基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究.pdf

《基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究.pdf（78页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、兰州理工大学硕士学位论文基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究姓名：王栋申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：李战明20080501硕f 1 学付论文摘要随着通信技术和计算机技术的迅速发展，远程数据传输己经有了比较好的解决途径。无线远程数据传输与传统有线方式相比具有不受地理环境、气候、时间限制且能进行存储和历史查询等诸多优点，已经在电力、水利、交通、石油等行业得到采用，但是由于通讯基础设施建设困难且系统复杂程度较高等原因，限止了无线数据传输系统应用的发展。而随着移动通信技术的高速发展，中国移动运营商的各种基于数据传输的业务不断的推出，数据业务的资费的不断下调，尤其在G P R

2、 S 数据业务推出以后，越来越多的需要远程数据传输及采集的领域把目光投向公众无线数据业务传输平台。利用G P R S 业务进行数据传输不受地域限制且传输速度快，收费合理，特别适用于间断的、突发性的和频繁的数据传输。传统的基于G P R S 网络的应用都是接入I n t e r n e t，再将数据送入到连接I n t e m e t 的P C 机进行存储和处理，但是随着G P R S 的应用越来越多元化，有些企业希望能随时随地的收取数据。针对这一需求，本文题出了一种嵌入式无线组网的研究方案，可用于随工作人员移动监测的行业中。本文旨在设计一个具备基于pC O s I I 操作系统的G P R S

3、 无线数据传输系统，实现数据在移动内网进行点对点的传输。采用G P R S 的A P N 技术，实现I P 地址和S I M 卡绑定，增强数据传输的安全性。本文首先论述了无线组网的几种方案及其意义，并在此基础上阐述了G P R s 技术。其次研究了G P R S 数据传输方式及A T命令的使用方法。随后深入讲解了微处理器S 3 C 4 4 B O 与G P R S 模块M C 3 5 i 及其它外部设备的连接方式。最后，本文着重研究了G P R S 通信所需要的P P P、T C P I P协议，及这些协议的数据格式、交互流程和实现方法。本文所研究的系统具备体积小、价格低、数据安全性高、可移动

4、等特点。能满足各类移动性强、数据传输量大的应用场合。关键词：G P R S；A P N；pC O S I I；P P P；T C P I P荩丁G P R S 的嵌入式系统无线通信技术的研究A b s t r a c tA l o n gw i t ht h er a p i dd e V e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n sa n dc o m p u t e rt e c h n o l o g i e s，t h er e m o t ed a t at r a n s m i s s i o nh a sb e e nr e l a

5、 t i V e l yw e l lr e s o l V e d C o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lc a b l em e t h o d t h ew i r e l e s sr e m o t ed a t ac o l l e c t i o nw h i c hc a nb ef r e ef-r o mg e o g r a p h i c a le n V i r o n m e n t s，c l i m a t e，a n dt i m el i m i t s；c a nb es a V e da sr

6、 e c o r d s；c a na l s ob er e c h e c k e da c c o r d i n gt ot h e i rr e c o r d sh a sm o r ea d V a n t a g e s A n dt h o s ea d V a n t a g e sh a sb e e nf u l lu s e di ne l e c t r i c i t y，w a t e r，o i l，t r a n s p o n a t i o ne t c H o w e V e r，d u et ot h ed i f 行c u l t i e si n

7、c o m m u n i c a t i o ni n f r a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o na n dt h eh i g h e rc o m p l e x i t yo ft h es y s t e m，t h ed e V e l o p m e n t so ft h es y s t e mh a sb e e nl i m i t e d W i t ht h er a p i dd e V e l o p m e n to fm o b 订ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l

8、o g y，C h i n e s eM o b i l eo p e r a t o r sh a V ec o n s t a n t l yp u s h i n gt h eb u s i n e s so fd a t at r a n s m i s s i o n，a n dm a k i n gt h ep r i c e sd r o p p i n g P a n i c u l a r l yi nt h el a u n c ho fG P R Sd a t as e r V i c e s，t h en e e d so fr e m o t ed a t aa c

9、q u i s i t i o na n dt r a n s m i s s i o na r e a sh a sg r o w ni nag r e a tn u m b e r T h ep u b l i ch a V ec a s tt h e i re y e so nt h ep l a t f o r mo ft h ew i r e l e s sd a t ab u s i n e s s T h eG P R Sd a t at r a n s m i s s i o nc a nb r e a kt h eg e o g r a p h i c a lr e s t

10、r i c t i o n s，b ef a s tt r a n s m i t t e da n dr e a s o n a b l ec h a r g e d，s oi ti se s p e c i a l l ys u i t a b l ef b rd i s c o n t i n u o u s，s u d d e na n df r e q u e n td a t at r a n s f e r T h et r a d i t i o n a la p p l i c a t i o n st h a tb a s e do nG P R Sa r ec o n n

11、 e c t e dt ot h eI n t e r n e t，a n ds e n tt h ed a t at ot h eI n t e r n e t-c o n n e c t e dP Cf 0 rs t o r a g ea n dh a n d l i n g H o w e V e r，t h eG P R Sb e c o m em o r ea n dm o r ed i V e r s i f i e d，m a n ye n t e r p r i s e sw o u l dl i k et oc o l l e c td a t ai na n y t i m

12、 ea n da n y w h e r e S ot h i sp a p e rp r o p o s e sar e s e a r c ho fe m b e d d e dw i r e l e s sn e t w o r k si nr e s p o n s et ot h i sd e m a n d，w h i c hc a nb eu s e di nm o n i t o r i n gn l e dw h e nm a nm o V e T h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st od e s i g naG P R S b a

13、 s e dw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do nUC O S-I Io p e r a t i n gs y s t e m，t om a k ei tr e a l i nt h em o b 订ed a t an e t w o r ki np o i n t-t o-p o i n tt r a n s m i s s i o n T h i sp a p e ru s eA P N，w h i c hc a nr e a l i z eI Pa d d r e s sa n db i n

14、 dS I Mc a r d s，t oe n h a n c et h es e c u r i t yo fd a t at r a n s m i s s i o n T h i sp a p e r，1 F i r s t l y，d i s c u s s e st h ew i r e l e s sn e t w o r ks e r i e sa n di t ss i g n i n c a n c e，a n de x p l a i n st h eG P R St e c h n o l o g yo nt h a tb a s e S e c o n d l ym a

15、 k e sr e s e a r c h i n go nt h eG P R Sd a t at r a n s m i s s i o na n dt h eu s eo ft h eA Tc o m m a n d A n dt h e n，G o e sd e e p l yi nt h em i c r o p r o c e s s o rS 3 C 4 4 B O，G P R Sm o d u l e，M C 3 5 ie q u i p m e n ta n dt h eo t h e re x t e r n a lc o n n e c t i o n s F i n a

16、 l l y，t h i sp a p e rf o c u s e so nt h en e e d so fG P R Sc o m m u n i c a t i o n sP PP T C P I Pp r o t o c o l，a n da l s ot h e s ea g r e e m e n t sd a t af 6 r m a t sa n di n t e r a c t i V ep r o c e s s e sa n dm e t h o d s 硕十学何论文T h i sp a p e rs t u d i e st h es y s t e mw i t h

17、s m a l ls i z e，l o wp r i c ea n dh i g hs e c u r i t yd a t a，m o b i l ee t c I tc a nm a c hV a r i o u st y p e so fa p p l i c a t i o n sw h i c hr e q u i r e da m b u l a t i o n，a n dal a r g eq u a n t i t yo fd a t at r a n s m i s s i o nK e yW o r d s：G P R S；A P N；uC O S-I I；P P P；T

18、 C P I P荩丁G P R S 的嵌入式系统无线通信技术的研究图1 1图2 1图2 2图2 3图3 1图3 2图3 3图3 4图4 1图4 2图4 3图4 4图4 5图4 6图4 7图4 8图5 1图5 2图5 3图5 5图5 7图5 8图5 9图5 1 0图5 1 1图5 1 2图5 13图5 1 4图5 15图5 16图5 17插图索引无线传输的网络结构图点对点数据传输结构点对多点数据传输结构点对多点数据传输结构15151 61 6系统硬件框图2 2S 3 C 4 4 B O X 的系统框图2 4F L A S H 扩展电路原理图2 5S D R A M 扩展电路原理图2 6N A N

19、 DF L A S H 数据宽度物理结构图2 7N A N DF L A S H 扩展电路原理图2 7M C 3 5 i 电路原理图2 8U S B 电路原理图2 9uC O S I I 软件体系结构图3 2M C 3 5 i 启动时序图3 6G P R S 模块初始化流程图3 6U S B 驱动分层结构图3 7U S B 协议层3 8P P P 协议状态图4 1链路协商流程图4 4I P C P 协商示意图4 4I P 数据报格式4 6I P 发送函数流程图4 8IP 接收函数流程图4 9T C P 报文格式5 0T C P 连接建立流程图5 lT C P 连接释放流程图5 1T C P 接

20、收函数流程图5 4I V4899构一一一结一一一络一一一网一一一的一一一案一一一方一一一种一一型几一构模网构结议组结络协线系网输无体的传SSSSRRRRPPPPGGGG硕一：学何论文图5 18s o c k e t()建立流程图5 6图5 1 9T C P 通信时S O C K E TA P I 函数的应用5 6V硕十学何论文附表索引表1 1 几种通讯方案的比较3表3 1A T 命令的语法规则1 8表3 2A T 指令列表1 9表3 3G P R S 相关A T 指令发送步骤2 0表4 1 几种常见的处理器内核2 3表5 1P P P 数据帧格式4 2表5 2F A T 区结构5 9表5 3N

21、 a n dF l a s h 簇的内容分配5 9V兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：妒棒日期：9 年f 月刁日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可

22、以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：导师签名：多枉李l n 日期：工眸日期：五芦缉F 月移日f 月岁日硕十何论文1 1 课题背景第1 章绪论计算机与通信技术的不断发展，极大地促进了工业领域及其它领域的自动化和信息化的发展。以前在工业领域大多采用由单片机构成的数据处理系统和P C机通过串行口构成的微机系统，主要是针对于生产过程分布范围不大、相距不远的场合，这些系统大多采用R S 一2 3 2，R S 一4 8

23、 5 或有线M O D E M 的通信方式，虽然经济实用，但是采用有线的数据传输方式，在很大程度上限制了应用场合的拓展。一方面，随着企业生产规模不断扩大，不同的生产部门可能在地域上分布极广，相距遥远，如电力、铁路、采矿和石油等，这些部门要对相距遥远的生产过程进行数据传输，如果还是沿用有线的传输方式，则在技术上和经济上都是不足取的。所以采用无线的方式来进行数据传输的需求就日益突出了。另一方面，作为无线数据传输的服务器，现大多为连接到I n t e r n e t 的P C 机，虽然在数据处理方面有其得天独厚的优点，但是对于一些企业的特定要求，如移动性能，显然是做不到的，所以采用移动式的服务器应用

24、于一些特定的环境也就有其必要性了。在通信领域中，移动通信(G P R S)网则是这个领域中发展最积极最活跃最快的分支之一。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)即通用分组无线业务n 一1，是在现有G S M 网络上开通的一种新型的数据传输技术，G P R S 采用分组交换方式，仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源。G P R S 理论上可提供高达17 1 2 k b s 的传输速率。除了速度上的优势外，G P R S 还有“永远在线 的特点，即用户可随时与网络保持联系。另外分组交换接入时间的缩短，能提供快速即时的连接，可

25、大幅度提高一些事务的效率。利用现有的G P R S 网络资源，发挥网络覆盖率高、永远在线等优势，为现有数据传输系统提供一种便捷的无线传输方式。嵌入式系统，被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，主要作用是实时控制(C o n t r 0 1)、监视(M n o io t r)、管理移动计算机(M a n a g e m e n t)、数据处理等，或者辅助其它设备运转，完成各种自动化处理的任务。嵌入式系统以其本身体积小，实

26、时性高，稳定性好，支持以太网等优点，成为工控领域的新热点。荩丁JG P R Sf 1】嵌入式系统无线通信技术的研究1 2 国内外相关研究现状1 2 1 通讯方式的现状随着电子、计算机及信息科学技术的发展，通信系统的发展也非常迅速，从有线到无线，从话音到数据、图像，从局域到广域等，有非常多的通信网络和通信方式应用于数据传输系统中。目前，数据传输中主要的通信方式有以下几种“q 1：(1)电话拨号(电话线，专线)电话拨号主要有利用电话线通信和架设专线通信两种方式。电话线：就是利用现有的公用电话网为依托，采用调制解调器和公用电话网的交换机系统，在两个通信实体之间建立起通信通道。专线方式：通信的网络适合

27、于传输数据量不大、实时性要求不高的场合。(2)光纤通信(A D S L)从现场运行情况来看，利用光纤通信时数据比较稳定，抗干扰能力强。这种方式在初期投资时较大，但随着光通信设备的价格不断下降，这种方式有可能成为比较实用的现场通信方式。(3)基于G S M 的短消息数据传输G S M 除语音业务外，另有基于短消息数据传输业务。短消息限制每次传送文本字符不超过16 0 个，传送给移动台的短消息在用户识别模块(S I M)上存储。与话音的传输建立和释放过程不同，在G S M 系统中，短消息是唯一一种不需要建立端到端的业务通道。由于具备这个特点，即使移动台己处于电路通信状态，还能同时实现短信息业务。(

28、4)基于G P R S 的分组数据传输G P R S(G e n e a r lP a c k e tR a d i oS e r v i c e)通用分组无线业务，是一种新的G S M 数据传输服务，它将数据以数据包的形式在P L M N(公众陆地移动电话网)内或其他连接到P L M N 的外部网络间传输。主要针对突发性数据分组传送的一种新业务，与短消息业务类似，提供两类业务点到点业务和点到多点业务。多个G P R S 用户可以共享一个无线信道，而一个移动用户也可以同时利用多个信道，因而G P R S用户的实际通信速率非常灵活，可以低于lo o k b p s，也可以高于10 0 k b p

29、 s。表1 2 比较了几种通讯方案，可以看出在实际的远程数据传输的通信中，如交通管理、电力系统、无线抄表等，可以采用G S M 短消息、光纤接入等方式。G S M 短消息方式可以实现主动上报；缺点是按条收费，运行费用高，而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定可靠，但是施工成本投入大、扩展性差、设备维护方面不方便。而G P R S 通信则避免了以上问题阳1。硕十学位论文表1 1 几种通讯方案的比较S M S 短信以1 6 0 字节包方式发送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。G P R S 永远在线，按流量计费，从

30、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。作为数据通信网络媒介，G P R S 可以实现跨省市区全国性的数据双向实时通信。此外，G P R S 通信还具有保密性高、可靠性高、抗干扰能力强等特点，保证了数据传输的准确性和稳定性，并提供双方完备的通信协议，使用户在此通信平台上的开法简单易行。因此，本文研究的基本就是基于G P R S 技术。1 2 2G P R S 无线组网的方式的现状随着企业对无线数据传输要求的多元化，G P R S 无线组网的各种方式也随之产生。目前，基于G P R S 无线组网的方式有以下几种。

31、：(1)采用A D S L 等与I n t e r n e t 公网连接，采用公网固定I P 或者公网动态I P+D N S 解析服务。此种方案向先I n t e r n e t 运营商申请A D S L 等宽带业务。中心公网固定I P 地址，G P R S 数据传输节点可直接向中心发起连接。运行可靠稳定中心公网动态I P+D N S 解析服务，客户先与D N S 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D N S 服务器，再由D N S 服务器找到中心公网动态I P，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定I P 的费用，但稳定性受制于D N S 服务器的稳定。(2)采用移动内网动

32、态I P+移动D N S 解析服务。此种方案客户先与移动D N S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D N S 服务器，再由移动D N S 服务器找到中心移动动态I P，建立连接。中心节点采用G P R S模块做接收端，但G P R S 无线方式的主节点不如有线方式的稳定，所以采用主副两个G P R S 模块作冗余备份。主节点接收端掉线时，所有监控节点自动转到副中心G P R S D T U 接收端。此种方式也可以大大节约固定I P 的费用，但并不是所有移动公司都提供D N S 解析服务，所以要在有D N S 解析服务的省市才能采用此种基】G P R S 的嵌入式系统

33、无线通信技术的研究方案。此方案时时性和稳定性较差(3)采用移动A P N 专网固定I P。此种方案客户先与移动申请A P N 专网业务。移动为客户分配专用的A P N。用于G P R S 专网的S I M 卡仅开通该专用A P N，限制使用其他A P N。得到A P N 后，给所有监控点及中心分配移动内部固定I P。此方案中心也像方案二一样采用主副两个服务节点做接收端，冗余备份。但此方案较方案二而言，无需D N S 解析，本身具有移动内网固定I P，减少中间环节，稳定性增强；且所有数据都在移动G P R S 的A P N 内网传输，无需经过公网，安全性增强。此方案无需负担宽带专线月租费用，性价

34、比合理。(4)中心采用A P N 专线，所有节点都采用内网固定I P。此种方案客户中心通过一条2 MA P N 专线接入移动公司G P R S 网络，双方互联路由器之间采用私有固定I P 地址进行广域连接，在G G s N 与移动公司互联路由器之间采用G R E 隧道。为客户分配专用的A P N，普通用户不得申请该A P N。用于G P R S 专网的S I M卡仅开通该专用A P N，限制使用其他A P N。得到A P N 后，给所有监控节点及中心分配移动内部固定I P。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I P

35、地址和端口过滤。此方案无论时时性，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。图1 1G P R S 无线组网几种方案的网络结构上图是几种方案的网络结构图。通过上述比较，方案一和二费用高而且受制于当地的D N S 服务器，而且方案二的实时性和稳定性都不是很好。采用A P N 专线的组网方式，虽然在实时性，安全性和稳定性方面有很大的优势，但是需要申清2 M 的A P N 专线，费用昂贵。而采用移动A P N 专网固定I P 的组网，无须承担A P N 专线的月租费用，性价比好。因此在本文基J：方案4 来研究G P R S 的无线组硕f j

36、 学何论丈网。1 3 研究目的G P R S 无线传输技术以其各方面的优点在无线通信领域中成为各企业的首选。目前，基于G P R S 无线传输的应用大都是采用G P R S 网络连接到I n t e m e t，用具有公网固定I P 地址的P C 机实现数据的存储和处理一羽。有些行业对实时性、数据安全性等各方面要求都很高时，一般采用申请费用昂贵的A P N 专线，即上节中的方式4，实现环境监测、变电站抄表阳9 1 等应用。以上这些都以I n t e r n e t 作为数据的中转站，将数据传送到连接到I n t e r n e t 的P C 机上。而本文所研究是一种在移动内网，不通过I n t

37、 e r n e t 进行点对点数据传输的无线网络。相比上述的应用，本系统的各个节点包括数据中心都具备了移动性能。使得在某些场合更能发挥其优点。而G P R S 模块每次登录网络时，都会获得不同的动态I P 地址，这使得节点之间的数据传输变得困难。针对这一问题有目前有两种解决方案：方案一是节点l 在每次登录G P R S 网络后，将自己获得I P 地址通过短信的方式发送给节点2，这样节点2 就可以将数据通过获得的I P 地址发送给节点1 了，这种方式也称之为非在线唤醒式系统n3 1；方案二是申请A P N，实现S I M卡和I P 地址绑定，这样G P R S 模块每次登录网络时，获得的都是动

38、态分配的固定I P 地址。对于方案一只需要在移动公司申请G P R S 服务即可实现，但是软件上实现比较困难。目前大部分的产品都是针对方案二，数据可以安全的在内网进行传输，但这些产品最终还是通过I n t e r n e t 上传给P C 机。本文研究的目的就是实现网内点对点的传输，中心节点可以保存上传的数据，这些数据可以通过U S B 上传到没有连接网络的P C 机上。1 4 意义G P R S 已经成为无线传输中应用最广泛的网络，以经渗透到电力、金融等众多行业中。本文所研究嵌入式无线组网就是基于G P R S 网络，并采用了A P N 技术，使得数据传输的安全性得到了大大的增强。本文所研究

39、的系统在数据的传输有了安全性的保证，而且这种本系统具有了移动性能，能大大地减少监测、监控等的中间环节，提高了生产效率，也提高了监测、监控行业的效率。荩丁G P R S 的嵌入式系统无线通信技术的研究1 5 本课题研究的主要工作本文在确定了G P R S 传输方案和组网方案后，从硬件和软件两个方面来进行嵌入式无线组网的设计研究工作。硬件上主要是器件的选型以及原理图的设计。软件上主要是在uC O S I I 操作系统上完成驱动和协议的编写。具体的主要工作如下：(1)广泛深入的研究基于G P R S 的数据传输技术，了解各方面软硬件知识，选择合适的硬件设备和软件技术。(2)深入研究uC O S I

40、I 操作系统移植及编程实现。(3)深入研究G P R S 模块的使用方法，实现利用A T 命令进行G P R S 登录。(4)全面了解P P P 协议的内容，结合所使用的软硬件环境实现无线数据传输终端所需要的P P P 协议。(5)透彻理解T C P I P 体系结构和具体内容，并在系统中实现必需的T C P I P协议及S O C K E T。(6)深入了解各存储芯片的和使用方法。6硕十学何论文第2 章G 阳S 技术2 1 移动通信技术发展概况移动通信技术的发展有三个阶段制：第一代移动通信是模拟的无线网络，采用F D M A 技术，这种技术存在频谱利用率低、保密性差、容量小、与固定电话网的数

41、字化不匹配等缺点，因而不能满足日益增长的移动通信需求。第二代移动通信系统是数字通信系统，主要还是以语音服务为主。G S M(G l b o a lS y s t e mf o rM o b i l ec o m m u n i c a t i o n)即全球移动通信系统的简称，是在第一代移动通信系统的基础上发展起来的第二代移动通信系统。G S M 系统克服了第一代移动通信系统难以满足大量用户的需求的缺陷，同时提供了一定的数据业务功能。G S M 系统作为一种面向未来的移动通信系统，真正实现了个人移动性和终端移动性，因此在全球范围内得到了广泛的应用n 。第三代移动通信系统主要特征是可提供移动宽带

42、多媒体业务。G P R S 作为第二代移动通信技术G S M 向第三代移动通信的过渡技术，是由英国B TC e l l e n t 公司早在l9 9 3 年提出的n 引，是G s M P h a s e+2(1 9 9 7 年)规范实现的内容之一，是一种基于G S M 的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的I P 或者X 2 5 连接。2 2G P R S 技术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)一一通用分组无线业务n J7 1。它是利用“包交换(P a c k e t S w i t c h e d)概念所发展出的

43、一套无线数据传输方式。采用与G S M 相同的频段、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，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n8 1。2 1 1G P R S 体系结构G P R S 是在现有G S M 网络中增加G P R S 网关支持节点G G S N(G a t e w a yG P R SS u p p o r tN o d e)和G P R S 服务支持节点S G S N(S e r v i n gG P R SS u p p o nN o d e)来实现的，使得用户能在点到点分组方式下发送和接收数据。其体系结构如图2 1

44、 所示。图2 1 中的部分解释说明：T E(设备终端)；M T(移动终端)；E I R(设备标识寄存器)；M S C(移动交换中心)；V L R(访问位置寄存器)；G S M C(短息业务的网关M S C)；I W M S C(短消息业务的网间M S C)。7荩丁G P R S 的嵌入式系统无线通信技术的研究信令接口；信令和传输接口图2 1G P R S 体系结构S G S N 的功能：功能类同于G S M 系统的M S C V L R(移动交换中心，M o b i l eS w i t c hC e n t e r 拜访位置寄存器，V i s i t e dL o c a t i o nR

45、e g i s t e r)功能，S G S N 不仅处理分组交换中的信令传输，同时也进行数据包的处理和传送。对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立移动终端到G G S N 的传输通道，接收从B S S(B a s eS t a t i o nS v s t e m)传送的移动终端分组数据，通过G P R S 骨干网传给G G S N 或者将分组发送到同一服务区内的移动终端n“15 1。S G S N 还可以集成计费网关、边缘网关(负责实现G P R S 网络之间的互连)和防火墙的功能。G G S N 的功能：在G P R S 数据网中的地位很类同于传统G S M 网中的G M S C(网关移动

46、交换中心)的地位；负责产生数据业务的原始计费数据。G G S N 是连接G P R S网络与外部数据网络的节点。接收传输终端的数据及路由并传送到I n t e m e t，或者将数据通过选择G P R S 网内的传输通道，传给相应的服务支持节点(S G S N)，再由S G S N 将数据通过基站系统传给传输终端。从而完成终端与中心的通信心引。另外G G S N 还可具有地址分配、计费、防火墙功能。2 2 2G P R S 数据传输过程G P R S 网络是在现有G S M 网络中增加G G S N 和S G S N 来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据，不需要使用电路交换模

47、式下的任何网络资源，从而可以自主运营。其网络结构如图2 2 所示。图2 2 中，用户设备通过串行或无线方式连接到G P R S 终端上，G P R S 终端与G S M 基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，G P R S 分组是从基站发送到G P R S服务支持节点(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(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I n t e m e t 或X 2 5 网络。其具体的数据传输流程为乜引。8硕十学位论文图2 2G P R S 的网络结构

48、幢G P R S 终端通过串行接口从用户设备中读出用户数据；处理后以G P R S 分组数据的形式发送到G S M 基站B S S；分组数据经S G S N 封装后，发送到G P R SI P 骨干网；若分组数据是发送到另一G P R S 终端，则先发送到目的S G S N，再经B S S 发送到另一G P R S 终端。本文所要研究的就是多个G P R S 终端的互相通信，即在移动内网实现数据传输。2 2 3G P R S 的传输协议模型移动台(M S)和G P R S 之间的分层传输协议模型如图2 3 所示。它主要由G T P，L L C 和R L C 协议分别构成n 纠。U m 接口是G

49、 S M 的空中接口。U m 接口上的通信协议有5 层，自下而上依次为物理层、M A C(M e d i u mA c c e s sC 0 n t r 0 1)层、L L C(L o g i c a lL i n kC o n t o r l)层、S N D C(S u b n e t w o r kD e p e n d a n tC o n v e r g e n c e)层和网络层。R L C M A C 为无线链路控制媒质接入控制层。R L C 负责L L P D U 的拆装与重组，并提供可靠的无线链路。M A C 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

50、能被不同的移动台共享。G P R S 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G P R S 广播信道。L L C 层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程H D L C 的无线链路协议。应用I P X 2 5I P X 2 5lD 1 ，lI弋少lS N D CII；N D CG T PIG T PI1L L CU D P 上U D P 厂r C PL L CT c Pl：!：y 1 一1 PF u L CR L CB S S G PlB S S G fI PIlIM A CIM A CN e t w O N e t w O r lL 2-LL 2IS e r v l