GPRS及遠(yuǎn)傳組網(wǎng)方法

一、GPRS簡介及選擇最早的移動通信電話是采用的模擬蜂窩通信技術(shù)，這種技術(shù)只能提供區(qū)域性話音業(yè)務(wù)，而且通話效果差、保密性能也不好，用戶的接聽范圍也很有限。隨著移動電話迅猛發(fā)展，用戶增長迅速，傳統(tǒng)的通信模式已經(jīng)不能滿足人們通信的需求，在這種情況下就出現(xiàn)了GSM通信技術(shù)，該技術(shù)允許在一個射頻(即‘蜂窩’)同時進(jìn)行8組通話。它是根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)而確定的頻率范圍在900～1800MHz之問的數(shù)字移動電話系統(tǒng)。GSM數(shù)字網(wǎng)也具有較強(qiáng)的保密性和抗干擾性，音質(zhì)清晰，通話穩(wěn)定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開放，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。不過它能提供的數(shù)據(jù)傳輸率僅為9.6kbit／s，而當(dāng)時的Internet幾乎只提供純文本的信息。針對GSM通信出現(xiàn)的缺陷，在2000年又推出了一種新的通信技術(shù)GPRS，該技術(shù)是在GSM的基礎(chǔ)上的一種過渡技術(shù)，GPRS在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP分組數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。（一）GPRS介紹GPRS—GeneralPacketRadioService，通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。GPRS網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)核心是在GSM網(wǎng)絡(luò)中傳送分組數(shù)據(jù)，它的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面，即：實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)與無線網(wǎng)絡(luò)資源的最佳結(jié)合；實現(xiàn)了IP協(xié)議的透明傳送。與原有的GSM比較，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢：(1)通過多個GSM時隙的利用，支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?，理論峰值?71Kbps；(2)不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組GPRS信道，但只有當(dāng)某一個用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時才會占用信道資源。這樣，通過多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)用，更有效地利用了無線網(wǎng)絡(luò)信道資源，特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸，很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點(diǎn)；(3)GPRS計費(fèi)方式更加靈活，可以支持按數(shù)據(jù)流量來進(jìn)行計費(fèi)：(4)與無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)不同，GPRS能夠隨時為用戶提供透明的IP通道，可直接訪問Internet中所有站點(diǎn)和資源(WAP用戶只能訪問特定的WAP服務(wù)器)：(5)采用信道復(fù)用技術(shù)，每一個GPRS用戶能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線；另外，GPRS還能支持在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進(jìn)行語音通話等等。（二）無線通信系統(tǒng)通信方式的比較無線通信方式主要有無線電臺、撥號、GPRS網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字線路四種。1、無線電臺無線數(shù)傳電臺是目前常用的遠(yuǎn)距離通信方式之一。電臺適合多點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)越多，費(fèi)用越低。一般數(shù)傳電臺設(shè)備費(fèi)用約2000—4000元，天線架在離地面約30m以上時可傳輸20—50km或更遠(yuǎn)(架中繼站)；另外建專網(wǎng)還要向當(dāng)?shù)責(zé)o線電管委會申請專用頻點(diǎn)，申請專網(wǎng)頻率每年要交費(fèi)；用無線電臺作為通信手段，主要存在以下一些問題：1）無線電超短波電臺的局限性，一般臺站的天線應(yīng)遠(yuǎn)離高大建筑物，但實際情況不能滿足這一要求，而且風(fēng)、雨、雷等對數(shù)傳電臺有巨大影響，造成站臺的巡查、加固和修復(fù)工作量增大。2）無線電頻譜是一種資源，隨著國家對無線電頻譜資源的限制和對電磁污染的治理，無線超短波通信已不是企業(yè)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)淖罴逊桨浮?）現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)不僅需要人工巡查維護(hù)，維修費(fèi)用大，并且由于體積大和發(fā)射功率大，對儀表運(yùn)行造成干擾。2、撥號利用公共電話網(wǎng)，通過MODEM撥號，配合相應(yīng)軟件來實現(xiàn)監(jiān)控。它明顯的缺點(diǎn)是只有撥號后才能通信，不能同時“點(diǎn)對多點(diǎn)”通信等等。而且無論是上位機(jī)還是客戶端都得必須具備專門的電話線。對于上位機(jī)而言，每一個下位機(jī)對應(yīng)的上位機(jī)都要具備一條電話專線，且一個上位機(jī)只能接收一條電話線，也就是說下位機(jī)和上位機(jī)是一對一的關(guān)系，上位機(jī)也就不能稱得上是服務(wù)器了。3、數(shù)字線路數(shù)字線路價格在這幾種方法中最經(jīng)濟(jì)，但它的前期電纜鋪設(shè)時間和費(fèi)用投入都比較大，鋪設(shè)中問要有中繼站，線路周圍不能有大的干擾，在運(yùn)行過程中，要注意防雷、干擾、防破損等工作。數(shù)字線路雖說是最經(jīng)濟(jì)的一種方法但是它所受的限制很大，數(shù)據(jù)只能傳輸?shù)接行尉€路鋪設(shè)到的地方。4、GPRS網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)是依托于手機(jī)模塊的功能實現(xiàn)的，只要是具有GPRS功能的手機(jī)模塊在有移動信號的地方都可以使用，無需用戶自己鋪設(shè)有形電纜或架設(shè)基站。以上的幾種通信方式可對比如下：二、GPRS無線通信系統(tǒng)的組成及原理（一）GPRS無線通信系統(tǒng)組成GPRS無線通信系統(tǒng)主要由傳感器、智能儀表、GPRS模塊、GPRS／Internet網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)管理程序五部分組成。GPRS模塊是儀表數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)，同是也是接收到的服務(wù)器數(shù)據(jù)所到達(dá)的終點(diǎn)，模GPRS／Internet網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)妮d體，GPRS模塊通過登陸GPRS網(wǎng)經(jīng)過GSN網(wǎng)關(guān)到達(dá)Intemet網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ堋?shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)管理程序即服務(wù)器是程序是用戶用來監(jiān)視儀表運(yùn)行狀態(tài)的人性化程序，可以對參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控并對通信記錄進(jìn)行記錄和查詢，對不同的儀表進(jìn)行訪問，監(jiān)控其在線狀態(tài)等功能；服務(wù)器程序還可以供儀表廠家對儀表進(jìn)行維護(hù)和維修，遠(yuǎn)程判斷其部分故障從而節(jié)省時間，也大大方便用戶的使用。2．2GPRS無線通信系統(tǒng)原理GPRS無線通信系統(tǒng)由發(fā)射設(shè)備、傳輸介質(zhì)、接收設(shè)備三大部分組成，具體組成如圖所示。發(fā)射設(shè)備由信號源、變換器、發(fā)射機(jī)組成。信號源主要是提供系統(tǒng)所需要傳送的信息，例如GPRS無線傳輸系統(tǒng)中的傳感器和智能儀表實現(xiàn)的功能；變換器的作用是完成待傳送的信息與電信號之間的互相轉(zhuǎn)換：發(fā)射機(jī)的作用把電信號轉(zhuǎn)換成高頻振蕩信號并由天線發(fā)射出去，與LQ8110功能相當(dāng)。傳輸介質(zhì)是信息的傳送通道，在本系統(tǒng)中功能與GPRS／Internet網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)。接收設(shè)備由接收機(jī)、變換器和受信人組成。接收機(jī)把高頻振蕩信號轉(zhuǎn)換成原始電信號，受信人是信息的最終接受者。在GPRS無線通信系統(tǒng)中，當(dāng)信息由客戶端到數(shù)據(jù)中心時，發(fā)射設(shè)備主要為LQ8110，受信人是處在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)中心；而在信息從數(shù)據(jù)中心到客戶端時，LQ8110為接收設(shè)備，數(shù)據(jù)中心為信號源。對于數(shù)據(jù)中心來說，無論是作為受信人還是信號源，接收機(jī)和變換器部分的功能是由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商實現(xiàn)的。通信過程的第一步是建立數(shù)據(jù)中心和LQ8110之間的通信鏈路。數(shù)據(jù)中心做服務(wù)器，客戶端LQ8110向服務(wù)器請求連接，連接建立后客戶端主動發(fā)送注冊碼(區(qū)別客戶端的ID)到服務(wù)器，這樣就建立起了通信鏈路。其次是數(shù)據(jù)的傳輸，可以通過通信鏈路發(fā)送和獲儀表的相關(guān)信息。數(shù)據(jù)傳輸過程如下：數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流形式通過串行方式由儀表送給GPRS通信模塊上，與中國移動基站進(jìn)行通信，基站SGSN(ServingGPRSSuportNode)GPRS業(yè)務(wù)支持節(jié)點(diǎn)再與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN(GatewayGPRSSuportNode)GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，GGSN對GPRS分組資料進(jìn)行相應(yīng)的處理。GPRS模塊以GPRS資料包的形式通過GPRS網(wǎng)絡(luò)把資料發(fā)送到中國移動的內(nèi)部網(wǎng)(CMNET)，然后由中國移動通過GPRS業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，把資料發(fā)送到Internet上，處在Internet上的數(shù)據(jù)中心收到來自儀表端的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心到達(dá)儀表的流程和這個過程正好相反。三、GPRS無線傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)過程本章主要研究無線傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)過程、GPRS無線通信模塊LQ8110的功能及使用，其中無線傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)包括組網(wǎng)方式、DNS(DomainNameSystem)、端口映射、及GSN(GGSN和SGSN合稱GSN)。GPRS無線傳輸系統(tǒng)采用的是服務(wù)器／客戶端模式。（一）組網(wǎng)方式由于GPRS無線數(shù)據(jù)終端與其它無線數(shù)據(jù)傳輸不同，它是基于TCP／IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且上位機(jī)(數(shù)據(jù)中心)是接入公網(wǎng)(Internet)任何一臺計算機(jī)。數(shù)據(jù)中心具有動態(tài)或固定的公網(wǎng)IP地址，或者是從中國移動中獲取的數(shù)據(jù)專線接入從而具有固定的移動子網(wǎng)IP地址。根據(jù)用戶的不同需求，及采用的組網(wǎng)技術(shù)方案的不同，產(chǎn)生了以下兩種組網(wǎng)方式：1、組網(wǎng)方式一使用向中國移動申請專線的方式來構(gòu)建服務(wù)器與通信終端的通信鏈路，這種方案的信息傳遞在中國移動內(nèi)部即可完成。服務(wù)器數(shù)據(jù)中心需要也有一個手機(jī)模塊，服務(wù)器擁有移動子網(wǎng)的固定IP地址，通信終端可以直接請求連接。該方案對用戶來說是操作最簡單的方案，性能穩(wěn)定，可靠性高，但同時是初始費(fèi)用及后續(xù)費(fèi)用最多的一個方案，適合大數(shù)據(jù)量的用戶使用。2、組網(wǎng)方式二使用普通的Internet來構(gòu)建服務(wù)器與通信終端的通信鏈路，手機(jī)模塊通過GGSN網(wǎng)關(guān)與Internet相連，這就需要服務(wù)器擁有固定IP或通信終端已知服務(wù)器IP地址。由于固定IP使用費(fèi)用高，而且對于想要查詢服務(wù)器信息的任何一個用戶來說不一定都具有固定IP(比如說無線上網(wǎng)卡)，這就限制了客戶的使用范圍，所以不建議使用固定IP。另外一種辦法就是GPRS終端通過服務(wù)器域名來訪問服務(wù)器，服務(wù)器使用動態(tài)域名解析的方法獲取服務(wù)器(數(shù)據(jù)中心)的IP地址(見圖3．3)，從而與數(shù)掘中心建立連接并互相傳輸數(shù)據(jù)。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于用戶使用范圍廣，費(fèi)用低廉，完全能滿足數(shù)據(jù)量小的用戶。鑒于以上原因采取組網(wǎng)方式二中的動態(tài)域名解析的方案來組網(wǎng)。（二）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇LQ8110支持的網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議有TCP／IP和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議提供面向連接、可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，TCP已經(jīng)實現(xiàn)了發(fā)送．應(yīng)答機(jī)制，數(shù)據(jù)無差錯、無重復(fù)的發(fā)送，且按發(fā)送順序接收，TCP本身就是可靠鏈路傳輸，提供一個時時的雙向的傳輸通道，能很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場傳輸?shù)囊?，可以將它同電話系統(tǒng)相比，在開始數(shù)據(jù)傳輸之前，用戶必須先建立連接。UDP協(xié)議提供無連接服務(wù)，兩臺計算機(jī)之間的傳輸類似于傳遞郵件，消息從一臺計算機(jī)發(fā)送到另一臺計算機(jī)，但是兩者之間沒有明確的連接，數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式發(fā)送，不提供無錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。在運(yùn)輸層的控制機(jī)制中，UDP沒有流量控制機(jī)制，在收到分組時也沒有確認(rèn)。但是，UDP提供了某種程度的差錯控制。如果UDP檢測出在收到的分組中有差錯，它就丟棄這個分組。而TCP使用使用確認(rèn)分組，超時和重傳來完成差錯控制。UDP由于自身特點(diǎn)，以及GPRS網(wǎng)絡(luò)UDP端口資源的有限性，在一段時間沒有數(shù)據(jù)流量后，端口容易改變，產(chǎn)生的影響就是從服務(wù)器中心端向GPRS終端發(fā)送數(shù)據(jù)，GPRS終端接收不到。到底選擇哪一種協(xié)議通常是由需要創(chuàng)建的應(yīng)用程序決定的。在收發(fā)數(shù)據(jù)的時候，應(yīng)用程序是否需要得確認(rèn)信息，如果需要，則使用TCP協(xié)議，在收發(fā)數(shù)據(jù)之前先建立明確的連接；此外在連接建立之后，TCP協(xié)議將維護(hù)連接并確保數(shù)據(jù)的完整性，實現(xiàn)了發(fā)送—應(yīng)答機(jī)制。所以這次選用的是TCP／IP協(xié)議。（三）網(wǎng)絡(luò)路由網(wǎng)絡(luò)路由是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)從GPRS的移動網(wǎng)絡(luò)上傳遞到Internet網(wǎng)絡(luò)，以便服務(wù)器接收的路徑。在普通局域網(wǎng)內(nèi)的用戶要想發(fā)送信息到Internet網(wǎng)絡(luò)，眾所周知是通過局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)的。而GPRS移動網(wǎng)絡(luò)類似一個大的局域網(wǎng)，實現(xiàn)這個局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作用的就是GSN。BaseStationSystem(BSS)基站系統(tǒng)。（四）動態(tài)域名解析1、域名解析Internet網(wǎng)絡(luò)通信中，任意兩臺主機(jī)都是通過全球唯一的IP地址進(jìn)行連接的。那么常用網(wǎng)址例如“”是怎樣得到IP地址并對應(yīng)的，這就用到了DNS服務(wù)器，DNS服務(wù)器用于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)(如一般的局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)等)中，它用來通過用戶友好的名稱（如“”）代替難記的IP地址(如“1)以定位計算機(jī)和服務(wù)。DNS(DomainNameSystem)域名解析服務(wù)，“”就是這里的域名，而DNS簡單的說就象一個地址翻譯系統(tǒng)，上網(wǎng)時輸入的網(wǎng)址，是通過域名解析系統(tǒng)解析得到對應(yīng)的IP地址，找到相應(yīng)的網(wǎng)站。在一個TCP／IP架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)(如Internet)環(huán)境中，DNS是一個重要且常用的系統(tǒng)。主要的功能就是將易于記憶的域名與難以記憶的IP地址作轉(zhuǎn)換，執(zhí)行DNS服務(wù)的這臺網(wǎng)絡(luò)主機(jī)，可以稱之為DNS服務(wù)器。因此，需要用到類似“”的域名的地方，必須已為此名字在DNS服務(wù)器中作好了相應(yīng)口地址的映射工作。如果IP地址有所變化則應(yīng)通知DNS服務(wù)器，才能保證下次訪問時的成功鏈接。2、動態(tài)域名解析動態(tài)域名解析是域名解析的特例，與域名解析不同的是它所解析出的IP地址是變化的。前邊提到了在網(wǎng)絡(luò)中的任意兩臺主機(jī)的IP地址是全球唯一的，IP地址是一個點(diǎn)分十進(jìn)制的格式表示，例如：6，可見點(diǎn)分十進(jìn)制的IP對于全球的網(wǎng)絡(luò)用戶來說容量是很小的，所以不可能賦給每一個Internet網(wǎng)絡(luò)用戶以固定IP，所以網(wǎng)絡(luò)管理者想到了這樣一個辦法，給正在上網(wǎng)的用戶一個IP，下線后收回所用IP，用戶下一次上線時再隨機(jī)分配給一個不同或相同的IP，相當(dāng)于在空閑時刻IP分給了別人使用，這樣就大大減少了IP地址的使用量。這樣來說，對于一個用戶而言，IP成了動態(tài)IP，每次上網(wǎng)的IP與前一次都不一定相同。動態(tài)域名解析可以解析出服務(wù)器的動態(tài)IP。從另一個角度來說，申請固定IP的費(fèi)用比動態(tài)IP的費(fèi)用高出好幾倍，這也使使用動態(tài)IP的機(jī)率增加了很多。動態(tài)域名解析就可以解決費(fèi)用的問題。動態(tài)域名解析是將一個域名解析為一個動態(tài)的IP地址，每次在電腦IP地址發(fā)生改變時，軟件會自動將新的IP地址發(fā)送到DNS服務(wù)器，或者服務(wù)商提供的服務(wù)器上，對域名的解析進(jìn)行修改，也就是當(dāng)再次訪問同一個域名的時候，DNS服務(wù)器會自動連接到變化了的IP地址。而儀表和數(shù)據(jù)中心通信時是用IP地址進(jìn)行訪問的，讓這個變化的IP始終被捕捉到，域名解析就很重要了。如果用戶是固定IP的話則不存在動態(tài)域名解析這方面的考慮了，客戶端可以直接用IP地址連接服務(wù)器。常用免費(fèi)動態(tài)域名解析軟件有每步、花生殼等軟件。（五）端口映射1、端口在Internet上，各主機(jī)間通過TCP／TP協(xié)議發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報，各個數(shù)據(jù)報根據(jù)其目的主機(jī)的IP地址來進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇。可見，把數(shù)據(jù)報順利的傳送到目的主機(jī)是沒有問題的。現(xiàn)在的操作系統(tǒng)大多支持多程序(進(jìn)程)同時運(yùn)行，那么目的主機(jī)應(yīng)該把接收到的數(shù)據(jù)報傳送給眾多同時運(yùn)行的進(jìn)程中的哪一個。端口映射就可以從中選定所提供服務(wù)的程序。按照OSI七層模型的描述，傳輸層提供進(jìn)程(應(yīng)用程序)通信的能力。為了標(biāo)識通信實體中進(jìn)行通信的進(jìn)程(應(yīng)用程序)，TCP／IP協(xié)議提出了協(xié)議端口(protocolport，簡稱端口)的概念。端口是一種抽象的軟件結(jié)構(gòu)(包括一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和I／O緩沖區(qū))。應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用與某端口建立連接(binding)后，傳輸層傳給該端口的數(shù)據(jù)都被相應(yīng)的進(jìn)程所接收，相應(yīng)進(jìn)程發(fā)給傳輸層的數(shù)據(jù)都通過該端口輸出。端口用一個整數(shù)型標(biāo)識符來表示，即端口號。端口號與協(xié)議相關(guān)，TCP／IP傳輸層的兩個協(xié)議TCP和UDP是完全獨(dú)立的兩個軟件模塊，因此各自的端口號也相互獨(dú)立。端口使用一個16位的數(shù)字來表示，它的范圍是0—65535，1024以下的端口號保留給預(yù)定義的服務(wù)，例如“80”端口是系統(tǒng)定義給訪問網(wǎng)頁時所專用的端口。2、公網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)公網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)是兩種Internet的接入方式。公網(wǎng)接入方式上網(wǎng)的計算機(jī)得到的IP地址是Internet上的非保留地址。公網(wǎng)的計算機(jī)和Internet上的其他計算機(jī)可隨意互相訪問。內(nèi)網(wǎng)的計算機(jī)以NAT(網(wǎng)