（轮机工程专业论文）远程监测与控制单元的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 短消息作为g s m 网络中最为简单和方便的通讯方式，其业务得到了迅 猛的发展。它具有如下优点：短消息传输安全可靠，短消息服务不收取通信 费用，只收少量的服务费，而且可以利用现有的g s m 网络，不必再大量投 资建设发射台，加上g s m 本身具有的自动漫游特性，利用通过集成的模块 可以实现很多增值业务。 单片机和p c 机通过串行接口构成的多微机系统已经广泛应用于工业控 制、环境监测等场合，这些系统大多采用r s 2 3 2 、r s 4 8 5 或有线m o d e m 等 通信方式，虽然经济实用，但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用。 针对这种情况，我们可以利用g s m 公共网进行数据传输的方法，即在传统 的单片机系统中利应用支持短消息业务的g s m 模块发送信息，通过标准的 r s 2 3 2 接口结合已有的单片机系统，利用现有的9 0 0 m 或1 8 0 0 m 的g s m 网 络实现数据的无线传输，其监控终端也不再仅局限于p c 机，也可以是移动 电话或其他移动终端。 本监控系统中的模块采用西门子公司的t c 3 5 t 无线模块，模块通过标 准的r s 2 3 2 串口与设计的监控单元连接，远程设备的控制、查询等可以通过 短消息模块来完成，实现无人职守。设备的数据可以通过标准的串口发送到 短消息模块，再以短消息的格式发送给需要数据的用户；用户的控制指令可 以通过短消息发送给与设备相连的无线模块，该模块收到控制消息后，消息 通过标准串口发送给单片机，单片机再执行相应的动作。 论文由无线数据传输方式与短消息业务、短消息的a t 指令与t c 3 5 t 模 块、无线监控单元硬件电路设计、无线监控单元软件设计、系统的抗干扰问 题五个主要部分组成。 论文第一部分简单介绍了无线数据传输的几种方式及其各自的优缺点， 重点分析了短消息基于g s m 网络传送原理及其优点。 论文第二部分介绍了短信的几种格式，并重点介绍了短消息的a t 指令 在超级终端下的应用，同时详细的介绍了西门子公司的无线通讯模块t c 3 5 t 各个接口及特性。 论文第三部分简单介绍了无线监控系统的原理，重点介绍了无线监控单 元用到的微处理器、数据存储器、串口电路、摸数转换器、温度传感器、稳 压器的特性及其接口电路。 论文第四部分介绍了无线监控单元软件设计的思路并给出了单片机与 模块通讯的部分程序，同时也对程序中需要注意的事项也作了说明。 论文第五部分介绍了系统硬件、软件抗干扰的各种措施。 该论文研究如何利用g s m 无线模块结合单片机系统，用户通过g s m 网 络的短消息可以实现远程监控任务，这一应用有着广泛的前景。 关键宇：短消息，无线模块t c 3 5 t ，a t 指令，单片机 武汉n 2 1 2 大学硕士学位论文 a b s t r a c t s h o r tm e s s a g ei sas i m p l ea n dc o n v e n i e n tm e a n so fd a t ac o m m u n i c a t i o ni n g s m i t sb u s i n e s sa n da p p l i c a t i o n sa r e d e v e l o p i n gv e r yq u i c k l ya n dw i d e l y i t h a st h e f o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：i t i ss a f ea n dr e l i a b l ef o rs h o r tm e s s a g et o t r a n s m i t ，t h e s e r v i c ef o rs h o r t m e s s a g e d o e sn o tn e e dt h ec o m m u n i c a t i o n e x p e n s e s ，c h a r g eas m a l la m o u n to f s e r v i c ec h a r g eo n l y , a n di tc a l lu s ee x i s t i n g g s mn e t w o r k i tn e e d n ti n v e s ti nt h ec o n s t r u c t i o no ft h el a u n c h e r i na d d i t i o n g s mh a sr o a mc h a r a c t e r i s t i ca u t o m a t i c a l l v i tc a nr e a l i z ea1 0 to fv a l u e a d d e d s e r v i c et h r o u g hm o d u l eo f i n t e g r a t i o nt ou t i l i z e c o m p u t e ru n i t si n c l u d i n g p ca n d s i n g l ec h i p c o n n e c t e dt h r o u g hs e r i a l i n t e r f a c ew e r ea p p l i e dw i d e l yi n i n d u s t r yc o n t r o l ，c o n d i t i o nm e a s u r e t h e s e s y s t e m sa l m o s tc o m m u n i c a t et h r o u g hr $ 2 3 2 ，r s 4 8 5o rm o d e m t h e s e m a n n e r s l i m i t d e e p l y s i t u a t i o no ft h e u n i t s a p p l i c a t i o nt h o u g h t h e s e e c o n o m ya n d p r a c t i c a l i t y ，i no r d e r t os o l u t et h e s ed i s a d v a n t a g e s ，w ef i n dt h a tw ec a na p p l yt h e g s mc o m m o nn e t w o r kt ot r a n s p o r td a t a t h a ti s w eu s eg s mm o d e mt h a tc a n s u p p o r ts h o r tm e s s a g es e r v i c et ot r a n s p o r ta l a r mi n f o r m a t i o nc o n n e c t i n gw i t h t h e s i n g l ec h i pm i c r o p r o c e s s o rs y s t e mt h r o u g hs t a n d a r dr s 2 3 2i n t e r f a c e w e c a nm a k et h ed a t at r a n s p o r t e dw i r e l e s s ，a n dt h em o n i t o rt e r m i n a li sn o to n l yp c ， b u ta l s om o b i l et e l e p h o n eo ro t h e rm o b i l et e r m i n a l s t h em o d u l ei nt h i sm o n i t o r i n gs y s t e ma d o p t sw i r e l e s sm o d u l eo ft c 3 5 to f s i d e m e n sc o m p a n y , t h em o d u l ei sc o n n e c t e dw i t hc o n t r o lu n i td e s i g n e dt h r o u g h s t a n d a r dr s 2 3 2 t h ec o n t r o la n di n q u i r yo ft h el o n g r a n g ee q u i p m e n t ，e t c c a n b ef i n i s h e dt h r o u g ht h ew i r e l e s sm o d u l e t h ed a t ao ft h ee q u i p m e n tc a nb es e n tt ot h es h o r tm e s s a g em o d u l et h r o u g h s t a n d a r ds e r i a li n t e r f a c e ，a n dt h e ns e n dt ou s e r s0 ft h en e e dd a t aw i t ht h ef o r mo f s h o r tm e s s a g e ；u s e r s c o n t r o lo r d e rc a na d m i n i s t r a t et h ew i r e l e s sm o d u l et h a t t h ee q u i p m e n tl i n k e dt oe a c ho t h e rt h r o u g hm e s s a g ed e l i v e r y ，a f t e rt h i sm o d u l e r e c e i v e st h em e s s a g eo fc o n t r o l l i n g ，i ti ss e n tt ot h ee q u i p m e n tb ys t a n d a r d r s 2 3 2a n df i n i s hc o r r e s p o n d i n go p e r a t i o n t h e o a r l e r i n t r o d u c e st h e c o n c e p t o fw i r e l e s sd a t aa n ds h o r tm e s s a g e b u s i n e s s ，a tc o m m a n do fs h o r tm e s s a g ea n dt c 3 5 tm o d u l e w i r e l e s sc o n t r o l u n i th a r d w a r ec i r c u i t d e s i g n ，w i r e l e s s c o n t r o lu n i ts o f t w a r e d e s i g n a n d a n t i d i s t u r b 8 n c ed e s i g n 武汉理工大学硕士学位论文 t h ef i r s t p a r t o f p a p e r i n t r o d u c e ss e v e r a l w a y s o fw i r e l e s sd a t a t r a n s m i s s i o nb r i e f l ya n da n a l y z e se s p e c i a l l yt h ep r i n c i p l ea n da d v a n t a g eo fs h o r t m e s s a g e t r a n s m i s s i o n b y t h eg s mn e t w o r k t h es e c o n dp a r to f p a p e ri n t r o d u c e ss e v e r a lk i n d so f f o r m so ft h em e s s a g e ， a n di n t r o d u c e sa p p l i c a t i o nu n d e rt h es u p e rt e r m i n a ls t a t i o no fa to r d e ro fs h o r t c o m m a n de s p e c i a l l y a tt h es a m et i m e ，t h e p a r t a l s oi n t r o d u c e st h ee a c h i n t e r f a c ea n dc h a r a c t e r i s t i co fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o d u l et c 3 5 to f s i e m e n s c o m p a n y t h et h i r dp a r to f p a p e ri n t r o d u c e st h ep r i n c i p l eo ft h ew i r e l e s sm o n i t o r i n g s y s t e mb r i e f l y , a n di n t r o d u c e st h em i c r o p r o c e s s o r ，d a t am e m o r y ，d a t am e m o r y , s e r i a li n t e r f a c ec i r c u i t ，a dc h i p ，t e m p e r a t u r es e n s o r ，m a n o s t a td e t a i l e d l y t h ef o u r t hp a r to f p a p e ri n t r o d u c e st h et h i n k i n go f t h es o f t w a r ed e s i g no f t h eu n i tw i r e l e s s l y ，a n dp r o v i d e ss o m ep r o c e d u r e so ft h es i n g l e c h i pa n dm o d u l e c o m m u n i c a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ep a r t e x p l a i n st h ei t e mn e e d i n gp a y i n g a t t e n t i o nt oi nt h ep r o c e d u r e t h ef i f t h p a r t o f p a p e r i n t r o d u c e st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e a n t i d i s t u r b a n c ed e s i g n t h ep a p e rs t u d i e sh o wt or e a l i z er e m o t ec o n t r o l l e r b yg s mw i r e l e s s m o d u l ea n d s i n g l e c h i pm i c r o p r o c e s s o r ，e x t e n s i v e l y o u rr e s e a r c hh a st h e p r o s p e c te x t e n s i v e l y k e yw o r d s ：s m s ，w i r e l e s s m o d u l et c 3 5t ，a t c o m m a n d ，s i n g l ec h i p m i c r o p r o c e s s o r l i j 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题的背景与意义 1 【2 3 】【4 】【5 】 回顾远程监测与控制的发展，在计算机出现以前，主要是工程人员在现 场对对象进行监测和控制。随着计算机普及，出现了第一代计算机化的监测 与控制系统，对象的监测与控制一般限于单机系统内部，是一种封闭式的系 统，也称单机系统。由于计算机和分布式技术的发展，具有局域分布系统特 点的控制与监测系统大量出现。大型工厂的生产过程具有设备单元地域分布 和功能模块分布的特点，因此可以构建局域网络来控制和监测各个分布单 元，由此达到分散监控、集中操作与管理的目的，在这种监控系统中，资源 可在局域网中共享，各功能模块可以协调工作，有助于提高监控计算机应用 系统本身的工作可靠性。 随着科学技术水平的提高，这种在现场对对象的监控已不能满足人们的 要求，由此产生了远程监控技术，人们在现场以外就可以完成对对象的监控。 在i n t e r n e t 广泛使用以前，远程监控的数据的传输一般采用专线和电话 网连接方式进行，这仅能实现点对点的远程监控，并且由于通信成本高、开 放性差、资源难以共享，使得早期远程监控技术研究和应用的发展缓慢，使 用范围有限。i n t e r n e t 和w e b 技术的发展大大促进了远程监控系统的发展， 由于i n t e r n e t 结构开放、简捷的信息交互和信息共享的特性，使得基于i n t e r n e t 进行远程监控，不仅能够简单有效的实现远程监控的基本功能，而且使远程 监控技术发展到一个新的阶段。其主要特征是分层网络化。存系统的下层， 采用以现场总线为代表的工业网络连接的网络化智能监控单元：在系统的上 层，采用以i n t e r n e t 为代表的标准网络连接的网络化智能监控与管理集成系 统。监控信息可以在整个网络中共享，并且可以与其它管理信息相融合。 基于i n t e r n e t 的远程监控系统解决了点对点的远程监控系统的许多不 足，但其移动性差，为了更好的实现随时随地的对控制对象的远程监控，需 要结合无线通讯技术来实现远程监控。 短消息( s m s ) 作为g s m 网络中最流行、普及的数据传输业务，具有 武汉理工大学硕士学位论文 操作简单、收费低、2 4 小时在线和数据传输安全等特点；短消息( s m s ) 是 1 9 9 8 年才被推广的一种新的数据传输业务，对短消息应用于无线监控的研 究最近才引起人们的重视。 近年来，无线通讯网络g s m 的不断完善与发展，手机的普遍使用与费 用的不断降低使得基于g s m 网络短消息( s m s ) 的远程监测与控制技术有 着广阔的应用前景。 1 2 本文完成的主要工作 本文主要是应用现有的数字移动通讯网络( g s m ) 结合西门子公司的无 线通讯模块t c 3 5 t 实现对远程目标的监测与控制，并利用g s m 的短信息 ( s m s ) 实现对对象数据信息的传输。使人们只用手机就能对远程目标实现 随时随地的监测与控制，给人们的生活、工作和工业生产带来极大地方便。 具体内容包括以下几个方面： ( 1 ) 系统总体设计 设计了系统的总体结构，完成了系统硬件设备的选型，确定了系统软件 的开发工具。 ( 2 ) 目标对象监测与控制单元器件电路的设计与实现 设计了监控单元的硬件电路，其中包括单片机系统与模块t c 3 5 t 之间 的串口通讯电路，单片机系统中的数据存储器、模数转换器、温度传感器等 元件与单片机之间的接口电路并设计了本监控系统用到的抗干扰电路模 块。 ( 3 ) 目标监测与控制单元软件的设计与实现。 监测与控制单元软件的设计与实现：一是单片机与无线模块t c 3 5 t 之 间的a t 指令通信：单片机接收无线模块t c 3 5 t 发送来的短信息，提取无线 模块t c 3 5 t 收到的短信息，存储无线模块t c 3 5 t 收到的短消息，并根据收 到的短消息执行相应的动作，包括开关量控制、模拟量查询、用户对监控单 元曾做过的控制等。二是单片机对外围器件的控制，单片机对外围开关量的 控制、对模拟量的读取、对数据存储器的读写等。 2 武汉理工人学硕士学位论文 第2 章无线数据传输方式与短消息业务 2 1 无线数据传输方式 无线数据通讯的应用范围广泛：一是提供的业务范围很广，主要包括事 务处理，交换应用和广播应用，涉及信用卡业务、出租调度、寻呼、电子邮 件、数据库接入、远程l a n 接入、信息服务、天气预报、广告等许多方面， 是一项能深入生产、生活各方面的服务。二是应用场合广泛。 当前应用于远程监控无线通讯数据传输主要有：g s m ( s m s ) 、g p r s 、 c d m a ，蓝牙技术、电台方式等。 2 1 1 g s m ( s m s ) t 6 儿7 g s m 是1 9 9 2 年欧洲标准化委员会统一推出的“g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ”标准( 全球移动通信系统) 的缩写，它采用数字通讯技术、统 一的网络标准，使通讯质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使 用。第二代数字移动通讯g s m 是数字移动通信系统的先行者，它采用数码式 移动通讯技术，传输速度为9 6 k b p s ，包括透明和非透明种传输方式。透明方 式传输精确度较差，但速度快，适合要求速度较快，但精确度不高的需求。非 透明方式传输精度高，数据传输过程中除了前向纠错编码外，还要通过无线链 路协议( r l p ) 进行控制，不合格的帧需要重传，故而传输速度较慢。g s m 使用 的波段有9 0 0 m h z 和1 8 0 0 m h z 。g s m 系统的优势在于其覆盖范围广，在我国 基本实现了全国漫游。g s m 系统的另个优势就是手机品牌型号多，高、中、 低档次齐全，用户能用到的和想到的功能基本上都具备了。g s m 系统的不足 是通话噪音大，接通率不高，容易掉线。g s m 短信服务( s m s ) 费用低、操作简 单，用于远程控制的设备投资费用低。其缺点是数据传输实时性差，数据传 输量有限。 2 1 2g p r s l 8 】【9 】 g p r s 是英文g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 的缩写，意思是通用分组无线 武汉理工大学硕士学位论文 业务。g p r s 是在现有g s m 网络基础上引入的一种新型的分组数据传输网 络，是现行的g s m 向3 g 系统演进的重要环节。从2 0 0 0 年6 月，摩托罗拉公 司在英国推出了世界上第一个g p r s 商用系统和第一部g p r s 商用手机后， 在仅仅一年多的时间里，世界上就有9 9 家运营商投入到g p r s 的运营之中。 中国移动早在1 9 9 9 年就开始搭建g p r s 实验网。使用g p r s 时数据封装 进每个分组并在网上发送、网络容量仅在需要时分配，提供了即时链接和高 通过率。g p r s 通信技术系统的优势在于永远在线，只要一打开手机，就能与 互联网自动接通；能快捷登陆，上网速度是w a p 手机的5 倍( w a p 手机是集 移动电话与移动电脑于一身的新型通讯工具，它不仅具有普通手机的功能， 而且还有收发电子邮件、传真、浏览新闻、查看股市行情等功能。) ：传输速 度高，其理论传输速度为1 7 1 k b p s ；语言、数据自由切换，上网打电话两不 误。其缺点是实际运行速度远远达不到其理论速度，手机上网的网站很少并 且不方便，g p r s 使用很不普遍。 2 1 3c d m a t l o l c d m a 是英文c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e 缩写，意思是码分多址通信技术， 由于c d m a 系统采用了先进的扩频技术，使通信背景噪音大大降低。其缺点 是c d m a 手机使用u i m 卡，g s m 系统用户转入c d m a 系统时需更换c d m a 手机，更换新的u i m 卡，变换新的手机号，国内只有基于c d m a 2 0 0 1 x 的网络 才能数据传输，在网络覆盖率远远不及g s m 。 2 1 4 蓝牙技术1 1 1 2 1 1 13j 随着i n t e r n e t 和移动通讯的空前发展和相互融合，出现了一种短程无线 通讯标准：蓝牙技术。它能使网络中的数据和语音设备互连互通，实现廉价 的无线网络梦想。蓝牙技术由爱立信、i b m 、英特尔、诺基亚和东芝这五家 公司于1 9 9 8 年5 月联合推出的一项旨在实现网络中各类数据及语音设备互 连的计划，并为纪念千多年前统一北欧的丹麦国王，将这种将在全球通用 的无线传送技术命名为“蓝牙”，取其统一天下之意。 蓝牙技术是一种无线数据和语音通信的开放性全球规范，它以低成本的 近距离无线链接为基础，为固定和移动设备通信环境建立一种特别链接的短 程无线电技术。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的 公开标准，使通信与计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没 4 武汉理工大学硕士学位论文 有电线或电缆互连的情况下，能在近距离范围内具有互用、互操作的性能。 蓝牙技术旨在简化网络中各类数据及语音设备( 如p c 机、打印机、扫描仪、 传真机、数码相机、笔记本电脑、掌上电脑、移动电话、无线耳机、键盘、 鼠标及游戏操纵杆等) 互连，所有数字设备均可加入蓝牙无线个人区域网络。 蓝牙计划的目标就是要建立一个全球统一的无线连接标准，使不同的厂 家生产的各种移动计算机和各种便携设备，在近距离内都不用电缆就可以很 方便地连接起来，实现相互操作与数据分享。它利用短程无线电链路取代专 用电缆，它可以在1 0 厘米到1 0 米的范围内使8 个置入蓝牙晶片的网络设备 ( 如手机和便携电脑等) ，实现无缝的资源共享，达到相互操作和互用的目 的、如果提高传送设备的功率，距离还可以扩展到l o o 米甚至更远。 虽然蓝牙技术现在的使用很很不普遍，尤其在国内。但是蓝牙技术与生 俱来的开发性赋予了其强大的生命力，可以预见在不久的将来，蓝牙技术将 会给现代信息社会中的人们工作和生活方式带来一场革命。 2 1 5 电台方式 1 4 1 采用电台方式的监测系统，系统配置必须配备m o d e m ，该调制器是用来 把数字信息转换成音频信号，通过电台发射出去，接收端再通过解调恢复原 来的信号。其特点是实时性好、运行费用低，但传输距离有限、数据传输率 比较慢 通过上面的比较并结合所应用对象的适用性、经济性等方面的考虑，本 远程控制的无线数据传输选择g s m ( s m s s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e ) 。 1 9 9 2 年第一条短信( s m s ) 通过英国沃达丰( v o d a f o n e ) 公司的g s m 网络从一台电脑传递到一部手机上，随后的几年内短信并没被广泛的应用。 1 9 9 8 年欧洲的一些移动网络运营商开始推广短信业务，不久中国移动和联 通与开始推出了短信业务，此后短信业务得到了飞速的发展。s m s 是g s m 系统中提供的一种g s m 手机之间及短信实体之间通过业务中心( s c ) 进行 文字信息收发的方式，其中业务中心完成对信息的存储和转发功能，它不需 要附加其它较为庞大的数据终端设备，仅用手机就可以达到信息交流的目 的，当前s m s 已是最流行、普及的一种无线数据业务，s m s 的长度限定在 1 6 0 个字节以内，内容可以是文本、数字或二进制的非文本数据。短信业务 按通信方式分为两种：点对点的短信业务和一点对多点的短信业务，即小区 广播型短信业务。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 短消息业务 2 2 1 短消息业务简介【” 1 1 6 l 起初短消息业务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e s ，s m s ) 只被当成用来通知用户话 音邮件到达的一种寻呼机制。但现在越来越多地用作消息业务。通过短消息 业务，g s m 用户能在几秒钟内与几乎世界各地数字蜂窝网的其它用户交流 简短消息。已经有大量的应用可以使用计算机来接收和发送短消息，各种网 关体系结构也正被广泛地开发和实施，把e m a i l 系统或者语音系统链接到短 消息系统。 短消息业务以数字蜂窝终端发送和接收消息的能力为基础。与普通的寻 呼业务不同的是g s m 短消息的传递是有保证的。即使一个目的蜂窝终端不 可以到达( 比如关机或不在服务区内) ，网络也会保留发给它的消息并当该 终端又出现在网络中后传递。 短消息业务( 通过g s m ) 以较低的延迟支持国际漫游，因此特别适合 多用户寻呼、e m a i l 、语音邮件通知和消息类业务等应用。 短消息业务按其实现的方式可以分为点到点短消息业务( s m s ) 和小区广 播短消息业务( c b s ) ，通常提到的短消息业务主要是指点到点短消息( s m s ) 。 点到点短消息业务( s m s ) 中，短消息可以是从一个移动台发送到另一个 移动台，从一个p c 到移动台，或者相反。被发送的信息经过编码后消息长 度为1 4 0 个字节，也就是一条短消息可以包含1 6 0 个英文字母( 7 b i t 编码) 或8 0 个中文汉字( u n i c o d e 编码) 。这些消息由短消息中，l , ( s m s c ) 来保存， 并在可以传递时转发消息，每个g s m 网络必须支持一个或多个s m s c 对短 消息进行分类和确定路由。 而小区广播型短消息( c b s ) 也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的业务，通常移动公司会使用这种方式在一定的区 域内向所有g s m 用户循环发送一些具有通用性的信息，如交通信息、天气 情况、股市信息、新闻等。 短消息业务是g s m 系统中提供的一种g s m 手机之间及与短消息实体 之间通过业务中心进行文字信息收发的方式，其中业务中心是独立于g s m 网络的一个业务处理系统，主要功能是提交、存储、转发短消息，并完成与 i n t e r n e t 等网络的互通，以实现来自其它s m s ( s h o r tm e s s a g ee n t i t y ) ( 如：人 工台自动台、咨讯平台等) 的短消息的传递。 武汉理工大学硕士学位论文 传送短消息业务的控制信道为专用控制信道( d c c h ) 。d c c h 为点对点 双向控制通道，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 ) 和慢速随路通道( s a c c h ) 。短消息业务的传输是在独立专用控 制信道( s d c c h ) 或慢速随路控制信道( s a c c h ) 进行，具体是在s d c c h 还是s a c c h 上传，这取决于业务信道( t c h ) 的使用： ( 1 ) 当t c h 未分配时，短消息在s d c c h 上传送； ( 2 ) 如果短消息在s d c c h 上处理已分配了t c h ，短消息传递将停止 并继续在t c h 随路s a c c h 上进行； ( 3 ) 如果当短消息到达时，t c h 已分配，则短消息在随路s a c c h 上 传递； ( 4 ) 当采用t c h 的实体结束其处理时，无线资源管理( r r ) 子层可 选择在s a c c h 继续进行短消息传递或将它转至s d c c h 通过以上s m s 的工作原理可以看出，s m s 作为g s m 网络的一种主要 的电信业务，它的传递是可靠的，从而为基于它的各类新业务的开发打下了 坚实的基础。 2 2 2s m s 网络结构、分层协议、实现方式 1 7 1 1 8 】 s m s 是目前g s m 网内唯一采用分组方式的数据业务。一个活跃移动台 应该能够在任何时候发送和接收一个短消息的传输协议数据单元，不管当时 业务信道上是否有正在进行的语音和数据传呼。 ( 1 )s m s 网络结构 s m s 网络结构主要部分如图2 一l 所示： 图2 1短消息业务的网络结构 g s m 短消息业务系统是由移动业务交换中心( m s c ) 、网关移动业务交 换中心( g m s c ) 、本地用户寄存器( h l r ) 、访问者位置寄存器( v l r ) 和 短消息服务中心( s m s c ) 等部分组成的，它们之间的关系如图2 1 所示： 武汉理工大学硕士学位论文 其中g m s c 是g s m 网与其它网络的接口，在信令上也起到一个信令转 换点( s t p ) 的作用。m s c 与基站相连，为一定区域的用户服务。h l r 用 于保存用户的永久信息，如国际移动用户识别( i m s i ) ，移动用户的i s d n 号( m s i s d n ) ，还有用户目前正在漫游的m s c 、v l r 号码。但h l r 仅保 存本地用户的消息，如在武汉的h l r 中只保存武汉g s m 用户的消息。还保 存用户的动态数据，如开、关机的状态信息和目前处在哪个位置区( l a c ) 的数据等。但是v l r 可以保存本地区以外用户的数据，例如北京用户漫游 到武汉，在武汉的v l r 中就可登记，将数据暂存在武汉数据库中。 当移动台接收短消息是s m s c 要确定一个移动台终结短消息的路由， s m s c 把短消息转发到短消息业务网关移动交换中心( s m s g m s c ) 。s m s g m s c 向目的移动台的归属位置寄存器( h l r ) 询问路由信息并把消息发 送到合适的移动交换中心( m s c ) ，由该m s c 把消息发给目的移动台。相反， 当确定一个移动台发起的短消息路由时，移动台根据全球称谓( g l o b a lt i t l e ) 寻址到需要的s m s c 。如果移动台漫游到外地，被访问的移动网将把短消息 路由到合适的短消息业务互联移动交换中心( s m s i w m s c ) ，s m s i w m s c 冉将短消息传递给m s c ，最后m s c 将消息传递给m s 此外，短消息服务需要在网络中安排一台或者若干台专用服务器。这个 短消息服务器可成为服务中心s c ，其任务时存储和重发短消息，直到收件 人自行收到短消息。当短消息发给一个移动台，移动台再覆盖以外或者场强 不足时，服务器保存该消息，并且网络存储该消息成为候补消息。当移动台 登陆或者发出呼叫时，网络就通告短消息服务器，使它成功地将候补消息发 给收件人。 ( 2 ) 短消息分层协议 短消息业务的层结构如图2 2 所示，由链路层( s m l l ) ，中继层 ( s m - r l ) 、传输层( s m t l ) 、应用层( s m a l ) 四部分组成。 应用层s m a l ：位于移动台和s m e 中。这些层的实体产生和解释了短 消息，在g s m 建议中未加详细说明。 传输层s m t l ：实现移动台和s c 服务器之间的消息可靠传送，它管理 着信息编码形式( 字节、字符等) ，如同一个时间指针给定时间，在该时间 消息被s c 取定。这个指针位于移动台收取得消息。 中继层s m - r l ：可以使短消息通过存储和重发转移于不同的设备之间。 它包括了一些协议的集合。中继协议s m - r p 可以使终端和v m s c v l p 之间 会话，它管理着一些参考标准和寻址方式。 武汉理工大学硕士学位论文 s m sw m s l o |一il l j 。o s m - a l s m - a l s m - t l s m t l s m - r l s m r l s m l l s m l l 图2 2点到点s m s 协议分层 s m t l ( 传输层) 与其对等实体交流协议数据单元，定义了以下6 个协 议数据单元： l 、消息传送，即描述从服务中心到移动台之间传送短消息。 2 、消息传送报告，即描述传送失败的原因。 3 、消息提交，即描述从移动台到服务中心之间传送短消息。 4 、消息提交报告，即描述提交失败的原因。 5 、消息状态报告，即描述从服务中心到移动台间的状态报告。 6 、消息命令，即描述从移动台到服务中心之间传送的命令。 ( 3 ) s m s 实现方式 点对点短消息和小区广播短消息的实现方式不同。 一、点对点短消息 点对点短消息是g s mp h a s c l 标准的业务，它通过信令信道传送，在无 线业务信道传呼时使用独立专用控制信道( s d c c h ) ，有业务信道呼叫时使用 慢伴随控制信道( s a c c h ) ，最大消息长度为1 4 0 字节或1 6 0 字母数字，其实 现见图2 3 所示。 点对点短消息即是一种基本电信业务，又可作为信息服务业务的数据传 输载体提供增值业务，如信息点播服务及远程数据采集( 定位信息的传输) 和远程操作业务。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 3 点对点短消息业务的实现 由于短消息需在s m s c 存储转发，因此实时性较差。另外，由于短消息 的传送使用控制信道，因此数据速率很有限。 二、 小区广播短消息( c b s ) 小区广播短消息是g s mp h a s e 2 标准定义的在某一特定区域内广播短消 息的业务。所有位于这一特定区域并注册了该项服务的用户，只要激活此功 能就可以接收到广播的短消息。与点对点不同的是，小区广播短消息是在专 用的小区广播信道( c b c h ) 中发送，其消息长度为8 3 字节或9 3 字母数字。 c b s 的实现见图2 4 所示： 信息源通过小区广播中心( 可以单独设立或与s m s c 合设) 直接传送到 基站控制器( b s c ) ，b s c 存储短消息并根据指点的时间、次数等，依次向设定 的各个基站传输系统( b t s ) 播出。 图2 4 小区广播短消息的实现 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 3 起始和终接短消息h 9 i ( 1 ) 移动起始短消息：m o b i l eo r i g i n a t e ds h o r tm e s s a g e 指移动终端m s 传送短消息给移动业务中心m s c 。具体表述如下：一 个g s m 用户发送短消息时，他必须至少在其内容中包含一最终地址的识别 符和处理这消息的服务中心号码，然后请求传递。短消息的传输要求在移动 台和m s c 之间建立信令链接。消息本身的传递要求在无线路径上建立专用 的链路层链接，并要求采用专用的消息传递协议。在规定的协议栈的顶部是 所谓的传输层协议，在移动起始短消息情形下，它是一条单独的报文，即 s m t p ( 不是t c p i p 的s m t p ) 短消息传送报文，低层处理应答的传送，它 只指出s m s c 已收到报文。 ( 2 ) 移动终端短消息：m o b i l et e r m i n a t e ds h o r tm e s s a g e 指目的地为g s m 用户的短消息。即服务中心( s c ) 发送短消息给短消 息业务网关移动交换中心( s m s - g m s c ) ，然后传递短消息的过程。这个短 信发送过程首先从发送方路由至短消息服务中心，然后再被路由至实际地 址。 当s c 有短消息需发送到某g s m 用户时，它建立一条包含各种利于 接收者的信息的s m s d e l i v e r 报文。此信息包括用户的内容，最初的发送 者身份及用于批示短消息已被s m s c 接收的时间标记。与m o 情形相似， s m s d e l i v e r 报文将在各种接口上传送。 在到达目的地前，报文的时间路由必须利用m a p c 查询功能获得，采 用的是如下方法：s m s c 将短消息传到与服务中心相连的s m s 网关，网关 的选择依赖于它想到达的用户，因为通常网关仅能处理某些用户( 某家营运 商或某个国家的用户) 。这样，用户通过目录号( 一般同电话一样) 来识别， 这些目录号最初是由短消息发送者输入的，这使得s m s 网关能识别有关的 h l r 并查询它。查询是通过发送一个号用报文，即用于短消息的m a p c s e n dr o u t i n g i n f o r 报文来实现；对其应答既可采用包含用户正在访问 的m s c v l r 的s s 7 地址的m a p cs e n dr o u n t i n gi n f of o rs h o u t m e s s a g e r e s u l t 报文，又可当已知用户此时不可到达时采用拒绝报文。 2 2 4 短消息不可到达的原因【”l 短消息不可到达的情况有三种： 武汉理工大学硕士学位论文 第一种情况是，当被s m s 网关查询时，移动台不在服务区域、未获得 服务授权、或有未成功发送报文正等待告警，h l r 就会立即知道不能发送； 第二种情况是，m s c v l r 已收到报文但不能传送的情况。此时，它先 向s m s 网关发送一故障提示，作为m a p hf o r w a r ds h o i 玎m e s s a g e 报文的应答：然后，网关一方面会向s m s c 发送否定报告，另一方面向h l r 发送m a p t cs e tm e s s a g ew a i t i n gd a l a 报文，在收到报文确认后进行 表格更新。该事件会储存在v l r 和h l r 内的用户记录中； 第三种情况是m s c v l r 向用户发送有效报文后发现不可送达。 另外，移动台内的软件必须能够对短消息进行解码和存储。短消息也能 存储在移动台的用户识别模块( s i m ) 卡中供用户以后取用。当移动台不在 服务区内或s i m 卡存储容量已满，s m s c 会保留短消息等移动台回到服务区 或用户s i m 卡又有了存储空间之后再发送。如果一个移动台曾因存储容量 不足拒绝接收的话，那么还应在又有接收一个或多个短消息的存储容量之后 通知s m s c 。 2 2 5 短消息的优点 1 6 1 1 2 0 1 使用手机短消息，不但可以