gprs模塊與服務(wù)器通信原理分析 - 全文

　　GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio System）的縮寫，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱為2.5G。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(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，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級。有了GPRS，用戶的呼叫建立時間大大縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”。此外， GPRS是以營運(yùn)商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準(zhǔn)來計(jì)費(fèi)，從而令每個用戶的服務(wù)成本更低。

　　GPRS的主要特點(diǎn)：

　　相對原來GSM的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS采用分組交換技術(shù)。由于使用“分組”技術(shù)，用戶上網(wǎng)可以免受掉線的麻煩。此外，使用GPRS上網(wǎng)的方法與 WAP不同， 用WAP上網(wǎng)就如在家中上網(wǎng)，先“撥號連接”，而上網(wǎng)后便不能同時使用該電話線，但GPRS則較優(yōu)越，下載資料和通話可以同時進(jìn)行。

　　從技術(shù)上來說，聲音的傳送（即通話）繼續(xù)使用GSM，而數(shù)據(jù)的傳送則使用GPRS，就把移動電話的應(yīng)用提升到一個更高層次，而且不需重新組網(wǎng)，十分經(jīng)濟(jì)。 GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機(jī)發(fā)送及接收電子郵件、在Internet上瀏覽等。使用GPRS，數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接受，這意味著用戶總是在線且按流量計(jì)費(fèi)，降低了服務(wù)成本。

　　GPRS的最大優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸速度不是WAP所能比擬的。目前的GSM移動通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒9.6K字節(jié)，GPRS手機(jī)在今年初推出時已達(dá)到 56Kbps的傳輸速度，到現(xiàn)在更是達(dá)到了115Kbps（此速度是常用56k modem理想速率的兩倍）。除了速度上的優(yōu)勢，GPRS還有“永遠(yuǎn)在線”的特點(diǎn)，即用戶隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個例子，用戶訪問Internet時，點(diǎn)擊一個超級鏈接，手機(jī)就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，主頁下載到本地后，沒有數(shù)據(jù)傳送，手機(jī)就進(jìn)入一種“準(zhǔn)休眠”狀態(tài)，手機(jī)釋放所用的無線頻道給其它用戶使用，這時網(wǎng)絡(luò)與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當(dāng)用戶再次點(diǎn)擊，手機(jī)立即向網(wǎng)絡(luò)請求無線頻道用來傳送數(shù)據(jù)，而不像普通撥號上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴柌拍苌暇W(wǎng)。

　　GPRS通信基本工作原理

　　GPRS是在原有的基于電路交換（CSD）方式的GSM網(wǎng)絡(luò)上引入兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)： GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）。SGSN和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個MS的存儲單元實(shí)現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)。GGSN支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于IP的GPRS骨干網(wǎng)和SGSN連通。圖1給出了GPRS與Internet連接原理框圖。

　　GPRS終端通過接口從客戶系統(tǒng)取得數(shù)據(jù)，處理后的GPRS分組數(shù)據(jù)發(fā)送到GSM基站。分組數(shù)據(jù)經(jīng)SGSN封裝后，SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)支持接點(diǎn)GGSN進(jìn)行通信。GGSN對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)。

　　若分組數(shù)據(jù)是發(fā)送到另一個GPRS終端，則數(shù)據(jù)由GPRS骨干網(wǎng)發(fā)送到SGSN，再經(jīng)BSS發(fā)送到GPRS終端。

　　PRS的協(xié)議模型

　　Um接口是GSM的空中接口。Um接口上的通信協(xié)議有5層，自下而上依次為物理層、MAC（Media Access Control）層、LLG（Logical Link Control）層、SNDC層和網(wǎng)絡(luò)層。Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道。GSM空中接口的載頻帶寬為 200KHZ，一個載頻分為8個物理信道。如果8個物理信道都分配為傳送GPRS數(shù)據(jù)，則原始數(shù)據(jù)速率可達(dá)200Kbps。考慮前向糾錯碼的開銷，則最終的數(shù)據(jù)速率可達(dá)164kbps左右；MAC為媒質(zhì)訪問控制層。MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動終端共享；LLG層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程HDLG的無線鏈路協(xié)議；SNDC被稱為子網(wǎng)依賴結(jié)合層。它的主要作用是完成傳送數(shù)據(jù)的分組、打包，確定TCP／IP地址和加密方式；網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議目前主要是Phasel階段提供的 TCP／IP和L25協(xié)議。TCP／IP和X.25協(xié)議對于傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如：BSS、NSS等設(shè)備）是透明的。

　　GPRS的應(yīng)用范圍

　　GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在有GPRS承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，GPRS可以提供系列交互式業(yè)務(wù)服務(wù)：

　　1、點(diǎn)對點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為兩個用戶或者多個用戶之間發(fā)送多分組的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)要求有建立連接、數(shù)據(jù)傳送以及連接釋放等工作程序。

　　2、單點(diǎn)對多點(diǎn)業(yè)務(wù)。根據(jù)某個業(yè)務(wù)請求者的要求，把單一信息傳送給多個用戶。該業(yè)務(wù)又可以分為點(diǎn)對多點(diǎn)多信道廣播業(yè)務(wù)、點(diǎn)對多點(diǎn)群呼業(yè)務(wù)和IP多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)。

　　3、點(diǎn)對點(diǎn)無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。各個數(shù)據(jù)分組彼此互相獨(dú)立，用戶之間的信息傳輸不需要端到端的呼叫建立程序，分組的傳送沒有邏輯連接，分組的交付沒有確認(rèn)保護(hù)，是由IP協(xié)議支持的業(yè)務(wù)。 GPRS除了提供點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、 GSM短消息業(yè)務(wù)和各種GPRS電信業(yè)務(wù)。

　　GPRS模塊通過花生殼與服務(wù)器通信

　　這里用的內(nèi)網(wǎng)動態(tài)域名解析軟件就是花生殼，想了解其他的內(nèi)網(wǎng)動態(tài)域名解析軟件可去百度查找。首先要去花生殼網(wǎng)站（http://hsk.oray.com/）注冊一個自己的賬號，這個賬號以后就相當(dāng)于自己服務(wù)器的域名了，然后下載花生殼客戶端安裝在要作為服務(wù)器的電腦上（安裝詳情可百度搜索），然后打開登錄賬號，網(wǎng)上關(guān)于花生殼的使用方法很多如http://www.gezila.com/tutorials/11124.html（隨便搜的）這里不再贅述。對于建立服務(wù)器部分本人也不是很懂，但是可以用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手軟件來測試一下花生殼是否能夠正常，并且能查看一下GPRS模塊是否上傳了數(shù)據(jù)，需要注意的如下：

　　花生殼設(shè)置部分如上圖，其中應(yīng)用名稱可以按自己的想法隨便更改，內(nèi)網(wǎng)主機(jī)這一欄應(yīng)該填寫當(dāng)前自己電腦的IP地址（如127.0.0.1），映射類型就選擇端口映射，端口號可以自己填寫（如8282），下一步就是設(shè)置網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手。

　　如上圖，協(xié)議類型選擇TCP Server，本地IP地址就填寫當(dāng)前自己電腦的IP地址（應(yīng)該與花生殼填寫的一致），本地端口號與上面花生殼的相同即可，點(diǎn)擊連接，至此簡易的“服務(wù)器”就算是建完了，如果收到的了數(shù)據(jù)則會在側(cè)欄里顯示出來，這個就和串口調(diào)試助手基本一樣了。下面再介紹一下GPRS模塊部分。

　　GPRS模塊數(shù)據(jù)上傳

　　這里的上傳就是指上傳到上面所說的“服務(wù)器”中，首先來看一張通信原理圖，

　　與上面的通信原理圖相似，只是多了一個域名解析服務(wù)器，通過內(nèi)網(wǎng)動態(tài)域名解析軟件（花生殼）和域名解析服務(wù)器將非公網(wǎng)IP的電腦映射到Internet中，這樣就可以在互聯(lián)網(wǎng)中找到自己做服務(wù)器的那臺電腦了。 這里的GPRS模塊選用的是SIM900A（比較常用），可用單片機(jī)的串口與其連接，通過AT命令就可以實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的功能了。這里用到了AT命令主要有這幾條：

　?。?）AT+CGCLASS=“B”

　?。?）AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”

　?。?）AT+CLPORT=“TCP”，“2000”

　　（4）AT+CIPSTART=“TCP”，“yangjin********.oicp.net”，“21785”

　?。?）AT+CIPSTART=“TCP”，“42.96.164.52”，“80”

　?。?）AT+CIPSEND 其中的

　　AT+CGCLASS=“B”是設(shè)置移動終端的類別為B類， AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”是配置協(xié)議 AT+CLPORT=“TCP”，“2000”注冊端口號

　　AT+CIPSTART=“TCP”，“yangjin********.oicp.net”，“21785”是利用域名和端口號連接服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)

　　AT+CIPSTART=“TCP”，“42.96.164.52”，“80”則是用固定IP和端口號上傳數(shù)據(jù)，（4）（5）兩條命令任選一個，這里用的就是（4）利用域名和端口號連接服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)，其中的域名就在花生殼上注冊的賬戶名后面加上“.oicp.net”，其中的端口號是自動分配的，如下圖所示端口號就是“21785”。

　　最后AT+CIPSEND是發(fā)送指令，當(dāng)發(fā)送命令后SIM900A模塊返回“》”就可發(fā)送數(shù)據(jù)字符串了比如“123456”接著發(fā)送“→”（十六進(jìn)制為0x1A）模塊就會發(fā)送“》”后面的字符串了，如果聯(lián)網(wǎng)成功“服務(wù)器”將會接收到字符串，如下圖，詳細(xì)的指令請參考SIM900A的AT指令集。

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