（计算机应用技术专业论文）手持式wap协议的研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本论文的主要内容是对在嵌入式软硬件平台上通过g p r s 进行无线上网 的过程进行探讨，并对使用的关键技术进行分析研究和对嵌入式浏览器的研 究开发，最后实现无线上网。 首先，本文介绍开发采用的嵌入式软硬件开发平台、硬件整体结构和软 件的整体结构。 其次，详细描述g p r s 上网的实现设计，包括描述在实现中采用的g p r s 通信技术、p p p 技术和a t 指令集标准，主要描述了通过g p r s 进行p p p 拨 号上网的实现过程，这其中涉及到嵌入式操作系统内核的配置、编译和烧写， 拨号连接程序c h a t 和p p p d 在开发平台上的移植，拨号脚本的编写和相关的配 置以及拨号上网的实现。 然后，对基于g p r s 的w a p 进行研究，阐述w a p 的设计思想、通信模 型、分层协议结构以及技术特点等，探讨其与g p r s 的区别和关系、基于g p r s 的w a p 的实现以及这种模式的优势。 再者，详述嵌入式浏览器的开发。该浏览器是在嵌入式操作系统上，采 用q t 技术来开发实现的，在给出嵌入式系统的概念和q t 技术的基本知识 的基础上，详细地讲述该浏览器的具体设计：该浏览器的实现程序由界面模 块、h t m l 文本解析模块、网络模块、缓存模块等组成。其中对h t m l 文本 的解析是整个程序得以实现的基础，它是以q f f 嵌入式2 3 7 库函数提供的类 作为开发实现基础。网络部分完成的主要任务是实现h t r p 协议，h t i p 协 议的实现基于q s o c k e t 类。 最后，对实现的功能进行测试，也就是在g p r s 无线上网的前提下，主要 是对访问普通网站和访问w a p 网站的测试。 随着3 g 牌照的发放，必然会使我国的无线互联网得到迅猛发展，本论 文对于提供我国在w a p 实用技术方面的研究和对无线上网实现过程的研究 方面将具有一定的意义。 关键词：w a p ，g p r s ，q t ，嵌入式浏览器，无线上网 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h et h e s i sm a i n - ya i m st og i v ead i s c u s s i o no nt h ep r o c e s so h o wt oc o n n e c t t ot h ei n t e m e tw i r e l e s s l yb yg p r st h r o u g ht h ee m b e d d e dp l a t f o r m ，a n dt h e n f o c u so nt h e a n a l y s i so fk e yt e c h n o l o g yu s e d a n dt h e d e v e l o p m e n t o ft h e e m b e d d e de x p l o r e r , a n dg i v e st h ei m p l e m e n t a t i o no fw i r e l e s si n t e r n e ta c c e s s f i n a l l y f i r s t l y , t h ep a p e rg i v e sa ni n t r o d u c t i o no fe m b e d d e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r e p l a t f o r mt h a tt h ed e v e l o p m e n tu s e d ，a n dt h eh o l i s t i cs t r u c t u r eo fs o f t w a r ea n d h a r d w a r e s e c o n d l y ，t h et h e s i sd e s c r i b e st h ei m p l e m e n t a t i o no f w i r e l e s si n t e m e ta c c e s s ， i n c l u d i n gg p r sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , p p pt e c h n o l o g ya n da ti n s t r u c t i o n c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r du s e d ，a n dm a i n l yd e s c r i b e st h ei m p l e m e n tp r o c e s so f w i r e l e s si n t e r n e ta c c e s sb yp p pd i a l i n gt h r o u g hg p r s ，w h i c hr e f e r st ot h e c o n f i g u r a t i o no fe m b e d d e do sk e r n e l ，c o m p i l a t i o na n db u r n i n g ，t h et r a n s p l a n t i n g o fc h a ta n dp p p dp r o g r a m et oa p p o i n t e dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，t h ew r i t i n go f d i a l i n gs c r i p t s ，c o n f i g u r a t i o nr e l a t e dt ot h e ma n dt h ei m p l e m e n t i n a t i o no ft h e a c c e s so fd a i l i n gt oi n t e r n e t a f t e rt h a t ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ew a pt e c h n o l o g yb a s e do ng p r s i t e x p a t i a t e st h ew a pd e s i g ni d e a ，c o m m u n i c a t i o nm o d e l ，l a y e r e dp r o t o c o ls t r u c t u r e a n dt h e i rt e c h n i c a lc h a r a c t e r a n di ta l s od i s c u s s e st h ed i f f e r e n c ea n dr e l a t i o n s h i p b e t w e e nw a pa n dg p r s ，i m p l e m e n t a t i o na n da d v a n t a g eo fw a pb a s e do n g p r s f u r t h e r m o r e ，i tg i v e sa ne x p l a i n a t i o na b o u tt h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e d e x p l o r e ri n d e t a i l t h ee m b e d d e de x p l o r e ri s i m p l e m e n t e dw i t ho tt h r o u g h e m b e d d e dl i n u xo s a f t e rg i v i n gt h ec o n c e p to fe m b e d d e do sa n dt h eb a s a l k n o w l e g d eo fo t ，t h ec o n c r e t ed e s i g ni sd e s c r i b e di nd e t a i l ，w h i c hc o n s i s t so f i n t e r f a c em o d u l e ，h t m lt e x tp a r s em o d u l e ，n e t w o r km o d u l e ，c a c h em o d u l ea n d d i s p l a ym o d u l e t h ep a r s eo fh t m l t e x ti st h ef o u n d a t i o no ft h ew h o l ee x p l o r e r p r o g r a m ，w h i c h t a k e st h eq t e m b e d d e d2 3 7l i ba si t s i m p l e m e n t a t i o n f o u n d a t i o n t h en e t w o r kp a r tm a i n l ya i m st oi m p l e m e n tt h eh 丌pp r o t o c o lw h i c h b a s e do nq s o c k e tc l a s s 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i i 页 一一一 ： a tl a s t ，af u n c t i o na n ds y s t e mt e s ti sp u tf o r w a r dw h i c hf o c u s e d o nt h ea c c e s s t oc o m m o na n d c 仙w e b s i t e su n d e rt h ep r e s u p p o s i t i o no fg p r s b a s e dw i r e l e s s a c c o m p a n i e dw i t ht h ei s s u a n c eo f3 gl i c e n s e ，i ti si n e v i t a b l et oi n v o k et h e r a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s si n t e r n e t ，a n di tw i l lb eas i g n i f i c a n tf o rp r o v i s i o na r e s e a r c ho np r a c t i c a l t e c h n o l o g ya b o u tw a pa n di m p l e m e n t a t i o np r o c e s so f w i r e l e s si n t e r n e ta c c e s s k e yw o r d s ：呲g p r s ，q t ，e m b e d d e d b r o w s e r , w i r e l e s sa c c e s s i n gn e t w o r k 一。一一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究意义 第1 章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，有两种技术得到了广泛应用，那就是i n t e r n e t 和移 动通信技术，它们直接影响了亿万人的生活，大大改善了人类的生活方式。 作为面向信息社会的两个重要标志，分别对应着面向大量信息资源的有效访 问和随处漫游的个人通信。如何结合它们的技术优势，在不受信息资源限制 和用户访问位置限制的同时，以统一的标准向用户提供无处不在的信息网络 服务，已成为网络界和信息界共同关注的一个焦点问题。 无线网络是将来i n t e m e t 和移动通信发展的主要方向，而通过手持设备 ( 如手机等) 连入w a p 又将是无线方式中最为便捷最易于使用的一种途径。 目前，国外的3 g ( 第3 代移动通信) 市场早已成功运营，国内的3 g 市场即 将马上开放。而国内外4 g ( 第4 代移动通信) 的理论研究已进入实质性阶段， 这都预示着w a p 方式将是我们将来生活中互联网接入的主导方式。 1 2w a p 的概述 w a p 协议是一个应用环境和无线设备的通信协议集。其设计目标是用一 种与制造商、销售商无关以及与技术无关的方式实现无线设备对因特网和高 级电话服务的访问。事实上，我们可以将w a p 看作一个简单的协议，定义 了无线移动设备与网络中的固定服务器进行通信的标准方式。 1 2 1w a p 的起源 1 9 9 7 年中期，世界几个主要的移动设备制造商m o t o r o l a 、n o k i a 、e r i c s s o n 和美国一家软件公司p h o n e c o r n 作为最初的发起者成立了w a p 论坛，开始 进行w a p 协议的开发。目的是定义一种将服务器上的内容进行过滤，以适 合移动终端通信的标准方式，为移动通信中使用因特网业务制定统一的应用 标准。 w a p 论坛的成立过程在一定程度上体现了w a p 的开放本质。1 9 9 7 年初 期，美国一家网络运营商o m n ip o i n t 提出要提供移动信息服务。这一意向很 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 快就收到一些大公司的回复。但它们各自使用自己所专有的技术。o m n ip o i n t 明确指出，应该开发一种公共的开放标准。最终e r i c s s o n 和m o t o r o l a 加入到 n o k i a 和p h o n e t o m 的队伍当中，成立w a p 论坛，联手开发w a p 协议。 1 2 2w a p 的发展 w a p 论坛的成立，极大地推进了w a p 协议的开发过程。1 9 9 7 年7 月， w a p 论坛出版了第一个w a p 标准架构。次年5 月，w a p l 0 版正式推出。 w a p l 1 版也在1 9 9 9 年6 月正式发行。 w a p 论坛成立后，受到信息产业界的广泛关注。到目前为止，已经有超 过2 0 0 个公司加入论坛，其中包括世界主要的移动通信设备制造商、电信运 营公司和软件开发供应商。设备制造商已经开发出支持w a p 协议的移动终 端，而且正在进一步努力丰富功能和提高性能。越来越多的i s p 开始提供天 线信息服务。软件开商也迅速开发出微型浏览器( m i c r ob r o w s e r ) ，支持移动终 端浏览因特网。还有众多的爱好者在开发基于w a p 的应用，这将极大地丰 富移动终端的信息源。所有这一切，无不显示出w a p 强大的生命力和光明 的未来。 1 2 3 国内外w a p 的研究现状和发展趋势 w a p ( w i r e l e s sa p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 正是为了克服无线上网的种种局限而 诞生的。无线应用协议w a p 是在数字移动电话、因特网或其它个人数字助 理( p d a ) 、计算机应用之问进行通讯的开放的全球标准。它是由一系列协议 规范组成的，用来标准化通信设备。可用于i n t e r n e t 访问，包括收发邮件， 访问w a p 网址上的页面等等。w a p 的出现，使电信产业中发展最为迅速的 移动通信完全加入到电脑网络中来，同时也为将来的电信产业的发展指明了 方向。w a p 产生以后，人们才真正架起了移动世界之l 日j 的桥梁，移动用户终 于能够从他们的手机上获取丰富的网络资源，就像在台式机上一样。w a p 的 出现，标志着i n t e r n e t 进入到了一个崭新的时代。 w a p 将移动网络和i n t e r n e t 紧密联系起来，提供了一种独立于网络类型、 运营商和终端设备的移动增值业务。通过这种技术，无论你身处何时何地， j ：要你拥有具有w a p 功能的移动终端设备，连接到一个与i n t e r n e t 相连的 w a p 网关，就可以像使用台式机一样享受无罗，无尽的网络资源和网络信息， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 实现随时随地传送信息。 移动互连是移动通信网络和国际互联网发展的必然趋势。i n t e r n e t 已经将 这个世界从独立的点连接成了无所不在的网，而随呐随地获取信息己成为我 们的必需和习惯。将手机与计算机技术相结合，通过手机不仅可以传话音， 还能上网浏览、收发电子邮件、收发传真等文字信息，实现真正移动办公， 这已不是梦想。 目前这个领域己成为各大手机生产商竞争的主要目标。随着移动数据通 讯带宽的不断提升，手机的数据通讯功能将再一次成为关注的焦点。实现移 动互联以后，我们就可以随时随地享受多种网络服务和资源，具体可以分为 信息类、通信类、娱乐类和商务类。移动互联的目标不是针对某个人群，而 是使使用手机的用户都可以享受便捷的网络服务。 移动通信网络带宽的不断提示，移动终端的不断成熟，信息内容日渐丰 富，移动互联已变得越来越热。当前已经有不少国家投入大量的人力和财力 来发展移动互联，国际上也正在为移动互联时代的到来做准备。w a p 让网上 公众内容，公司内部网络与电信服务方便提供给用户。w a p 使用现有的i n t e r n e t 标准，使无线程序设计者针对无线使用者提供定制的服务，手机制造者 可以在最小成本的条件下提升产品的功能，无线服务提供者也可以在现有设 备上提供新而强的功能，受益最多的是无线用户。他们可以享受到无线上网 的方便和便捷。w a p 应用大致有以下几种作用：对网上资源的采集；行动工 作者的应用；行动电子商务；电话的作用等。 目前，国外在w a p 领域的发展都不是很迅速，主要是因为手机硬件的 限制。但国外在手机买票，手机交费，手机远程控制方面都做的很好。早在 2 0 0 0 年底就实现了手机w a p 银行业务，w a p 保险业务，网上订票功能等。 而国内由于带宽等的限制，在这方面的发展水平却很一般，只实现了网上信 息浏览等功能。 1 3 主要工作及目标 本论文的主要工作体现在以下几个方面： 1 软硬件开发平台的介绍与搭建； 2 对关键技术的分析研究，包括g p r s 技术、w a p 技术、q t 技术和a t 指令通讯标准等技术； 3 丌发平台的编译与移植，包括嵌入式l i i q u x 系统的编泽移植以及嵌入 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 式q t 的编译与移植； 4 g p r s 在手持设备上的实现：p p p d 的编译与移植以及使用p p p d ，拨号上 网的过程； 5 开发一个嵌入式浏览器。 本论文所要达到的目标为： 1 在搭建的软硬件平台上，通过硬件平台的串口和g p r s 模块实现无 线上网； 2 开发一个嵌入式浏览器，使其实现以下功能： ( 1 ) 界面：包括窗口，菜单，输入框，工具条等的支持； ( 2 ) 实现简单网页的布局：实现对简单网页的查看； ( 3 ) 实现对汉字的支持； ( 4 ) 实现对链接的支持； ( 5 ) 实现对缓存的支持。 1 4 本文的内容安排 本文的各章的内容安排如下： 第1 章，介绍了w a p 的产生、发展和现状，本论文的主要工作、目标 以及内容安排； 第2 章，介绍搭建的嵌入式软硬件平台； 第3 章，对实现g p r s 无线上网所采用的关键技术进行论述，然后重点 给出g p r s 拨号上网的实现过程； 第4 章，阐述了w a p 技术，探讨了g p r s 技术与w a p 技术问的区别和 联系以及在g p r s 载体上w a p 技术的实现问题； 第5 章，嵌入式浏览器设计，详细描述了该浏览器主要功能的实现设计； 第6 章，对实现的功能进行测试。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 1 硬件平台 第2 章软硬件平台的搭建 本设计目标是在嵌入式开发平台上通过g p r s 拨号来进行无线上网，所 以本设计必需的硬件包括嵌入式开发平台g d 咂8 3 1 0 开发板、g p r sm o d e r n 和一条直通的串口线。另外需要的辅助硬件包括p c 机一台，另外的一条直 通串口线，j t a g 线一条和直通或交叉网线一条。 2 1 1g e n b 8 3 1 0 开发板 g e n e - 8 3 1 0 开发板是a a e o n 公司的一款开发板。板载i n t e l c e l e r o n m6 0 0 m h z 处理器，具有强劲的处理能力。具有良好的显示支持，丰富的接 口。对于客户在低功耗控制下的优秀处理能力等更高需求方面都是最好的选 择。g e n e - 8 3 1 0 开发板如下图2 - 1 所示。 c o m ”np od ert m p c lo o c e o t 4 口mi de p n r lj i nh ad t j j 上 r l n r4 j il _ 。y - a j ” ， p d p r：n h 幽2 - 1g e n e - & 3 1 0 开发扳 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 g e n e 8 3 1 0 开发板具体配置如下： c p u ：板载移动i n t e lc e l e r o nm6 0 0 m h z ，无l 2 高速缓存处理器。 系统内存：s d r a md i m m x l ，最大1 g b 。 芯片组：i i l t e l8 5 2 g m + 8 2 8 0 1 d b ( i c h 4 ) 。 输入输出芯片：i t ei t 8 7 1 2 f 。 以太网：i n t e l8 2 5 6 2 ，1 0 1 0 0 b a s e t xl u 4 5 。 b 1 0 s ：a m 悄r d5 1 2 k bf l a s hr o m 。 监视定时器：可编程超时中断或系统复位。 硬件状态监测：支持电源电压和温度监测s s d t y p ei ic f 插槽1 。 扩展接口：t y p ei i i m i n ip c i 插槽1 。 电池：锂电池电源电压：+ 5 v 。 a t a t x 尺寸：1 4 6 m m ( 长) x 1 0 1 6 m m ( 宽) ( 5 7 5 ”x 4 ”) 重量：0 4 k g ( o 8 8 1 b ) 工作温度：0 。c 6 0 ( 3 2 下 1 4 0 下) l c d 接口：4 8 位双通道l v d s t v - o u t ：支持n t s c 和p a l 标准 输入输出： m i o ：e i d e 1 ( u d m a 3 3 1 ) ，键盘鼠标x l ，r s 2 3 2 x l ，r s 2 3 2 4 2 2 4 8 5 x i ， 并口1 匾h c 翌a r d 卜 l 匪亟丑一 亘 一 p 嘲困， 送 1 7 互 一 图2 2 只体硬什连接图 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 红外线接口：。个i r d a 收发接口 音频：m i c i n ，l i n e i n ，l i n e - o u t 或51 输出 u s b ：可扩展4 个u s b 2 0 端口( u s b 不支持唤醒功能) 数字输入黼 ：支持虽高达4 输入和4 输出。 具体的硬件连接过程如f 阔2 - 2 所示： 实物圈如图2 - 3 所示。 幽2 - 3 实物连接图 本论文的硬件连接如罔2 4 。 g e n e r s 2 3 2 8 1 3 0 g p r s 幽2 _ 4 g p r s 七线l m 示意幽 2l _ 2 g p r s m o d e m 0 m 络 设计使川的g p r sm o d e m 是叫基公司的b e b qm 2 2 ，它是在卢占和数扼 通讯上的个通川支持g s m g p r s 双频的无线通信模块，集成r 枷：准的 r s 2 3 2 接lj 、一频输入输接lj 和s i m 接i l ，片带有根七线天线。l 叮以 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 在p c 机或嵌入式开发平台上使用a t 命令通过串口对它进行设置。 2 2 软件开发平台 2 2 1l i n u x 操作系统 开发过程中使用的操作系统是l i n u x 操作系统，其内核是2 4 x 的 r e d h a t 版本该操作系统提供的各种服务功能完全满足了本设计的需要， 为本设计的顺利进行提供了有力的保障。 2 2 2q t q t e 本设计的用户界面和实现的网络浏览器的部分功能都是采用q t 库进行开 发，q t 是一个跨平台的c + + 图形用户界面库，q t e m b e d d e d 是t r o l l t e c h 公司 开发的面向嵌入式系统的q t 版本。q t e m b e d d e d 类库完全采用c + + 封装。丰富 的控件资源和较好的可移植性是其最为优秀的一方面，使用x 下的开发工具 q td e s i g n e rn - i 以直接开发基m o t e m b e d d e d 的u i 界面。 2 2 3 嵌入式软件和交叉编译环境的搭建 1 嵌入式l i n u x 内核移植 内核是操作系统的核心组件，它负责为程序员编写应用程序分配所需要 的计算机资源。内核在程序员编写的应用程序和硬件之间扮演一个协调者的 角色。负责为同时运行的程序分配资源和管理程序所需要的内存空间。准确 点说，是为运行进程和线程分配必要的资源。 l i n u x 的源代码主要是由c 代码和一些汇编代码组成。编译一个z l m a g e 内 核映像需要一个l i n u x 一2 4 2 1 的源码压缩包。用m a k em e n u c o n f i g ，m a k ed e p ，m a k e z l m a g e 等相关命令进行内核编译选项的设置和编译，最后应用t 兀甲工具将映 像下载到目标板上。 在编译选项的设置中应该特别注意l i n u x 对该目标板资源的一些特殊持， 如当使用至l j l i n u x 操作系统的网络支持、p c m c i a 接口支持、触摸屏以及对 f r a m e b u f f e r 的支持时，都需要住编译内核时将它们选上。 2 文件系统的移植 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 我们的目标板可以有不同的文件系统选择，比如r a m d i s k ，j f f s ，j f f s 2 ，r a m f s o rr a m f s 等都可以用作文件系统。每一个文件系统都有其优缺点，根据项目 开发的要求进行选择。在本设计中选择j f f s 2 作为目标板上的文件系统。 3 交叉编译环境的建立 为使在通用p c 上编译链接的程序能在嵌入式目标平台上运行，必须在 开发端p c 上安装正确的库文件。q 班安装包只提供所有q t 类和一些辅助 工具的源文件，还需要为q t e 库增加触摸屏的库文件，以使基于哪的应 用程序能正确的接收到触摸屏事件。在交叉编译时，要使用专门的交叉编译 工具，如在针对x s c a l e 系列进行开发时，就使用交叉编译器a l t n 1 i n u x g c c 。 需要注意的是在m a k e f i l e 文件中增加q 班库的路径及用于包含触摸屏库的 参数( 一l t s ) ，之后再m a k e 。 ( i e 哪w m lr r r m l ) a p p 蚴1 0 n l i 石 。 暑 p u 因 疼 祷 t c p u d p w s p 哪厂w t s l i p 协议 壁仝茎! 塑! 兰堡堡墨竺 二二蔓二 图2 5 软件整体结构图 在交叉编译前，需要事先设置好编译需要使用到的q t d i r 、p a t h 、 l dl i b r a r yp a t h 等各项环境参数。其主要设置如下： e x p o r tq t d i r = m f x a t 一2 3 7 e x p o r tl d l i b r a r y p a t h = m f x q t 一2 3 7 1i b ：$ l d l i b r a r y p a t h e x p o r tt m a k e p a t h = m f x t m a k e 一1 11 1i b q w s 1 i n u x a r m g + + e x p o r tp a t h = m f x t m a k e 1 1l bin ：$ p a t h 本设计的软件整体结构图如图2 5 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 第3 章在g e n e 8 13 0 上实现g p r s 无线上网 本章的主要内容是在嵌入式开发平台和嵌入式l i n u x 操作系统上，通过 g p r sm o d e m 模块，采用g p r s 技术和p p p 拨号技术实现无线上网。使用 a t 指令通过串口或在程序中对g p r sm o d e m 模块进行初始化和控制。 3 1g p r s 通信传输技术 3 1 1g p r s 技术概述 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，目的是为 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。g p r s 允 许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模 式的网络资源。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。 g p r s 理论带宽可达1 7 1 2 k b s ，实际应用带宽大约在1 0 7 0 k b i 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。g p r s 是一种新的移动数据通信业务，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 。g p r s 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。 g p r s 是g s mp h a s e2 + 引入的非常重要的内容之一，与g s m 电路交换 相比，g p r s 非常重要的优点是引入了分组交换能力。利用g p r s 进行数据 传输具有接入范围大、永远在线、按流量计费、快捷登录、高速传输、自如 切换等优点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 3 1 2g p r s 网络结构 g p r s 采用了g s m 同样的无线调制技术，一样的频率，同样的t d m a 帧 结构。g p r s 是在g s m 网的基础上通过增加服务支持节点( s g s n ) 、网关支持 节点( 6 g s n ) 、分组控制单元( p c u ) 等设备，升级基站子系统( b s s ) 系统软件、 计费软件发展而成，使得用户能够支持分组数据和最大限度地利用现有网络 设备以及对现有网络的改动最小，同时考虑了网络能够平滑向3 g 过渡。其整 体的网络结构如图3 1 所示。 图3 - 1g p r s 网络体系结构 从图3 - 1 中可以看到，原有的g s m 网络结构不变，只是在b s s 部分增 加了p c u ，新建了一个分组网络，分组网络中有两种g p r s 节点：s g s n 和 g g s n 。s g s n 主要负责g p r s 用户移动性的管理、用户的接入、短消息的 收发、分组数据的转发等。g g s n 主要负责通过g i 接v i ( g p r s 与外部分组 数据之间的参考点) 转发用户数据到其它分组数据网络( p d n ) 。 用户终端如手机、电脑等通过无线方式与g s m 基站通信，但与电路交 换方式不同，g p r s 分组数据是从基站发送到g p r s 支持节点( ( s g s n ) ，而不 是通过移动交换中心( m s c ) 连接到语音网络上。s g s n 与g p r s 网关支持节 点f g g s n ) 进行通信，g g s n 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网 络，如因特网。来自因特网标识有移动台地址的i p 包，由g g s n 接收，再 转发剑s g s n ，继而传送到用户终端。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 3 1 3g p r s 骨干网结构 g p r s 中有内部公共陆地移动网( p l m n ) 骨干网和外部p l m n 骨干网两 种。内部p l m n 骨干网是指位于同一个p l m n 上的并与多个g s n 互联的l p 网。外部p l m n 骨干网是指位于不同的p l m n 上的并与g s n 和内部p l m n 骨干网互联的i p 网。如图3 2 所示。 i 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1 图3 2 骨干网 i p 专网是采用一定访问控制机制以达到所需安全级别的i p 网。每一个内 部p l m n 骨干网都是一个i p 专网，且仅用于传送g p r s 数据和g p r s 信令。 两个内部p l m n 骨干网是使用边界网关b g ( b o r d e rg a t e w a y s ) 、g p 接口和一 个外部p l m n 骨干网相连的。外部p l m n 可以是一个分组数据网。在同一 个p l m n 骨干网内，骨干网是图3 2 中虚线方框内的部分。在g p r s 骨干网 内部，各g s n 实体之间通过g n 接口相连，它们之问的信令和数据传输都是 在同一传输平台中进行的，所利用的传输平台可以在a t m 、以太网、d d n ， i s d n 、帧中继等现有传输网中选择。 3 1 4g p r s 传输平台 g p r s 传输平台由一个分层协议结构组成，如图3 3 所示。 呵r m n 四 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 a p p l i c a t i o n ) ， 、 ( 1 p x 2 5 ， 厂、 fc 、t n ，1 n ? 。i p x 2 5 ) - r e l a y g t p 0 1 1 i 一i 1 s n p c p ) s n d r p 厂、 i 吡) d ， l l c u d p ， ( l l c r l c ) 0 刚a y t c p 厂、 r l d ，佰s s g f b s s g p i p l 。， n e l x v o r k n e t w o r k厂、 l t l n 、f l 2 k “例。， s e n ，e rs e r v e r n c h jd 八 厂 、 ，n c l jnd 3 s m i t fl i b i t s l i b i t sl l 、 图3 - 3g p r s 传输平台 1 g p r s 隧道协议( g t p ) g p r s 骨干网中g s n 间的用户数据和信令利用g t p 进行隧道传输，所 有的点对点p d p 分组数据单元( p d u ) 将由g t p 协议进行封装。g t p 是g p r s 骨干网中g s n 节点之间的互联协议，它是为g n 接口和g p 接口定义的协议。 在g s m 0 9 6 0 中对g t p 作了规范。 2 t c p 在g p r s 骨干网中需要一个可靠的数据链路进行g t pp d u 的传输时， 所用的传输协议是t c p 协议。如果不要求一个可靠的数据链路，就使用u d p 协议来承载g t pp d u 。t c p 提供流量控制功能和防止g 开p d u 丢失或被破 坏的功能。 3 i p i p 协议是g p r s 骨干网络协议，用以用户数据和控制信令的选路。g p r s 骨干网最初是建立在i p v 4 协议基础上的，随着i p v 6 的广泛使用，g p r s 会 最终采用i p v 6 协议。 4 子网相关融合协议( s n d c p ) 它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t c p i p 地址和加密方式。在s n d c 层，移动台和s g s n 之蚓传送的数据被分割为一个或多个s n d c 数据包单元。s n d c 数据包单元 生成后被放置到l l c 帧内。s n d c p 在g s m 0 4 6 5 中有说明。 5 逻辑链路控制( i 。l 。c ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 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 层的s n d c 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，u 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。g s m 4 4 6 4 对l l c 进行了规范。 6 中继转发( r e l a y ) 在b s s 中，这项功能中继转发u m 和g b 接口间的l l cp d u ，在s g s n 中，这项功能是转发g b 和g n 接口间的p d p p d u 。 7 g p r s 基站系统协议( b s s g p ) 这个层用来传输在b s s 和s g s n 之间与选路服务质量有关的信息。 b s s g p 没有纠错功能。g s m 0 8 1 8 对b s s g p 进行了规范。 8 网络服务( n s ) 这个层传输b s s g p p d u 。n s 以b s s 和s g s n 之间的帧中继连接为基础， 并能横贯有帧中继交换节点的网络。g s m 0 8 1 6 对n s 进行了规范。 9 无线链路控制( r l c ) o r 质访问控制( m a c ) 这个层具备两个功能：一是无线链路控制功能，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g p r s 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。m a c 除了控制着信令传输所用无线信道外，还将l l c 帧映射到g s m 物理信道中 去。g s m 0 4 6 0 对r 删m a c 进行了规范。 1 0 g s mr 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。 i n t e r n e t 所有的数据都以i p 数据报格式传输，其最大特点是提供不可靠 的和无连接的数据包传送服务。在g p r s 骨干网中，在网络层使用l p 协议， 每个s g s n 和g g s n 都有一个内部i p 地址，用于骨干网内的通信。每一个 g p r s 终端在与外部数据网连接时，如i p 网，则需要相应的i p 地址，因此， i p 地址是g p r s 网络的重要资源，用于网络设备和用户的标识，良好的地址 规划对于网络的发展和维护是非常重要的。 g p r s 网络的l p 地址可分为两种情况：内部g p r s 骨二1 二网的地址和与 i n t e m e t 相连所需要的地址。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第一种用于s g s n ，g g s n 、边界网关b g 、域名服务器d n s ，d h c p 、计 费网关( c g ) 、网管设备、所用的所有路由器设备以及w a p 网关等设备，可 以采用r f c l 5 9 7 文件中规定的保留地址。保留地址分为三段： 1 0 0 0 0 1 0 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ( 1 个a 类地址) ； 1 7 2 1 6 0 0 1 7 2 3 1 2 5 5 2 5 5 ( 1 6 个相连的b 类地址) ： 1 9 2 1 6 8 0 0 1 9 2 1 6 8 2 5 5 2 5 5 ( 2 5 6 个相连的c 类地址) 。 第二类地址为公用i p 地址。这些地址是为了和i n t e m e t 互联所需的地址。 3 1 5g p r s 工作原理 g p r s 是基于计算机世界的“客户服务器“的工作模式，而不是电信领 域的“呼叫被呼n t l ( c a l l i n g c a l l e d ) 模式。所以，g p r s 移动终端可以根据不 同的应用领域自己配置成为客户端模式或服务器模式。但是通常，我们把它 配置成客户端，工作于客户端的g p r s 移动终端如图3 4 所示。 i 卿 b s s s g s ns g s n d a t a b a s e 图3 4g p r s 终端作为客户机连上i n t e r n e t g p r s 工作时，是通过路由管理来进行寻址和建立数据连接的，g p r s 的路由管理表现在以下三个方面：移动台发送数据的路由建立、移动台接收数 据的路由建立、以及移动台处于漫游时数据路由的建立。 第一种情况，移动用户终端一 公用数据网用户 如图3 5 中的路径1 所示，当移动台产生了一个p d u ，这个p d u 经过 s n d c 层处理，称为s n d c 数据单元。然后经过l l c