tx068GPRS无线通讯技术的应用—GPRS短消息接收的开发和实现
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tx068GPRS无线通讯技术的应用—GPRS短消息接收的开发和实现,机械毕业设计
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本科生毕业论文 (设计 )开题报告书 题 目 GPRS 无线通讯技术的应用 -GPRS 短消息 接收 的开发和实现 学生姓名 李 振 学 号 151021047 专业班级 计算机科学与技术 02101 班 指导老师 孙 建 平 2006 年 3 月 15 日 nts论文（设计）题目 GPRS 无线通讯技术的应用 -GPRS 短消息 接收 的开发和实现 课题目的、意 义及相关研究动态 ： 目前，移动通信领域正在经历从 2 代经 2.5 代逐步向第三代（ 3G）技术发展的过渡过程。 2.5G 是当前移动数据业务发展的首选。目前，全球对 3 代网络的发展都较为谨慎，移动通信网络 3G 技术尚未完善，标准也没有统一，第三代系统的商用估计要在 2003 年之后，在短时期内还不能进入实际的应用，在这期间， 2.5G 移动通信技术在将有一个较快的发展，在未来 3 5 年将成为移动数据业务的最主要的承载方式。 GPRS 通用分组无线业务是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式 的数据业务。 GPRS 利用了现有的 GSM 网络的无线信道资源，以少量投资引入包交换核心节点（ SGSN， GGSN），并建立与分组交换，移动业务相适应的业务网络（包括各种网关、移动定位系统、个性化的门户、计费设施等等），从而在 GSM 无线网的基础上以低成本引入具有 “ 移动 ” 特色的互联网服务。 GPRS 采用与 GSM 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 TDMA 帧结构，同时，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，因此， GPRS 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。 GPRS 短消息通过 GPRS 网络进行数据传输，具备网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少的优点，对于监控采集点分散、覆盖面广、监控点不固定、实时性要求较低的监控采集系统具有无可比拟的优势。 课题的主要内容（观点）、创新之处： GPRS 系统利用现有的 GSM 体系结构传输数据分组，只需要进行很少的硬件和软件升级。一个 GPRS 终端用户可以同时占用 8 个无线信道，多个 GPRS 终端用户可以共享一个无线信道，无线部分可按需 分配话音和分组信道，从而可以再为有效地利用网络资源。 GPRS 采用TCP/IP 协议传输数据，理想情况下， GPRS 网络中传送一个最小的分组的时延约为 100ms。并且由于 GPRS 网络是构建在 GSM 网络之上的，所以可以吸引大量的用户群。 研究方法、设计方案或论文撰写提纲 ： 本课题 采用的硬件开发平台是 Linux 嵌入式系统， Linux 是以核心为基础的、完全内存保护、支持多任务多进程，支持广泛的硬件。 GPRS 是通用的分组无线业务的英文简称，是在现有的 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务。 GPRS 对现有的 GSM 系统最根 本的革新是在数据的传输上， GSM 是一种电路交换系统，而 GPRS 是一种分组交换系统。 目前，移动子系统和监控中心子系统之间往往通过短消息方式传送数据。这种方式采用通常的无线GSM 发送接收设备就能实现短消息的传送，实现简单，具有通信成本低、频谱利用率高、系统容量大、业务种类多、保密性能好、抗干扰能力强、通话质量高、国际自动漫游等优点，它利用信令信道传输，不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心在发给最终的信宿，是目前应用最广泛的通信方案。 伴随着 GPRS技术的产生，它将 传统电路交换数据连接速度由 14.4kbps提高到 100kbps。GPRS 的高吞吐量促使人们在 PDA 上实现各种无线应用，例如，移动邮件、无线互动游戏、无线互联网连接、移动电子商务等。用户无论何时何地都可以更快地接入数据、获得服务。当无线 PDA 成为便携式个人设备时，无线设备的尺寸成为了一个至关重要的因素。 GSM 模块解决方案必须高度集成，并将系统元件数目降至最低。一个高集成的 GSM 解决方案可以应用小巧的无线 PDA 中，从而提高了产品的便携性 。 一、需求分析： 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nts数据通信手段的，如手机银行、手机证券、信息点播、移动 OICQ 业务、无线电子邮件、无线数据和传真等。我们在这里把这些业务统称为短信息业务。据有关调查表明：目前全球 1 个月的短信息发送量已达到 150 亿条。率先开展此项业务的欧洲，每天发送的短消息为 2000 万条， GSM 运营商 8至 20的收入来自短消息。短信息业务像风暴一样席卷欧洲大陆。在中国，两大移动运营商正逐步实现短消息的互连互通。短消息和基于短消息的各种新业务层出不穷。短信息服 务具有开通方便、收费低廉、内容丰富、应用广泛等特点，因而迅速获得了移动用户的青睐。据预测，至 2005 年底，中国移动用户数将达到 3 84亿，无线数据用户数达 1 87 亿。短信所蕴涵的巨大的潜在商机受到运营商的高度重视。 无线 数据采集与传输的应用范围非常广，它可以与 GPS(全球卫星定位 )技术相结合。 嵌入式、分布式计算技术以及高宽带、高服务质量的网络通信技术发展迅速， 提供了技术支持； 把无线互连技术和 Linux 嵌入式系统相结合，可以真正为用户提供一个非常易于实现无线互连运行平台；无线互连如果离开 Linux 嵌入式平 台，用户要么使用庞大的台式机实现互连功能，要么就得为一个嵌入式系统花费大量的时间和资金去开发或购买相应的网络和数据接口协议。 二、功能分析： 将 TCP IP 协议写入嵌入式系统中，使嵌入式系统变成嵌入式 Internet 系统，嵌入式系统的控制器也对应的变成一个微型的网络服务器， 当然在建设系统之前，应先对一些通用的模块的接口进行定义，如数据采集相关接口（如 RS232）、控制开关接口、GPRS 通信模块接口、数据加密解密模块等；除此之外，为了能和其他系统的数据兼容，我们还必须定义一些常用的数据接口，如数据库 连接、文件读写借口、数据报文结构定义等。 三、系统结构设计 ： 短消息网关通信模块是整个短消息网关的基础。无论是计费、统计，还是超时重传，高质量的通信构架是必不可少的保障。这个通信构架不仅要完成基本的收发消息的功能，而且还要有好的结构以支撑各种业务需求，保证良好的扩展性。 无线数据采集与传输终端的设计可以有两套方案： 第一套：此方案硬件成本较低，即采用 89C51 等单片机实现数据采集和 TCP/IP 协议栈，但由于单片机本身没有 TCP/IP 协议栈，需要购买或自己开发，先期开发费用较高，而且其功能也比较有限。 第二套： 即本文即将介绍的 Linux 嵌入式系统方案，硬件成本稍高，需要 Strong ARM或其他 CPU 芯片来支持，通过 Linux 上应用程序或驱动软件来完成所有的 数据的接收、处理、显示和发送等功能。 四、系统实现： 在前期工作完成之后着手进行系统实现，结合 Linux 嵌入式系统将其发送给远程服务中心。 GPRS 模块主要完成无线上网的功能，现在市场上已经有许多比较成熟的GPRS 模块。 GPRS 模块向外提供 RS232 接口，可以在嵌入式 Linux 中编写相应的 PPP 脚本拨号程序，直接驱动 GPRS 模块。这样所有采集到的数据就可以通过 TCPIP 通道发送到任意一个具有公网 IP 地址的主机上去 ,从而实现数据的发送。 BSC 增加了一个新的功能模块：一个分组控制单元，用来控制分组信道。另外， BSC还有 GPRS 移动管理和 GPRS 寻呼的功能，同时也增加了与 SGSN 的业务和信令接口。GPRS 可以使用相同的物理信道群为话音业务服务，这样在一个小区内便同时存在着GPRS 信道和电路交换信道，其中一个电路交换信道分配给一个用户，而一个 GPRS 信道可以被多个用户共享。 五、测试： 短消息网关是无线互联网短消息业务中最为关键的一个设备，它为手机用户和互联网的信息资 源架起了一座桥梁。本文中短消息网关的通信模块设计周全，结构合理。经实验室测试，是一个稳定的系统。 在实现系统后，进行测试，及时发现问题和不足，予以改正和加强。 在这一课题研究过程中，主要工作任务有：（ 1） 开发网络芯片驱动程序，为上层提供读写IP 包的函数调用，以及接收到一个包后产生一个中断并完成中断的处理。 （ 2） 读取接收到的 IP 包，对 IP 包报头进行分析，处理 （ 3） 传输层数据处理，对于 IP 层处理后送来的数据进行传输层拆包分析，处理 。 六、 结束语 ： 移动通信与 Internet 的飞速发展及相互融合，预示着 3时代的即 将来临。GPRS使无线高速接入 Internet的理想变成现实，移动用户从而可以享受到 Internet的服务。nts作为一种基于 IP 的技术， GPRS 将分组数据业务引入了 GSM 网络，为网络运营商和用户都带来了巨大的好 处 。 GPRS 能够充分利用无线资源并且可以实施灵活的收费方式，也为GPRS 的商业应用奠定了更为坚实的基础。此外，移动数据在中国的发展具有特殊的意义，因为中国移动终端用户数量远大于计算机用户数量，可以预见 GPRS 在中国的发展有着美好的前景。 完成期限和预期进度 ： 完成期限： 2 个月 预期进度： 2006 年 2月 27日 3月 05日： 调研 、文献检索、开题报告； 3月 06日 3月 10日： 开题报告座谈会 3月 11日 4月 11日：外文资料翻译、系统 设计； 4月 12日 5月 12日：编码、测试； 5月 13日 5月 20日：撰写毕业设计报告； 5月 21日 5月 24日：上交毕业设计所有文档资料 (含系统、毕业设计报告等 )； 5月 25日 5月 26日： 填写答辩申请表，答辩资格审查； 5月 28日 5月 31日：毕业答辩； 6 月 08 日：第二次答 辩。 主要参考资料 ： 1. 王学龙著 . 嵌入式 Linux 系统设计 与应用 M. 清华大学出版社 . 2. 钟章队 、 蒋文怡 、 李红君等著 . GPRS通用分组无线业务 M. 人民邮电出版社 . 3. Mobile Communications Engineering : Theory and Applications(Second Edition) WILLIAN C.Y. Lee McGraw-Hill Education (Asia) Co. 4. Operation System Design and Implementation. A.S. Tanerbaum. 5. The Linux Kernel Version. 1999-8. 6. 张静 、 钟章队 . GSM 中的通用分组无线业务 GPRS 电信技术 J.2002(2). 7. 赵志伟 . GPRS 技术及网络建设综述 J.移动通信 .2002(6). 8. 周航滨 、 夏安邦 、 张长昊 . 基于 Web服务的跨企业信息集成框架 J.计算机集成制造系统 .2003(9). 9. 徐君毅 、 张友德 .单片微型计算机原理与应用上海 科学技术出版社 .2000（ 2） 10. /article/articleview/1067/ 11. /sms/ 12. 指导教师意见 ： 签名： 年 月 日 nts开 题 报 告 会 纪 要 时 间 地 点 与 会 人 员 姓 名 职 务（职称） 姓 名 职务（职称） 姓 名 职务（职称） 会议记录摘要： 会议主持 记 录 人： 年 月 日 系工作小组意见 负责人签名： 年 月 日 nts湖南文理学院计算机科学与技术系 学生毕业设计（论文）中期检查表 学生姓名 李振 学 号 151021047 指导教师 孙建平 选题情况 课题名称 GPRS 无线通讯技术的应用 -GPRS 短消息接收的开发和实现 难易程度 偏难 适中 偏易 工作量 较大 合理 较小 符合规范化的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度、出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 中期成绩评定： 所在教研室 意见： 教研室主任（签字）： 系分管 负责人： 年 月 日 年 月 日 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消息接收的开发和实现 I 目录 目录 . I 摘要 . III ABSTRACT . IV 第一章 绪论 . 1 1.1研究背景 . 1 1.2 GPRS的发展状况 . 1 第二章 GPRS 系统介绍及相关技术 . 3 2.1 GPRS概述 . 3 2.1.1 GPRS 简介 . 3 2.1.2 GPRS 网络架构 . 4 2.1.3 GPRS 协议模型 . 5 2.1.4 GPRS 提供的业务 . 6 2.1.5 GPRS 终端分类 . 7 2.1.6 GPRS 的优点 . 7 2.2 GPRS技术 . 8 2.2.1 GPRS 的系统结构 . 8 2.2.4 GPRS 网络主要实体 . 8 2.2.4 GPRS 的路由管理 . 11 第三章 短消息编码和通信协议 . 13 3.1短消息发送和接收模式及编码 . 13 3.1.1 短消息发送和接收模式 . 13 3.1.2 GPRS 短消息的编码 . 15 3.1.3 短消息相关 AT 命令集 . 22 3.2通信协议的设计与实现 . 25 3.2.1 传输层协议的选择 . 25 3.2.2 系统通信协议的设计 . 25 3.2.3 通信协议的实现 . 32 第四章 系统的设计与实现 . 36 4.1建立 UCLINUX开发环境 . 37 4.1.1 uClinux 简介 . 37 4.1.2 uClinux 的基本架构 . 37 4.1.3 uClinux 的开发环境 . 38 4.1.4 uClinux 的内存管理 . 39 4.2 GPRS模块短消息通信功能设计 . 40 4.2.1 GPRS 模块初始化 . 40 4.2.2 键盘输入处理 . 40 4.2.3 AT 命令接受和发送 . 41 4.2.4 GPRS 发送短消息状态机 . 41 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消息接收的开发和实现 II 4.2.5 AT 命令接收和发送 . 42 4.2.6 GPRS接受短消息 . 42 4.3 串行通信接口 . 42 4.3.1 串行传送的特点 . 43 4.3.2 串口通信的基本方式 . 43 4.4网络通信接口编程 . 44 4.4.1 网络通信接口 . 44 4.4.2 网络通信操作 . 47 4.5串口通信编程 . 48 4.5.1 串口通信设计 . 48 4.5.2 GDB 环境下使用 ADT1000 调试 Linux 核心 . 49 4.6系统测试 . 55 第五章 GPRS 的安全性 . 58 5.1 GPRS的安全问题 . 58 5.1.1 问题提出 . 58 5.1.2 GPRS 网络体系结构 . 58 5.1.3 GPRS 网络安全研究 . 59 5.2 GPRS安全策略 . 59 5.2.1 用户认证 . 60 5.2.2 用户识别码保密 . 61 5.2.3 用户数据和 GMM/SM 信令保密 . 62 5.2.4 识别码校验过程 . 63 5.2.5 小结 . 64 结束语 . 65 参考文献 . 66 致谢 . 67 附录 . 68 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消息接收的开发和实现 III 摘要 GPRS 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数据通信， GPRS 采用分组交换技术，使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。这里介绍了一套 基于 GPRS 短消息的远程无线监控系统和基于 AT 指令的GPRS 模块的应用开发。实现了 GPRS 短消息接收平台的建立，提供了 GPRS 安全性解决方案。对通讯方式 、 系统结构 、 工作原理及系统的实现进行了详细的说明。由于 GPRS 网络支持 TCP/IP 协议，这使得无线数据传输变得更加轻松， 利用 GPRS 作为通信手段进行数据传输具有技术新、效果好、可平滑技术升级等特点。 该系统在自动抄表，远程监控等领域具有很好的应用前景。 关键词： GPRS， SMS，通信 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消息接收的开发和实现 IV Abstract GPRS is one kind of new mobile data communication service, it provide a kind of connection between the mobile subscriber and the data network, provides the high speed data correspondence for the mobile subscriber, GPRS uses the Packet-Switched echnology, each user can take many wireless channels at the same time , the identical wireless channel may be shared by many users and resources can be used effectively.Here introduced a set of application development based on the short message of GPRS about long-distance wireless of supervisory system and AT GPRS module on AT. It realized establishment of the receiving platform about the short message of GPRS, it has provided the GPRS security solution. It show detail for the communication way, the system structure, the principle of work and the system realization. Because the GPRS network supports TCP/IP ,it make the wireless data transmission easer,it has many characteristic,for example,it is a new technology.the effect is good and can promotion smoothly.it has good prospect on copying the table,domote monitoring . Key words:Gprs, SMS , Commnication ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 1 第一章 绪论 1.1 研究背景 近年来，大量的无线数据业务孕育而生。像车辆定位监控系统、机房无线远程监控系统、无线 POS 系统、照明设备远程监控系统等等。这类业务需求往往是在一个主要的控制中心管理下，多个终端设备以无线方式与控制中心进行信息交互。终端设备除了具有无线接入之外，有的还要求比较强的数据处理能力，比如数据采集、数据处理、判断告警等等。 现在市场上针对此类的应用已经陆陆续续的推出了一 些产品，但这些产品往往功能过于单一，比如 :资料的透传，仅仅把终端作为一个无线通信设备来使用，而不考虑其它数据处理功能，将所有资料运算功能全部放在上端的监控处理系统里面进行。这样，造成数据通信量的大幅增加和上端软件的膨胀。针对这类低端产品的不足，我们希望能够研究与实现一种功能更加丰富的产品，将数据采集、数据处理、逻辑判断、结果传输等功能融合在一起，比如对资料进行计算提取最终结果值进行传送，对运算结果进行逻辑判断和对报警资料自动发送等功能。形成一个无人看守的数据处理平台，使终端系统具备了通用性、可扩展性。 1.2 GPRS 的发展状况 GPRS 是通用分组无线业务 (General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。 GPRS 采用与 GSM 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 TDMA 帧结构。因此，现有的基站子系统 (BSS)从一开始就可提供全面的 GPRS 覆盖。 GPRS 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。 GPRS 理论带宽可达 171.2K b/s,实际应用带宽大约在 10-70Kb/s，在此信道上提供 TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。 GPRS 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ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 2 连接， GPRS 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个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达 160Kbps。使用 GPRS 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。 GPRS 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，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业 POS 机、 Internet 接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。 移动通信迅猛发展的用户数及其完善的基础网络，为移动通信增值业务的发展提供了有利条件。在诸多增值业务中，短消息 (SMS)服务因其价格低廉、使用方便、信息传递准确及时、存储转发离线通信等优点而备受用户欢迎。据统计，2001 年中国移动的短消息业务总量达到了 159 亿条。 中国移动 “移动梦网 ”合作模式的推出，极大地推动了短消息业务的发展。预计 2002 年中国移动短消息量将达到 500 亿条。同样在欧洲，短消息服务已经成长为电信运营商的重要收入来源，每个月有近 50 亿条短信息被发出，平均每位手机用户每月要发送出 25 条短信息。欧洲主要的无线运营商每月要处理超过 3 亿条短信息，而且这个数字还在以每月 10%到 15%的速率增长。在芬兰的手机用户每月的话费账单上，平均 50%出自短信息服务。短信息服务像风暴一样席卷欧洲大陆。在日本，短消息及移动互联网业务仅用了 1 年半时间便实现了赢利的目标，目前已培育 成一个 30 亿美元的巨大市场。 在短消息业务迅猛发展的同时，由于现有的短消息存在一些局限性，如只能传送文本信息，无法完成高质量的铃音、壁纸和动画下载，无法传送高质量的图片和声音等，因此增强型消息服务 (EMS)和多媒体消息服务 (MMS)就应运而生。基于目前短消息服务的良好市场，目前国内移动运营商对这两项新的消息服务非常看好，并计划大力发展。 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 3 第二章 GPRS 系统介绍及相关技术 2.1 GPRS 概述 2.1.1 GPRS 简介 通常将移动通信分为三代。第一代是模拟的无线网络，第二代是数字通信包括 GSM、 CDMA 等，第三代是分组型的移动业务，称为是 3G。 GPRS 是通用无线分组业务的缩写（ General Packet System），是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为是 2.5G，目前通过升级 GSM 网络实现， GPRS 与 GSM 最根本的区别是 GSM是一种电路交换系统，而 GPRS是一种分组交换系统。因此， GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。作为现有 GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术（ 2.5G）， GPRS具有 “ 实时在线 ” 、 “ 按量计费 ” 、 “ 快捷登录 ” 、 “ 高速传输 ” 、 “ 自如切换 ” 的优点 。 采用 TDMA 方式传输语音，采用分组的方式传输数据。 GPRS 是欧洲电信协会 GSM 系统中有关分组数据规定的标准。它可以提供高达 115Kbps 的空中接口传输速率。 GPRS 使若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际不发送或接受数据包的用户占很少一部分网络资源。有了 GPRS，用户的呼叫建立时间大为缩短，几乎可以做到“永远在线”（ always online）。此外， GPRS使运营商能够以传输的数据量而不是连接时间为基 准来计费，从而使每个用户的服务成本更低。 GPRS采用信道捆绑和增强数据速率改进实现高速接入，目前 GPRS 的设计可以在一个载频或 8 个信道中实现捆绑，将每个信道的传输速率提高到 14.4Kbps，因此 GPRS 最大速率是 8 14.4=115.2Kbps。 GPRS 发展的第二步是通过增强数据速率改进（ EDGE）将每个信道的速率提高到 48Kbps，因此第二代的 GPRS设计速率为 384Kbps。 GPRS 是利用“包交换”（ Packet-Switched）的概念所发展出的一套传输方式。所谓的包交换就是将 Date 封装成许多独 立的封包，再将这些封包一个一个ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 4 传送出去，形式上有点类似寄包裹，采用包交换的好处是只有在有资料需要传输时才会占用频宽，而且大多数的时间频宽是闲置的。 2.1.2 GPRS 网络架构 GPRS网络一般都是以 GSM网络为基础而建立起来的，为了实现 GPRS,在现有的GSM网络中需要增加一些节点，如 GGSN (Gateway GPRS Supporting Node，网关GPRS支持节点 )、 SGSN(Serving GSN，服务 GPRS支持节点 )、 PCU(Packet Controlling Unit，分组控制单元 )。 图 2-1 GPRS网络的系统结构 GSN是 GPRS网络中最重要的网络节点。 GSN具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型的数据网络，并可以连接到 GPRS寄存器。 GSN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。 GSN可以是一种类似于路由器的独立设备。 GSN有两种类型 :一种为 SGSN( Serving GSN，服务 GSN)，另一种为 GGSN (Gateway GSN,网关 GSN)。 SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和 GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如 ISDN, LAN等。有的文献中，把 GGSN称为GPRS路由器。 GGSN可以把 GSM网中的 GPRS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外部数据网。 PCU负责管理分组分段和规划、无线信道、传输错误检测和自动重发、信道编码方案、质量控制、功率控制等。 BG(Border Gateway，边界网关 )用于处理漫游。 GCG(GPRS Charge Gateway, GPRS收费网关 )专门用于收费。 PTMSC(Point To Multipoint Service Centre，点到多点业务中心 )用于处理 QOS业务的服务器。 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 5 2.1.3 GPRS 协议模型 移动台 (MS),SGSN和 GGSN之间的分层协议模型如图 2-2所示。 图 2-2 GPRS协议模型 (1)Um接口 Um接口是 GSM的空中接口， Um接口上的通信协议有 5层，自下而上依次为物理层、 MAC/RLC(Medium Access Control/Radio Link Control)层、 LLC (Logical Link Control)层、 SNDC (Subnetwork Dependant Convergence)层和网络层。 Um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。 GSM空中接口的载频带宽为 200kHz，一个载频分为 8个物理信道。如果 8个物理信道都分配为传送 GPRS数据，则原始数据速率可达 200Kbit/s。考虑纠错码开销，则最终数据速率可达 164Kbit/s左右。 MAC为媒质接入控制层。 MAC的主要作用是定义和分配空中接口的 GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。 GPRS的逻辑信道共有 3类，分别是公共控制信道、分组业务信道 和 GPRS广播信道。公共控制信道用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。 LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程 HDLC的无线链路协议。 LLC层负责在高层 SNDC层的 SNDC数据单元上形成 LLC地址、帧字段，从而生成 LLC帧。另外， LLC可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。 SNDC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 TCP/IP地址和加密方式。在 SNDC层，移动台和 SGSN之间传送的数据被分割为ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 6 一个或多个 SNDC数据包单元。 SNDC数据包单元生成后被放置到 LL层内。 网络层的协议目前主要是 TCP/IP和 X.25协议，这些协议对于传统的 GSM网络(如 BSS和 NSS等设备 )是透明的。 (2)Ub接口 NS(NetworkService)网络业务层，用于传送上层的 BSSGP PDU,BSSGP(Base Station System GPRS Protocol)协议，在传输平台上，该协议用于在 BSS与 SGSN之间提供一条无连接的链路进行无确认的数据传输。 (3)Gn接口 L1/L2是底层网络相关协议。 UDP/TCP中 UDP提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的 GTP PDU;而 TCP提供流量控制以及丢失及差错保护，用于承载要求可靠传输的 GTPPDU.GTP(GRSP Tunnelling Protocol)GPRS隧道协议，用于 GPRS骨干网中 GSN间的用户数据和信令的传输，是 GSN节点之间的互连协议。 2.1.4 GPRS 提供的业务 业务特点及种类网主要为移动数据用户提供突发性数据业务，能快速建立连接，无建立时延。 GPRS 特别适用于频繁传送小数据量的应用和非频繁传送大量数据。 GPRS 除能提供点对点和点对多点数据业务外还能支持补充业务和短信息业务。 GPRS网提供的承载业务： 点对点面向无连接网络业务 (PTP-CLNS) PTP-CLNS属于数据报类型业务，各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，主要支持突发非交互式应用业务，是由 IP协议支持的业务。 点对点面向连接的数据业务 (PTP-CONS) PTP-CONS属于虚电路型业务，它为两个用户或多个用户之间传送多路数据分组建立逻辑虚电路（ PVC或 SVC） 。 PTP-CONS业务要求有建立连接、数据传送和连接释放工作程序。 PTP-CONS支持突发事件处理和交互式应用业务，是面向连接网络协议，如 X.25 协议支持的业务，在无线接口，利用确认方式提高可靠性。 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 7 点对多点数据业务 (PTM) GPRS提供的点对多点业务可根据某个业务请求者要求，把信息送给多个用户，又可细分为点对多点多信道广播业务 (PTM-M)、点对多点群呼业务(PTM-G)、 IP 广播业务 (IP-M)。 其它业务 包括 GPRS补充业务、 GSM短消息业务、匿名的接入业务和各种 GPRS电信业务。 2.1.5 GPRS 终端分类 GPRS技术规范定义了三种终端 (1)A类终端，能同时处理电路交换业务和分组交换业务，并且两种业务相互独立。即 A类终端可同时工作于 GPRS和 GSM. (2)B类终端，在某一时刻只能处理电路交换业务或分组交换业务当中的一种，但可以在两种业务间自动切换。 (3)C类终端，此类终端只能手工设置为电路交换模式或分组交换模式，当终端处于电路交换模式时，无法接收分组交换数据业务，反之亦然。 2.1.6 GPRS 的优点 (1)资源利用率高于 GSM网络， GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电 路交换模式的 GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要，按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传送数据都将独自占有无线信道。在会话期间，许多应用往往有不少的空闲时段，如上 Intemet浏览、收发 E-mail等等。对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。 GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。实际上， GPRS用户的连接时间可能长达数小时，却只需 支付相对低廉的连接费用。 (2)传输速率高， GPRS可提供高达 115kbit/s的传输速率 (最高值171.2kbit/s) ，这意味着在数年内，通过便携式电脑， GPRS用户能和 ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 8 (3)接入时间短，分组交换接入时间缩短为少于 1秒，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务 (如信用卜核对、远程监控等 )的效率，并可使已有Internet应用 (如 E-mail,网页浏览等 )操作更加便捷、流畅。 (4)GPRS支持 Internet上应用 最广泛的 IP协议和 X.25协议。越来越多的公司将 Internet作为职员访问公司 Intranet的媒介，因此支持 IP协议显得尤为重要。由于存在大量的分组数据网 (PDN)，所以支持 X.25协议可使已存在的 X.25应用能够在 GSM网络上继续使用。而且由于 GSM网络覆盖面广，所以也使得 GPRS能提供Internet其它分组网络的全球性无线接入。 2.2 GPRS 技术 2.2.1 GPRS 的系统结构 GPRS的系统结构如图所示： 图 2-3 GPRS的系统结构图 它是在 GSM 系统的基础上引入三个关键组件组成，分别为 SGSN（ GPRS 业务支持节点）、 GGSN（ GPRS 网关支持节点）和 PCU（分组控制单元）。 SGSN 负责用户鉴权、加密和压缩、移动管理、与 HLR、 MSC/VLR 协调、话务统计及 NMS 接口等； GGSN 是 GPRS 网与外部 IP 网的接口、完成计费和统计等功能； PCU 主要是将分组数据分离出来，传送到 SGSN。 2.2.4 GPRS 网络主要实体 GPRS网络主要实体包括 GPRS支持节点、 GPRS骨干网、本地位置寄存器 HLR、短消息业务网关移动交换中心 (SMS-GMSC)和短消息业务互通移动交换中心 (SMS-IWMSC)、移动台、移动交换中心 (MSC)/拜访位置寄存器 (VLR)、分组数据网络 (PDN)等。 1. GPRS支持节点 (GSN) ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 9 GPRS的支持节点 GSN是 GPRS网络中最重要的网络节点，包含了支持 GPRS所需的功能。 GSN具有移动路由管理功能，可以连接各种类型的数据网络，并可以连到 GPRS寄存器。 GSN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。 GSN是一种类似于路由器的独立设备，也与 GSM中的 MSC集成在一起。在一个 GSM网络中允许存 在多个 GSN。 GSN 有两种类型： SGSN和 GGSN。 SGSN是为移动终端 (MS)提供业务的节点 (即 Gb接口由 SGSN支持 )。在激活 GPRS业务时， SGSN建立起一个移动性管理环境，包含关于这个移动终端 (MS)的移动性和安全性方面的信息。 SGSN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 SGSN 之间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN通过配置一个 PDP地址被分组数据网接入。它存储属于这个节点的 GPRS业务用户的路由信息，并根据该信息将 PDU 利用隧道技术发送到 MS的当前的业务接入点，即 SGSN。 GGSN可以经 Gc接口从 HLR查询该移动用户当前的地址信息。 GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如 ISDN和 LAN等。另外， GGSN 也又被称作 GPRS路由器。 GGSN可以把 GSM网中的 GPRS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 TCP/IP 或 X.25网络。 SGSN与 GGSN的功能既可以由一个物理节点全部实现，也可以在不同的物理节点上分别实现。它们都应有 IP路由功能，并能与 IP路由器相连。当 SGSN与GGSN位于不同的 PLMN 时，通过 Gp接口互联。 SGSN可以 通过任意 Gs 接口向 MSC/VLR发送定位信息，并可以经 Gs接口接收来自 MSC/VLR的寻呼请求。 2. GPRS骨干网 GPRS中有内部 PLMN骨干网和外部 PLMN 骨干网两种。 内部 PLMN骨干网是指位于同一个 PLMN上的并与多个 GSN互联的 IP 网。外部 PLMN骨干网是指位于不同的 PLMN上的并与 GSN 和内部 PLMN骨干网互联的 IP网，如图 2-4所示。 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 10 图 2-4内部 PLMN骨干网和外部 PLMN骨干网 每一个内部 PLMN 骨干网都是一个 IP专网，且仅用于传送 GPRS 数据和 GPRS信令。 IP专网是采用一定访问 控制机制以达到所需安全级别的 IP网。两个内部PIMN骨干网是使用边界网关 (BG， Border Gateways)和一个外部 PLMN 骨干网并经 Gp接口相连的，外部 PLMN骨干网的选择取决于包含有 BG安全功能的漫游协定， BG不在 GPRS的规范之列。外部 PLMN可以是一个分组数据网。 在同一个 PLMN骨干网内，骨干网是图 2-5中虚线方框内的部分。在 GPRS骨干网内部，各 GSN实体之间通过 Gn接口相连，它们之间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 ATM、以太网、 DDN、 ISDN、帧中继 等现有传输网中选择。 图 2-5 GPRS网络骨干网的组成 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 11 3. 本地位置寄存器 (HLR) 在 HLR中有 GPRS 用户数据和路由信息。从 SGSN经 Gn接口或 GGSN 经 Gc接口均都可访问 HLR，对于漫游的 MS来说， HLR 可能位于另一个不同的 PLMN中，而不是当前的 PLMN 中。 4. 消息业务网关移动交换中心（ SMS-GMSC）和短消息业务互通移动交换中心（ SMS IWMSC） SMS-GMSC和 SMS-IWMSC经 Gd接口连接到 SGSN上，这样就能让 GPRS MS通过 GPRS无线信道收发短消息 (SM)。 5. GPRS移动台 GPRS MS能以三个运行模式中的一个进行操作，其操作模式的选定由 MS所申请的服务所决定：即仅有 GPRS服务，同时具有 GPRS和其他 GSM服务，或依据MS的实际性能同时运行 GPRS和其他 GSM服务。 A类 (Class-A)操作模式： MS申请有 GPRS和其他 GSM服务，而且 MS 能同时运行GPRS和其他 GSM服务。 B类 (Class-B)操作模式：一个 MS可同时监测 GPRS和其他 GSM业务的控制信道，但同一时刻只能运行一种业务。 C类 (Class-C)操作模式： MS只能应用于 GPRS 服务。 6. 移动交换中心 (MSC)和拜访位置寄存器 (VLR) 在需要 GPRS网络与其他 GSM业务进行配合时选用 Gs接口，如利用 GPRS网络实现电路交换业务的寻呼， GPRS网络与 GSM网络联合进行位置更新，以及 GPRS网络的 SGSN节点接收 MSC/VLR发来的寻呼请求等。同时 MSC/VLR 存储 MS(此MS同时接入 GPRS业务和 GSM电路业务 )的 IMSI以及 MS相连接的 SGSN 号码。 7. 分组数据网络 (PDN) PDN提供分组数据业务的外部网络。移动终端通过 GPRS接入不同的 PDN时，采用不同的分组数据协议地址。 2.2.4 GPRS 的路由管理 GPRS的路由管理是指 GPRS网络如何进行寻址和建立数据传送路由。 GPRS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。 (1)移动台发送数据的路由建立 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 12 当移动台产生了一个 PDU(分组数据单元 )，这个 PDU经过 SNDC层处理，称为SNDC数据单元。然后经过 LLC层处理为 LLC帧并通过空中接口送到 GSM网络中移动台所处的 SGSN.SGSN把数据送到 GGSN. GGSN把收到的消息进行解析处理，转换为可在公用数 据网中传送的格式 (如 PSPDN的 PDU)，最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。 (2)移动台接收数据的路由建立一个公用数据网用户传送数据到移动台。首先通过数据网的标准协议建立数据网和 GGSN之间的路由。数据网用户发出的数据单元(如 PSPDN中的 PDU)，通过建立好的路由把数据单元 PDU送给 GGSN。而 GGSN再把 PDU送给移动台所在的 SGSN上， SGSN把 PDU封装成 SNDC数据单元，再经过 LLC层处理为LLC帧单元，最终通过空中接口送给 移动台。 (3)移动台处于漫游时数据路由 一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。其数据必须要经过归属地的GGSN，然后送到移动用户。 ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 13 第三章 短消息编码和通信协议 3.1 短消息发送和接收模式及编码 短消息收发有关的规范主要包括 GSM 03.38、 GSM 03.40 和 GSM 07.05。前两者着重描述 SMS 的技术实现（含编码方式），后者则规定了 SMS 的 DTE-DCE 接口标准（ AT命令集）。 3.1.1 短消息发送和接收模式 一共有三种方式来发送和接 SMS 信息 :Block Mode， Text Mode 和 PDU Mode.Block Mode 目前很少用了。 Text Mode 是纯文本方式，可使用不同的字符集，从技术上说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。 PDU Mode 被所有手机支持，可以使用任何字符集，这也是手机默认的编码方式。 Text Mode 比较简单，而且不适合做自定义数据传输。在下面介绍的内容，是在 PDU Mode 下发送和接收短消息的实现方法。 PDU模式下发送和接收模式 PDU串表面上是一串 ASCII码，有“ 0” -“ 9”、“ A” -“ F”这些数字和字母组成。它们是 8位字 节的十六进制数，如 SMS 服务中心（ SMSC）号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。发送和接收 PDU串，结构是不完全相同的。下面两个实例说明 PDU串的结构和编排方式。 例 1 发送 ： SMSC 号码是 +8613707360500，对方号码是 13517253500，消息内容是“ Hello!” .从手机发出的 PDU串可以是 08 91 68 31 07 37 06 05 F0 11 0D 91 68 31 15 27 35 05 F0 00 00 00 06 C8 32 9B FD 0E 01 对照规范，具体分 析： 表 3-1 发送 PDU 串对照表 分段 含义 说明 08 SMSC地址信息的长度 工 8个八位字节（包括 91） 91 SMSC地址格式（ TON/NPI） 用国际格式号码（在前面加 +） 68 31 07 37 06 05 F0 SMSC地址 8613707360500，补 F凑成偶数ntsGPRS无线通讯技术的应用 GPRS 短消 息接收的开发和实现 14 个 11 基本参数（ TP-MTI/VFP） 发送， TP-VP 用相对格式 00 消息基准值（ TP-MR） 0 0D 目标地址数字个数 共 13个十进制数（不包括 91和 F） 91
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