代化的方法来解决这个问题。 自动抄表系统的产生给解决这个问题带来了信息化的手 段，越来越多的地区如：湖北、山西、江西、海南等开始采用自动抄表系统取代人工抄 表。 由于自动抄表系统能为电力部门带来巨大的效益， 众多厂家都推出了各自的自动抄 表系统，在很多地区都进行了该项目的建设，但大部分处于试点及小规模使用状况，真 正的大规模应用的成功案例还不多。 究其原因， 主要自动抄表系统没有统一的行业标准， 系统建设时没有进行统一规划，各厂家技术自成体系、互不兼容。这造成了目前自动抄 表系统 2 种发展状况： 第一，一个地区存在多个厂家的不同自动抄表系统，各厂家技术自成体系，实现方 案千差万别，设备互不兼容，数据只应用于各自系统，无法共享；自动抄表系统的建设 呈现多头领导的情况。 中南民族大学硕士学位论文 3 第二，一个地区的自动抄表由一个厂家垄断，从主站到设备完全来自一个厂家，整 个系统环境封闭，没有竞争，无法引入新的技术，供电公司对厂家的依赖程度很大，发 展和规划都受厂家的制约。 目前实现自动抄表的技术手段很多，如 gprs、载波、485 等方式，都能较好的完 成将电表数据采集到主站的功能，很多厂家都能实现这些技术，并且达到一定的技术水 平。目前制约自动抄表系统发展的瓶颈在于没有统一的技术规范，厂家各自为政，设备 互不兼容、系统互不相通、数据无法共享，形成了很多的信息孤岛，项目建设无法规模 化。 硬件厂家着重于硬件设备的开发，其利润来源主要在硬件设备，主站平台往往是搭 配附送，厂家在主站平台的研制上没有投入精力，主站平台的功能往往只能满足硬件设 备采集数据的基本需要。真正的计算机软件产品应站在客户的角度，在完成数据采集的 基础上，对这些数据进行统计、智能化的分析，提供更多的有利于客户业务使用需要的 有价值的信息。 因此，自动抄表项目发展趋势是实现统一、并通过专业软件系统实现数据的有效利 用。 1.4 论文主要内容 针对目前集中抄表的现状及存在的问题，结合本课题的设计任务和技术要求，将论 文按下面的内容安排： 第 1 章主要介绍自动抄表系统的背景、自动抄表的分类、自动抄表系统国内外发展 现状及本文的主要内容。 第 2 章介绍基于 gprs 自动抄表系统关键技术。关键技术包括：gprs 技术、数据 库技术、socket 技术、线程池和数据库连接池技术。从 gprs 特点、结构、接口、协 议栈、网络特性等方面介绍 gprs 技术；从数据库性能优化和 pl/sql 技术 2 个方面介 绍数据库技术，其中数据库性能优化部分从数据库内存、存储结构和 sql 优化 3 个方 面介绍；介绍 socket 技术，最后介绍线程池和数据库连接池技术。 第 3 章介绍基于 gprs 自动抄表系统的总体结构和各个部分的功能， 给出总体结构 图。 第 4 章介绍基于 gprs 自动抄表系统主站包含的模块， 重点介绍数据库服务器设计 和通讯服务器设计。数据库服务器部分给出命名规则、数据库表的划分、表空间设计以 及索引分区设计。通讯服务器部分给出通讯服务器的功能、通讯服务器和其他部分的关 系、通讯服务器软件结构以及设计中的关键思路。 第 5 章论文的总结。总结论文的工作以及今后工作的方向。 基于 gprs 自动抄表系统主站设计与研究 4 第 2 章 基于 gprs 自动抄表系统关键技术 2.1 gprs 技术 2.1.1 概述 虽然 gsm 提供了数据传输的能力。但 gsm 依然受到 9.6kbit/s 速率的限制，所以 移动数据传送速率令人难以接受， 并造成费用过高。 随着数据业务和因特网业务的增长， 高速移动数据通信的市场需求越来越大。为适应这一情况，gsm 推出了 2 种高速移动 数据规范：hscsd(高速电路交换数据业务，high speed circuit switched data)和 gprs。 gprs是一种基于gsm的新型移动分组数据承载业务， 其数据速率可达到115kbps。 由于目前 gsm 移动电话用户占到了全球 4.5 亿移动电话用户的 4 成以上，因此 gprs 在未来的移动数据市场中占有一定的优势。 随着数据业务的需求和因特网应用范围的迅 速扩大，在全球范围内，用户对移动数据通信业务的需求正呈增长态势。 gprs 允许业务用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交 换模式的网络资源。gprs 能够确保分组模式数据应用的成本效益和网络资源的有效利 用。这些应用主要包括以下方面：间歇的、非周期的数据传输；少量数据的频繁传输； 较大容量数据的不频繁传输。gprs 不妨碍用户其他 gsm 业务 4。 2.1.2 gprs 的主要特点 gprs 在现有的 gsm 网络基础上叠加了一个新的网络，同时在网络上增加一些硬 件设备和软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体，提供端到端的、广域的无线 ip(网 络之间互连的协议，internet protocol)连接。通俗地讲，gprs 是一项高速数据处理的技 术，它以分组交换技术为基础，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户 提供高速无线 ip 服务。gprs 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道， 同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。gprs 技术 115kbps 的极速 传送几乎能让无线上网达到公网 isdn(综合业务数字网，integrated service digital network)的效果，实现“随身携带互联网” 。使用 gprs，数据实现分组发送和接收，用 户永远在线而且按流量、 时间计费， 迅速降低了服务成本。 和现有的通信网络相比， gprs 有如下特点 5： (1) 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 gprs 无线信道，且分配方式十分灵活：每个 tdma(时分多 址,time division multiple access) 帧分配 1 到 8 个无线接口时隙。时隙能为活动用户所 中南民族大学硕士学位论文 5 共享，且向上链路和向下链路的分配是独立的。 (3) 支持中、高速率数据传输，可提供 9.05-171.2kbit/s 的数据传输速率(每用户)。 (4) 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。 (5) 支持基于标准数据通信协议的应用，可以和 ip 网、x.25(第一个面向连接的网 络)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。gprs 也允许 sms(短消息业务，short messaging service)经 gprs 无线信道传输。 (6) 既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。支持 4 种 不同的 qos(服务质量等级，quality of service)级别。它能在 0.5-1s 之内恢复数据的重新 传输，计费一般以数据传输量为依据。 (7) 在 gsm plmn(公众陆地移动通信网，public land mobile-communication network)中， gprs 引入 2 个新的网络节点： 一个是 sgsn gprs(服务支持节点， serving gprs support node)，节点 sgsn 通过帧中继连接到基站系统。另一个是 gprs 网关支 持节点 ggsn(网关 gprs 支持节点，gateway gprs support node)，ggsn 支持与外部 分组交换网的互通，并经由基于 ip 的 gprs 骨干网和 sgsn 连通。 (8) gprs 的安全功能同现有的 gsm 安全功能一样。身份认证和加密功能由 sgsn 来执行。其中的密码设置程序的算法、密钥和标准与目前 gsm 中的一样，不过它使用 的密码算法是专为分组数据传输所优化过的。gprs 移动设备可通过 sim(客户识别模 块，subscriber identity model)访问 gprs 业务，不管这个 sim 是否具备 gprs 功能。 (9) 蜂窝选择可由一个 ms(移动站点，mobile station)自动进行，或者基站系统指示 ms 选择某一特定的蜂窝。 ms 在重新选择另一个蜂窝或蜂窝组(即一个路由区)时会通知 网络。 (10) 为了访问 gprs 业务，ms 会首先执行 gprs 接入过程，以将它的存在告知网 络。 在 ms 和 sgsn 之间建立一个逻辑链路， 使得 ms 可进行如下操作： 接收基于 gprs 的 sms 服务、经由 sgsn 的寻呼、gprs 数据到来通知。 (11) 为了收发 gprs 数据，ms 会激活它所想用的分组数据地址。这个操作使 ms 可被相应的 gggsn 所识别，从而能开始与外部数据网络的互通。 (12) 用户数据在 ms 和外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 gprs 协议信息打包并在 ms 和 ggsn 之间传输。这种透明的传 输方法缩减了 gprs plmn 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。 (13) gprs 可以实现基于数据流量、业务类型及 qos 的计费功能，计费方式更加合 理，用户使用更加方便。 (14) gprs 的核心网络层采用 ip 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 ip 网无缝连接。 基于 gprs 自动抄表系统主站设计与研究 6 2.1.3 gprs 的总体结构 gprs 网络是在现有 gsm 网络中增加 ggsn 和 sgsn 来实现的，使得用户能够在 端到端分组方式下发送和接收数据。gprs 系统总体结构如图 2-1 所示。 图 2-1 gprs 系统总体结构 用户设备通过串行或无线方式连接到 gprs 终端上；gprs 终端与 gsm 基站通信， 但与电路交换式数据呼叫不同，gprs 分组是从基站发送到 gprs sgsn，而不是通过 msc(移动交换中心，mobile switching center)连接到语音网络上。ggsn 与 gprs 网关 支持节点(sgsn)进行通信；sgsn 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如 因特网或 x.25 网络。 2.1.4 gprs 服务 gprs 是一组新的 gsm 承载业务，是以分组模式在 plmn 和与外部网络互通的内 部网上传输。在有 gprs 承载业务支持的标准化网络协议的基础上，gprs 网络管理可 以提供(或支持)一系列的交互式电信业务 6。 1承载业务 gprs 支持在用户与网络接入点之间的数据传输的性能，提供点对点业务。点对多 点业务 2 种承载业务。 (1) ptp(点对点业务，point to point)：点对点业务在 2 个用户之间提供一个或多个 分组的传输。由业务请求者启动，被接收者接收。 (2) ptm(点对多点业务，point to multipoint)：点对多点业务是将单一信息传送到多 个用户。gprs、ptm 业务能够提供一个用户将数据发送给具有单一业务需求的多个用 户的能力。 2用户终端业务 gprs 支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端业 务可以分为基于 ptp 的用户终端业务和基于 ptm 的用户终端业务。gprs 用户终端业 中南民族大学硕士学位论文 7 务基于 ptp 可分为：会话、报文传输、检索和遥信；基于 ptm 可分为：分配、调度、 会议、预定发送和区域选路。 3附加业务 gsm 第 2 阶段附加业务支持所有的 gprs 基本业务 ptp-cons(点对点面向连接的 数据业务)、 ptp-clns(点对点面向无连接网络业务)、 ip-m(ip 广播业务)和 ptm-g(点对 多点信道广播)的 cfu(无条件呼叫转送)。 2.1.5 gprs 传输协议栈结构 gprs 的传输平台由一个分层协议结构组成，如图 2-2 所示。其用于用户信息传输 以及与此相关的信息传输中的过程控制(例如：流量控制、检错、纠错和错误恢复等)。 传输平台通过底层无线接口和网络子系统(nss)平台连接，这种独立性是通过保留 gb 接口来实现的 7。 图 2-2 gprs 协议栈结构 (1) gtp gtp(gprs 隧道协议，gprs tunnel protocol)。gprs 骨干网中 gsn 间的用户数据 和信令利用 gtp 进行隧道传输。所有的点对点 pdu (协议数据单元，protocol data unit) 将由 gtp 协议进行封装。gtp 是 gprs 骨干网中 gsn 节点之间的互联协议，它是为 gn 接口和 gp 接口定义的协议。在 gsm09.60 中对 gtp 作了规范。 (2) tcp tcp(传输控制协议，transmission control protocol)。在 gprs 骨干网中需要一个可 靠的数据链路进行 gtp pdu 的传输时，所用的传输协议是 tcp 协议。如果不要求一个 可靠的数据链路(如 ip)， 就使用 udp(user datagram protocol)协议来承载 gtp pdu。 tcp 提供流量控制功能和防止 gtp pdu 丢失或破坏的功能。udp 提供防护 gtp pdu 受到 破坏的功能。 基于 gprs 自动抄表系统主站设计与研究 8 (3) ip 这是 gprs 骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。gprs 骨干网最初是 建立在 ipv4 协议基础上的，随着 ipv6 的广泛使用，gprs 会最终采用 ipv6 协议。 (4) sndcp sndcp(子网相关融合协议，sub network dependent convergence protocol)。这个传 输功能将网络级特性映射到底层网络特性中去。它的主要作用是完成传送数据的分组、 打包，确定 tcp/ip 地址和加密方式。在 sndc 层，移动台和 sgsn 之间传送的数据被 分割为一个或多个 sndc 数据包单元。 sndc 数据包生成后被放置到 llc 帧内。 sndcp 在 gsm04.65 中有说明。 (5) llc llc(逻辑链路控制，logic link control)。mh 是一种基于高速数据链路规程 hdlc 的无线链路协议， 能够提供高可靠的加密逻辑链路。 llc层负责从高层sndc层的sndc 数据单元上形成 llc 地址、帧字段，从而生成完整的 llc 帧。另外，llc 可以实现一 点对多点的寻址和数据帧的重发控制。llc 独立于底层无线接口协议，这是为了在引入 其他可选择的 gprs 无线解决方案时，对网络子系统 nss 的改动程度最小。gsm04.64 对 llc 进行了规范。 (6) relay relay(中继转发)。在 bbs 中，这项功能中继转发 urn 和 gb 接口间的 llc pdu， 在 sgsnn 中，这项功能是转发 gb 和 gn 接口间的 pdp pdu。 (7) bssgp bssgp(gprs 基站系统协议，base station system gprs protocol)。这个层用来传输 在 bs 和 sgsn 之间与选路服务质量有关的信息。bssgp 没有纠错功能。gsm08.18 对 bssgp 进行了规范。 (8) ns ns(网络服务,net server)。这个层传输 bssgp pdu。ns 以 bss 和 sgsn 之间的帧 中继连接为基础，而且有多跳功能，并能横贯有帧中继交换节点的网络。gsm08.16 对 ns 进行了规范。 (9) rlc/mac 无线链路控制(rlc)/介质访问控制(mac)。这层具备 2 个功能：一是无链路控制功 能，它能提供一条独立于无线解决方案的可靠链路。二是介质访问控制功能，它的主要 作用是定义和分配空中接口的 gprs 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。 mac 除了控制信令传输所用无线信道外，还将 llc 帧映射到 gsm 物理信道中去。 gsm04.60 对 rlc/mac 进行了规范。 (10) gsm rf urn 接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路层则负责提供中接口 的各种逻辑信道。gsm 空中接口的载频带宽为 200khz，一个载频分为 8 个物理信道。 中南民族大学硕士学位论文 9 如果 8 个物理信道都分配为传送 gprs 数据，则原始数据速率可达 200kbit/s。考虑前向 纠错码的开销，最终的数据速率可达 164kbit/s 左右。 2.1.6 gprs 的路由和传输 路由是一个有序的节点列表，用于在 plmn 内或 plmn 之间传递信息。每一个路 由均由源节点、零个或多个中继节点和目的节点所组成。路由选择是指根据一定规则， 判断或选择在 plmn 之内或之间传输消息所用路由的过程 8。 分组选路和传输功能中的 主要项目功能如下： 中续功能：第 1 个节点接收来自第 2 个节点的信息，然后以一定路由把它转发到第 3 个节点。 路由选择功能：该功能决定要发送到目的地址的消息应经哪一个网络节点转发， 以及决定使用哪一个底层服务来到达 gprs 支持节点。且选择传输路径的下一跳 gsn 之间的数据传输可以通过具备内部选路功能的外部数据网进行。 地址转换和映射功能：地址转换就是将一个地址转换成另一个不同类型的地址，地 址翻译可以将一个外部网络协议地址转换成一个内部网络地址， 以便在 plmn 之间选择 陆由来发送分组。 地址映射用于将一个网络地址映射成同类型的另一个网络地址以进行 路由选择，并在 plmn 之间或之内中继转发消息。 封包功能： 是指将地址和控制信息加入到另一个数据单元中， 用以在 plmn 之间或 其内部为分组选择路由。 解包是指将分组中地址和控制信息删除， 还原出原始数据单元。 隧道传输功能： 是指将封包的数据单元在 plmn 内部从封包点到解包点的传输。 隧 道是一个双向的点对点的路径。 压缩功能：对要在无线信道传输的用户数据和信令加密，并保护 plmn 不受入侵。 域名服务器功能： 用来把 gsn 逻辑域名解析成 gsn 地址。 解析 plmn 中位于 gprs 骨干网的 gsn 和其他 gprs 节点的任何名字。 2.1.7 gprs 空中接口 无线接口 urn 是移动台(ms)与基站(bts)之间的连接接口，gprs 中接口标准遵循 gsm 系统的标准。与 gsm 系统相同，在 gprs 系统的空中接口中，一个 tdma 帧分 为八个时隙，每个时隙发送的信息称为一个“突发脉冲串”(burst)，每个 tdma 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 gsm 系统不同，在 gprs 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。ms 与 bts 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 9。 1分组数据链路逻辑信道 (1) pccch(分组公共控制信道，packet common control channel) 基于 gprs 自动抄表系统主站设计与研究 10 它包括如下一组传输公共控制信令的逻辑信道。 prach(分组随机接入信道，packet random access channel)：只存在与上行链路， ms 用来发起上行传输数据和信令信息。 分组接入突发和扩展分组接入突发使用该信道。 ppch (分组寻呼信道，packet paging channel)只存在于下行链路。在下行数据传输之前 用于寻呼 ms。可以用来寻呼电路交换业务。 pagch (分组接入许可信道，packet access grant channel)：只存在于下行链路。在 发送分组之前，网络在分组传输建立阶段向 ms 发送资源分配信息。 pnch (分组通知信道， packet notification channel)： 只存在于下行链路。 当发送 ptm m 分组之前，网络使用该信道向 ms 发送通知信息。 (2) pbcch(分组广播控制信道，packet broadcast control channel) 只存在于下行链路。广播分组数据特有的系统信息。 (3) ptch(分组业务信道, packet traffic channel) 它包括如下一组传输公共业务信道。 pdtch(分组数据业务信道，packet dade traffic channel)：用于传输分组数据。在 ptmm 方式，该信道在某个时间只能属于一个 ms 或者一组 ms。在多时隙操作方式 时，一个 ms 可以使用多个 pdtch 并行地传输单个分组。所有的数据分组信道都是单 向的，对于移动发起的传输就是上行链路(pdtch/u)，对于移动终止分组传输就是下行 链路(pdtch/d)。 pacch(分组相关控制信道，packet associate control channel)：它携带与特定 ms 有关的信令信息。这些信令信息包括确认、功率控制等内容。它还携带资源分配和重分 配消息，包括分配的 pdtch 的容量和将要分配的 pacch 的容量。pacch 与 pdtch 共享的就是己经分配给 ms 的资源。另外，当一个 ms 正在进行分组传输时，可以使用 pacch 进行电路交换业务的传输。 总之， gprs 系统定义了为分组数据而优化的逻辑信 道，如表 2-1 所示。 表 2-1 gprs 逻辑信道 组别 名称 方向 功能 prach 上行 随机接入 ppch 下行 寻呼 pagch 下行 允许接入 pccch pnch 下行 多播 pbcch pbcch 下行 广播 pdtch 下行和上行 数据 ptch pacch 下行和上行 随路控制 2urn 中南民族大学硕士学位论文 11 urn(无线接口)。gprs 的 urn 可以用图 2-3 的 gprs ms-网络参考模型来描述。ms 与网络之间的通信涉及了物理射频(rf)、物理链路、无线链路控制/媒体接入控制 (rlc/mac)、逻辑链路控制和子网依赖的汇聚层几个层次。 物理层分为物理 rf 层和物理链路层 2 个子层。物理 rf 层执行物理波形的调制和 解调功能，把物理链路层收到的比特序列调制成波形，或把接收的波形解调成物理链路 层所需要的比特序列。物理链路层提供在 ms 和网络之间的物理信道上进行信息传输的 服务。这些功能包括数据单元成帧、数据编码、检测和纠正物理介质上传输错误。物理 链路层使用物理 rf 层提供的服务。 数据链路层包括 rlc 和 mac2 个子层。rlc/mac 层提供通过 gprs 无线接口传 输信息的服务。这些功能包括后向纠错过程。mac 层提供多个 ms 接入共享媒体的方 法。rlc/mac 层使用物理链路层提供的服务，并向上层(llc)提供服务。 图 2-3 gprs ms 网络参考模型 (1) 物理射频(rf)层 物理 rf 层由 gsm05 系列标准定义，包括如下的内容：载波频率的特点和 gsm 信 道结构；发送波形的调制方式和 gsm 信道的数据速率；发射机和接收机的特性及其要 求。 (2) 物理链路层 物理链路层运行在物理 rf 层的上面，在 ms 和网络之间提供物理链路。其目标是 通过 gsm 的无线接口传输信息，包括 rlc/mac 层的信息。物理链路层支持多个 ms 共享一个物理信道。 (3) 信道编码 分组数据信道定义了 4 种分组数据编码方案，如表 2-2 所示。cs-1 到 cs-4。除对 于 cs-1、cs-2 和 cs-3，上行链路状态标志(usf)预编码(cs-1)，附加 4 比特的尾码， 半速率卷积码，之后进行截断以便提供希望的编码速率。对子 cs-4，不对纠错码进行 编码。 基于 gprs 自动抄表系统主站设计与研究 12 表 2-2 不同编码方案的编码参数 方案 码率 sf 预编码 usf 无线块bcs尾码 编码后比 特 截短比 特 数据速率 kbit/s cs-1 1/2 3 3 181 40 4 456 0 9.05 cs-2 2/3 3 6 268 16 4 588 132 13.4 cs-3 3/4 3 6 312 16 4 676 220 15.6 cs-4 2 3 12 428 16 - 456 - 21.4 3mac/rlc mac/rlc(媒体介入控制和无线链路控制层)。mac 层的功能定义了多个 ms 共享 传输媒体的过程。 共享媒体由几个物理信道组成， 其提供了对多个 ms 的竞争仲裁过程、 冲突避免、检测和恢复方法。mac 层功能还允许单个的 ms 并行地使用几个物理信道。 4sndcp sndcp(子网相关融合协议)在 ms 和 sgsn 中 sndcp 位于网络层之下，逻辑链路 控制层之上。它支持多种网络层，这些网络层分组数据协议共享同一个 sndcp，由此， 来自不同数据源的多元数据都能通过 llc 层。 2.1.8 gprs 的网络特性 1分组交换 分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，通过不同的路由，以存储 转发的接力方式传送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换基本上不是实时系统， 延时也不固定，但可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据时占用带宽，无数 据时不占用，从而分享资源。同时分组交换可以提供灵活的差错控制和流量控制，主要 是在端到端的高层进行，以减少中间网络低层环节不必要的开销；也可以在网络部分环 节上增加控制，提高安全性。另外，通过设置服务等级 qos 等手段，可以有效的控制和 分配延时、带宽等性能，所以分组交换非常适用于数据应用。 2频谱效率 在 gsm 无线系统中，无线信道资源非常宝贵。如采用电路交换，通信需要建立端 到端的连接，在通信过程中要独占信道，每条 gsm 信道只能提供 9.6kbps 或 14.4kbps 传输速率。如果多个组合在一起最多八个时隙，虽可提供更高的速率，但只能被一个用 户独占，在成本效率上显然缺乏可行性。而采用分组交换的 gprs 则可灵活运用无线信 道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地 提高了无线资源的利用率。在理论上，gprs 可以将最多 8 个时隙组合在一起，给用户 提供高达 171.2kbps 的带宽，从 14.4k-171k，足足比以前超出了 10 倍的传输速度，保证 了更大数据的传输，更快的因特网接入。由于 gprs 用户的数据通信费是以数据量为基 础，而不考虑通信时长，所以 gprs 用于 ip 业务的接入将更为用户所接受。gprs 最大 中南民族大学硕士学位论文 13 的特点就是“永远在线” 。人们可以随时获得即时的更新结果，只要移动设备打开，就 会一直收到信息， 这使它成为理想的数据传输方法。 从无线系统本身的特点来看， gprs 使 gsm 系统实现无线数据业务的能力产生了本质的飞跃。 3internet 识别 典型的互联网连接是：用户通过拨号接入某 isp(网络服务商，internet service provider)，通过 isp 的网络访问互联网。因此用户需要付拨号电话费和网络使用 2 部分 费用，而 gsm 做无线按入时付无线网络电话费。如果通过 gprs 接入互联网则有很大 的不同，因为 gprs 是无线分组数据系统，只要用户一打开 gprs 终端，就己经附着到 gprs 网络上， gprs 通过允许现存的 internet 和新的 gprs 网络的互通首次完全实现了 移动 internet 功能,也就是用户通过 gprs 系统的网关 ggsn 连接到互联网， ggsn 还提 供相应的动态地址分配、路由、名称解析、安全和计费等互联网功能。目前任何一种固 定在 internet 上的业务(如文件传输协议(ftp)、网页浏览、交谈、信函、遥信)通过利用 gprs 将同样能在移动网络上实现。所以，移动业务运营商同时也是互联网业务的提供 商。 2.2 数据库技术 2.2.1 oracle 数据库简介 oracle 体系结构由称为实例的逻辑结构和称为数据库的物理结构组成。 oracle 实例包括后台进程和系统全局区。系统全局区(sga，system global area)是一种内存结 构，oracle 在这里缓存为访问、更新、被提交的 sql 语句、被执行的 pl/sql 块、 数据字典定义和其他缓存机制而检索的数据。 这个内存结构的主要作用是通过在内存中 放置最常用的数据， 而不是在每次需要数据时从磁盘检索它， 从而提高数据的检索速度。 减少从磁盘的检索很重要，因为过度的磁盘 i/o 会大大降低系统的性能 10。 1oracle 内存结构 oracle 例程内存由系统全局区和程序全局区(pga，program global area)组成。 如