（测试计量技术及仪器专业论文）基于wincegprs的油烟监控系统的研究.pdf

摘要 摘要 随着城市化的深入发展，饮食服务业在城市经济发展中所占的比重越来越大，油 烟气体含有多种有毒化学成分，对机体具有肺脏毒性，免疫毒性，致癌致突变性， 对人体健康造成严重的危害，给人们生活和健康带来极大影响和威胁，是我国环境 保护亟待解决的问题。但由于污染源分散，覆盖面广，综合治理难度较大，城市油烟 污染问题己引起了广泛的关注。研究针对油烟净化设备的无线监测方法，建立高质 量的油烟气体净化质量远程监测系统，对环境空气保护和治理有着重要的理论价值 和现实意义。 远程监控系统涉及的技术范围很广，基于w i n c e 和g p r s 的油烟监控系统涉及 到现代通信技术和微型计算机技术等多个科学领域，属于交叉学科的综合实践工程。 本文采用先进的嵌入式系统技术，以微软的w i n c e 和三星的$ 3 c 2 4 1 0 为平台，设计 和实现系统平台的板级支持包( b s p ) ，实现系统内核移值和整个系统的应用软件的 基础和关键。首先确定系统方案，进行整体软硬件设计，充分分析目前市场上现有 的油烟传感器的特点，选择t g s 2 6 0 0 油烟传感器并开发其数据采集电路，然后分析 软件部分中的b s p 包的结构和开发步骤。并详细介绍了系统引导程序b o o tl o a d e r 、 o a l 代码以及驱动程序的开发，并针对本文的研究对象，重点介绍了串口驱动程序 和a d c 驱动程序的开发过程。最后简单介绍了在w i n c e 下进行g p r s 拨号的过程 和在e v c 下油烟传感器信号采集上位机软件的开发，从而验证了本文开发的b s p 实 现对操作系统的支持。 本文为基于g p r s 无线通信的远程监控系统提供了新的思路和方法，解决了目 前远程监控系统研究中的一些问题，并将系统应用于城市油烟气体污染监控中，同 时可为无线数据传输系统的研究提供参考。 关键词：油烟远程监控；g p r s 数据传输；w i n c e ；b s p ；设备驱动程序 广东工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e e p e n i n gd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n ，t h ep r o p o r t i o no fc a t e r i n gs e r v i c e s i nu r b a ne c o n o m i c d e v e l o p m e n ti sm o r ea n dl a r g e t h eo i lf u m ec o n t a i n sav a r i e t yo f t o x i c c h e m i c a lc o m p o s i t i o ns u s h 部l u n gt o x i c i t y 、i m m u n et o x i c i t y 、c a r c i n o g e n i c i t ya n d m u t a g e n i c i t y , w h i c ha r eh a r mt oh u m a nb o d y i th a sc a u s e ds e r i o u sh a r mo nh u m a nh e a l t h a n db r o u g h tp e o p l eg r e a ti m p a c t s ot h eo i lf u m ep o l l u t i o nh a sb e c o m et h em o s ti m p o r t a n t p r o b l e mt h a ts h o u l db es o l v e di nc h i n a se n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n b e c a u s e so ft h e d i s p e r s e dp o l l u t i o ns o u r c e sa n dt h e 、析d ec o v e r a g ea r e a ，c o m p r e h e n s i v ei m p r o v e m e n ti s v e r yd i f i c u l t ，o i lr u n i cp o l l u t i o no fc a t e r i n gt r a d eh a sb e c o m eas e r i o u se n v i r o n m e n t a l p r o b l e mi nc i t i e sa n dh a sc a u s e dt h ee x t e n s i v ec o n c e r n r e s e a r c h i n gr e m o t ew i r e l e s s m o n i t o r i n gt e c h n i q u eo fo i lf u m ep u r i f i c a t i o nc o n t r o le q u i p m e n ta n dd e v e l o p i n ga h i g h q u a l i t yo i lf a i l l ep u r i f i c a t i o nr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mh a v ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a l v a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o re n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na n dg o v e r n a n c e r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mc o n c e r n st ow i d e s p r e a dt e c h n i q u ef i e l d t h eo i lf u m e p u r i f i c a t i o nr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nw i n c ea n dg p r sc o n c e r n sm u l t i p l e d i s c i p l i n a r y f i e l di n c l u d i n gm o d e r nc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g ya n dm i c r o c o m p u t e r t e c h n o l o g y t h i sa r t i c l ea d o p t st h ea d v a n c e de m b e d d e ds y s t e mt e c h n o l o g y , b a s i n go nt h e p l a t f o r mo fm i c r o s o f t sw i n c ea n ds a m s u n g s $ 3 c 2 410 ，r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gt h e s y s t e mp l a t f o r m sb r o a ds u p p o r tp a c k a g e ( b s p ) i ti st h eb a s ea n dk e y t or e a l i z et h es y s t e m k e r n e lt r a n s p l a n ta sw e l la st h ea p p l i a n c es o f t w a r eo fw h o l e s y s t e m a tf i r s t ，w e e s t a b l i s h t h es y s t e ms c h e m e s ，c o n f i r mt h es y s t e mc o m p o n e n t so fs o f t w a r ea n dh a r d w a r e ， f u l l ya n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ec u r r e n tm a r k e te x i s t i n go i lf u n l es e n s o r , d e v e l o pt h e d a t aa c q u i s i t i o nc i r c u i tb a s e do nt h eo i lf - u l t l es e n s o rt g s 2 6 0 0 t h e na n a l y s e st h eb s p a r c h i t e c t u r ea n dd e v e l o p i n gs t e p so fs o f t w a r ep a r t s f o l l o w st h a t ，d e t a i l e d d e v e l o p i n g s y s t e ml o a d e rp r o g r a mb o o tl o a d e r 、o a lc o d ea n dd r i v e r t h es p e c i a le m p h a s i so ft h i sa r t i c l ei sp l a c e do nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fs e r i a l d r i v e ra n da d cd r i v e r f i n a l l y , i tc o n c l u d e st h ep r o c e s so fg p r s d i a l u po nw i n c ea n dt h e i i a b s t r a c t u p p e rc o m p u t e rs o f t w a r eo ne v c o fo i lf u m es e n s o rs i g n a la c q u i s i t i o n ，s oa st ov e r i f i e d t h a tt h eb s pi n t r o d u c e di nt h i sa r t i c l ec a l ls u p p o r tt h ew i n c eo p e r a t i o n t h ea r t i c l e p r o v i d e s an e wi d e aa n dm e t h o df o rt h ew i r e l e s sr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do n g p r s i ta l s oi m p r o v e ss o m ep r o b l e m si nt h er e s e a r e ho fr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m t h e s y s t e mi ss u c c e s s f u l l yu s e di nm o n i t o r i n gt h eo i lf u m ep o l l u t i o n f r o mr e s t a u r a n t si nc i t y i t i sag o o dr e f e r e n c et oo t h e rt r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n k e y w o r d ：o i l - f u m er e m o t em o n i t o r i n g ；g p r s d a t at r a n s m i s s i o n ；w i n c e ； b s p ；d e v i c ed r i v e r i i i 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 8 5 指导教师签字：殄7 处 论文作者签字：越咀 砌2 年占月知日 第一章绪论 第一章绪论 - i 1 本课题研究背景及意义 电子技术、自动化技术以及透信技术等高新技术在飞速发展，人们对社会信 息化、网络化以及移动化程度的不断提高，在许多领域需要对大范围的数据进行 实时时的采集、传输，使得入们麓够及时地掌握情况并进行分析处理。例如交通、 电力、邮电、商场等公用事业部门需要实时监测系统的运行状况，并对远端的设 备进行监控。但由于这些系统的分支概构分布范围广，且分布地域也比较复杂， 如果单单依靠人力进行监测，那势必浪费大量的人力、物力，而且效率低，因此 需姜有一个高效的数据监控系统来解决远程数据监测和控制阆题瑟】。 近几年来，以g s m g p r s c d m a 技术为代表的无线通信技术已经成熟，监 控系统结合先进的无线通信技术，集计算机、透信、机电、离动控铡等多种先进 技术于一体，能够实现对分布式系统的实时监控，将运行维护人员从大量繁琐的 工作中解放出来，提高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，能及时获取系统运行数据以及监控对象的信息数据，为监控技术提供了 先进的技术手段1 2 】。 随着我国第三产业的发展和城市化进程的加快，饮食服务业在城市经济发展中 所占的比重越来越大。餐饮业的飞速发展，繁荣了城市经济，推动了城市发展，网时 也给环境带来了严重污染。据统计，餐饮业油烟问题投诉占所有环保投诉的3 0 。 饮食服务业大多集中在城市居民密集区，在烹饪过程中产生的油烟污染虽然强度 不大，但由于覆盖面广，污染源分散，而且，烹调油烟含有多种有毒化学成分，对机 体具有肺脏毒性，免疫毒性，致癌致突变性，对人体健康造成严重的危害，综合 治理难度较大，对城市大气环境质量造成不鼹的影响。 近年来，我国对餐饮业油烟污染十分重视，并颁布了一系列关于加强饮食业油 烟污染防治的重要文件，国内科技工作者在油烟净化技术及设备方面进行了不少 研究，并取得了一定的进展，但仍然缺乏高效实用的油烟净化设备监控手段。目前 我国环境监测大多采用传统的流程，自动化程度较低。国家环保总局规定的监测 广东工业大学工学硕士学位论文 程序包括：现场调查与资料收集、确定监测项目、确定监测点布置及采样时间和 方式、选择和确定环境样品的保存方法、环境样品的分析测试和数据处理与结果 上报。整个环境检测过程烦琐且需要大量的人力和时间，样品采集也要受到地理 位置、地形地貌、气象气候等条件的限制，效率比较低下。因此本课题结合我国 的实际情况，研发稳定高效、经济实用的油烟净化设备远程监控系统，具有重要意 义。 1 2 研究内容 1 2 1 相关研究现状分析 在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数 据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。国外发达国家对环境治理非 常重视，起步较早，商业实验室较多，环境监控技术已经比较成熟，对自动监控 系统的研究欧美国家和日本走在前列，他们在智能传感器、自动监测系统、监测 的网络化等前沿科技上都有较快的发展。 目前我国环境监测大多采用传统的流程，自动化程度较低，许多环保监测站 与各采集点之间的数据采集主要采用手工抄录或p s t n 电话线传输。但由于各监 控点分布范围广、数量多、距离远，个别地点还地处偏僻，因此通过电话线传送 数据往往不太现实。因此许多研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对环 境污染的监测系统。但第二代移动通信系统所能提供的数据业务能力有限，而 g p r s 是基于g s m 系统的无线分组交换技术，提供端到端的广域的无线i p 连接。 它充分利用共享无线信道，实现数据终端的高速、远程接入，从而提供了一种高 效、低成本的无线分组数据业务。目前，国内许多行业综合利用g p r s 网络、计 算机网络、全球卫星定位( g p s ) 、无线通信、地理信息系统( g i s ) 等多学科技术， 研制出各种各样的无线监控产品，随着3 2 位嵌入式计算机系统的发展，结合a r m 微处理器很容易实现低成本、高可靠性、多通道的数据采集传输方案。 在环境监测方面，当前结合a r m 微处理器和g p r s 进行数据采集和传输的 应用，特别是对能够处理各类模拟信号和准数字信号的高速实时数据采集与传输 系统的研究还比较少。因此以数据采集为基础、数据传输协议为核心，充分满足 数据采集、数据存储、数据处理各个环节中的用户需求和测量系统智能化需要远 2 第一章绪论 程环境监控终端的开发，客观上顺应了现代环境监控系统的发展趋势，具有典型 意义。 1 2 2 系统实现方案 油烟净化远程监控系统研究是信号采集处理、g p r s 无线网络通信、传输控 制、管理中心计算机等多技术相结合的应用研究开发课题，系统方案如图1 1 所 示。采用的方案可以描述为：嵌入式操作系统+ p p p 协议+ 应用程序。在该方案中引 入了嵌入式操作系统w i n c e ，即在嵌入式硬件平台上首先安装并运行操作系统 w i n c e ，然后通过p p p 协议进行g p r s 拨号，进而实现嵌入式t c p i p 实现数据的 发送和接收处理，使基于s 3 c 2 4 1 0 微处理器嵌入式系统的g p r s 无线数据终端能 够在网络中进行数据传输，并在此基础上，实现应用层软件的开发。 油烟混合物 图1 - 1 系统方案 f i g 1 1s y s t e ms c h e m e 1 2 3 本文主要章节安排 本文的主要内容安排如下： 第一章分析了目前环境特别是油烟监测手段的局限性和远程监控系统的意义 和需求，分析目前国内外远程监控技术的发展现状。并依此总结出了基于g p r s 网络的的监控系统的必要性。 广东工业大学工学硕士学位论文 第二章首先对移动通信技术作了综述，着重介绍了第二代g p r s 通信系统及 其体系结构，然后针对本文研究需要，重点分析了p p p 协议的相关内容。 第三章介绍了g p r s 监控终端的硬件设计，介绍了它的总体结构框架，并分 别对g r p s 模块m c 3 5 i 、微处理器$ 3 c 2 4 1 0 、油烟传感器做了介绍，并围绕这几 个核心模块设计的外围电路。 第四章首先介绍了w i n c e 操作系统定制和移植的过程以及w i n c e 操作系统 下的驱动程序开发和板级支持包b s p 的开发流程，并针对本系统需要通过g p r s 传输油烟传感器数据的具体应用，因此重点介绍了在b s p 中添加串口驱动程序和 a d c 驱动程序的具体实现方法。 第五章介绍g p r s 监控终端的软件设计，分别介绍了在w i n c e 操作系统下进 行g p r s 拨号的实现和在e v c 开发平台下开发油烟传感器信号采集软件的开发。 最后给出了本文研究的主要结论，并对系统进一步的研究工作进行展望。 1 3 本文创新点 本文的创新点有： 1 以专用的油烟气体传感器为核心，开发高精度、高可靠的油烟数据采集模块。 2 在移植嵌入式操作系统w i n c e 的基础上，利用w i n c e 自带的p p p 脚本实现终 端的拨号登录，实现基于g p r s 的数据传输，使该终端具有很好的稳定性。 4 第二章g p r s 通信技术简介 第二章g r p s 通信技术简介 2 1 无线通信技术介绍 2 0 世纪7 0 年代末和8 0 年代初“蜂窝 概念的引入无疑是移动通信领域的一 大跨越，蜂窝移动系统采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线 通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信，把移动通信真正推向了市场， 并使其成为一个高速发展的产业。从那时起，全球移动用户的数量保持了每年两 位数的增长。 第一代移动通信( 1 g ) 主要提供的基于模拟传输方式下的语音通信。第二代移 动通信采用数字技术，不仅提供语音服务，还提供一系列补充服务和低速率的数 据传输。直到上世纪末，通过第二代移动通信进行数据通信的业务量只占到全部 业务量的2 。g s m 作为第二代移动通信的典范，其发展也经历了几个阶段： 第一阶段，即g s mp h a s el ：于1 9 9 1 年完成，包含了移动性、信息的数字化 传输等核心前提。在这一阶段，主要的业务是语音传输，传输的速率为0 3 9 6 k b i t s 。 第二阶段，即g s mp h a s e2 ：于1 9 9 5 年完成。在技术上比第一阶段有改进， 规定了类似于i s d n 的补充服务，同时所有p h a s e2 的网络和终端设备与p h a s el 的设备相兼容的。 第二阶段改进，即g s mp h a s e 2 + ：p h a s e 2 + 是对p h a s e 2 的平滑改进，而不是 完全的更新。g s mp h a s e 2 + 弓l 入了“加强的全速率语音编码方式”( e f r ) 来提高话 音质量，引入了“智能网集成的概念。提出了h s c s d ( h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c h e d d a t a ) 和g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) ，为实现移动计算和因特网的接 入提供了技术上的基础【4 0 】。 第三代移动通信( 3 g ) 正在i m t 0 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ) 的框架下成为全球化规范性的兼容的通信系统。3 g 规范的目标是能够实现在任何 时间，任何地点与任何想沟通的人进行通信。 目前的无线网络有g s m 、c d m a 2 0 0 0 和g p r s3 种，g s m 属于2 g 网络，会 广东- t 业大学工学硕士学位论文 被后两者迅速替代。g p r s 、c d m a 2 0 0 0 采用的是2 5 g 网络技术，是目前国内普 遍用到的。虽然说c d m a 一2 0 0 0 采用的码分多址技术在理论上比g p r s 更为先进， 但是在实际情况下由于网络条件等一些外部因素的影响，在国内表现并不如 g p r s 理想。所以本文主要研究g p r s 无线通信技术。 2 2g p r s 的网络结构 2 2 1g p r s 网络总体结构 g p r s 系统是在g s m 系统的基础上引入新的部件( g p r s 业务支持节点s g s n 和g p r s 网关支持节点g g s n ) 而构成的无线数据传输系统，它使用分组交换技 术，能兼容g s m 并在网络上更加有效的传输高速数据和信令，使得用户能够在 端到端分组方式下发送和接收数据。g p r s 采用与g s m 相同的段、频带宽度、突 发结构、无线调制标准、跳 频规则以及相同的t d m a 帧结构，因此，在g s m 系 统上构建g p r s 系统时， 誊 g s m 系统中的绝大部分部 件都不需要作硬件改动，只 需要作软件升级，其系统原 理图如图2 1 所示【引。 图2 1g p r s 系统原理 f i g 2 - 1s y s t e mt h e o r yo fg p r s s g s n 与m s c 处于网络体系的同一层并通过帧中继与b t s 相连，是g s m 网 络结构与移动台之间的接口。它相当于传统中的m s c v l r ，主要功能是对移动 台进行鉴权和移动性管理，进行路由选择，建立移动台到g g s n 的传输通道，接 受基站子系统透明传来的移动台数据，进行协议转换后通过g p r s 骨干网送给 g g s n 或反向工作，并进行计费和业务统计。 g g s n 是接入外部数据网的节点，对外部网络来说，它是一个子网路由器。 g g s n 接受移动台发送的数据，链路到相应的外部网络，或接受外部网络的数据， 根据其地址选择g p r s 网内的传输通道，传给相应的s g s n 。此外，g g s n 还有 地址分配和计费等功能【4 】【3 3 1 。 6 2 2 2g p r s 逻辑体系结构 从逻辑上来说，g p r s 通过在g s m 网络结构中增添s g s n 和g g s n 两个新 的网络节点来实现。由于增加了这两个网络节点，需要命名新的接口。图2 2 说 明了g p r s 逻辑体系结构【5 1 。表2 1 给出了g p r s 体系结构中的接口及参考点。 信令和倍输接i = 1 图2 2g p r s 逻辑结构 f i g 2 - 2l o g i c a lc o n s t r u c t i o no fg p r s 表2 1g p r s 网络的接口与参考点 亿l b l e 2 1i m e r f a c ea n dr e f e r e n c eo fg p r sn e t w o r k 接口或参考点说明 r 非i s d n 终端与移动终端之间的参考点 g bs g s n 与b s s 之间的接口 g c g g s n 与h l r 之间的接口 g ds m s g m s c 之间的接口，s m s i w m s c 与s g s n 之间的接口 g i g p r s 与外部分组数据之间的参考点 g n同一g s m 网络中两个g s n 之间的接口 g p不同g s m 网络中两个g s n 之间的接口 g rs g s n 与h l r 之间的接口 g ss g s n 与m s c v l r 之间的接口 g fs g s n 与e i r 之间的接口 u m m s 与g p r s 固定网部分之间的无线接口 7 广东工业大学t 学硕士学位论文 除了这些接口和参考点之外，g p r s 还新增加了分组控制单元( p c u ，p a c k e t c o n t r o lu n i t ) 和g b 接口单元( g b i u ，g bi n t e r f a c eu n i t ) 。其中p c u 使b s s 提供数 据功能、控制无线接口、使多个用户使用相同的无线资源。g b i u 提供从b s s 到 s g s n 的标准接口。可以和p c u 合并在同一个物理实体中。 2 3p p p 协议 2 3 1p p p 协议简介 由于接入i n t e r n e t 是通过i po v e rp p p 实现的，所以本文所采用的协议是 t c p i p 和p p p ( 点对点) 协议，其中t c p i p 协议对用户透明，在此不作详细讨 论。p p p 协议是实现点对点的通信的一个关键的组成部分，而且t c p i p 协议需要 p p p 协议来激活，所以本节将详细讨论p p p 协议的原理。p p p 协议的结构如图2 3 所示1 6 】。p p p 协议旨在为不同的主机、网桥和路由器之间的简单连接提供一种通 用的方法。p p p 包含三部分内容【_ 7 】： 1 内核部分：主要负责数据包的封装成帧p p p 封装提供了不同网络层协议 在同一链路上同时复用的方法，因此其封装被设计成与一般使用的硬件系统兼容。 2 链路控制协议l c p ：用于自动协商封装格式选项、处理不同的包大小的 限制、检测环回链路和其他普通配置错误以及终止链路。 3 网络控制协议n c p 点对点链路给目前的网络协议簇增加了许多问题， 例如，i p 地址的分配和管理。这些问题由一个网络控制协议簇n c p s 来处理，每 一个n c p 分别管理其网络层协议的特殊要求。 l ，。 ：一一，一一一一一a 一一j t c p i p j 图2 - 3p p p 协议层次图 f i g 2 3s t r u c t u r a ll e v e l so fp p pp r o t o c o l 8 字节1l 12 不超过1 5 0 0 字节2 1 图2 4p p p 帧格式 f i g 2 4p p pf r a m ef o r m a t 帛 第二章g p r s 通信技术简介 2 3 2p p p 封装 p p p 封装的目的是消除多协议数据包的歧义，p p p 的成帧法跟h d l c 类似， 它通过帧标志来定义了单个p p p 帧的分界，例如帧开始、帧结束等，并提供了1 6 个比特的校验和。p p p 就在基本的h d l c 帧上加上一个协议字段，该字段用来识 别帧所携带的包的类型，其含义如表2 2 所示。p p p 协议是面向字节的，因而所 有的p p p 帧长度都是整数个字节。p p p 封装的帧的结构如图2 4 所示【8 1 。 表2 2 协议字段含义 t a b l e 2 - 2s i g n i f i c a t i o no fp r o t o c o lf i e l d 取值信息字段的含义 0 x 0 0 0 1填料协议 o x 0 0 2 1i p 数据报 o x c 0 2 1链路控制协议l c p 0 x 8 0 2 1网络控制数据n c p 0 x c 0 2 3密码认证协议p a p 0 x c 0 2 5链路品质报告l q r 0 x c 2 2 3口令握手( 或挑战请求响应) 认证协议c h a p 在这里需要特别说明的是，在p p p 帧中，0 x 7 e 为帧界定标志，如果帧中再 出现0 x 7 e 的字符，就必须采取一些措施。因p p p 协议是面向字节的，所以它不 能采用h d l c 所使用的零比特插入法，而是使用转义的方法，0 x 7 d 为转义字符， 转义的方法是：被转义的字符与0 x 2 0 异或，并在此字符前加转义符0 x 7 d 。由于 0 x 7 d 用作转义字符，因此也需要转义。在默认的情况下，p p p 对于小于0 x 2 0 的 字符也进行转义。若信息字段中出现a s c i i 码的控制字符，则在该字符前面要加 一个o x 7 e 字节。这样做的目的是为了防止这些表面上的a s c i i 控制字符被错误 地解释为控制字符。 2 3 3l c p 协议 l c p 协议主要用来建立、构造、测试链路连接，在数据建立阶段，l c p 协议 对链路配置过程中需要进行一些可选配置参数选项的协商，其中比较重要的协商 选项有m r u ( m a x i u mr e c e i v eu n i t 最大接收单元) 、m a g i cn u m b e r ( 魔术字) 、 9 广东工业大学工学硕二亡学位论文 认证方式、链路压缩、多链路捆绑。l p c 包有三类【9 】： 1 链路配置包：用于建立和配置链路； 2 链路结束包：用于结束一个链路； 3 链路维护包：用于管理和测试一个链路。 l c p 包被封装在p p p 信息域中，查表2 2 可知，该p p p 协议域表示类型为十 六进制数0 x c 0 2 1 。l c p 包的结构如图2 5 所示： 0123 012 34567890123456789012345678901 r 一一一r 一一一一一一一一r 一一一一一一一一一一一r - 一一一i c o d e 代码：i d 曲t i f i e r 标识符：l 瞰g t 张度：d a t a 差| 殳据 t - - l 一一l 一1 一l 图2 5l c p 包结构 f i g 2 - 5s t r u c t u r eo fl c pp a c k e t c o d e ( 代码) 域占一个字节，用于标志l c p 包的种类，当接收到一个c o d e 域不能识别的l c p 包时，返回一个c o n f i g u r e r e j e c t 包，其中最常用的几个c o d e 值代表的l c p 包的类型如表2 3 所示： 表2 3l c p 包c o d e ( 代码) 域含义 t a b l 2 - 3s i g n i f i c a t i o no fc o d ef i e l d 码号l c p 包说明备注 ( c o n f i g u r e 配置想要打开一个连接必须传送配置请求包，当接 0 1 r e q u e s t )请求收到配置请求包后，必须对其进行应答。 ( c o n f i g u r e 配置如果配置请求包中收到的每一个配置选项都 0 2 a c k ) 确认是可接受的，必须传送配置确认包。 ( c o n f i g u r e - 配置如果配置选项虽然是可认知的，但有些值不能 0 3 n a k )否定接受，那么该执行就必须发送配置请否定包。 c o n f i g u r e 配置如果配制选项不可认知或不能被协议所接受， 0 4 r e j e c t拒绝则必须发送一个配置拒绝包。 ( t e r m i n a t e -终止 0 5 r e q u e s t )请求提供一个关闭连接的机制，包含发送方使用的 ( t e r m i n a t e - 终止未解释的数据。该数据由二进制值组成。 0 6 a c k )确认 1 0 第二章g p r s 通信技术简介 ( c o d e 编码包含被拒绝l c p 包的拷贝。它由信息域开始， 0 7 r e j e c t ) 拒绝并且不包括任何数据链路层的头或者f c s 。 ( p r o t o c o l -协议当接收到一个带有未知协议域的p p p 包，那么 0 8 r e j e c t ) 拒绝必须通过传送一个协议拒绝包给对等方。 ( e c h o - 回应e c h o r e q u e s t 和e c h o r e p l y 代码提供个数 0 9 r e q u e s t )请求据链路层回送机制来演习链路双方的使用。可 ( e c h o - 回应以调试、链路质量检测、执行测试和众多的其 1 0 r e p l y ) 回答他功能的测试。 ( d i s c a r d 丢弃提供给一个用于演习本地到遥远的链路方向 1 1 r e q u e s t )请求的数据链路层接收器机制。 i d e n t i f i e r ( 标志) 域占一个字节，用于匹配请求和应答。当接收到带有无效 标志域的包的时候。该包将被丢弃。 l e n g t h ( 长度) 域占两个字节，指出l c p 包的长度，包括代码、标识符、长 度和数据域。该长度不能超过链路的m r u 。 d a t a ( 数据) 域的长度由长度域声明， 数据域的格式由代码域决定。其内容就是 l c p 的一些配置选项，配置选项的数据格式 如图2 - 6 所示，其中l c p 配置选项的t y p e ( 类 型) 字段的含义如表2 4 所示： 2 3 4n c p 协议 01 01234567890123456789 7 厕r i 蒜i 一戈丽 l l - 一一l 一 图2 - 6 配置选项格式 f i g 2 - 6f o r m a to fc o n f i g u r eo p t i o n n c p 协议的数据报文是在网络层协议阶段被交换的，在这个阶段所需的一些 配置参数选项协商完后，就可以进行网络层的通信，也即是在点对点的链路上可 以开始传送网络层的数据报文了，n c p 协议主要包括i p c p ( i pc o n t r o lp r o t o c o l ，i p 控制协议) i p x c p ( i p x c o n t r o lp r o t o c o l ，i p x 控制协议) 等，但在实际应用当中最常 见的只有i p 控制协议( i p c p ) ，i p c p 协议负责建立、使能和终止i p 模块。i p c p 和l c p 协议使用相同的包交换机制。i p c p 和l c p 基本相同，除了以下几点【1 0 】： ( 1 ) 数据链路层协议域方面，一个i p c p 包被包括在p p p 数据链路层帧的信息 域内，在帧中的协议域会有指示类型的数值0 x 8 0 2 l 。 广东工业大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 编码域仅用到编码1 到7 ，其它编码被认为是不可识别而被抛弃。 ( 3 ) 超时方面，i p c p 包在p p p 没有到达网络层协议以前不能交换。在实现中 应该在未接收到配置确认或其它响应前准备等待认证和链接质量决定的完成。 ( 4 ) 配置选项类型方面。i p c p 有不同的配置选项集合。 表2 4 t y p e ( 类型) 字段含义 t a b l e 2 - 4s i g n i f i c a t i o no ft y p ef i e l d 选项号含义说明取值及含义 1m a x i m u m 最大接用于指定p p p 报文的最大长度。典型值为 r e c e i v e u n i t收单元1 5 0 0 。 2 a s y n c h r o n o u s异步控a c k i i 码0 3 1 是控制字符，为避免p p p 帧 c o n t r o l制字符内部出现这样的字符而形成歧义，p p p 协议 c h a r a c t e rm 印映射会把o 3 1 转意成两个字节：0 x 7 d ( 高位字 节) ，o x 2 0 ( 低位字节) 加上对应a c k i i 码。 3a u t h e n t i c a t i o n认证鉴选择一种发送密码的协议：0 x c 0 2 3 为p a p ； p r o t o c o l权协议0 x c 2 2 3 为c h a p 4 q u a l i t y -链路质0 x c 0 2 5 链路质量报告，默认禁止链路质 p r o t o c o l量协议量监测。 5 m a g i c - 魔术字 提供一种侦测l o o p e d b a c k 链路和其他数据 n u m b e r链路层异常的方法 7p r o t o c o l f i e l d协议域如果请求方要求这个选项，那么确认方在发 - c o m p r e s s i o n压缩送p p p 帧时，可以省略协议字段，这么做的 目的是为了节省带宽。 8a d d r e s s a n d地址域 这个选项没有参数，如果被r e q 时，那么 c o n t r o lf i e l d和控制a c k 一方可以选择省略第二字节和第三字 c o m p r e s s i o n域压缩 节：0 x f f 和0 x 0 3 。 2 3 5p p p 的链路工作原理 要在点对点连接上建立通信，每个p p p 端必须首先发送l c p 包，对数据链路 进行配置和检测，在连接建立而且可选的选项都己经l c p 设置完成以后，p p p 发 1 2 第二二章g p r s 通信技术简介 送n c p 包，以选择和配置一个或多个网络层协 议。在每层的协议配置完成后，就可以在链路 上进行通信了。链路将会一直保持配置状态直 到有明确的l c p 或n c p 包关闭链路。在配置、 维护和终止p p p 链路过程中主要状态有死亡、 建立、认证、网络和终止。其简要的流程如图 2 7 所示。 ( 1 ) 链路死亡( 物理连接不存在) 图2 7p p p 链路连接过程 f i g 2 7l i n kc o n n e c t i o no fp p p 链路一定开始并结束于这个阶段。当一个外部事件( 例如载波侦听或网络管理 员设定) 指出物理层已经准备就绪时，p p p 将进入链路建立阶段。 ( 2 ) 链路建立阶段 l c p 通过交换配置数据包来建立连接。当一个配置成功信息包被发送且被接 收，就完成了交换，迸入了l c p 开启状态。在这个阶段接收的任何非l c p 包必 须被丢弃。当收到l c p 配置请求时使链路从网络层协议阶段或者认证阶段返回到 链路建立阶段。 ( 3 ) 认证阶段 默认地，认证是不需要强制执行的。如果p p p 实现希望对等方根据某一特定 的认证协议来认证，那么它必须在链路建立阶段要求使用相应的认证协议。在认 证完成之前，禁止从认证阶段前进到网络层协议阶段。 ( 4 ) 网络层协议阶段 当p p p 完成了前面的阶段，每一个网络层协议( 例如i p , i p x 或a p p l e t a l k ) 必, 须 由相应的网络控制协议( n c p ) 分别配置。每个n c p 可以随时打开和关闭，当一个 n c p 处于打开状态时，p p p 将承载相应的网络层协议包。相应地，如果n c p 处 于关闭状态时，任何接收到的被支持的网络层协议包将被丢弃。 ( 5 ) 链路终止阶段 p p p 可以在任意时间终止链路。当链路正被关闭时，p p p 通知网络层协议。 以使他们采取适当行动。交换终止请求包之后，p p p 实现通知物理层断开连接， 以便强制链路终止，收到终止请求包的一方，应该等待对等方去切断连接，在发 终止请求包后，至少也要经过一个r e s t a r tt i m e ( 重启时间) ，才允许断开。 广东工业大学工学硕七学位论文 第三章g p r s 监控终端硬件设计 3 1 系统硬件方案 系统的硬件设