基于ARM和GPRS电力负荷管理系统的研究与设计.pdf

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于ARM和GPRS电力负荷管理系统的研究与设计姓名：袁丽平申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：陈永泰20080301武汉理工大学硕士学位论文摘要国内电力市场的开放给电力公司带来了新的挑战。各家电力公司都在寻求提高公司效率，增加客户、改善服务的方案。在此竞争的舞台上，采用先进技术的自动抄表和负荷管理系统就成为一个强有力的工具。它可以加强企业内部管理，加强对电网负载能力的控制。集软硬件于一体的一整套电力负荷控制系统就成为满足当前市场需求、顺应国家电力改革的解决方案。论文是基于A R M 和G P R S 电力负荷管理系统的研究与设计，主要工作是研制应用于电力负荷管

2、理系统的G P R S 终端，包括终端的软硬件系统的设计和调试。自主开发了P P P 协议，成功地将P P P 协议应用于G P R S 终端，所以此终端具有很强的后续扩展性和移植性。论文首先介绍了电力负荷管理系统的研究背景、目的及意义，结合国内外发展情况，指出了现有系统的不足，伴随G P R S、C D M A 等新一代无线通信技术的发展对其进行改进。其次对G P R S 无线通信技术进行研究，了解G P R S 终端数据传输协议_ T C P I P、P P P 协议的基本原理。并对电力负荷系统的整体架构和通信方式进行了研究分析。再次是对G P R S 终端硬件的设计，主要包括A R M

3、微处理器硬件系统的设计、串行扩展电路以及G P R S 模块的电路的设计。最后本文着重对P P P 协议做重点研究和设计。按照自身状态机机制，从P P P的协议结构、运行机制、协商分析过程来展开，对P P P 协议的实现进行详细设计说明。同样也对G P R S 终端拨号上网程序进行了设计与实现。经测试，G P R S 终端能够顺利地进行拨号，并发送数据。证明了G P R S 终端运行稳定可靠，达到了预期的效果和设计要求，有利于配电网络运行的安全性和经济性管理，对加强用电管理和提高电网供电质量起到了积极的作用。关键词：电力负荷管理系统，G P R S，P P P，N U C L E U S 操作

4、系统，M C 3 5 I，E P 7 3 1 2A b s t r a c tD e r e g u l a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t sa r o u n dC h i n ai sp u s h i n gp l a y e rt of a c ec o m p e t i t i o n P o w e rC o m p a n i e sa r et h u sl o o k i n gf o rw a y st oi m p r o v et h e i re f f i c i e n c ya n dt og a i n

5、C l i e n t Sp r e f e r e n c ea n dc o n f i d e n c e T a k i n ga d v a n t a g eo ft h et e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n，A u t o m a t i cM e t e rR e a d i n g(A M R)a n dE n e r g yM a n a g e m e n tS y s t e m s(E M S)c a nb eav i t a lt o o li ns u c hac o m p e t i t i v es c

6、e n a r i o T h i st o o lc a nm a k et h eP o w e rC o r p o r a t i o nt oe n f o r c et h ep o w e rl o a dc o n t r o la n dt h ec o m p a n y Sm a r i a g e m e n t T h es o l u t i o nf o rt h ep o w e rl o a dc o n t r o lw h i c ht o g e t h e rw i t hs o f t w a r ea n dh a r d w a r eb a s

7、 e do nA R Ma n dG P R Sm e e t st h ed e m a n do ft h ec u r r e n tm a r k e ti nt h ep o w e rl o a dm a n a g e m e n t T h i st h e s i si sa b o u tt h er e s e a r c ha n dd e s i g no fu s i n gG P R Si nP o w e rL 0 a dM a n a g e m e n tS y s t e m T h ew o r km a i n l yd e v e l o p sG

8、P R St e r m i n a lu s e di nP o w e rL o a dM a n a g e m e n tS y s t e m T h et h e s i sd e s c r i b e st h ed e s i g na n dd e b u g g i n go ft h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e m P o s s e s si t sO W nP P Pp r o t o c o li st h eo u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i

9、 co ft h i sp a p e ra n dt h ep r o t o c o li ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt oG P R St e r m i n a l S ot h ec l i e n ts o f t w a r eh a v es t r o n ge x p a n s i b i l i t ya n df o l l o w i n gr e p l a n t a t i o ni nt h ef u t u r e F i r s t l y,t h et h e s i si n t r o d u c e

10、 st h eb a c kg r o u n d，p u r p o s e，s i g n i f i c a n c e so fE l e c t r i cP o w e rL o a dM a n a g e m e n tS y s t e ma n dp o i n t so u tt h ed i s a d v a n t a g eo fc u r r e n ts y s t e m0 fo u rc o u n t r yb yc o n t r a s tt h eo v e r s e a s W i t ht h ed e v e l o p m e n to

11、fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo fG P R Sa n dC D M A，i tw i l lh o p et oi m p r o v et h ed e f a u l t s S e c o n d l y,t h et h e s i si n t r o d u c e st h eG P R Sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y,a n du n d e r s t a n dt h eG P R Sd a

12、t at r a n s f e rp r o t o c o lp r i n c i p l et h a tt h eT C P H Pa n dP P PD r o t o c o l s A n da l s oi n t r o d u c et h eo v e r a l lf r a m e w o r ka n dc o m m u n i c a t i o nw a y so ft h eE l e c t r i cP o w e rL o a dM a n a g e m e n tS y s t e m T h i r d l y,t h et h e s i s

13、c a r e f u l l yd e s c r i b e st h ed e s i g no fh a r d w a r ea b o u tt h eG P R St e r m i n a l T h ed e s i g no fh a r d w a r ei n c l u d e st h eA R Mm i c r o p r o c e s s o rh a r d w a r es y s t e md e s i g n、S e r i a lP o r tE x p a n s i o nC i r c u i tD e s i g na n dG P R S

14、m o d u l ec i r c u i td e s i g n 武汉理工大学硕士学位论文I nt h ee n d，t h et h e s i sc a r e f u l l yd e s c r i b e st h eN e t w o r kP r o t o c o li nG P R S，t h em a i ni sP P Pp r o t o c 0 1 I td e t a i l e d l yi n t r o d u c et h eP P Pa g r e e m e n ts t r u c t u r e，o p e r a t i n gm e c h

15、 a n i s ma n dc o n s u l t a t i o np r o c e s s，a n dt h e nc a r e f u l l yd e s c r i b e st h es o f t w a r ed e s i g no fP P Pp r o t o c 0 1 I na d d i t i o n，t h ep a p e ra l s oi n t r o d u c e dt h ed e s i g no fd i a lu pi n t e r n e ta c c e s si nG P R S I np r a c t i c e，t h

16、 ee l e c t r i cp o w e rl o a dm a n a g e m e n tt e r m i n a lb a s e do nG P R Sr u n sr e l i a b l yt oi m p r o v i n gm e e t st h ed e m a n d so fu s e r s I ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c es a f e t ya n de c o n o m i c a lo p e r a t i n gl e v e lo fd i s t r i b u t i o nn e

17、t w o r ka n de n h a n c i n gt h ee n e r g ym a n a g e m e n ta n dp o w e rs u p p l yq u a l i t y K e y W o r d s：P o w e rL o a dM a n a g e m e n tS y s t e m，G P R S，P P P，N U C L E U S，M C 3 5 I，E P 7 3 1 2I I I独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师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

18、撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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。关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：毒陋导师签名：陋日武汉理工大学硕士学位论文第1 章绪论1 1 本文的研究背景、目的及意义对电力负荷进行控制的想法，是伴随着电力工业的产生和发展而同时出现的。早期的供电，用电量最多的是照明

19、负荷，除晚上高峰以外，其它时间负荷很少。很多人想了多种方案来鼓励用户白天多用电，以便电站和电网设备能得到更充分的应用。对用电负荷的管理和控制，可以有效的改善负荷曲线形状，使负荷曲线趋于平坦，减少峰谷差，实现电力负荷在一定时空的最佳分布。提高用户和电网的负荷率，从而提高发、供、用电设备的利用率，达到电网的安全和经济运行，提高投资效益，对发电、供电和用电以及整个社会都有很大好处。随着国民经济的高速发展，负荷快速增长，对用电负荷的管理和控制在电网调度中的作用越来越重要，所以，设计开发出能保证其顺利实施的软件系统也日显重要。用电管理是电力企业管理工作的重要内容l，主要承担电能销售和社会应用管理工作，是

20、电力生产供销的最后环节，也是电力工业生产和经营成果最终得到体现。用电管理工作的质量直接关系到电力企业的自身形象，自身经济效益和社会效益。电力企业从规范经营、面向市场、集约经营、提供快速市场反应能力的角度出发，就必须加快用电管理的信息化、一体化进程，及时地引入先进的管理技术和科学方法，建立起自己的用电管理信息系统，以满足运行、管理、使用中信息交互的需要。这不仅能够高效地完成用电经营管理的日常工作，而且实现了管理的信息化、实时化，辅助领导优化决策，从而显著地提高本企业的用电管理水平和工作效率，增强企业的市场竞争力。目前，由于政策性、地方性等因素的影响，用电管理系统一直缺乏规范、系统平台、前端和后端

21、开发工具以及软件实现的功能参差不齐，不利于信息共享和统一管理。1 2 电力负荷管理国内外研究现状1)国外负荷管理的发展情况电力负荷控制技术首先是在欧洲得到广泛的应用。英国从2 0 世纪3 0 年代武汉理工大学硕士学位论文就开始音频电力负荷控制技术的研究，第二次世界大战后，这种音频电力负荷控制技术在法国、瑞士等国家得到大量的使用。日本从6 0 年代开始研究电力负荷控制技术，从欧洲引进制造技术，到7 0 年代已广泛安装使用了音频脉冲控制装置。美国从7 0 年代开始重视电力负荷控制技术的发展，不仅从西欧引进了音频电力负荷控制系统设备的制造技术，而且着手研究和发展无线电力负荷控制技术。目前世界上已经有

22、许多国家使用了各种不同类型的电力负荷控制系统【3 1。发达国家使用电力负荷控制装置，已有六十多年的历史，是在不缺电的情况下发展起来的。目前国际上已有几十个国家采用了电力负荷控制技术，安装使用的终端己有几千万台，控制的总负荷约占世界发电总装机容量的1 0 以上。电力负荷控制技术在国际上已成为一项具有大量使用经验的成熟的实用技术。发达国家使用这项技术主要目的是改善电网负荷曲线，削峰填谷，提高电网运行的经济性、安全性和发电设备投资的效益，推迟电力设施的建设投资。国外正把注意力从一般的负荷控制转向配电自动化、需求侧管理和对电力市场的技术支持。2)国内负荷管理的发展情况我国从1 9 7 7 年底开始了电

23、力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分为几个阶段。第1 阶段：负荷控制系统，仅限于满足负荷限电不拉路的基本要求，它独立于电力企业内部的其他系统，信息的一致性和共享能力差。第2 阶段：负荷管理系统，除满足基本的控制功能外，信息的采集功能进一步加强，如远方抄表、小电厂上下网及发电信息采集、催缴电费、购电等，系统的使用仅限于负荷管理部门内部。第3 阶段：负荷综合管理系统，系统的负荷控制仅作为一项基本的功能要求，信息采集的而更广，通信方式多样。随着电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转向了建立正常的供电秩序、保障电网安全、营配管理等方面。系统增加了用电管理的功能，包括用电信息管理、远程抄

24、表、用电信息服务等功能。这些扩展的功能，提高了电力负荷控制系统的经济价值和生命力。在系统的数据处理方面也打破了以前的局限性，扩展了网络功能。为了更确切地表述这个系统，电力负荷控制系统遂更名为电力负荷管理系统。目前，电力负荷管理中心可以通过数据库和网桥与不同的系统网络联结，将负荷管理系统的大量数据信息送到电力系统的管理网、调度网、营业网等，对于电网管理的科学化和现代化，都是不可或缺的。但是由于政策性、地方性等因素的影响，用电管理系统一直缺乏规范、系统平2武汉理工大学硕士学位论文台、前端和后端开发工具以及软件实现的功能参差不齐，不利于信息共享和统一管理。鉴于目前国内负控系统和抄表系统的现状，并且伴

25、随着A D S L、C S D N 等新一代有线通信技术和G P R S、C D M A 等新一代无线通信技术以及C M N E T、A P N等新一代网络技术的广泛应用，应用这些新技术的新一代负荷管理系统也得到了广泛的推广和良好的发展。本文所研究的电力负荷管理系统的G P R S 终端，结合N U C L E U S 操作系统，采用G P R S 技术实现无线方式的接入，使终端能进行自动登录等功能，为电力负荷管理发展提供了新的技术。因此，如何将G P R S无线数据传输技术应用到电力负荷管理系统是一个具有很好经济效益和社会效益的新课题，值得研究。1 3 本文主要工作本文是关于A R M 和G

26、 P R S 在电力负荷管理系统的研究与设计，主要工作是研制应用于电力负荷管理系统的G P R S 终端，包括G P R S 终端的软硬件系统的设计和开发。首先，论文介绍了电力负荷管理系统的背景、目的及意义，指出了电力负荷管理系统的不足，通过新兴的G P R S、C D M A 技术的引进，促使电力负荷管理系统的良好发展和广泛的推广。其次，论文研究了G P R S 无线通信技术，对G P R S 数据传输中的关键问题进行分析并给出对策。在此基础上，对G P R S 终端协议进行研究，主要包括T C P I P、P P P 协议。同时对电力负荷管理系统的通信组织方式以及应用于该系统的G P R

27、S 网络进行探索和分析。最后，论文重点阐述了电力负荷管理系统的G P R S 终端的硬件和软件设计，主要工作包括：1)根据对本系统通信方式的分析，使用C i r r u sL o g i c 公司E P 7 3 1 2 和S i e m e n s 公司的M C 3 5 I 无线模块来开发G P R S 终端，完成终端硬件的设计。2)根据电力负荷管理系统的通信方式，开发符合终端要求的软件。结合N U C L E U S 操作系统，自主开发实现P P P 协议，成功地将P P P 协议和T C P I P 协议应用于G P R S 终端，且通过对串口通信的程序设计，实现G P R S 无线上网以

28、及数据的传输。并通过测试，验证了G P R S 终端功能。3武汉理工大学硕士学位论文1 4 本文结构安排本文是基于A R M 和G P R S 的电力负荷管理系统的研究与设计。文中主要结构安排如下：第1 章介绍本文的研究背景、目的及意义，对电力负荷管理在国内外的发展现状作了概述，并且交代了本文主要研究的工作内容以及文章结构的安排。第2 章对G P R S 无线通信技术的研究，主要包括G P R S 的业务介绍、业务的实现以及对G P R S 在数据传输过程中的问题分析。并且还对G P R S 终端的数据传输协议进行研究，重点对P P P 协议的基本原理做详细介绍。第3 章对电力负荷管理系统的整

29、体架构、通信方式以及适用于该系统的G P R S 通信网络进行初步的研究和分析。第4 章给对G P R S 终端硬件进行详细设计。主要包括A R M 微处理器系统设计、串行扩展电路设计以及G P R S 模块电路设计。第5 章对终端的G P R S 通信软件进行了详细设计说明。首先从N u c l e u s 嵌入式操作系统出发，对N u c l e u s 的特点及文件系统分析作了简要介绍，其次对G P R S通信程序做了总体设计说明，从G P R S 拨号上网的程序、P P P 协议、I P 协议以及串口通信程序几方面进行设计与实现，最后对G P R S 终端的通信功能进行了测试验证与分析

30、，指出了在测试过程中发现的问题。第6 章对整个论文进行全文的工作总结和对下一步工作的展望。4武汉理工大学硕士学位论文第2 章G P R S 无线通信技术2 1G P R S 无线通信技术通常我们将移动通信分为三代，第一代是模拟的无线网络，第二代是数字通信如G S M 等，第三代是分组型的移动业务称为3 G。G P R S 是通用无线分组业务的缩写(G e n e r a lP a c k e tR a d i oS y s t e m)，是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2 5 G，是G S M 向3 G 过渡的一个桥梁。目前基本上是通过升级G S M 网络来实现，它是一个混合体，采

31、用T D M A 方式传输语音，和采用分组的方式传输数据。2 1 1G P R S 业务简介G P R S 技术较完美的结合了移动通信技术和数据通信技术尤其是I n t e r a c t 技术，它是这两者技术的结晶。G P R S 是欧洲电信协会G S M 系统中有关分组数据所规定的标准，它可以提供高达1 1 5 K b p s 的空中接口传输速率。G P R S 能使用户的呼叫建立时间大为缩短，几乎可以做到永远在线(a l w a y so n l i n e)。G P R S 业务【2 l有如下几大特点：1)应用广泛。G P R S 是在G S M 基础上引入了三种新的逻辑网络实体：G

32、G S N(G a t e w a yG P R SS u p p o r t i n gN o d e，网关G P R S 支持节点)、S G S N(S e r v i n gG P R SS u p p o r t i n gN o d e，服务G P R S 支持节点)和P C U(P a c k e tC o n t r o l l i n gU n i t，分组控制单元)，可以方便、快速、低成本的为用户数据终端提供远程接入网络的部署。2)较高的数据速率。G P R S 提供的数据速率取决于所采用的编码方式，在标准中有四种编码数据速率，分别为每信道9 0 5、1 3 4、1 5 6

33、和2 1 4 k b i t s。由于能在一个频率上提供全部8 个业务信道，最大的数据吞吐量可高达1 7 1 2 k b i t s。不过由于信道编码和多时隙分配所需的开销，更具实际意义的吞吐量最高值达1 1 5 k b i t s。3)准多媒体无线网络。在较高的数据速率条件下，除了传输文本外还使得传输图片、话音和视频等成为现实。5武汉理工大学硕士学位论文4)大用户容量以及登陆快捷。采用分组方式，增强了用户的容纳能力，且G P R S 网络接入速度快，分组交换接入时间缩短为少于1 秒，提供了与现有数据网的无缝连接。5)较好的实时性。G P R S 有两个重要的C o n t e x t，其中M

34、 M C o n t c x t 实现了用户总是在线，即用户随时与网络保持联系。无论网络还是终端设备随时都可发起数据传输，减少了传统拨号过程中的延迟。这点在电力负荷管理系统中尤为重要。6)与I P 网无缝连接。G P R S 的核心网络层采用口技术，底层可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的口网络无缝连接。7)计费合理以及资源利用率好。用户只有在发生数据传输时才占用无线资源，且一直在线，G P R S 可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(Q o S l的计费功能。用户可以在保证话音业务质量的同时，利用无线信道的空闲资源提供分组业务，大大提高了网络资源的利用率。通过以上介绍，G

35、P R S 技术给我们提供了在更加优化的无线通信平台上来实现负荷管理系统的数据传输的可能性，同时也可以增加数据传输的实时性，降低数据传输的成本，并且克服G S M 短消息的时延问题。2 1 2G P R S 业务的实现1)G P R S 的基本网络结构G P R S 是在G S M 系统基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，它采用分组交换技术，能兼容G S M 网络并在网络上更加有效的传输高速数据和信令。为了实现G P R S，在现有的G S M 网络中需要增加三个主要节点，分别是G G S N、S G S N 和P C U，G P R S 网络的系统结构如图2 1 所示。图2 1G P

36、 R S 网络系统结构6武汉理工大学硕士学位论文G S N 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G P R S 寄存器，G S N 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。G S N 可以是一种类似于路由器的独立设备，也可以与G S M 中的M S C集成在一起。G S N 有两种类型：一种为S G S N(S e r v i n gG S N，服务G S，另一种为G G S N(G a t e w a yG S N，网关G S N)。S G S N 是G P R S 网络中最重要的网络节点，它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G G

37、 S N 之间完成移动分组数据的发送和接收。G G S N 主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如I S D N、P S D N 和L A N 等。在有的文献中，把G G S N 成为G P R S 路由器。G G S N 可以把G S M 网中的G P R S 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T C P I P 或x 2 5 网络。P C U 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。B G(B o r d e rG a t e w a y 边界网关)用于处理漫游。G C G(G P R SC h

38、a r g eG a t e w a y，G P R S 收费网关1 专门用于收费。P T M S C(P o i n tT oM u l t i p o i n tS e r v i c eC e n t e r 点到多点业务中心】用于处理Q o S 业务的服务器。劲G P R S 协议模型移动台(M S)、S G S N 和G G S N 之间的G P R S 分层协议模型如图2 2 所示I P X 2 5R e l a yI P X 2 5S N D CS N D CG T PG T PL L CR e l a yL L CU D P 厂r C PU D P 厂r C PR L Cl U

39、 CB S S G PB S S G PI PI PM A CM A CN SN SL 2L 2物理链路物理链路物理物理L lL l链路链路R F 接口R F 接口U mB S SG bS G S NG-nG G S N图2 2G P R S 网络数据传输协议模型a)U m 接D(B S S 与M S 之间的接口)U m 接口是G 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 R L C(M e d i u mA c c e s sC o n t r o l R a d i oL i n kC o n t r 0 1)层、L L C(L o g i c

40、 a lL i n kC o n t r 0 1)层、S N D C(S u bn 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。U m 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G S M 空中接口的载频带宽为2 0 0 k H z，一个载频分为8 个物理信7武汉理工大学硕士学位论文道，如果8 个物理信道都分配为传送G P R S 数据，则原始数据速率可达2 0 0 K b i t s。考虑纠错码开销，则最终数据速率可达1 6 4 K b i t l s 左右。M A C 为媒质接入控制层。M A

41、 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。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。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。L L C 层负责在高层S N D C 层的S N D C 数据单元上形成U 地址、帧字段，从而生成完整的L L C 帧。另外，L L C 可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重

42、发控制。B S S 中的U 且层是逻辑链路传递层。这一层负责转送M S 和S G S N 之间的L L C 帧。u 且层对于S N D C 数据单元来说是透明的，即不负责处理S N D C 数据。S N D C 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T C P I P 地址和加密方式。在S N D C 层，移动台和S G S N 之间传送的数据被分割为一个或多个S N D C 数据包单元。S N D C数据包单元生成后被放置到L L C 帧内。网络层的协议目前主要是T C P I P 和X 2 5协议，这些协议对于传统的G S M 网络设备是透明的。b)G b 接1

43、 2(S G S N 与B S S 之间的接口)N S(N e t w o r kS e r v i c e)网络业务层用于传送上层的B S S G P。B S S G P(B a s eS t a t i o nS y s t e mG P R SP r o t o c 0 1)协议，在传输平台上，该协议用于在B S S 与S G S N之间提供一条无连接的链路进行无确认的数据传输。C)G n 接1 2(G G S N 与S G S N 之间的接口)L 1 L 2 是底层网络相关协议。U D P T C P 中U D P 提供差错保护，用于承载不要求可靠传输的G T PP D U；而T C

44、P 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G T PP D U。G T P(G P R ST u n n e l i n gP r o t o c o l，G P R S 隧道协议)，用于G P R S 骨干网中G S N 间的用户数据和信令的传输，是节点之间的互连协议。d)G i 接口(外网与G G S N 之间的接口)在该接口上没有新协议。G G S N 作帧处理后，得到I P 数据包，分析该口包的目的地址，若恰为本地P D Pc o n t e x t 所标示的某一M S 地址，则把该数据包送至G n 接口的软件模块，作进一步处理。8武汉理工大学硕士学位论文2 1 3G

45、P R S 数据传输中关键问题分析及对策1)G P R S 数据传输问题由于网络编码方式和终端支持因素的制约，以及移动营运商的限制，G P R S的实际数据传输速率典型值比理论速度慢得多。因为射频资源有限，G P R S 的应用会冲击现有的网络容量。G P R S 采用的G M S K(高斯最小移频键控1 调制技术是一种次优化调制。G P R S 对无线信道质量的要求高于G S M，对信息丢失或损坏的容忍度小。在传输过程中，G P R S 会产生潜在的转接时延短消息业务支持存储转发，但G P R S 标准中未提及任何存储机制，除短消息与G P R S 的互相链接。目前还没有任何一家主要手机制造

46、厂家宣称初期的G P R S 终端支持无线终止接收来电的功能启用。G P R S 服务时，用户确认就服务内容的流量支付费用。无线终止的E P 流量会允许未经授权的内容发送给终端而不被收取费用。但是，由于不能保证无线终止的终端应用，用户可能要为不想收取的垃圾内容付费。G P R S终端是否支持无线终止威胁G P R S 的应用和市场开拓。2)解决方法鉴于短消息方式时延较大，并且容量有限的问题，在网络允许条件下尽量采用G P R S 方式进行传输。这样对服务器端的短消息模块的负载要求能降低到较小的程度。数据传输网络做到专网专用，不进行其它通信服务操作如上网、电话等，减少因此产生的垃圾流量或者病毒冲

47、击。用户和移动运营商的问题均会导致数据的发送接收失败。为了保证数据的正常传输，要保证用户S I M 卡不欠费，服务器一直保持对I n t e m e t 的连接等，以使网络处于可靠的通信状态。接收方可以在收到数据后，向发送方反馈信息，告知传送结果。发送方可以判断数据是否发送成功，否则间隔一段时间后进行数据重传，增加系统的可靠性。在使用移动通信方式传输数据时，通信质量系统可靠性安全性等性能在很大程度上取决于移动运营商的网络建设及服务质量。当移动运营商发生网络故障，或不支持某项业务时，改用其它方式进行数据的传输。2 2G P R S 终端协议研究G P R S 技术是移动通信技术和I P 技术相结

48、合的产物，数据在传送过程中要遵循T C P I P 协议，也就是要有源点和目的I P 地址。管理中心直接和因特网相连，9武汉理工大学硕士学位论文被分配一个固定的口地址。但是，终端处于G P R S 网络中，它不会被分配固定的口地址，也就是说它的口地址是变化的，是动态分配的。而P P P 协议正是用来接入G P R S 网络，并动态申请口地址的。本节将详细介绍G P R S 终端实现无线数据传输所用到的相关协议，其中主要对P P P 协议原理作重点介绍。2 2 1T C P I P 协议网络协议通常分为不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比如T C P I P t 2 0

49、，2 1 1，是组不同层次上的多个协议的组合。本系统的网络协议层次如图2 3。应用层传输层网络层数据链路层物理层电力规约电力规约飞C P K 町晤T C P 叽y D PI PI PP P PP P PG P R S 网络_ G P R S 网络协议协议G P R SG P R S图2 3 系统网络协议层次借鉴网络通信O S I 的7 层标准，系统只需是以下5 层网络协议：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。为了避开与本系统无关的G P R S 内部复杂的协议转换和数据操作流程，图2 3 把G P R S 服务节点和网关节点等G P R S内部节点简化为G P R S 网络，把G P

50、R S 内部协议及I n t e r a c t 网关协议等协议简化为抽象为G P R S 网关协议。I P 处于网络层，提供统一编址和路由服务，它屏蔽了上层协议与数据链路层的关系，使物理结构完全不同的网络能够互联互通，是I n t e m e t 的基础。由于应用层协议都是以口为基础的，因此G P R S 用户可使用现有的大多数网络应用，如浏览网页、收发电子邮件、F T P 下载等。U D P 和T C P 处于运输层，为主机提供端到端的通信。它们处理通信过程中的各种细节(错误处理，流量控制等)，使上层协议能够专注于通信的内容。下面主要对P P P 协议进行介绍。P P P 协议处于数据链路