GPRS技术与应用

无线通信教研室王德辉,GPRS概念GPRS的产生背景GPRS网络结构GPRS业务GPRS终端GPRS应用领域GPRS模块基于GPRS的无线传输（监控）系统AT指令及GPRS模块操作演示,GPRS的概念,GPRS（GeneralPacketRadioService）通用分组无线业务第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是英国在1993年提出的，它是GSMPhase2.1规范实现的内容。它是在现有的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。GSM现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。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的产生背景,全球移动通信系统(GsM)的兴旺发展和广泛使用，因特网的兴起以及数据通信的发展，这些都为GSM运营者提供了重要的商机。,无线用户是因特网供应商的理想用户;因特网用户是GSM运营者的理想用户。,GPRS的产生背景,GPRS的产生背景,GPRS的产生背景,所谓GSM系统，原名为GroupSpecialMobile处(移动专门小组)。1988年，18个国家签署谅解备忘录，欧洲集团决定将GSM定名为“全球移动通信系统”。至1994年末已有50多个国家的移动电话经营者采用了GSM标准我国邮电部门在经过多年的调查研究之后，也于1994年将GSM系统确定为我国选用的标准。,GSM介绍,GPRS的网络结构,GSM网络结构,GPRS的网络结构,GPRS的网络结构,GPRS的网络结构,GPRS的网络结构,电路交换通信业务,分组交换通信业务,SGSN(ServingGPRSSupportingNode)SGSN可以看作是分组交换的移动交换中心(MSC)，它向务区内的移动台传输分组。SGSN向归属位置寄存器(HLR)发送请求并获得GPRS用户的业务文档数据。SGSN检测给定的服务区内的新移动台，处理新移动用户的注册，记录它们在给定区域内的位置。因此，SGSN管理功能十分灵活，诸如负责移动用户的附着分离管理和位置管理。SGSN通过与BSC的分组控制单元(PCU)相连的帧中继和基站子系统相连。,GGSN(GatewayGPRSSupportingNode)GGSN用作与外部的分组数据网之间的互连点，它要求能提供GPRS用户与IP之间的安全通信。此外，GGSM在GPRS网络系统自身内提供隧道能力。GGSN也完成类似于网关移动交换中心的功能，并很接近于IP的路由器。,GPRS业务,基本通信业务承载业务电信业务补充业务,GPRS业务,承载业务GPRS承载业务又叫GPRS网络业务，包括点对点（PTP)数据业务和点对多点（PTM)数据业务。,GPRS业务,电信业务GPRS支持电信业务，提供完全的通信业务能力，包括终端设备能力。用户终端可分为基于PTP的用户终端业务和基于PTM的用户终端业务。,GPRS业务,补充业务补充业务是基本业务的改进和补充，它必须和基本业务同时使用，而不能单独提供给用户。补充业务包括号码识别类、呼叫提供类、呼叫完成类、多方通话类、集团类、计费类、附加信息传递类和呼叫限制类等8种业务类型。,GPRS终端,类别A：可以同时进行GSM和GPRS业务。类别B：可用于GPRS业务和GSM业务，但两者不能同时下作。类别C：可以工作在GPRS模式或者GSM模式(手动选择)。,GPRS终端可以分为二类，每一类都有不同的性能去满足市场的不同需要。类别A：可以同时进行GSM和GPRS业务；类别B：可用于GPRS业务和GSM业务，但两者不能同时工作；类别C：可以工作在GPRS模式或者GSM模式(手动选择)。,GPRS终端,根据多路时隙的不同组合方式的不同的发射和接收能力，GPRS多时隙可以得到29种不同的分类。类别11个接收时隙和1个发射时隙；类别298个接收时隙和8个发射时隙。,每个分类定义了用于上传和下传时隙的数目。由于不对称传输的性质，上传和下传时隙的数目可以不同。类型1的移动台不要求同时发射和接收；类型2的移动台要求同时发射和接收。,GPRS应用领域,网上聊天文本和可视信息静态图像动态图像网页浏览文档共享和协同工作音频工作分派,企业内部电子邮件因特网电子邮件车辆定位远程局域网接入文件传输家庭自动化,GPRS模块,普通GPRS模块（无TCP/IP协议）内嵌TCP/IP模块特殊功能的GPRS模块,以功能划分：,以封装或外形划分：,单片模块（需开发板支持）DTU（可独立工作）,MC55GPRS模块,SIM508GPRS模块,SIM508模块开发板,MC55和MC56无线模块是当今市场上尺寸最小的三频模块。5.5克的重量和3532.52.95mm的尺寸使MC55/56模块能够大大提高您将语音和数据传输功能溶合到您的产品的集成度。新的模块被设计用于MicrosoftWindowsMobile-baseddevices（SmartphonesandPocketPCs）。所需的RIL/MUX软件业已包含在交付范围内。,紧凑的尺寸（3532.52.95mm），仅5.5克的重量双三频工作模式:900,1800和1900MHz（MC55），850，1800和1900MHz（MC56）语音和数据传输功能设计用于基于MicrosoftWindowsMobile平台的设备(SmartphonesandPocketPCs).GPRS(class10)标准，支持PBCCH,GSM/GPRS特点：三频900/1800/1900MHz/四频850/900/1800/1900MHzGPRS（class10/8）标准GPRS（classB）满足GSM（2/2+）标准Class4(2WGSM850/GSM900)Class1(1WGSM1800/GSM1900)AT命令（GSM07.07，07.05以及SIMcom扩展AT命令集）SIMApplicationtoolkit低功耗支持电压范围：3.4V4.5V,GPS特征：GPS芯片组：SiRFStar频道：20频道，可同时接收20个并联的卫星搜索频道频率：1575.42MHz（L1段）定位精度：10mCEP不带SA速率精度：0.1米/秒不带SA时间：1微秒，与GPS时间同步DGPS差分模式，精度：15米；标准速度精度：0.05m/sDateWGS-84坐标系热启动平均1s，空旷地带暖启动平均38s，空旷地带冷启动平均42s，空旷地带低功耗：在3.3V工作时功耗约为160mW支持的协议：NMEA-0183SiRFbinaryRTCMSC-104晶振（TCXO）的温度补偿频率精度为0.5ppm内置4MbFlash和1MbSRAM,基于GPRS的无线传输（监控）系统,无线监控管理系统主要由采集控制模块、GPRS模块、传输网络（GPRS网和公共数据网）、监控中心组成。此外在采集控制部分和监控中心中都应该包含相应的数据管理模块，满足数据安全性地要求，在关键监控终端是临时存储，以备万一网络中断或监控中心故障时不致丢失数据。其中监控中心可根据用户需求，扩展成多级监控网络，一个一级监控中心可同时管理几个二级监控中心。,基于GPRS数据传输技术具有如下特点和优势：,1、实时性强：与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。2、可对设备进行远程控制：通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。3、建设成本少低：由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装好设备就可以，建设成本低；,4、监控范围广：构建信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。5、具有良好的可扩展性：由于目前GSM/GPRS网络已覆盖绝大部分地区，基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控。6、系统的传输容量大：能很好地满足传输突发性数据的需要。,7、数据传送速率高：GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右。8、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。按照流量或包月计费，费用可以接受。由于GPRS数据传输方式的快速性和实时性，能够满足图片传输等较高性能的需求，而且它能够直接与互联网络进行数据传输，应用起来灵活方便。,几种基于GPRS的无线传输（监控）系统介绍,电梯监控系统,远程抄表及监控系统,LED屏远程监控,锅炉远程监管系统,自动售水机控制（短信）,几种数据中心的接入方式：,方案一：中心采用ADSL等INTELNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务。此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。1、中心公网固定IP：监控点直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。2、中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。,方案二：中心采用主副GPRS-DTU，采用移动内网动态IP+移动DNS解析服务。此种方案客户先与移动DNS服务商联系开通移动动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接移动DNS服务器，再由移动DNS服务器找到中心移动动态IP，建立连接。主中心GPRS-DTU接收端掉线时，所有监控点自动转到副中心GPRS-DTU接收端。此种方式也可节约固定IP的费用，但并不是所有移动公司都提供DNS解析服务，所以要在有DNS解析服务的省市才能采用此种方案。此种方案适合小规模应用。此种方案时时性和稳定性较差，不推荐使用。,方案三：中心采用主副GPRS-DTU，采用移动APN专网固定IP。此种方案客户先与移动申请APN专网业务。移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。此种方案中心也像方案二一样采用主副两个GPRS-DTU作接收端，冗余备份。但此种方案较方案二而言，无需DNS解析，本身具有移动内网固定IP，减少中间环节，稳定性增强；且所有数据都在移动GPRS的APN内网传输，无需经过公网，安全性增强。此种方案无需负担宽度专线月租费用，性价比合理，推荐使用。,方案四：中心采用APN专线，所有点都采用内网固定IP此种方案客户中心通过一条2MAPN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论时时性，安全性和稳定性较前三种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、时时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。,AT指令及GPRS模块操作演示,AT即Attention，AT命令集是从TE(TerminalEquipment)或DTE(DataTerminalEquipment)向TA(TerminalAdapter)或DCE(DataCircuitTerminatingEquipment)发送的。通过TA，TE发送AT命令来控制MS(MobileStation)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT命令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、补充业务、传真等方面的控制。,对于GPRS模块通常由以下几类指令：通用指令电话控制指令网络服务指令安全指令电话本指令短信息指令辅助业务指令数据指令传真指令特殊指令SIM卡工具箱指令,AT+CIMI请求IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity),通用指令,ATSMSO关闭电源,电话控制指令,ATDI/iG/g;拨号指令,ATH呼叫挂起,网络服务指令,AT+CSQ信号质量,电话本指令,AT+CPBR读取电话本,AT+CPBW写电话本,短信息指令,AT+CMGF选择消息格式,选择消息为TEXT或PDU格式用PDU格式包括所有头信息的短消息以二进制方式传送写成十六进制的格式用TEXT格式命令和响应均为ASCII字符。,AT+CMGR读取短消息,AT+CMGS发送短消息,发送短消息常用Text和PDU(ProtocolDataUnit，协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7-bit、8-bit和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符；8-bit编码通常用于发送数据消息，如图片或铃声等；UCS2编码用于发送Unicode字符。,PDU短信,一般的PDU编码由ABCDEFGHIJKLM十三项组成。PDU编码规则如下：A：短信息中心地址长度，2位十六进制数（1字节）B：短信息中心号码类型，2位十六进制数。C：短信息中心号码，B+C的长度将由A中的数据决定。D：文件头字节，2位十六进制数。E