基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)接口

摘 要：介紹了GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信的工作原理及應(yīng)用GPRS技術(shù)進(jìn)行無(wú)線通信的設(shè)計(jì)方案、軟硬件的實(shí)現(xiàn)。嵌入式GPRS無(wú)線通信技術(shù)為數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)提供了極大的便利，縮短了應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，減小了開(kāi)發(fā)難度和風(fēng)險(xiǎn)，具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：GPRS CMS91-900/1800 P89C669 AT命令集 TCP/IP 嵌入式
　　目前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有GSM、GPRS、CDMA2000三種，GSM屬于2G網(wǎng)絡(luò)，會(huì)被后兩者迅速替代，所以不考慮接入到GSM網(wǎng)。 GPRS、CDMA2000采用的是2.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)中國(guó)國(guó)內(nèi)將會(huì)普遍用到的。雖然說(shuō)CDMA2000采用的是碼分多址技術(shù)，在理論上比GPRS更為先進(jìn)，但是在實(shí)際情況下由于網(wǎng)絡(luò)條件等一些外來(lái)因素的影響，在國(guó)內(nèi)表現(xiàn)并不如GPRS理想。所以還是考慮接入到GPRS網(wǎng)絡(luò)。
GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)都可以應(yīng)用，如城市配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、自來(lái)水、煤氣管道自動(dòng)化、商業(yè)POS機(jī)、INTERNET接入、個(gè)人信息、股票信息、金融、交通、公安等。除了支持傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，GPRS也可使無(wú)線終端支持B2B、B2C 的電子商務(wù)和電子支付、股票交易、銀行轉(zhuǎn)帳等應(yīng)用。GPRS同樣可以應(yīng)用于公司內(nèi)部網(wǎng)（INTRANET），基于IP的遠(yuǎn)程LAN 接入，使無(wú)線終端成為L(zhǎng)AN的延伸。但是，普通的GPRS模塊在使用時(shí)有些局限性，它沒(méi)有內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，需要用戶(hù)提供TCP/IP 的支持；就是說(shuō)，需要在使用GPRS 模塊的上位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)中嵌入TCP/IP，這是一個(gè)復(fù)雜而繁瑣的工作，有時(shí)甚至超過(guò)了應(yīng)用本身的工作量?；谔峁┮环N簡(jiǎn)便實(shí)用的GPRS 通訊解決方案的需求，作者開(kāi)發(fā)了嵌入式GPRS移動(dòng)無(wú)線通信模塊，它內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，簡(jiǎn)化了接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在用戶(hù)終端和服務(wù)器之間的透明傳輸，使用戶(hù)可以方便地應(yīng)用GPRS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
一、GPRS無(wú)線通信技術(shù)
1．GPRS網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPRS是GSM Phase2.1 規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，能提供比現(xiàn)有 GSM 網(wǎng) 9.6kbit/s 更高的數(shù)據(jù)率。GPRS 采用與 GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)。因此，在 GSM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建 GPRS 系統(tǒng)時(shí)，GSM 系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動(dòng)，只需作軟件升級(jí)。
構(gòu)成 GPRS 系統(tǒng)的方法是：
（1）在 GSM 系統(tǒng)中引入 3 個(gè)主要組件
①GPRS 服務(wù)支持結(jié)點(diǎn)(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
②GPRS 網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(diǎn)(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
③分組控制單元(PCU)
（2）對(duì) GSM 的相關(guān)部件進(jìn)行軟件升級(jí)。 GPRS 系統(tǒng)原理如圖1所示：
圖1 GPRS系統(tǒng)原理圖
2．GPRS通信過(guò)程
在GSM 基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要有：
PCU: 通過(guò)對(duì)基站子系統(tǒng)（BSS）進(jìn)行軟件升級(jí)，一種被稱(chēng)為分組控制單元（Package Control Unit，PCU）的新型GPRS實(shí)體將被用來(lái)處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量，并將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量從GSM話音業(yè)務(wù)量中分離出來(lái)。PCU增加了分組功能，可控制無(wú)線鏈路，并允許用戶(hù)接入同一無(wú)線資源。
SGSN:GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（Serving GPRS Support Node，SGSN）為用戶(hù)和GGSN提供分組路由和隧道等功能。GPRS分組從基站直接發(fā)送到SGSN節(jié)點(diǎn)，而不是通過(guò)移動(dòng)交換中心MSC連接到語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)上。
GGSN: 支持節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)（Getway GPRS Support Node，GGSN是GPRS網(wǎng)絡(luò)連接其他網(wǎng)絡(luò)（如Internet）的關(guān)鍵設(shè)備； GGSN對(duì)接收自SGSN的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理后，發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)中,如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)；而來(lái)自Internet的標(biāo)識(shí)有移動(dòng)終端地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)終端上。

二、GPRS通信的硬件實(shí)現(xiàn)
上節(jié)講述的只是簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)流向的過(guò)程，而在實(shí)際通信中，數(shù)據(jù)處理是非常復(fù)雜的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要象傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)那樣進(jìn)行分層考慮。進(jìn)入GPRSmodem的數(shù)據(jù)必須包含各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的加工、協(xié)議的加載都應(yīng)由數(shù)據(jù)端完成。
借鑒數(shù)據(jù)端為PC的網(wǎng)絡(luò)通信OSI的七層標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)本系統(tǒng)數(shù)據(jù)端ARM控制的實(shí)際情況，系統(tǒng)完成的只需是一下四層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。
為了避開(kāi)與本系統(tǒng)無(wú)關(guān)的GPRS內(nèi)部復(fù)雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)操作流程，本文把GPRS服務(wù)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等GPRS內(nèi)部節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化抽象為GPRS網(wǎng)絡(luò)，把GPRS內(nèi)部協(xié)議及INTERNET網(wǎng)關(guān)協(xié)議簡(jiǎn)化抽象為GPRS網(wǎng)關(guān)協(xié)議。
整個(gè)系統(tǒng)的硬件框架如圖2所示。
圖2 硬件框架圖
1．電源部分
電源部分是關(guān)系到CMS91和ARM能否正常工作的關(guān)鍵，選擇芯片必須非常注意。
本系統(tǒng)分別用LT1086CM-3.3、LM7805、LM317T穩(wěn)壓芯片給S3C44BOX芯片供電。通過(guò)一個(gè)線性電壓調(diào)整芯片SP1117-3.3給CMS91供電。
2．CMS91外圍模塊：將麥克風(fēng)、耳機(jī)和揚(yáng)聲器、SIM卡都接到相應(yīng)的CMS91的引腳上去。
3．UART口：CMS91模塊和S3C44BOX的通信是通過(guò)UART1，PC和S3C44BOX的通信是通過(guò)UART0，中間的電平轉(zhuǎn)換芯片為MAX232。
4.天線選擇：強(qiáng)烈建議選用CELLON公司推薦的天線型號(hào)，一般天線是免費(fèi)贈(zèng)送的。
在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)來(lái)自用戶(hù)的設(shè)備需要通過(guò)GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，
三、GPRS通信的軟件實(shí)現(xiàn)
由于開(kāi)發(fā)板與GPRS終端使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和實(shí)現(xiàn)控制功能，所以該應(yīng)用程序要實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送、接收、讀取、刪除等短信相關(guān)的管理功能，以及和語(yǔ)音服務(wù)有關(guān)的撥號(hào)、接聽(tīng)等功能都需要通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，應(yīng)用程序最重要的就是處理好兩個(gè)串口的數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
開(kāi)機(jī)上電后，程序在主函數(shù)中運(yùn)行，ARM和CMS91模塊分別進(jìn)行初始化，ARM的初始化包括設(shè)置串口工作方式、波特率、并初始化變量參數(shù)和標(biāo)志位。CMS91模塊初始化包括重新啟動(dòng)、關(guān)閉回顯、選擇短信格式為PDU格式、開(kāi)發(fā)串口中斷準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。
四、應(yīng)用前景
嵌入式GPRS無(wú)線通信模塊借助于移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，組成虛擬的專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、傳輸可靠、擴(kuò)容性好、組網(wǎng)靈活、建設(shè)周期快、運(yùn)營(yíng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的建設(shè)成本也極為低廉，中心站只添置一臺(tái)服務(wù)器和數(shù)據(jù)通信線路，終端添置一個(gè)嵌入式無(wú)線通訊模塊就能組建完整的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，另外，嵌入式GPRS無(wú)線通信模塊采用透明的數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，很適合用戶(hù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用到不同的系統(tǒng)中。
參考文獻(xiàn)
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[3] s3c44box用戶(hù)手冊(cè)