（轮机工程专业论文）可自定义的无线远程监控终端的原理与设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 无线远程监控是监控技术发展的一个重要方面。直接利用成熟的第三方网 络实现无线远程监控是远程监控发展的一个新的方向。随着移动通讯技术的飞 速发展，g s m 网络已经发展成为十分成熟的无线通讯网络，它也逐渐被用于监 控领域。在一些小数据量传输的监控场合，人们可以直接利用g s m 网路中的短 消息业务( s m s ) 进行数据传输实现无线远程监控。采用短消息业务进行数据 传输和普通的无线数据传输方式相比，具有许多明显的优点：数据传输可靠； 费用低廉；传输距离远，在g s m 网络覆盖的区域基本不受地域的限制等等。 本文介绍了一种基于g s m 网络短消息( s m s ) 的可自定义无线远程监控终 端的原理与设计。该监控终端是针对小型用户设计的，具有一定的通用性。对 于不同的监控对象用户只需对监控终端进行不同的定义，无需更改硬件和监控 程序。另外，本监控终端采用的是中文短消息的方式进行操作，使用更加方便。 这些都是本监控终端突出的特点。 本监控终端主要由两部分构成：g s m 引擎模块和以单片机为核心的监控单 元。g s m 引擎模块采用的是西门子公司生产的t c 3 5 t 模块，它主要用来收发短 消息，监控单元则用来完成具体的监控任务和p c 机及t c 3 5 t 避行通讯。 本文主要包括以下几个部分： 第一部分为引言。介绍了本课题的选题背景以及本课题所作的工作。 第二部分介绍了可自定义的无线远程监控终端的功能及使用。 的三部分简要介绍了g s m 网络及其短消息业务( s m s ) 的相关知识。 第四部分介绍了和短消息收发相关的a t 指令，以及用a t 指令进行收发短 消息的实例。 第五部分介绍了本监控终端所采用的g s m 引擎模块t c 3 5 t 。 第六部分讲述了可自定义的无线远程监控终端的硬件设计，简要介绍了所 用到的主要部件。 第七部分讲述了可自定义的无线远程监控终端的软件设计过程。 第八部分简要讲述了系统抗千方面的相关知识及措施。 第九部分为结论和展望。 关键词：单片机短消息g s m 引擎模块t c 3 5 ta t 指令 自定义 武汉理工人学硕士学位论文 a b s t r a c t w i r e l e s sr e m o t em o n i t o ra r l dc o n t r o li sa ni m p o r t a n tr e s p e c to ft h e 出i v e l o p m e m o fa u t o m a t i ct e c h o l o g y i ti san e wd i r e c t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fm o n i t o ra n d c o n t r o lt e c h n o l o g i e st om a k eu s eo ft h ef j p et h i r dp a r t y 。sn e 懈的r kt or e a l i z ew i r e l e s s r e m o t em o n i t o ra n dc o n t r o ld i r e c t l y w i t ht h ed c v e l o p m e n ta tf u l ls p e e do fm o b i l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，g s mn e t w o i kh a sa l i e a d yd e v e l o p e di n t ov e r yr j p e w j r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，i ti sg r a d u a l l yu s e df o rm o n i t o r 柚dc o n t m l 矗e l d mm ec a s eo fm o n i t o r8 n dc o n t r o l 丘e l d 把m s m i t t i n gal i t t l ea m o u mo fd a t aa i n o u n t ， p e o p l ec a nu t i l i z es h 吨i n c s s a g es e i c e ( s m s ) i ng s mn e t w 础商gd i r e c t l y t o t f a s m i td a t ai no r d e rt or e a l i z ew i r e l e s s l yr e m o t em 砌t o r i i 培a n dc o n t r o l l i n 昏 c o m p a r ew i t ho r d i n a r yw i r e l e s s d a t at r a n s m i s s j o nm e a n s ，a d o p t i n gt h es h o n m e s s a g es e r v i c ct ot r 卸s m i td a t ah a v ea1 0 to f0 _ b v j o u sa d v a n t a g e s ：d a t a a n s m i s s i o n i sr e l i a b l e ：也ec x p e n s e sa r ec h e 印；山e 咖s m j t t i n gd i s t a j l c ci sv e r yf a fw i ml i t t l e r e s t r i c t e db yi e 舀o nb a s i c a l l y 讯t h ea r e ac o v c r e db yg s mn e t o r 虹吗e t c 1 n l i sp a p c fh a si n t r o d u c e dt h ep r j n c i p l ea n dd 商g no fak i n do fw i r e l e s sr e m o t e m o n i t o ra n dc o n t r o lt e m l 主n a lm a tc a nb es e l f - d e 6 n e db a s e do n _ 【h es b o nm e s s a g e s e j c e ( s m s ) o fg s m n e m o r k 1 n h et e 姗i n a li sd e s i g l l e df o rs m a l l - s c a l eu s e r ， 姐d h a sc e n a j nc o m m o n a b i l i c y u s e ro n l yn e e d st os e l f d e 矗n et h et e 埘1 i n a ld i ：e f b r e n t l y a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n td b j e c t sm o n i t o r e da l l dc o n t r 0 1 l e d ， d on o tn e e dt oc h a n g c h a r d w a r ea l l dp t o 酽锄1 na d d i t j o n ， t h et e 加j n a l i so p e r a t e db yt h em e 柚so fa l i n e s e s h o nm e s s a g e ，a n di ti sm o r cc o n v e n i e n tt ou s e a m e s ea r et h eo u t s t a n d i n g c h a r a c t e r j s i co ft h et e n n i n a l t h et e l i n a lc o n s i s t so ft w op 矗n sm a i n l y ：g s me n g i n e m o d u l ea n dam o n i t o ra n dc o n t r 0 1u n nt a k i n gs i n 舀e - c h i pc o m p u t e ta st h ec o r e t h e g s me n 百n em o d u l ei st h et c 3 5 tm o d u l ep m d u c e db ys i e m e n sc o m p a n y ； i ti s u s e df o rr e c e i v i n ga n dd e l i v e 血gs h o nm e s s a g em a i n l y t h eu n i ti su s e dt of i n i s ht h e c o n c r e t em o n i t o ra n dc o n t r 0 1 t a s k ， a n dc o m m u n i c a t ew i t hp co rt c 3 5 t t h i sp a p e rj n c l u d e st h es e v e r a lf b n a 、v i n gp a r tm a i n l y ： t h ef i r s tp a ni sl h ef o r e w o r d i ih a si n t r o d u c e dt h eb a c k 孕o u n do fm et o p i ca n d t b ew o r kt b a th a sb e e nd o n e h 武汉理t 大学硕士学位论文 t h es e c o n dp a nh a si n t r o d u c e df u n c t i o na 1 1 du s eo ft h ew i r e l e s sr e m o t em o n n o r a n dc o n t r o lt e 衄i n a lt l l a tc a nb es e l f - d e f j n e d 1 1 l et h i r dp a r th a sb r i e n yi n 仃o d u c e dg s mn e m o r ka n dt h er e i e v a n tk n o w l e d g e o ft h es h o r tm e s s a g es e r v i c e ( s m s ) t h ef o u n hp a nh a si n t r o d u c e da rc o m m a l l d sr e l e v a i l tt o r e c e i v i n g a n d d e l i v e r i n gs h o r tm e s s a g e ， a i l dt h ei n s t a n c et h a t r e c e i v i n ga n dd e l i v e r i n gs h o r t m e s s a g ew i t l la tc o m m a n d s t h ef i f t hp a nh a si n t r o d u c e dg s me n g i i l em o d u l et c 3 5 tt h a ti sa d o p t e di nt h e t e 瑚i n a l t 1 l es i x t hp a r th a sd e s c r i b e dt h eh a r d w a r ed e s i g no ft h et e 加1 i n a l ，a l l db r i e n y i i i m ) d u c e dm a i np a n st h a ta r eu s e d n es e v e n t hp a nh a sd e s c r i b e dt h es o 胁a r ed e s i g no ft h et e 姗i n a 重 耽ee i 曲t hp a nh a sb r i e n yi n t r o d u c c dt h er e l e v a n tk n a w l e d g ca i l dm e a s u r e w h i c ha r et a l 【e no fa l l t i i l l t e d h e c ci nt h es y s t e m t h en i n t hp a ni sc o n c l u s i o na n dp r o s p e c t k e yw o r d s ：s i n 百e c h i pc o m p u t e r ； s h o r tm e s s a g es e i c c ( s m s ) ；g s me n 百n e m o d u l et c 3 5 t ；j 气tc o m m a n d ；s e l f _ d e f j n e i l l 武汉理丁大学硕十学位论文 第1 章引言 1 ，1 选题背景概述“封口4 5 6 1 监控技术的兴起和发展是和计算机、网络通讯等技术的产生和发展息息相 关的。人们总是把计算机技术、网络通讯等技术领域出现的新成果不断地运用 到监控领域。在计算机的出现之前，工业生产过程的监控管理主要靠人工现场 值守来完成，工人的劳动强度大，监控成本高，效率低。计算机出现以后，很 快就被用于监控领域，并扮演了主要角色，大大提高了监控质量和效率。但这 时主要还只是计算机单机监控，而在一些大型的工业生产中，需要被监控的对 象不仅数量较大，而且空间分布距离较远，这些都是单机监控无法胜任的。网 络技术的兴起，使得这些问题得到了完美的解决。特别是i n t c r n e t 的出现，人们 还实现了对监控对象的远程监控。采用接入1 1 1 t e m e t 或h l t r a n e t 方式实现的远程 监控系统已经应用在视频会议、远程加工或远程诊断等领域，发挥了巨大的作 用，取得了显著的效益。 但是这些都是建立在有线通讯介质基础上的监控系统。对于某些监控场合， 如野外作业、被监控对象是移动的目标等，有线监控系统存在着明显的局限， 如布线困难、系统成本高等。因此，在诸如以上的情况下，人们不得不将目光 投向无线监控技术。 近几年来，移动通讯技术获得了极大的发展，尤其是以g s m c d m g p r s 为代表的无线通讯技术的发展更是引人注目。无线通讯技术的发展也给监控领 域带来了巨大的变化。 采用先进的g s m c d m a g p r s 技术的无线监控管理系统，集计算机、通信、 机电、自动控制等多种先进技术于一体，能够实现对分布式系统的实时监控管 理。解决了传统控制系统中自己构建通讯系统成本高，特别是在不便布线组网 场合的局限性。将运行维护人员从大量繁琐的工作中解放出来，提高了无线监 控系统的运行质量，增强无线监控系统的可靠性和可控性。 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，具有操作 简单、收费低廉、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 武汉理工大学硕士学位论文 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领域的研究也 引起了人们的重视。在数据量不大、需要长时间连接或所要监控的现场节点位 置经常变化的情况下，对于那些实时性要求不高的远程被控对象，使用短消息 进行无线远程监控具有十分显著的有点： ( 1 ) 可以大大降低系统的成本和开发时间。用户只需要开发一个监控终端， 无需另建网络，可以直接使用手机进行操作，无需另外开发用户操作终端，因 为任何一部能够发送短消息的手机都可以充当用户操作终端。 ( 2 ) 系统可靠性高。短消息中心的存储、转发功能，能够确保短消息的成 功送出并被监控终端接受。 ( 3 ) 地域空间上的限制较小。只要是g s m 网络所能覆盖的区域都可适用。 随着无线通讯网络g s m 的不断完善和发展，手机用户的普及以及通讯费用 的不断降低，将使得借助于g s m 网络短消息的无线远程监控技术有着更为广阔 的应用前景。 1 2 本课题所做的主要工作 本课题的主要任务是设计一个基于g s m 网络s m s 的无线远程监控终端。 它可以应用于人们的日常生活和某些工业生产等领域，具有一定的通用性。用 户可以对其各个端口根据具体的不同控制对象进行定义，使其能够更加符合实 际控制的操作习惯。用户只要使用一部手机就能够对受控对象实现实时的远程 监测和控制，使监控任务变得更加便捷。并且本终端完全是按照支持中文的要 求进行设计的，这样用户就可以用纯中文的方式进行操作：用户对终端的各端 口以中文的方式进行定义；用户手机对终端的访问也是以中文短信的形式进行； 终端反馈给用户手机的信息也是中文短信。 设计本监控终端的具体工作可分为以下几个主要方面： ( 1 ) 根据所需要实现的功能确定总体实现方案。确定系统的总体框架，完 成硬件设备的选型，选定相应的编程语言等。 ( 2 ) 根据总体方案完成硬件设计。 ( 3 ) 编写监控软件。 ( 4 ) 进行综合调试，实现预期设计功能。 2 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章可自定义的无线远程监控终端的功能及使用 本监控终端主要有两大部分构成：t c 3 5 t 模块和以a r 8 9 c 5 5 w d 为核心的 监控单元。t c 3 5 t 模块用来接受用户的手机指令和负责以中文短信的形式发送 监控单元反馈给用户的信息。以a t 8 9 c 5 5 w d 为核心的监控单元则用来实现对 监控对象具体的监测与控制，包括读取并执行t c 3 5 t 收到的短信指令，对监控 对象进行轮回监测，并负责把反馈信息交给t c 3 5 t 以便发送给用户手机等。 2 1 监控终端的功毹介绍 本监控终端主要用于：( 1 ) 开关量的输入输出控制；( 2 ) 8 位精度的模拟量 的采集；( 3 ) 8 位精度模拟量的输出控制。 开关量的输入输出控制由监控单元的l o 端口来完成。l o 端口中作为输入的 端口和作为输出的端口各有8 个f 本程序将8 1 5 5 芯片的a 口设置为输出端口， b 口设置为输入端口1 。对于输出i o 端口时，用户可以通过手机来控制其处于开 状态或者关的状态；对于输入i o 端口，用户可以查询其当前的开关状态。用户 在对某一输出i o 端口的状态通过手机设定以后，还可以通过手机中文短信来查 询上一次设定的内容。这样，用户如果忘记了自己上次设定的内容，仍然能够 通过查询得知i o 端口的设定状态。 模拟量的采集是通过终端监控单元的a d 端口完成的。这类端口的作用是将 输入的模拟量转换成一个8 位的二进制数字量。用户可以通过短信随时奁询输 入的模拟量或其所对应的用户定义值的大小。 模拟量的输出控制是由监控单元的d a 端口来实现的。用户可以通过手机短 信来定量的控制d a 端口的输出。 为了便于用户的操作，对于所有的i o 、d a 、a d 端口，用户都可以根据具 体的操作对象对相关内容进行自定义。如：用户可以设定a d 口输入的报警下限 和上限，当输入的模拟量值处于下限和上限的范围之外时，监控单元就会向用 户手机发送报警信息，还能告诉用户具体的报警类别( 上限报警或是下限报警) 。 为了保障系统的安全性，用户可以对监控终端的访问权进行设定。用户设 定拥有访问权限的手机号码后，对监控终端的访问将只限于这些拥有访问权的 武汉理工人学硕士学位论文 手机，其它不拥有访问权的手机发给监控终端的短信息指令将不被理睬。用户 还可以根据实际需要对设定的内容进行重新设定。 另外，本监控终端还可以实现现场查询。用户可以通过终端的查询按钮来 查询各个端口的状态，所有的端口信息和拥有控制权的手机都可以显示在终端 的小液晶显示屏上。 2 2 监控终端的使用 监控终端的使用除了将各端口与相应的设备连接之外，首先应对监控终端 进行自定义。为了方便用户进行自定义终端，我们采用v c 6 o 编写了专用的串 口软件，具体界面及使用说明如下： 图2 1 i 0 定义界面 注：以上是对i o 口所需定义的各项。 图中各个按钮的功能如下： 设置：单击此按钮用户可以添加新端口定义内容。 修改：先用鼠标单击要修改项的i 0 口编号，然后单击修改按钮，便可以在 弹出的对话框窗口中进行所需要的修改。 4 武汉理j 人学硕士学位论文 删除：先用鼠标单击要修改项的j o 口编号，然后单击删除按钮，便可以删 除所选择的项。 保存：当用户定义完成后，单击此按钮，便可以实现保存i 0 口定义的内容。 打开：单击此按钮，用户可以将以前的定义内容直接导入进来。 图2 2 a d 口定义界面 注：以上是对a d 口所需定义的各项。 设置：单击此按钮用户可以添加新端口定义内容。 修改：先用鼠标单击要修改项的a d 口编号，然后单击修改按钮，便可以在 弹出的对话枢窗口中进行所需要的修改。 删除：先用鼠标单击要修改项的a d 口编号，然后单击删除按钮，便可以删 除所选择的项。 设置量值换算表：先用鼠标单击要修改项的a d 口编号，然后单击选中其中 一项，然后在对话框中填写量值换算表的项。 查看量值换算表：量值换算表设置完成后，单击此按钮，可以查看所设置 的量值换算表的内容。 删除量值：先单击选中量值换算表中的一项，单击此按钮，可以删除此项。 修改量值：先单击选中量值换算表中的一项，单击此按钮，可以在弹出的 对话框中进行修改。 武汉理工大学硕士学位论文 保存：当用户定义完成后，单击此按钮，便可以实现保存a d 口定义的内容。 打开：单击此按钮，用户可以将以前的定义内容直接导入进来。 图2 3 d a 口定义界面 注：以上是对d a 口所需定义的各项。 设置：单击此按钮用户可以添加新端口定义内容。 修改：先用鼠标单击要修改项的d a 口编号，然后单击修改按钮，便可以在 弹出的对话框窗口中进行所需要的修改。 删除：先用鼠标单击要修改项的d a 口编号，然后单击删除按钮，便可以删 除所选择的项。 设置量值换算表：先用鼠标单击要修改项的d a 口编号，然后单击选中其中 一项，然后在对话框中填写量值换算表的项。 查看量值换算表：量值换算表设置完成后，单击此按钮，可以查看所设置 的量值换算表的内容。 删除量值：先单击选中量值换算表中的一项，单击此按钮，可以删除此项。 修改量值：先单击选中量值换算表中的一项，单击此按钮，可以在弹出的 对话框中进行修改。 保存：当用户定义完成后，单击此按钮，便可以实现保存d a 口定义的内容。 武汉理工大学硕士学位论文 打开：单击此按钮，用户可以将以前的定义内容直接导入进来。 图2 4 控制权定义界面 注：以上是对具有控制权手机的定义。 设置：单击此按钮用户可以添加一个拥有控制权的手机号码。 用户根据具体的监控对象逐一定义与之相对应1 0 口、a d 日、n a 端口的各 项内容，选择相应的串口和所需要发送的项，然后便可以点击发送按钮，通过 p c 机的串口将这些自定义的内容保存到监控终端。 接着我们给系统上电之后就可以通过手机短信进行控制了。为了便于手机 能够更好的控制监控终端，我们对手机发给监控终端的短信指令格式进行了约 定：当用户对1 0 、a d 口的状态或量值进行查询时的短信指令格式为：“端口名 称”+ “? ”，此时监控终端回复给用户手机的反馈信息格式为：“端口名称= ” + “端口状态或量值”；当用户对l o 、d a 口的量值进行设定时的短信指令格式 为：“端口名称= ”+ “端口状态或量值”。用户根据自己的需要采用以上的指 令格式就可以很方便地对被控对象进行有效的监控。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章g s m 和短消息( s m s ) 3 1 关于g s m g s m 是“全球移动通信系统”( g 的醴s y s t e m mm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 的 英文缩写。 3 1 1g s m 的历史8 1 9 1n 0 1 川 移动通信发展到现在，经历了由模拟到数字的变化，早期的移动通信系统 是以a m p s 和e 1 a c s 为代表的模拟移动通信系统。9 0 年代，随着移动通信用 户数量的增加，用户对跨地区，跨国漫游以及各种增值服务要求也随之增加， 同时数字通信技术发展也日趋成熟，欧洲的移动通信运营商开始考虑发展一种 新型的数字移动通信系统，g s m 移动系统也就应运而生。 0 s m 原意为移动通信特别小组( g m u ps p e c i a lm 0 b i l e ) 。该组织成立于1 9 8 2 年，旨在制定一个欧洲移动通信系统的特性规范，以便使整个欧洲采用一个统 一的移动通信制式，让移动通信用户在欧洲各国的移动通信成为可能。这个规 范是今天的数字蜂窝系统1 8 0 0 ( d i 西t a lc e l l u l a rs y s t e m1 8 0 0 ，即d c s l 8 0 0 ) 的 基础。 在1 9 8 7 年6 月，欧洲委员会( e u r o p e a i lc o m m i s s i o n ，e c ) 向部长委员会递 交了制定g s m d c s 标准的建议文书。这份文书的目的是为了解决移动通信系统 中的不兼容性，并建立一个欧洲范围的通信系统结构，也为了促进各个国家发 展欧洲范围内的数字蜂窝系统。g s mr d c s 预定包括在各个移动单元之间的语音 传输和信息处理设施( 诸如x 4 0 0 、传真发送、紧急呼叫以及不同类型的数据传 输设施) 在内的不同的设施。g s m9 0 0 和d c s1 8 0 0 就是我们平常讲的双频网络， 它们都是g s m 标准。两个系统功能相同，主要是频率不同，g s m9 0 0 工作在 9 0 0 m h z ，d c s1 8 0 0 工作在1 8 0 0 m h z 。 今天，所谓的g s m ，就是泛欧数字移动通信系统( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n j c a t j o n ) ，它有效地克服了模拟制式移动通信系统存在的频谱利用率低、 容量小、制式不统一、联网漫游困难、不能提供数据等非话业务以及话音失真、 武汉理工大学硕士学位论文 保密性差等缺点。g s m 的发展，弥补了有线电话的严重不足，解决了人们在任 何地点、任何时间的通信联络。由于g s m 系统拥有许多技术上的优点，因此在 推出后，很快的被世界上许多国家所采用，截至目前为主，g s m 以被一百多个 国家和地区，总共超过两百多个以上的移动电话业者所采用，并还在持续增加 中。原先的g s m 标准只包括9 0 0 m zf 即g s m 9 0 0 ) ，而后基于系统容量上的需 求，又增加了对1 8 0 0 m h z ( 即g s m l 8 0 0 或d c s l 8 0 0 ) 及1 9 0 0 m h z ( 即g s m l 9 0 0 ) 两个频段的使用规范。 g s m 全球移动通讯系统是目前国内覆盖最广、系统可靠性最高、话机保有 量最大的数字移动通讯系统。g s m 系统是目前基于时分多址技术的移动通信中 比较成熟、完善，且应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的g s m 数 字蜂窝移动通信网是我国公众移动通信网的主要方式。 3 1 2g s 赫系统的构成 g s m 系统主要由移动台m s 、移动交换中心m s c 、基站系统b s s 和操作 与支持系统( o s s ) 四部分组成。 ( 1 ) 移动台m s ：m o b i l es t a t i o n 一移动台( 手机) ：手机是移动通信系统服 务用户的终端设备，用户通过手机进行通信并将用户语音数据信号转换为能够 传播的射频信号，同时进行反方向传输，故此，手机必须具有：用于无线通 信的电路。用于语音传输的音频电路。用于用户键盘输入与显示电路。 ( 2 ) 移动交换中心m s c ：m 0 b i l es w i t c h j n gc e n t e r 一移动交换中心：主要 功能是负责整个移动通信系统数据语音传输交换，网络管理，通信系统的连接， 手机用户的身份确认与位置更新，通信信道的选择等功能，系统提供的其他功 能( 如：股票、短信息等1 也需要m s c 来完成。 ( 3 ) 基站系统b s s ： b a s es t a t i o ns y s t e m 一基站系统的主要功能是负责将 m s c 与m s 连接起来，基站必须具备与m s c 的固定有限( 或无线) 连接方式，同 时还要具备与m s 的无线连接方式。每个基站覆盖一个蜂窝小区，小区中的手机 都可以与基站通信。基站对手机的通信的状态参数( 包括频率、功率，时序等) 进行控制和管理，当手机移动到另一个基站小区时，将在基站的控制下进行越 区切换。 ( 4 ) 操作与支持系统0 s s ：操作与支持系统包括操作维护中心和网络管理 9 武汉理上大学硕士学位论文 中心。它负责全网的通信质量及运行的检验和管理，记录和收集全网运行中的 各种数据的情况。它对全网内各设备之间都有连接线，并对各设备执行监视和 控制的职能。 3 1 3g s m 对用户身份鉴别n 3 1 手机接入网络之前，g s m 系统需要确认每个用户是否具有合法身份。身份 鉴别分为i m e l 鉴别和s i m 卡鉴别，但通常是鉴别用户的s i m 卡身份。 ( 1 ) 设备号i m e l i m e l ( h t e m a t i o n a im o b i l ee q u i p m e n ti d e n t i f i c a t i o n ) ，国际移动设备鉴别号， 是国际唯一的号码，通常可用手机键盘输入“棚酣查看，共1 4 或1 5 位，其中 分别表示型号批准号，最后手机装配号和序号。例：4 4 8 5 4 8 8 0 1 2 3 4 5 6 0 4 4 8 5 4 88 01 2 3 4 5 60 1 1 a c r cs n rs p t a p 一表示型号批准号6 位 f a c 一最后手机装配号2 位 s n r 一序号6 位 s p - 一空1 位备用 ( 2 ) 用户s i m 卡 s i m ( s u b s c 曲e ti d e m i f i c a t i o nm o d u l e ) 卡，记录着用户身份信息，网络根据 s i m 卡的信息确定用户的合法性。s i m 卡作为一个独立的部件插入手机，主要 记录的内容包括1 m s im c cm n c 和用户的数据信息( 如：电话本，短信息 等) i m s i ( i n t e r i l a t i o n a lm o b i l es u b s c r i b e ri d e n t i f i c a t i o 卜国际移动用户身份鉴别 信息。此号码为国际唯一的号码，代表用户的身份，在手机登陆系统时，系统 根据此信息查找用户信息。m c c ( m o b i l ec o u n t r yc o d e ) 移动国家号，代表用户归 属网络所在国家的编号。m n c f m o b i l e n e 柳o f k c o d e ) 移动网络号，代表用户归 属网络运营商的编号。 3 1 4g s m 的数据业务”4 1 1 ”帕1 7 3 例 ( 1 ) 消息系统 1 0 武汉理工人学硕士学位论文 在g s m 系统中引入短消息业务中心，作为短消息的存储转发的单元，就可 实现移动终端间的点对点短消息通信。短消息的基本过程是：在g s m 系统中有 一个短消息服务中心( s m s c ) ，手机将短消息和要发送的目的站号一同发给 s m s c ，再由s m s c 转发给指定的另一手机。现在g s m 的移动通信系统已经提 供了短消息服务功能，两个g s m 手机之间可以发送、接收中英文短消息。s m s 向上发送的信息占用的是信令信道，占用时间极短，且s m s 不占用话音信道， 发送短消息对网络的接通率不会造成太大的影响，因此采用该种方式通讯费用 低廉。最新出现的消息功能大大增强。移动通信网与i l l t e r n e t 联结后，移动通信 公司可向用户提供“推、拉技术，手机用户可以从t n t e r n e t 上获取大量文本信息， 如果移动公司与第三方信息内容提供商合作，便可以推出个人化、定制的信息 给广大移动用户，用户可以得到丰富的信息服务，股市行情、经济日报、旅游 信息等。这样，利用短消息系统也可形成一个个人的移动信息中心。 ( 2 ) 电路型数据业务 提供的数据传输速率最高为9 6 k b i t s ，属于低速电路交换无线数据业务，包 括透明和非透明2 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 i 聊进行控制，不合格的帧需要重 传，故而传输速度较慢。 为了突破9 6 助i t s 的瓶颈限制，g s m 在低速电路数据的基础上，提出了高 速电路交换数据业务( h s c s d ) ，通过改进编码调制方式使得一个时隙的传输速度 从9 6k b i t s 提高到1 4 4k b i t s ，并且它还允许几个时隙同时传送一路数据，理论 上可达1 1 5k b i t s 。h s c s d 更适合实时性高的应用，如高速传真，其缺点是信道 利用率低。 ( 3 ) 分组型数据业务 分组数据业务包括通用分组无线业务( g p r s ) 、增强型分组业务( e d g e ) 和i m t 2 0 0 0 数据业务分组型数据业务。它与电路型数据业务的本质区别就在于： 电路型数据业务必须先建立一个呼叫并始终占据该呼叫信道直至呼叫结束，它 并不考虑所占用的信道是否正在传输信息或数据。分组型数据业务则无须先建 立呼叫，只是在需要传输数据的时候才利用空闲信道，数据传递完成立即释放， 并不长久地占用信道。显而易见，分组型数据业务具有很大的优势，对用户和 运营者而言，具有极大的好处。分组型数据业务以数据量和传递时间计费，同 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 时运营者也不必为网络拥塞而不断升级和投资。 随着能够提供真正全球漫游、支持多媒体业务且有足够容量的第5 代移动 通信的发展，移动数据业务的应用需求将越来越广泛，同时各种移动数据业务 通信的新技术也会不断出现和发展。 3 2 关于短消息( s m s ) 侧啪瑚m 2 1 啪3 所谓短消息就是通过g s m 网络传输的有限长度的文本( 数字或文字) 信息。 而短消息业务是g s m 系统提供给手机用户的一种特殊服务。短消息也称作短信。 短消息业务与话音传输及传真一样同为g s m 数字蜂窝移动通信网络提供的主要 电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转 功能。 通过g s m 网，并设有短消息业务中心( s m s c ) ，便可实现短消息业务。 短消息业务按其实现的方式可以分为点到点短消息( s m s ) 业务和小区广播短消 息( c b s ) 业务。通常提到的短消息业务主要是指点到点短消息。 点到点短消息业务包括两种情况：一种是移动台终止( 接收) 点对点短消 息( s m s 一惭p ) ；另一种是移动台发起( 发送) 点对点的短消息业务 ( s m s ，m o p p ) 。点到点短消息业务即通过m o 和m t 将一条短消息从一个实 体发送到指定目的地址的业务。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 个英文字母或7 0 个中文汉字。 短消息作为一项极具吸引力和人气的增值业务，越来越成为以话音业务为 主导的移动通信网络的另一个重要卖点。种类繁多的数据增值业务是基于短消 息这种移动数据通信手段的，如手机银行、手机证券、信息点播、移动o i c q 业 务、无线电子邮件、无线数据和传真等。现有短消息以支持短文本为主。短 消息是g s m u m t s 中不要求建立端一端业务路径的业务。即使移动台已处于完全 电路通信情况下仍可进行短消息传输。 3 2 1 短消息业务的系统构成乜5 m 8 g s m 标准中定义的点到点短消息服务使短消息能够在移动台和短消息服中 心之间传递，图3 1 是基于g s m 网络的典型s m s 体系框架。 武汉理工大学硕十学位论文 图3 1s m s 的体系结构 s m e ( 短消息实体) ：负责接收和发送短消息。可以位于固话系统、移动 基站或其他服务中心内。 m s c ( 移动交换中心) ：负责系统交换管理，控制来自或发往其他电话或 数据系统的通信。 s m s c ( 短消息业务中心) ：负责在移动基站和s m e 之间中继、存储或转 发短消息。 h l r ( 归属位置寄存器) ：是移动网络中最重要的数据库，用于存储管理 用户的永久信息和服务记录，帮助把短消息传递给正确的m s c ，还能配合m s c 与h l r 之间的协议，在接收方因超出覆盖区而丢失报文、随后又可找到时加以 提示。s m c - 一g w m s ( 短消息中心网关) ：是与其他网络打交道的节点。一旦 从s m s c 接收到短消息，s m e g w m s 就向目的移动台的h l r 处查询移动站 当前的位置，并将短消息传送给接收者所在基站的交换中心。 v l r ( 访问定位寄存器) ：该数据库含有一些用户临时信息，如手机鉴别、 当前所处的小区( 或小区组) 等信息。通过v l r 提供的信息，m s c 能够将短消 息交换到相应的b s s ( 基站系统，包括b s c + r s ，向移动站发送或接收信息) ， b s s 再将短消息传递到接收方的手机。 3 2 2 短消息的传送模式及发送编码格式鲫啪m 9 瑚1 对短消息的控制共有三种模式 b 1 0 c km o d e 基于a t 命令的p d um o d e 武汉理t 大学硕士学位论文 基于a t 命令的t e x tm o d e 下面对这三种模式分别进行介绍： 块模式( b 1 0 c km o d e ) ：块模式是用来封装g s m 3 4 0 中定义的s m sp d u 的 二进制协议。该协议包括差错检测，适合应用于手机间的链路受差错控制的情 况。应用部分组合的二进制串应包含报头和短消息p d u 。当应用被要求从手机 到中心台时，可以使用块模式中的很多功能：发送短消息、删除来自手机短消息、 在手机上列出短消息、从电话到应用传送所有或一条短消息、开启电话使得每 次短消息到达时应用都可以被通知到。所有命令都包含一些在该建议中已被定 义过的单元。例如i n s e r tm e s s a g e 的命令格式通常发送表3 1 中描述过的短消 息。 表3 1 块模式的短消息传递 消息单元含义 长度( b y t e ) 短消息类型插入s m s 类型 1 ( m e s s a g et y p e ) = o x 0 7 插入类型1 一存入话机2 一发送 1 ( h l s e nt y p e )3 一存储和发送 r p 目的地址接受地址( 详见 1 1 2 ( r p d e s t a d d r e s s )g s m 0 3 4 0 ) 协议数据单元( 详见 s m s t p d u 最大1 4 0 g s m 0 3 4 0 ) 但是，使用b l o c k 模式需要手机生产厂家提供驱动支持，目前，p d um o d e 已 取代8 l 。c km o d e ，支持块模式的手枫厂商很少，大都只支持p d u 模式和文本 模式。 文本模式( t e x tm o d e ) ：文本模式是基于字符的协议，该协议基于为g s m 修 改的a t 命令集。该模式适用于非智能终端和仿真器，以及构建于命令结构上的 应用软件。应用将消息按简单文本传递到手机组成t p d u ( 见表3 2 ) 。这表示文 本模式提供的功能比块模式和p d u 模式少。文本模式不需支持或自动传送到达 消息给应用，而仅仅是通知消息到达。文本模式只是p d u 的一种简化形式，它 只能用来发送英文短信。 武汉理： 大学硕士学位论文 表3 2文本模式的短消息传递 a t + c m g s = “4 4 9 7 6 1 2 3 4 5 6 ”发送消息到 1 1 l i si sat e x tm e s s a g e ( c r 4 4 9 7 6 1 2 3 4 5 6 + c m g s = 3 电话接收消息 o k 参考号码为3 p d u 模式( p d um o d e ) ：p d u 模式和文本模式很相似，区别只是它将组装短 消息t p d u 的任务留给应用完成。该模式使触命令集能方便地组构更多复杂的 p d u ，例如既可以传递二进制数据又可以传送字符数据。 p d u 模式收发短信可以使用3 种编码：7 _ b i t 、8 b i t 和u c s 2 编码。7 - b i t 编 码用于发送普通的a s c i i 字符，8 一b j t 编码通常用于发送数据消息，u c s 2 编码用 于发送u n i c o d e 字符。 p d u 模式虽然支持中文短信，也能发送英文短信，只是其编码较复杂，我 们要将字符“硪”字符发送到目的地“1 3 6 4 2 1 6 3 8 8 2 ” p d u 字符串为： 0 89 l 鹞3 1 0 8 2 0 0 7 0 5 f o1 1o oo d9 l3 1 4 6 1 2 3 6 8 8 f 20 0o oo o0 2c 8 3 4 消息正文经过十六进制编码后进行传送。p d u 串可看作由短信中心地址 t p d u 串组成。点对点短消息通信中，信息传输虽然会经过很多中间设备，但最 终表现在两个对等短消息实体间进行。短消息传输层的协议数据单