（计算机应用技术专业论文）基于usb接口的gprs无线网卡的研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 无线网络是最近几年兴起的一项新技术，包括无线局域网和无线广域网。随着技术的 进步和成本的降低，无线上网也逐步流行起来，不同的无线网络所覆盖的范围，提供的网 络带宽也不相同。其中，中国移动的g p r s 网络目前覆盖全国3 1 个省、市、自治区的2 4 0 多 个城市，是目前国内覆盖面最广、容量最大和质量最优的网络。 首先，本文分析了g p r s 技术，包括g p r s 系统结构和g p r s 传输平台协议，并介绍了g p r s 模块的特性。通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，g p r s ) 是在现有g s m 技术基础之上发展而来的一种新的承载业务。g p r s 网络提供了基于i p 的分组交换数据业 务，这就使得终端用户可以访问最大的分组数据网络i n t e r n e t 。一个g p r s 模块由无线 通讯模块，音频模块，显示模块，s i m 卡模块和接口模块组成。选择一个合适的接口不仅 影响到计算机和g p r s 模块之间的数据传输速率，还影响到设备的便携性和兼容性。 接着，本文分析了u s b 总线的结构和工作原理。u s b 总线支持即插即用，具有较高的数 据传输速率，能够直接为u s b 设备供电而不需要外部电源，目前已经成为计算机与外部设 备通信的主要接口。大部分g p r s 模块只支持标准串口，必须采用转换芯片实现u s b 和标准 串口之间的转换，并在驱动程序中给予支持。 然后，本文研究了w d m 驱动的原理和结构，特别是u s b 驱动程序的编程接口：并研究了 u s b 转串口驱动的实现原理，阐述了基于u s b 接口的g p r s 无线网卡驱动的设计方法。 最后，通过使用r a s ( r e m o t ea c c e s ss e r v i c e ，远程访问控制) a p i 编写的应用程序 测试了基于u s b 接口的g p r s 无线网卡的功能。对系统中可以进行改进的地方进行了总结， 并对进一步研究提供了方向。 关键词：g p r su s b 驱动程序基于u s b 接口的g p r s 无线网卡 第1 i 页武汉科技大学 硕士学位论文 a b s t r a c t w i r e l e s sn e t w o r ki sn e wt e c h n o l o g yh a v i n ge m e r g e di nr e c e n ty e a r s ，i n c l u d i n gw l a na n d w w a n w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g ya n dc o s td e p r e s s i o n ，s u r f i n go nt h ei n t e r a c tb y w i r e l e s sn e t w o r ki sg r a d u a l l yp o p u l a r t h ed i f f e r e n tw i r e l e s sn e t w o r kc o v e r st h ed i f f e r e n ts c o p e p r o v i d e st h ed i f f e r e n tn e t w o r kb a n dw i d t h n 婀e i n t o g p r sn e t w o r ko f c h i n am o b i l ec o v e r s3 1 p r o v i n c e sa n dm o r et h a n2 4 0c i t i e si nt h ew h o l ec o u n t r ya tp r e s e n t ；i tc o v e r st h ew i d e s tc o v e r a g e a r e a 、 r i t l lo p t i m u mq u a l i t ya n dh i g hc a p a c i t ya tp r e s e n ti nc h i n a f i r s t ，g p r st e c h n o l o g yi sa n a l y z e di nt h i sp a p e r ，i n c l u d e dt h es y s t e ms t r u c t u r eo fg p r s a n dt h ep r o t o c o lo ft h et r a n s m i s s i o np l a t f o r m ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fg p r sm o d u l ei s i n t r o d u c e d g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) i st h en e wb e a rs e r v i c ew h i c hi sd e v e l o p e d f r o mg s mn e t w o r k g p r sn e t w o r k sp r o v i d ep a c k e t - s w i t c h e ds e r v i c e sb a s e do ni pp r o t o c o l ， w h i c hm a k ee n d u s e rc a l la c c e s st h ee x t e r n a lp a c k e td a t an e t w o r k - - i n t e m e t ag p r sm o d u l e c o n s i s t so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，a u d i om o d u l e ，d i s p l a ym o d u l e ，s i mc a r dm o d u l e a n di n t e r f a c em o d u l e c h o o s i n ga na p p r o p r i a t ei n t e r f a c en o to n l ya f f e c t sd a t at r a n s m i s s i o ns p e e d b e t w e e nt h ec o m p u t e ra n dg p r sm o d u l e ，b u ta l s oa f f e c t st h ep o r t a b i l i t ya n dt h ec o m p a t i b i l i t yo f t h ed e v i c e s e c o n d t h es t r u c t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo f u s ba r ea n a l y z e di nt h ep a p e r u s bs u p p o r t sp n p q l u ga n dp l a y ) ，h a st h eh i g hd a t at r a n s m i s s i o ns p e e d ，c a ns u p p l yp o w e rf o rt h eu s b d e v i c e d i r e c t l y ，s oi td o s en o tn e e dp o w e rs u p p l y u s ba l r e a d yb e c a m et h em a i ni n t e r f a c ew h i c h c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ec o m p u t e ra n dt h ee x t e r n a ld e v i c e t h em a j o r i t yo fg p r sm o d u l e o n l ys u p p o r t st h eu a r t i tm u s tu s et h et r a n s f o r mc h i pt or e a l i z eb e t w e e nu s ba n dt h eu a r t t r a n s f o r m a t i o n , a n dg i v e st h es u p p o r ti nt h ed r i v e r n l i r d t h es t r u c t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo f t h ew d md r i v e ra r ea n a l y z e di nt h ep a p e r , s p e c i a l t h ep r o g r a m m i n gi n t e r f a c eo ft h eu s bd r i v e r ；a n ds t u d i e dt h er e a l i z a t i o np r i n c i p l et h ed r i v e ro f u s bt r a n s f e rt ot h es e r i a lp o r t ，e l a b o r a t e dt h ed e s i g nm e t h o do ft h eu s bi n t e r f a c eg p r s w i r e l e s sn e t w o r kc a r d f i n a l l y , t h eu s bi n t e r f a c eg p r sw i r e l e s sn e t w o r kc a r di st e s t e db yt h ea p p l i c a t i o nw h i c hi s p r o g r a m m e db yr a s ( r e m o t ea c c e s ss e r v i c e ) a p i s u m m a r i z e dt h ep o s i t i o no ft h es y s t e m w h i c hn e e d st oi m p r o v e ，a n dp r o v i d e dt h ed i r e c t i o nt of u r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：g p r su s b d r i v e ru s bi n t e r f a c eg p r sw i r e l e s sn e t w o r kc a r d 武汉科技大学硕士学位论文第l 页 第一章绪论 1 1 课题背景 互联网的广泛应用给人们带来工作和生活上的便利，但是传统的上网方式需要网线等 有线的传输介质，使人们上网的范围局限于室内和有网线接口的地方，这给广大的笔记本 用户、经常出差又要随时通过网络办公的商务人士和需要随时了解行情变化的股民等用户 群体带来很大的不便。随着这类用户群体的增多和技术的发展，各种无线上网技术也得到 广泛的应用。 1 1 1 无线上网技术的发展 现在流行的无线上网技术主要有无线局域网( w l a n ) 和基于现有的移动通信网络这样 两种上网方式，下面对这两种方式进行比较； 1 无线局域网最大的优势就是传输速率快。以i e e e 8 0 2 1 l b ( w i f i ) 为例，它使用开 放的2 4 g h z 直接序列扩频，最大数据传输速率为l l m b p s ，其实际的传输速率在5 m b p s 左 右，与普通的l o b a s e - t 规格有线局域网处于同一水平。但是无线局域网的覆盖范围有限， i e e e 8 0 2 1 1 b 的使用范围在室外为3 0 0 米，在办公环境中则最长为1 0 0 米；并且用户需要 自行组建无线网络，成本较高。 2 基于现有的移动通信网络的上网方式主要有两种：基于g p r s 和基于c d m a 。 g p r s 是在现有g s m 系统上发展出来的一种新的承载业务，g p r s 允许用户在端到端的分 组转移模式下发送和接收数据。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别 适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输 圳邮”。g p r s 的理论带宽可达1 7 1 。2 k b p s ，实际应用带宽大约在4 0 l o o k b p s ，在此信道上 提供t c p i p 连接，可以用于因特网连接、数据传输等业务。从传输速度上看g p r s 比无线局 域网慢，但是g p r s 可以利用现有的覆盖全国范围的移动通信网络，为用户提供方便快捷的 上网服务。另外，g p r s 提供了按流量计费或包月等多种计费方式，降低了用户的上网成本， 随着技术的进步g p r s 的速率也逐步提高，下一代g p r s 的速率可以达到3 8 4 k b p s ，完全能够 满足用户的需要。 c d m a 是码分多址的英文缩写( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ，它是在数字技术上 的分支扩频通信技术上发展起来的一种新的无线通信技术。以现在中国联通的c d 姒l x 为例：c o m a1 x 的平均业务速率为8 0 k b p s 1 0 0 k b p s ，并且，其数据和语音采用不同的信道 传输，在同一基站下语音用户数量增加，也不会影响数据通信。 1 - 1 2u s b 和其它接口的比较 美国e i a ( 电子工业联合会) 与b e l l 等公司在1 9 6 9 年公布r s 一2 3 2 c 标准的通信协议。它 适合于数据传输速率在o 2 0 0 0 0 b s 范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题， 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于其接口和通信协议比较简单，因而在计算 机串行通信领域得到了广泛的应用，同时开发出了大量的以r s - 2 3 2 为接口的各类产品。 近年来计算机运行速度的大幅度提高、外设数量的急剧增加和品种的多样化，对主机 与外设之间的总线传输速度、拓扑结构以及连接的方便性提出了更高的要求。传统串行接 口逐渐感到力不从心，难以维持。于是业界推出了u s b 接口。 u s b 全称为u n i v e r s a ls e r i a lb u s ( 通用串行总线) ，它是一种新型的、基于令牌的、 高速的串行接口标准。它把各种不同的接口统一起来，仅用一个4 针插头作为标准插头。 通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。传 输速度是u s b 发展的主要指标之一，u s b 协议己从最初的速度只有1 5 m b p s ( 慢速) 和1 2 m b p s ( 全速) 的1 1 版本，发展到速度高达4 8 0 m b p s 的2 0 版本。 u s b 接口已被各种流行的操作系统所支持，并应用于各种数据终端设备中。它之所以 能够在当今的外围设备标准接口中占有重要的地位，是由于它具有以下的性能特点魄】： 1 终端用户的易用性：为连接电缆和连接头提供了单一的模型；支持即插即用和热 拔插：自我检测外设，自动地进行设备驱动设置；可动态连接，动态重置外设。 2 应用广泛性：适应不同的设备，提供低速传输( 1 5 m b p s ) 、全速传输( 1 2 m b p s ) 和高速传输( 4 8 0 m b p s ) ；可连接至多1 2 7 个物理设备，并支持对多个设备的同时操作；在 主机和设备之间可以传输多个数据和信息流；利用底层协议，提高了总线利用率。 3 同步传输带宽：确定的带宽和低延迟适合电话系统和音频的应用；同步工作可以 利用整个总线带宽。 4 灵活性：可以选择一系列大小的数据包，允许对设备缓冲区大小进行选择：通过 指定数据缓冲区大小和执行时间，支持各种数据传输率；通过协议对数据流进行缓冲处理。 5 健壮性：出错处理差错恢复机制在协议中使用；对用户感觉而言，热插拔是完全 实时的：可以对有缺陷设备进行认定。 6 与p c 产业的一致性：协议的易实现性和完整性；与p c 机即插即用的体系结构的 致；对现存操作系统接口的良好衔接。 7 成本低廉：以低廉的价格提供1 5 m b p s 的子通道设施；将外设和主机硬件进行了最 优化的集成；促进了低价格外设的发展；廉价的电缆和连接头。 通过上面的介绍可以看出，u s b 和传统的串行接口比起来，它的传输速率更快、支持 设备的即插即用、支持的设备种类更多，另外计算机可以很容易的对u s b 接口进行扩展。 另外还有一个接口标准主要用于笔记本电脑，称为p c m c i a 接口。p c m c l a ( p e r s o n a l c o m p u t e rm e m o r y c a r di n t e r n a t i o n a la s s o c i a t i o np c 机内存卡国际协会) 是一个由5 0 多 家公司组成的国际组织。该组织制定了p c m c i a 接口卡或简称为p cc a r d 的标准。p c m c i a 标 准最初的意图是给移动电脑添加内存，后来经历了几次扩展，现今己用于多种插件。如网 络卡、视频会议卡及调制解调器等。p c m c i a 卡除了轻巧、携带方便外，它还有一个和u s b 接口相同的特点，即“熟插拔”功能。所以p c m c i a 规格的设备可以在电脑开机状态时安装 插入，并能自动通知操作系统做设各更新，省去了不少安装麻烦。 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 1 2 研究内容和工作 本文所研究的无线网卡主要是针对需要经常出差的商务人士和其他有类似需要的用 户，要求在任何地点都能够提供网络接入服务，因此要选用个覆盖范围最广泛的网络。 这类用户主要利用无线网络进行办公，电子邮件的收发和浏览网络信息，这些服务需要传 输的数据量都不是很大。根据这些特点，可以选用g p r s 网络或者c d m a 网络。单从技术的 角度来说，c d m a 技术要优于g p r s 技术。但是，g p r s 网络乖j 用现有的g s m 网络进行升级， 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， 网络的覆盖范围要优于c d i a 而且，全球使用g s m 网络的用户数量占全球移动用户数量的 4 0 ，g p r s 在潜在的用户数量方面也占优势。随着g p r s 的升级版本e d g e 网络在全国 逐步投入使用，其数据传输率可以达到3 8 4 k b p s ，这样在技术上也将超过c d 姒。 在移动应用这样的场合要求设备便于携带和方便安装，如果采用传统串行接口，需要 无线网卡外接电源而且不支持即插即用功能，而p c m c i a 接口主要适用于笔记本电脑，兼 容性较差。因此，选用u s b 接口是十分必要的。现在市场上的g p r s 模块般只支持传统 串行接口，在设计无线网卡时要进行u s b 和r s - 2 3 2 的转换。另外，使用g p r s 上网需要进 行一些设置，包括添加网络连接和初始化命令的设置等等。这些工作如果交给用户完成会 显得十分繁琐，并且有出错的可能，需要开发一个应用程序来完成这些工作。 第4 页武汉科技大学 硕士学位论文 第二章6 p r s 技术和6 p r s 模块 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的英文简称，是在现有 g s m 系统上发展出来的一种新的承载业务，是为g s m 用户提供分组形式的数据业务。g p r s 采 用与g s m 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样 的t d m a 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此， 现有的基站子系统( b s s ) 从一开始就可提供全面的g p r s 覆盖。 基于g p r s 网络平台的无线数字数据网是以中国移动的g s m g p r s 网络为平台，采用s m s ， c s d ，u s s d ，g p r s 等方式，通过特种行业数据终端( d t u ) ，为行业用户提供机器到机器 ( m a c h i n et om a c h i n e ，m 2 m ) 无线数据传输业务。基于g p r s 网络平台的无线d d n 可以提供 点对点、外围设备问、外围设备与中心节点之间的通信方式，适用于信息互传、数据互备、 远程监测等行业应用。 g p r s 理论带宽可达1 7 1 2 k b p s ，实际应用带宽大约在4 0 一l o o k b p s ，在此信道上提供 t c p i p 连接，可以用于i n t e r n e t 连接、数据传输等应用。作为一种新的移动数据通信业务， g p r s 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i p 或x 2 5 服务。3 。 g p r s 所采用的分组交换技术，使得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。使用g p r s 技术实现数据分组发送和接收，用户永 远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。 2 1g p r s 系统结构 g p r s 系统通过在原有的g s m 系统中引入分组数据单元提供无线系统上的数据业务。作 为承载网络，g p r s 系统本身采用i p 网络结构，并对用户分配独立地址( 如i p 地址) ，将用 户作为独立的数据用户，从而实现了从网络到移动用户的端到端的数据应用。 为了实现数据承载，g p r s 系统引入了几种新的网络单元，如p c u ，s g s n ，g g s n 以及其 他辅助进行数据业务管理和应用的单元如d n s 和d h c p 服务器、网络时间协议n t p 、计费网关 c g 等0 1 。g p r s 网络结构基于g s m 系统实现，话音部分仍采用原先的基本处理单元，而对于数 据部分则薪增了一些数据处理单元和接口。g p r s 网络示意图如图2 1 所示。 p c u ：p a c k e tc o n t r o lu n i t ，分组数据处理单元。它是基站控制器的一部分，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 g s n ：g p r ss u p p o r tn o d e ，g p r s 支持节点。g p r s 的支持节点g s n 是g p r s 网络中最重要 的网络节点，包含了支持g p r s 所需的功能。g s n 具有移动路由管理功能，可以连接各种类 型的数据网络，并可以连蛩j g p r s 寄存器。g s n 可以完成移动台和各种数据网络之间的数据 传送和格式转换。g s n 是一种类似于路由器的独立设备，也与g s m 中的m s c 集成在一起。在 一个g s m 网络中允许存在多个g s n 。g s n 有两种类型：s g s n 和g g s n 。 武汉科技大学硕士学位论文 第5 页 圈2 1 g p 髂网络示意图 s g s n ：s e r v i c eg p r ss u p p o r tn o d e ，g p r s 业务支持节点。s g s n 是为移动终端( m s ) 提供业务的节点( g b 接口由s g s n 支持) 。在激活g p r s 业务时，s g s n 建立起一个移动性管理 环境，包含关于这个移动终端( m s ) 的移动性和安全性方面的信息。s g s n 的主要作用就是 记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和s g s n 之间完成移动分组数据的发送和接收。 g g s n ：g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ，g p r s 网关支持节点。g g s n 通过配置一个p d p 地址 被分组数据网接入。它存储属于这个节点的g p r s 业务用户的路由信息，并根据该信息将p d u 利用隧道技术发送至m s 的当前的业务接入点，即s g s n 。g g s n 可以经g c 接口从h l r 查询该移 动用户当前的地址信息。g g s n 主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如 i s d n 和l a n 等。g g s n 可以把g s m 网中的g p r s 分组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组 数据包传送到远端的t c p i p 或x 2 5 网络。 系统中p c u 与s g s n 之间为g b 接口，采用帧中继协议，通过直连或者帧中继网络实现； s g s n 与s g s n 和g g s n 之间采用基于t c p i p 协议的g t p ( g p r s 隧道) 规程，称为g n 接口；g g s n 与外部网络也采用t c p i p 连接方式，称为g i 接口；不同的p l 删( p u b l i cl a n dm o b i l e n e t w o r k ，公共陆地移动网) 之间连接时使用g p 接口8 1 。 在g p r s 系统中，还有一些辅助单元存在，虽然他们在g p r s 系统中未定义，但在数据网 络中必不可少，从而也是g p r s 网络的一部分，如域名解析服务器d n s 、动态地址分配服务 器d h c p 、网络时间协议n t p 服务器、认证与鉴权服务器r a d i u s 等。 第6 页武汉科技大学 硕士学位论文 2 26 p r s 的协议 u m 接口是g s m 的空中接口。u m 接口上的通信协议有5 层，自下而上依次为物理层、m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 层、l l c ( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 层、s n d c 层和网络层。u m 接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。g s m 空中接口载频带宽为2 0 0 k h z ，一个载频分m s 个物理信道。如果8 个物理信道都分配为传送 g p r s 数据，则原始数据速率可达2 0 0 k b p s 。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可 达1 6 4 k b p s 左右；m a c 为媒质访问控制层。m a c 的主要作用是定义和分配空中接口的g p r s 逻 辑信道，使得这些信道能被不同的移动终端共享；l l c 层为逻辑链路控制层。它是一种基 于高速数据链路规程h d l g 的无线链路协议；s n d c 被称为子网依赖结合层。它的主要作用是 完成传送数据的分组、打包，确定t c p i p 地址和加密方式；网络层的协议目前主要是p h a s e l 阶段提供的t c p i p 和x 2 5 协议。t c p i p 和x 2 5 协议对于传统的g s m 网络设备( 如：b s s 、n s s 等设备) 是透明的。 2 2 1 传输平台协议 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( n s s ) 平台连接，这种独立性是通过保留g b 接口来实现的。传 输平台协议层如图2 2 所示。 应用 应用 t c p t c p u d p u d p l p ，) ( 2 5i pi p i p s n d c p酬 g t p l 2l 2 s 献乡什 一 l l cl l ct c p u d p 1 p 仰p r l c 一r e l a y b s s g pj p i p r l c j s s g p l i l l m a cm a c n e t w o r kn e t w o r k l 2 l 2 s e r v i c e s e r v i c e g s m r f g s m r f l l b i s l l b i sl ll 1 圈2 2 传输平台协议层 g t p ：g p r s 隧道协议规范g p r s 主干网的支持节点( g g s n 和s g s n ) 之间的用户数据和网 络控制信号的传输，所有的分组数据报( 如x 2 5 或i p ) 的协议数据单元( p r o t o c o ld a t a u n i t p d u ) 都会被g t p 封装。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 t c p u d p ：t c p 协议用于在需要可靠数据连接的时候在g p r s 主干网上运送g t p 协议数据 单元，而u d p 协议用于在不需要可靠数据连接的时候在g p r s 主干网上运送g t p 协议数据单 元。t c p 对丢失或被破坏的g t p 协议数据单元提供流程控制和保护，而u d p 对被破坏的g t p 协 议数据单元提供保护。 i p ：i p 协议是g p r s 主干网协议，用于用户数据和控制信号的路由指示。g p r s 主干网目 前采用i p v 4 协议。 s n d c p ；子网支持集中协议( s u b n e t w o r kd e p e n d e n tc o n v e r g e n c ep r o t o c o l ，s n d c p ) 层提供其他网络协议的透明传输以及数据的压缩，还提供网络标识( n e t w o r ks e r v i c e a c c e s sp o i n ti d e n t i f i e r ，n s a p i ) 和网络终端之间的对应。 l l c ：l l c 是一种基于高速数据链路规程h d l g 的无线链路协议，能够提供高可靠的加密 逻辑链路。l l c 层负责从高层s n d c p 层的s n d c p 数据单元上形成l l c 地址、帧字段，从而生成 完整的l l c 帧。另外，l l c 可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。l l c 独立于底 层无线接口协议，这是为了在引入其他可选择的g p r s 无线解决方案时，对网络子系统n s s 的改动程度最小。 r e l a y ：在b s s 中，中继器( r e l a y ) 实现l l c 协议数据单元在u m 和g b 接口之间的转发； 在s g s n 中，中继器实现分组数据报协议数据单元在g b 和g n 接口之间的转发。 b s s g p ：基站系统g p r s 协议( b a s es t a t i o ns y s t e mg p r sp r o t o c o l ，b s s g p ) 层实现 b s s 和s g s n 之间路由和其它信息的传送。 n s ：网络服务( n e t w o r ks e r v i c e ，n s ) 层在b s s 和s g s n 之间建立帧中继( f r a m er e l a y ) 连接来传送b s s g p 协议数据单元。 r l c m a c ：本层包含两个功能，无线连接控制( r l c ) 功能提供一个可靠连接的无线方 案；媒体访问控制( m a c ) 功能控制无线频道的访问信号( 如请求和应答) 的流程并且把 l l c 帧映射到g s m 物理通道上。 g s i “r f ：u m 接口的物理层为射频接口部分，而逻辑链路层则负责提供空中接口的各种 逻辑信道。g s m 空中接口的载频带宽为2 0 0 k h z ，一个载频分为8 个物理信道。如前向纠错码 的开销，最终的数据速率可达1 6 4 k b i t s 左右 在g p r s 数据传输平台上，移动工作站m s ( 包括终端设备t e 和移动终端m t ) 通过u m 接口 连接至u b s s ，b s s 和s g s n 通过g b 接口连接，s s g n 与g g s n 通过g n 接口连接。g i 是g g s n 与其它分 组数据网络( p d n ，p a c k e td a t an e t w o r k ，如i p 网络或x 2 5 网络，i p 网络目前应用最广泛 的是i n t e r n e t 网) 的接口，这里只讨论与i n t e r n e t 网络的连接。 2 2 2 基于i p 的g p r s 数据传输服务 从上一小节g p r s 传输平台的协议层次和支持的协议可以看出，在g p r s 信道中支持所有 的基于i p 协议的其他协议，包括t c p u d p 协议以及其上层的h t t p 、f t p 等协议。在i p 协议的 底层，能运行其它不同的协议，如l 2 ，p p p 等，由于p p p 协议得到广泛的支持，目前大多数 g p r s 无线数据m o d e m 支持p p p 协议。 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 终端设备t e 可以在i p 协议的上层选用t c p 或u d p 协议，所用的i p 数据报都能通过g p r s 信 道( g p r sb e a r e r ) 传送至l j i n t e r n e t 网络中。 2 3g p r s 移动终端分类 g p r s 定义了三种不同的移动终端类别：a 类( c l a s sa ) 、b 类( c l a s sb ) 和c 类( c l a s s c ) 4 1 i o ) 。 a 类：a 类的g p r s 移动终端可同时使用g s m 电路交换服务和g p r s b 匿务。用户可在通话的 同时，通过g p r s 链路收发数据。a 类的移动终端还允许传统g s m 服务和g p r s 服务的同时接入、 激活和监控。 b 类：b 类的g p r s 移动终端允许传统g s m 业务和g p r s 业务的同时接入、激活和监控。但 不允许g s m 和g p r s 服务同时进行数据传输。例如，一个用户建立了g p r s 数据连接，并且正 在发送或接收数据包；这时，用户移动终端收到了一个来话指示，并且接听了该呼叫。当 用户正在通话时，g p r s 虚拟连接被“挂起”或“示忙”，不可能用于数据传输。用户通话 结束后，g p r s 虚拟连接才可能继续传输数据。 c 类：c 类的g p r s 移动终端是一个纯粹的g p r s 终端( 只支持g p r s ) 或者既可支持g s m 电 路交换服务，也可支持g p r s 。后一种情况下，该移动终端必须在g s m 和g p r s 两种模式之间 来回切换，当切换至g p r s 模式下时，用户可以使用该终端发起或接收g p r s 呼叫，但不能用 其发起或接收g s m 呼叫；同样，切换至g s m 模式下时，用户可使用该终端发起或接收g s m 呼 叫，但不能用其发起或接收g p r s 呼叫。 2 4g p r s 的具体应用 g p r s 移动数据传输系统有很大的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以 应用，具体来说主要有以下这些服务： ( 1 ) 信息业务 传送给移动电话用户的信息内容广泛，如股票价格、体育新闻、天气预报、航班信息、 新闻标题、娱乐、交通信息等等。 ( 2 ) 交谈 人们更加喜欢直接进行交谈，而不是通过枯燥的数据进行交流。目前因特网聊天组是 因特网上非常流行的应用。有共同兴趣和爱好的人们已经开始使用非话音移动业务进行交 谈和讨论。由于g p r s 与因特网的协同作用，g p r s 将允许移动用户完全参与到现有的因特 网聊天组中，而不需要建立属于移动用户自己的讨论组。因此，g p r s 在这方面具有很大的 优势。 ( 3 ) 网页浏览 移动用户使用电路交换数据进行网页浏览无法获得持久的应用。由于电路交换传输速 率比较低，因此数据从因特网服务器到浏览器需要很长的一段时间。因此g p r s 更适合于 因特网浏览。 ( 4 ) 企、l ke m a i l 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 一些企业中，往往由于工作的缘故需要大量员工离开自己的办公桌，因此通过扩展员 工办公室里的p c 上的企业e - m a i l 系统使员工与办公室保持联系就非常重要。g p r s 能力的 扩展，可使移动终端接转p c 机上的e - m a i l ，扩大企业e - m a i l 应用范围。 ( 5 ) 因特网e - r e a l l 因特网e - m a i l 可以转变成为一种信息不能存储的网关业务，或能够存储信息的信箱 业务。在网关管业务的情况下，无线m a i l 平台将信息从s m t p 转化成s m s ，然后发送到s m s 中心 ( 6 ) 交通工具定位 该应用综合了无线定位系统，该系统告诉人们所处的位置，并且利用短消息业务转告 其他人其所处的位置。任何一个具有g p s 接收器的人都可以接收他们的卫星定位信息以确 定他们的位置。且对被盗车辆进行跟踪等功能。 ( 7 ) 静态图像 例如照片、图片、明信片、贺卡和演讲稿等静态图像能在移动网络上发送和接收。使 用g p r s 可以将图像从与一个g p r s 无线设备相连接的数字相机直接传送到因特网站点或其 他接收设备，并且可以实时打印。 ( 8 ) 远程局域网接入 当员工离开办公桌外出工作时，他们需要与自己办公室的局域网保持连接。远程局域 网包括所有应用的接入。 ( 9 ) 文件传送 文件传送业务包括从移动网络下载量比较大的数据的所有形式。 ( 1 0 ) 个人银行服务。 由于移动终端的独享特性，移动终端将逐渐具备个人身份表示的作用，成为人们随身 携带的信用卡。利用这一点以及移动的灵活性，用户可以享受到方便的银行服务，如通过 手机缴纳各种服务费用，用手机转移账务等等。 ( 1 1 ) 个人购物服务。 基于个人银行服务，用户在将来就能用手机买商品，定购晚餐等。手机将成为用户的 个人电子钱包，甚至取代个人信用卡。 2 5g p r s 通信模块 s i m 3 0 0 是s i m c o m 公司开发的一款g s m g p r s 模块，它可以在9 0 0 1 8 0 0 1 9 0 0 m h z 这三 种频率下工作，可以实现语音、短信、数据和传真信息的高速传输。s i y 3 0 0 和支持t c p i p 协议栈，并提供支持t c p i p 的a t 命令集使用户使用t c p i p 协议更加方便。s i m 3 0 0 的主 要特点如下脚： g p r s 特性 g p r s 等级1 0 最高下行信道速率：8 5 6 k p b s ，最高上行信道速率：4 2 8 k b p s 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 编码系统：c s l 至c s 4 - 支持t c p i p 协议，支持p a p ( 密码鉴定协议) 协议用于p p p 连接 - 支持包交换广播控制信道( p b c c h ) 串口特性 串口l 提供7 根线( t x d 、r x d 和控制信号线) _ 串口1 支持传真、g p r s 服务和在控制模式下传输a t 命令 一串口2 只包含t x d 和r x d 两条数据线 串口2 只能用来传输a t 命令 s i m 3 0 0 模块在传统的d c e - d t e 的连接体系中是作为d c e 数据通信设备而存在。在它提 供的两个串口中只有串口1 同时支持g p r s 服务和a t 命令的传输。所以，本文选择串口1 作为和c p 2 1 0 2 通信的接口。串口1 和一个d t e 设备的连接示意图如图2 3 所示。 s i m 3 0 0 串口1 d t e t x dt ) r ) = = d e v i c e e x t e n s i o n ： d e v i c e e x t e n s i o n 一 l o w e r i ) e v i c e o bj e c t = i o h t t a c h d e v i c e t o d e v i c e s t a c k ( d e v i c e o b j e c t ，p h y s i c a l d e v i c e o b j e c t ) ： s e t l i n k n a m e ( d e v i c e e x t e n s i o n 。d i v e r o b j e c t ) ： c r e a t e d e v i c e 函数劬建一个设备，首先为设备定义一个内核设备名，然后调用 i o c r e a t e o e v i c e 函数，为了让操作系统认为这个设备是一个串行口，要将设备类型定义为 f i l ed e v i c e _ s e r i a l _ p o r t 。 l o c r e a t e d e v i c e ( d r i v e r o b j e c t ，s i z e o f ( d e v i c ee x t e n s i o n ) ， & d e v i e e o b j n a m e ，f i l e _ d e v i c e _ s e r i a l _ p o r t ， f i l e _ o e v i c e s e c u r eo p e n ，t r u e ，d e v i c e o b j e c t ) ： 第2 8 页武汉科技大学硕士学位论文 然后要通过s e t d e v i c e e x t e n s i o n 函数设置设备扩展结构体，并把设备连接到设备堆栈 上。接下来要通过s e t l i n k n