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基于GPRS的无线传输技术在智能交通系统中的应用研究


哈尔滨工程大学 硕士学位论文 基于GPRS的无线传输技术在智能交通系统中的应用研究 姓名:凌万利 申请学位级别:硕士 专业:导航、制导与控制 指导教师:袁赣南 20060301

哙尔滨工稷大学硕士学位论文

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随着信息社会的发展,人类对信息的依赖越来越强。信息交流在各种交 通信息技术中起着非常重要的作用。而且,移动通讯融经成为当今通讯技术

领域不可或缺的一部分。当今移动通讯服务主蹑是语音和短信息服务,它们
没有完全满足用户的需求,在这种情况下,被称为2.5G的GPRS分组数据业 务出现了。

由于在智能交通中,无线数据传输技术有着举足轻重的地位,因而对当
前的凡种无线数据传输技术特点从经济性、应用范阐和应用前景进行了比较,

妖雨选择了建嗣范围广、覆盖范围全的蜂窝移动通信方式作为本文车载记录
饺酌无线数据传输方案。

随后就当葡蜂窝移动通信中酌GSM,GPRS的数播传输授术作了比较深 入翡分析,详缩讲述了两种技术的阏络结构以及传输原理,从而在论文中最
终选择了嚣合耀、更实际、更经济的GPRS分组数据传输技术作为论文中智

能交逶终端的嚣线数据传输技术,并重点磷究了GPRS体系结构、传输平台、
PDP环凌激活。隧蓐裂用马尔可夫模登对GPRS瞬络经能进行了仿真,并对

仿粪结果遴嚣了}E较详鳃麴分桩,包括对辫塞率静分章斤、对信道利用率的分
孝厅、对传稔速率浆分辑、辩系统吞睦量静分析以及对分组排队时闯静分析,

褥燃的缝埝与蔚人霹窕结巢一致,充分说瓣了马尔可夫模型对于磷究无线传
竣技术中的健竣效率闻题上豹霹行性然两麓他了无线潮络静性珑分析。 论文提出了一釉基于ARM处理器鄹GPRS P羚数据传输麴车载记录仪 通讯方察设计,重点硬寇了列周ARM处理器控制GPRS模块登陆霹络以及 GPRS模块的PPP协议棱中所涉及到的一些关键技术。论文棂据方案设诗了 车载记录仪通讯部分的硬件和软件,共进行了调试。

关键词:ITS;MC35

GPRS;PPP协议;马尔可夫模型

哈尔滨工程大学硕士学位论文

ABSTRACT

With

the development of the information society,the

mankind

is increasingly

outstanding requirement for information.Communication plays稿n important role in

v碰ous

technologies of information

transfer.Existiag

mobile communication

service is malrdy voice and cellular data services do not fulfill the needs of users and providers。In the
ease

ofthis,GPRS network called 2。5G has been developed,

Because in the intelligent transportation,the wkeless data transmission technology has pivotal status.we have carried
on

the comparison

to the current

several kinds of wireless data transmission technology from the efficiency,馕e application scope and the application prospect,and chose the honeycomb mobile

communication way"to be the transmission plan in this paper.
In the paper,we talk about

technology

of

GSM

and GPRS,and then compare

them with each other.We choose wireless data transmission of GPRS a耋last
because it’S more emulates
over

reasonable、e虢ctire
emulates+We

and economical.Then we have

some

the network capability of GPRS with
ca珏see

Marcov

model,and we

annie

the result of

clearly the relation between channel rate、throughput ofsystem.

distribution

and block percentage、transmission


We

bring forward
on

new

communication

plan

of recording macltine

011

vehicles based
to

ARM mad GPRS PPP data

transmission.We

mainly study how

make GPRS module linked with network and some pivotal protocol,and then
on

we have the design of hardware and software based make


the design of project and

lot ofdebugging.

Key

Words:ITS;MC35;GPRS;PPP protocol;Marcov

model

哈尔滨工程大学

学位论文原创性声明
本人郑耋声明:本论文静所有工作,楚在导师的指导

下,出作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据秘文
献等的引用融在文中指出,并与参考文献棚对应。除文中 门经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集

体已经公开发表的作品成果。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
识到本声明的法律结果由本人承担。

作者(签字):么』二△ 翻 作者(签字):篮二丕到


期:劲#;年3月z舀

蹬尔滨王程大学磺士擎整谂文

第1章绪论
1.1论文课题选题背景
随着我国经济的飞遴发展,城市人黼的急剃增加,城市范围的不断扩大,
城市公兴突通客逡量大懈度增加,城市交通作为城市重要的基础设施,无论 在数量逐楚囊量上都存凌一系歹l翡润题,筑魏潆阕莲、城市琢凌翊题、主缝 使用问题、城市舰划问题、交通阻塞问题、交通效率问题、交通安全问题等 等。如何鳃决这一系列阉题,尤其在我毅已经热入WTO麴3凑提-F,熟侮逡应 大客流量的要求,适应圜际间的交流,使城市得以快速健康的发展,多修路

融不再是缓解交通压力的最好办法。在此情况下,国内外有识之士比较统一
瓣溪点是:具有遵过建立智能纯信悫管溅系统,把汽车、霜j税毅及掰使掰的

邋路设备这三方筒有机地综合成一个人机结合的系统,有效利用各种交通设 备,以及与毖指关瓣各转交逶信惑,镬公路网上戆交逶滚处予乎稳的运簸壤 态,从而使交通的安全性、通畅性得到搬大的提高,能源消耗与环境污染得
TI’ansportation

到有效的降低与改善,也就怒说发媵智能交通系绞ITS(Intelligent System),才能从根本上解决这擅问题。

1.2智髓交通系统发展概述
餐簸交逶系统(Intelligent
Trmlsportation

System,麓称ITS)豹产

生是道路建设与交通领域的一场革命,它带动了一个新的产业即ITS产业的
诞生。ITS是在骏完善豹道路设旅基础上,搀是遴敕诗黪提、彀予技术、信

息技术、传感器技术和系统工程技术集成,运用于地面交通的实际需求,建
立起全方位、实时准确、商效的地蘧交通系统。}妇于ITS产业能创造出匮大

翡社会效菔帮经济效益、并具有广溺的教展前景,函魏毽界各国尤其是美、 目、欧等发达国容均斥臣资对该产业进行大力发展。近年来,随篱ITS技术 农我国均广泛应弱,我鏊政瘸对ITS产效兹发震氇给予了裹疫静燕褫,并在
综合利用交通资源、提高交通效率、改善交通环境等诸多方面取得了重大成 聚。但是从总体上面言,我国的ITS产业还剐冈Ⅱ起步,各方耍黪发展都逐不 完善。

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1.2.1智能交通系统的产生
20世纪40年代与50年代的交通工程学研究己经开始注意人一车一路的 相互影响问题。但是,自50年代“汽车化时期”以来,汽车数量的快速增长 和道路的相对慢速建设,道路堵塞、交通事故、环境污染、能源浪费的现象 在世界范围内变得越来越严重。据美国运输统计局的预测结果,到2020年, 美国每天的交通事故将达到29838起,重大事故也将达到185起,由此造成 的经济损失每年将超过1500亿美元。由于土地资源的严重制约,道路建设不 能无限扩展,高速路里程的增长速度仅为3.2%,而私人车辆的旅行增长速 度为86.6%,堵车拥挤的状况日益严重。而且据美国德克萨斯州运输研究所 对美国39个主要城市研究表明,每年因交通拥挤造成损失约为410亿美元, 而且汽油大量的浪费,汽车的废气排放量成倍增加,造成严重的环境污染。 在日本,交通拥挤程度也日趋严重,东京高速道路堵塞严重的路段,拥挤时 间长达17小时,路长达9.37km。每年因交通拥挤造成的时间损失折合约 123000亿元。 在英国,因交通拥挤导致的能源浪费每年达10亿英镑,而且未来30年 的政府预算将加倍,环境污染也将加剧。因此,从20世纪60年代末开始, 世界各国的交通工程师逐渐利用飞速发展的电子、信息、系统工程等高科技 手段来改变交通状况,将信息技术和交通系统结合起来研究交通四要素的时 空关系。大约历经了20余年的时间,相继在世界范围内建立了各种新型交通 系统,由此产生智能交通系统的概念,相应地一些试验系统和实际应用系统 己经在世界许多国家和地区取得了良好的经济和社会效益n“。 可以说,ITS是现代交通发展到一定阶段必然出现的产物,也是国际交 通发展的大趋势。

I.2.2美欧B智能交通系统的发展
ITS最初是在以监控为主体的交通工程(包括交通管理)基础上发展起来 的,开始只是进行道路和车辆智能化的研究,而现在已经扩展到交通运输的 全部过程及其有关部门,因此在欧洲又称之为道路交通信息通信系统(RTT)。 目前其研究范围己逐渐涉及到铁路、水运及航空等各种交通方式,旨在形成 一整套为用户及交通管理部门提供道路交通信息的新型交通系统。 ?美国ITS发展

哙尔滨工程大学璐±学搜捻文

美国ITS的雅形是始予20世纪60年代末期的电子路径嚣向焱统(ERGS)。

80年代中籁秀Ⅱ利福耀甄交通郝fj研究的PATHFINDER系统获得成功,筑詹开 藤了一系裂这方蔷静磅究,1990年美丽运输部成立智髓纯车辆逶路系统 (IVHS)组织,1991年圈会制定了ISTEA(综合地砸邈输效率方案),1994年IVHS
更名为ITS,其实施藏略是通过实飙面向21世纪的“公路交通镩能化”,以

爱扶壤本上辫狭葶爨减轻豢救、混杂、≤}效率、g£滚浚费等交_i毳中瓣蚤静闫遴。 其他如Travtek翻ADVANCE的试验秘实鼯应咫系绞也取得了霪大成就”,。
?欧洲ITS发展

80年代秘期德、英、法等圆先器各囊磅突爨己戆系统。毽燕各国豹弓|簿
系统彼此独立i蠹不攘容,对过竣车辆积邀路交暹管理带来了不便。嚣戴OECD 决定促进这一领域的发展并协调全欧进行有效的合作。1986年,欧洲19个

辍家豹欢麝寒金攮爨开鲶了一矮名先“戈里卡”(戮跹融)鹣联合骚究计翔, 投资额达50亿美元。具体计划中包括许多具体项目,如完善道路设施提高服
务水平的DRIVE计划,建立全欢“交通服务无线数据通讯网”阻及“欧洲缀 簿效激安念交遘计戆”(PROMEHEUS),耗资8亿美元,1987年i0舞进入研究 开发阶段,历时8年;“自动道路和驾驶系统”,耗资1.5亿荧元,历时7年。 ?嗣本ITS发展

ITS在嚣本瓣茨鼹始予20毽纪?G年代, 1973年~1978每,基本艘麓 嫩组织了一个“动态路径诱导系统”的实验。20憷纪80年代中期~90年代
中期的i0年时间,相继完成了路车间通信系统(RAcs)、交通信息通惰系统 (TICS)、舞区域旅行售爨系统、超键能擎辆系统、安全车辆系统及毅交逶篱 理系统等方厦的研究。1994年l胃成立VERTIS(鼹车交通键能协会),1995 年7月成立VICS(道路交通信怠通信系统)中心,1996年4月正式启动VICS, 先在嚣都圈内瑟磊捺囱大蔽、名吉瀑等蟪,1998年舞全霉接避。霹本静VICS 是ITS实用化的第一步,居于世界领先水平n,。

1.2.3我黼智畿交通系统的发袋
我国强交邋运输和管理中应用电子信息技术蛉工{乍早在70年代寒被邑

经开始,娄霹称为交通工疆,穰攥豳际上对ITS欲震韵研究,可|三l认为,交 逶工程豹谚究与斑嗣蹩ITS耪级除敬豹王{睾。嚣戴,我灞懿ITS藩身筑鏊磷 工作早在70年代末就已经开始,当时交通部公路科学研究所与北京市公安局
合作,酋次在中豳避行计弊视控制交通信号的工程试验;80年代裙,国家科

技攻关矮瓣“津塘骧港公路交遴工疆研究”蓄次在蔫等级公鼹上楚诗髯税技

嘧零滚王辗大学磷±学位论文

术、通信技术和电子技术用于监视和管理系统;1986~1995年期间,国家在 交遵管理系统方程开展了一系列疆学研究和工程实麓,森壤枣交逶管理、奁 遂公路监控系统、收费系统、安全保障系统等方面取得了多项科研成果,并
开发生产了车辆梭测器、可变情报板、可变限这标志、紧急电话、分车烈检 测仪、通信控毒《器、益羧墟圈扳等多种专甭设备,嗣定了一系列的标准和规 辩。这些工作无疑是我们今天进行ITS研究和开发的基础。

70年代中鲻戳来,逶过多年来中黧交遥矮域辩技赛耪工稳爨懿不叛努
力,在中国高等级公路建设的带动下,中国在ITS的开发和应用方面也取得 了相当的进步,为今后ITS的深入开发和应用打下了良好的基础。 90年代中期以来,在交通部的组织下,我国交通运输界的科学家和工程

技术人员开始跟踪国际上ITS的发展。交通部将ITS的研究纳入了公路、水 运稳技发展“丸聂”诗麓穗2010年发葳纲要;扶1995年开始,交逯郝簿年
组织代表团参加ITS世界大会,1998年,交通部风懋润总工程师作为交通部 焚镇末部长的代蔽参加。y在韩屋汉城举办的第五屈ITS擞爨大会,并且代表

黄部长在开幕式上发言,介绍了中国道路建设的情况和中国发展ITS的战略。

1.3智麓交通系统串的两种主要技术
在智能交道系统中,定位导航和无线数据转输始终怒ITS中主要组成部 分,也是ITS中的两个主要技术。车辆定位使驾驶员在出行时准确、实时地 薅定出车骧当奏蓼黪位置,劳鞋霆形诧方式显示在瞧子逸黼鸷景中,溺对驾较 员可根据当前得到路况倍息规划出旅行代价最少的最佳行驶路线。无线数据 传输可以饺驾驶鼷实时的接受当髓的交避信息,掌握最灏的道路状况同时可 将当前车辆位置、车辆状况报告绘交通擦制中心,实现求助和通信等功熊。

I.3.I寇位导髋技术
叠|予本文重杰碜}究无线数据传输技术,因蔼下面只筒单静介绍一下现今 的几种定位导航技术。

在车辍定位嚣靛系绞孛,定位是实瑗导戴功髓懿蓑援秘基锻。在人类文 明史上,车辆定位导航系统的研究及发展已经有相当长的历史。就目前来说, 移动定位技术主要有三种:独立定位、地面无线眩定位秘卫星定位技术。 ?独立定位技术簸舆羹瓣就是惯性导靛,它稂据牛顿力学原理进行定经。
?无线电定位技术是依据电磁波的恒定传播速率和路径的可预测性原理,


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常用的无线电定位技术有三种:到达时间(TOA)、到达角度(AOA)和到达时间

差矗参激)。 ?卫星定位技术,与传统的定位方法相比,卫星定位能够在全球范围内为
陆地、海洋以及近地空间的用户提供连续准确的位置、速度和时间信息。主 要的卫羼定位系统肖两种:GPS瓤GLONASS。

1,3.2无线数据传输技术
擎辆定位导舷除T自主导航终,车辆定像露航系统均篱嚣通信瞬络的支

持,餐予铸输蚕耱数据绩惑。随菠电子、诗冀机及蓓惑褥拳技术豹发展,遥 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用于车辆定位系统中。在车辆定位

导航中,应露的通信方式可以归纳巍:常规通僚、集群通信、无线数据广攘、
_翌星瀵僚帮漳窝移韵遥信等。 ?常规通信网数据传输 它是一种最简单的车辆数据传输系统,即建立一个管理中心,多个用户 共享鼹一个或多个馕道,系统一虽设置完毕,器用户仅能利用自己的倍邋避

嚣数鬃馋簸。在该传埝模式下,移动车赣与警疆中心静空中接口方法一羧采
用两种方式:①TDMA;②管理中心顺序查询备车辆信息。

綦于常规通信网进行数据传输组成的车辆数据传输系统,它的作用范围
与信道的波段、中心站的天线高度及发射功率肖关。 ?鬃鼗逶菇网数据传羧 索群通信系统怒一种高级移幼调度通信系统,其特点怒“频率共用”,即

系统所县有的可用信道可为系统的全体用户共用,具有自幼选择信道功能, 它是共摩资源、分掇费用、共魇馕道设备及服务的多用途、离效能的无线调 凌逶傣系统。爱户键次建立逶语藏黄先逡调淡台疆窭孛{毒,调度台薅攘索蓟
的空闲倍道分配给该用户。

集群通信系统的特点:共用频率、共用设施、共享覆盏区、共享通倍业 务、舆商调度指挥功能、兼容有线通信等。它主要有四部分缀成:基站、移
囊台、调度台、控锾中心。 ?广播数据通信(RDS) RDS首先由欧洲各广播公司和欧洲广播联盟,特别是瑞典的Telecom

Radio(STR)和BBC所定义,是在跳频立体声广播(VHF/FM)中剃用附加信邀米 黄送数獾信惑。

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目前,RDS在欧洲已广泛用于交通信息的广播发送,在国内也成功开发 了基于黪S戆DGPS系统。
广播数据通倍在车辆数据传输中仅厢于单向的实时交通信息发送,而对

于现今及未来的交互式的数据传输还存在很大缺点,因藤也缺乏市场。
?卫星通信方式

卫星通信是利用通信卫星提供转发功能,实现远距离、覆盖顾广的邋信。 嚣蔫,IN淞悠勰一A,B,e,赫,蚤+等逮瑟聚邑经建立,缝建大范围煞车辆簸控
系统可以选用卫凝通信方式。 利用卫星遥傣作为车辗定位的数据钱埝方式适用子鬻耍覆盏全垦甚楚全 球范围的车辆。但是,该系统豹车载终端价格昂贵,通信费用也较高,豳此, 对小范围的车辆监控并不适用。而且,其实时性也不能保证。一般采用主动 套淘熬方式对各移动车赣豹定位数据送行采集。 ?蜂窝移动通信方式 常矮遥售系绞程集瓣逶售系绞裁羼予专矮移动逶售耀,由菜一部}j猿立

建设和使用,因而一般都只能在菜一特定区域或都门内使用,覆菔范围受限。
作为在ITS中应用,严重限制了车辆定位监控范围,同时容量也小。由于需 簧独立建丽,费蠲商,丽对需要阚络维护。因丽筑应霜蕊阐和经济角度采说, 它们都不可取。

蜂窝移动遥傣方式摹《震频率复霸技术套效圭|鏊实理了频率资滚靛剥霆,瑟
飘在全国范围内,网络覆盖完全。所以,充分利用现有的蜂窝网实现无线数 据传输业务是一种既有效又经济的手段。 i)基予GSM的数据传输技术

GSM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 送文本字蒋不超避160令,传送绘移蘩台翡短游惑在震户谖嗣模喜起圆I玲羔存
储。与话啻的传输建立和释放过程不同,在GSM系统中,短消息是唯一一种 不需要建立端至4端业务邋道的业务。由予具备这个特点,即便移动台已经处 于电路通信状态,还能同时实现短信息溉务。 2)基于GPRS的分组数据传输 GPRS(General
Packet Radio

Service)逶瑶分组无线韭务,是一种新的

GSM数据传输服务,它将数据以数据包的形式在PLMN内戚其他连接到PLMN

瓣努部鄹络阕伎羧。主癸舒对突发洼数援分组黉遴夔一耱薪业务,与短瀵感
业务类似,提供两类业务:点到点业务和点到多点业务。 多个GPRS用户可以共享一个无线信道,两一个移动用户也可以同时利用

多个信道,因丽GPRS臻户的实际通信速率菲常灵活,可以低予lOkbps,也
可以高于lOOkbps。


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3)基于CDMA及第三代移动通俗的数据传输 第二代系统的一个关键i、蠢题就是它们仅限于话音、传真和低阮特速率的 数据传埝,包攒2.5G熟GPRS系统显然可实现数据熬Internet传输,健理恕

的最高传竣速率也只有171。2kbps,丽实隧传竣速率爨于14。4~43.2kbps,
显然不能满足未来多媒体时代的需要。因而近些年来,各国都相继研究能提 供更高传输速率的宽带cDMA,如欧洲提出的WCDMA标准,美阑的CDMA2000 以及中国的TD—SCDMA标准w。

1.4论文的王佟
本文锋对爨蘸盎予各耱原因遣残豹交暹不便交逶堵塞等漕嚣以及籍能交 通系统(ITS)在围内外当前发展现状,阐述了建立一个蹇善螅ITS(甓能交通系 统)的迫切性。由于在ITS中,无线数据传输技术有着举足轻重的地位,因而

扶经济往、应孺范围和应翊前景等凡方面对几种传输技术迸行了比较,从而
选择了建嘲范豳广、覆盖蕊围全黪烽窝移动透信方式作寿本文无线数据传输 方案。 随着GPRS技术的兴起,分组数据传输方式以其臣大的优势正逐步替代 电路交换方式,因j玩其应用领域正逐步扩大,作为第二代和第三代移动通信 熬过度除段,它也会长期存在,胡信未来静应爝毖将受热广泛,因此本文选 用GPRS传输技术作为智☆&交通终端的传输技术。 本文的主要工作如下: 1)简要说明智能交通系统产生、发展概况并简单介绍几种无线传输技术; 2)分祈GSM及GPRS无线传输原理和技术特点,并对其进行眈较,介绍

了移动终端登陆GPRS网络豹过程;蹋马尔可夫模型分析GPRS网络槛髓并 从阻塞率、信遭利用率、分组传辕速率、系统霉唆量等方嚣对英进行饶真, 之后对仿真结果进行分孛斤,说明了在分配绘GPRS不周数尽专用信道鲍情提
下数据传输的效率及效果,本文的仿真结果对网络参数的选取、优化也将具 有借鉴意义。

3)分析智髓交道系统酌组成原理,并对萁主要传输协议迸行石井究,分析
了各层协议韵缀戏、含义及俸惩;

4)完成了霉载记录仪邋讯模块媳硬件电路搭建及软件捺议装缡写,硬{牛
电路包括ARM处理器电路及GPRS模块接口电路;根据程序滤穆图设计了 主程序及各个协议子程序并对其进行了分析说明,对硬件及软件进行了调试 并藁点分析了软件调试过稔。

论文静最薏是辩全文的总结,说磷了论文的不足和需要改进的地方。

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第2耄GSM翻GPRS无线数据传输技术
2.1

GSM技术
GSM除了以13kbps传输语音之外,还提供几种数据业务。这些业务包括

短消息(SMS)、寻呼北务、传真业务和传统的数据传输。当前智能交通系统的

数撼传输主要应用的是GSM技术,它是秽用GS醚无线公弼缀消息信道圆嚣)
送行数褥遥瀑,并占有较大的枣繇份额。 GSM的短消息嫩务限制每个消息最多160个字符。短消息通信只限于传 送一条消息,也就魁说传送一条消息就是这种通信的全部工作,因而这种通

信是舞步进行的。缀消息业务由斑消息服务中心完成的,短潜息服务中,豁是 GSbl爨戮多}懿实侮,它与移套交换中心稻连,{鬟过基站与稳旗台透信。扶G瓣 网的角度来看,短消息的传递总怒在移动台与巢个短消息业务中心之间进行, 而作为用户,不管炫发出还是收到短消息,对方最终总是别的其它用户。由
此可见,短消息业务在GSM网内是一秘特殊瞧质的通信一,。

2.1.1数据传输体系
GSM茨定义的焱对熹短溪惑妲务襞褥是户嚣短溃怠亟务中?0之麓能佼递
短滔憩,这种短滔怒业务中心邋过专门的MSC按入GSM网。关于短消息管理 的协议如图2.1所示n”,主要内密如下:

1)从移动台到缎消息业务中心(s ̄I.sc)的规约使得移动食能够接收或者 发出矮瀵惑,这一娥终豫为SM-TP。 2)短消息关韶(sMS一关口)副HLR之闻的规约能使短消息关口站囱HLR
查询用户的地址,邋种规约是MAP/C的一部分。 3)MSC与BLR之间的规约以及HLR与短消息关口之闻的舰约能提醒短消

惑盟努中心菜移动螽基处予可敬逶缤浆状态,嚣该移动台强魏霹戆壹予麓凄
服务藏溺等原因未麓收蓟发给稳酌短消息。这一功能必须得到短消息关翻站 和短消息业务中心之间接口信令|;|}勺支持,但是这一接口已经是GSM网以外的 接口,并不是由GSM技术规范来作出规定。

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SM SM

当占凸
图2.1管理短消息传递的规程

2.1.2移动终端数据信息传输
1)当移动台发送短消息时,消息的内容至少包括最终目标的识别号和短 消息业务中心的电话号码,然后通过人一机命令发出传送短消息。 对于比较简单的移动台,一般包括一块小的显示器和足以支持短消息编 辑与发送的键盘。目前己经在部分出租车上所使用的车载终端就有一块小的 显示屏及一些简单的按键,该车载终端现只提供接收消息功能。 传递短消息要求在移动台和短消息服务中心之间存在一条信令路径,如 果没有这样的信令路径可以像建立其它通信一样建立一条路径。消息内容的 传送还需要在无线路径上建立专门的链路层并且使用专门的消息传送规约。 此规约的顶层是用“SM—TP SMS—SUBMIT”消息转移移动台发出的消息。消息 投递是否被确认由底层作出处理,但这种确认只表示短消息业务中心收到此 消息,并不能表明消息到达了最终的目标。如果短消息业务中心做到能从最 终目标得到自动确认,这种端到端的确认信号需要通过另一条短信才能返回。 用户可oJ,N用SM-TP的规约为所发的短消息设置一定时间的有效期,超过这 一有效期,短消息业务中心就不能再传送这一消息而把它清除。 2)当把短消息发给GSM移动用户时,首先要传到短消息业务中心然后才 能选择适当的路由到达移动用户。 当短消息业务中心向GSM移动用户发送短消息时,先要建立“sM—TP SMS—DELIVER”消息。消息中包括一组信息,其中特别应该包含用户消息内容,

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原发者的识别号以及短消息业务中心收到该短消息的时间。“SM—TP SMS—DELIVER”消息的传送路由必须通过MAPIC的查询功能才可确定,方法是: 短消息业务中心把该消息传给与中心相连的关口站,因为一个关口站往往只 能处理有限的用户,所以选中哪个关口站取决于消息传送的对象是否属其管 理。关口站根据原用户提供的目标电话号码向相关的HLR查询从而选择路由 信息。 关口站用七号信令向有关的MSC传递消息,再由MSC投递到移动台,如 果MSC与移动台之间不存在信令路径就需要建立一条这种路径。向移动台传 送的消息不需要用户介入,消息直接存储到移动台的SIM卡,直到页内用户 读完认为不再需要时将其删掉。当SIM卡存储容量已经用足时可以通知网络 端,网络端可以把这种情况作为移动台不能及时处理,而把短消息暂存。一 旦移动台的存储容量能够再容纳新的消息时也会通知网络端,网络端会将原 先暂存的消息再发送给移动台。“。

2.2

6PRS技术
GPRS(General
Packet Radio

Service)通用分组数据业务,是GSM

Phase2+阶段引入的内容,是GSM网络向第三代移动通信演进的第一步。它的 意义就是:一是在GSM网络中引入分组交换能力,二是将速率提高到lOOkbps 以上。作为第二代移动通信向第三代移动通信的过渡技术,它是一种基于GSM 的移动分组数据业务,面向用户提供移动分组的IP或者x.25连接。

2.2.1

GPR¥原理与网络结构
GPRS作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术是

由英国BT Cellnet公司早在1993年提出的,是GSM Phase2+(1997年)规范 实现的内容之一,在Phase2+阶段提供通用分组无线业务,它采用基于分组 传输模式的无线IP技术,以一种有效的方式传送高速和低速数据及信令。 GSM/GPRS是GSM网络的升级,GPRS网是在GSM网的基础上增加以下功能实体 构成的: ?SGSN(GPRS服务支持节点)、GGSN(GPRS网关支持节点); ?共用GSM基站但基站要进行软件更新; ?采用新的GPRS移动台:GPRS要增加新的移动性管理程序;

?通过路由器实现GPRS骨干网互联;

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?GSM网络系统要进行软件更新和增加新的MAP俗令和GPRS储令等。 (1)GPRS系统的基本原理

GPRS楚一耱基于G麟豹移囊势缀数据监务,是凌凌毒熬潞醚黼络基礁上
登加了一个新的网络,葡时在网络上灞如一些硬件设备和软律升级,形赢了 一个新的网络逻辑实体,面向用户提供端到端的、广域的移动分组无线IP

或者x.25谶接。6PRS技术把电信网络和计算机网络有机的连接在一起,朝 麓寒亲全{p阚络乎蠹发怒。放圈2.2抽。系绞嚣理嚣弼|麸霉窭,BSC与MSC之阕
仍是电路交换方式,与外部PSTN等网络连接,提供语音等服务,BSC和SGSN 之间是分组交换方式,一般通过帧中继连接,在BSC中增加了PCU单元,SGSN

和GGSN之间是通过IP网络连接。GGSN可以由具有NAT(网络地址翻译)功能 熬路峦器承撵肉裁IP遣蜓与羚邦网络lP遗蛙夔转羧,这襻,滋可以谤闷GPRS
内部的网络,也可戳遥避APN(接入点名称)访闯外部的FDN/Internet网络。 在GPRS系统中,有两个熏要的数据库记录信息,一怒用户移动性管理上下文
(MM Context),用于管理移动用户的位鼹信息,另一个是用户的PDP上下文(分

组数据协议上下文),矮予喾理飘印骼终璇弱GGSN及蘩ISP之溺熬数据路由
信息。当鼢要访淹GPRS内部网络或外部PDN/Internet网络时,MS向SGSN

发激活PDP上下文请求消息,SGSN再向GGSN发建立PDP上下文请求消息,
GGSN分配终端~个IP地蚍,成功地建立和激活PDP上下文后,GPRS终端才 可以访阔该潮终豹资源。

图2.2 GPRS系统原理图

GPRS系统慕弱基予分缝交换蕊麓数据嚣毫效率方式,在空中羧强弱势部 网络之闻进行分组鼗摇渡务传输,它突破了GSM融骚高速率为9.6kbps的限
制,最高数据速率可为115Kbps~170Kbps。GPRS程无线信道、网络传输信道 的分配上采用动态复用方式,并且仅在有数据通信时占用物理僚遒资源,因

藏大大提裹了频率资源襄潮络婕输资源豹裁弱窭,滋莲了数据传羧速率,搜
得移动多媒体业务成为现实。 (2)GPRS的网络逻辑结构 GPRS网是在GSM网络核心网络引入分组交换平台GSN(GPRS支持节点)实

璐懿,主要镶括SGSN葶珏GGSN。GSN吴蠢移魂路由镑遴功笈,它可以连接番耪

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类型的数据网络,并可以连到GPRS寄存器。GSN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,它既可以是一种类似于路由器的独立设备, 也可以与GSM中的MSC集成在一起。SGSN是无线网部分和数据网部分的分界 线,执行用户位置管理、安全功能和接入控制功能,主要是记录移动台的当 前位置信息,并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。 GGSN是GPRS网络与外部网络的分界线,主要是起网关作用,它可以和多种 不同的数据网络连接,如ISDN,PSPDN和LAN等。GGSN可以把6SM网中的GPRS 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TCP/IP 或x.25网络。GGSN通过可选的Gc接口向HLR请求用户的位置信息,无Gc 接口时,GGSN与HLR间信令过程可以通过支持7号信令的GSN转发。GPRS 网络结构中引入了新的网络接口,如Gn,Gb,Gr,Gp,Gs等。GPRS网络逻 辑结构与接口如图2.3所示n“。SGSN与MSC/VLR,SMS—GMSC,SMS—IWMSC,HLR 之间是用7号信令(SS7)进行信令传输的。同一个PLMN内部,GSN之间通过 Gn接口相连,它们之间的信令和数据传输都是在同一个传输平台中进行,可 以选择的传输平台,如ATM、以太网、DDN、ISDN和帧中继等,SGSN与BSS 之间通常选择帧中继作为传输平台。

…一……偿夸接口———?—--一僧.孥期教搬伯}鞍接口

图2.3 GPRS的网络结构 下面列出了GPRS网络逻辑结构中的主要接口与参考点。

哙尔滨工程大学联士学位论文

R参考点终端设备(TE)与移动终端(MT)之间的接口参考点。
Um接口BSS和艟T之阀的空中接口,其射频部分与GSM楣弱,但逻辑信 道增加了分组数据信道(PDCH)。采用了4种信道编码方式,能支持最多8个 时隙的传输。 ∞羧1:3

Gn接口
邋协议。

SGSN与BSS之阕靛接口。该接瑟既黄送嵇令又传输话务信惠。 同一PLMN中的两个GSN之间的接口,它支持用户数据和有关

镶令鳇传竣,支持移动瞧管理氇溅),在蒸于I}}斡鸯于网中,G珏使鼹GP黔隧 Gp按口不同PLMN中的两个GSN之间的接阴。Gp接口的功能与Gn相似, j魄矫它逶提筷边缘网关(8国,簖火墙滋及不同PL}掰闻互联的功麓,如安全和 路由等。 Gr羧墨SGSN与HLR之阗戆接强。酝为SGSN提供了渡入HLR并获褥蘑 户管理数据和位溉信息的接口,通过MAP信令j挠行传送,该HLR可以属于不

阉的PL渊。
Gs接口SGSN与MSC/VLR之间的羧口。它感用来支持SGSN和淞e/VLR 配合工作的,Gs接口可以大大改游无线资源的使用效率。

Gc按銎GGSN与HLR之润豹接墨。廷有逶遘该哥选接口才可完成将阏绣
发起进程激活,此时支持GGSN从HLR获得Ms的位置信息,从而实现网络发 怒魄数攥业务。 Gi参考点GGSN与外部分组数据嘲络(IP、x.25等)之间的接口参考点。

Gf按口SGSN与EIR之问的接口。交换有关数据,认证Ms的IMSI信息。
Gd羧口SMS~GMSC秘SGSN之闯翡凌臼敬及SMS—I猕ISC稻SGSN之闯静接 口。通过Gd接口可以提高SMS的使用效率。 (3)GPRS鸯予网络 GPRS骨干网络有PLMN内部骨干网络和多个PLMN之间的骨干网络两种类 型。一个PLMN是指一个移动通僚远营商所经营的通信网终范围,不同的运营

裔组成多个PLMN,全球静PLgJ'{构成一个全球移动通信网。PLMN内部骨干网
在同一个PLMN内部,并且与多个GSN互逑组成Ip网。每一个PLMN内部骨干 嬲都是一个专嗣lP疆,攀采爱访润控毒l橇裁戮运至l掰需安全级蠲鲍IP瓣,

飘仅用于GPRS数据和GPRS信令。PLMN内部骨于网通过Gp接口,采用BG(边
界网关)设餐实现与外部pL蜮蛰于网袒逡。多个PL臻之涵互连瓣嚣于鼷嗣 IP网络,将不同的PLMN内部的GSN与PLMN内部骨干网相互连接起来。PLMN 之间的骨干网络W以是一个分组数据网络(如Internet),也可以是一条专用

线路,遗过篷含黼安全麓麓豹漫游谤议进行选释,器G鞴于PLWIN蠲GPRS骨
干网设备,由不同的GPRS PLMN逡营商在满足漫游协定和BG安全功能的然础

哈尔滨工程大学硕士学位论文

上选用,BG不属于GPRS规范定义范围。GPRS骨干网络如图2.4所示。3。

图2.4 GPRS骨干网络结构图

2.2.2

GPRS系统的特点与应用

(1)GPRS系统的特点 在核心网络引入分组交换平台GPRS支持节点(GSN),在GPRS服务支持节 点SGSN和网关支持节点GGSN之间采用分组交换平台方式,定义了基于TCP/ IP的GTP协议方式来承载高层数据。通过GGSN,实现了与标准Internet网 的无缝连接及与外部IP网络的透明与非透明的连接。 资源利用率高,数据传输与话音共存。GPRS在空中接口采用分组交换模 式,用户只有在发送或接收数据时才占用信道,多个用户可以共享同一无线 信道,一个用户也可以使用多个无线信道,从而提高了资源利用率。GPRS采 用了灵活的策略,以灵活的方式与GSM语音业务共存于无线网络(如Gs接口), 可实现数据与语音的自如切换。 数据传输速率高,自适应能力强。GPRS采用信道捆绑和增强数据率来实 现高速接入,GPRS技术在空中接口采用4种编码方案(CS一1,CS一2,CS-3, cs一4),一个终端同时最多可占用8个分组信道,使得现有的GSM网的数据速 率从9.6kbps提高到171.2kbps(8信道,CS一4编码)。针对不同的无线网络 环境,GPRS系统可根据特定的算法选择合适的编码方案,具有良好的自适应 能力。 接入时间短,按量计费,用户可以“永远在线”。GPRS核心网本身是一 个分组型数据网,支持IP协议,因此能与Internet等网络很快建立呼叫。
14

ii"l赫薯ii掌掌高黛掌芦i—■■墨皇嵩黼i高鞘黼ii爿——■——蕾i爿■鞲若i眷篇甯■■■■i宣篇鞠i篁黼黼—■—摹皇i昔黼嗣耐黼
按入时间为卜3秒,能提供快速即时的连接,可大幅度掇高一魑誊务(如远稔 豁控)的效率,并使Internet寂用(收发Email,两页浏随等)操作更加便旋、

岭容滨工程大学硬±学《巍论文

流粝。GPRS诗费方式怒按糯户接收和发送静蒙裕流置,浚有数据流量传递嚣亨,
即使永远农线,也不会产生费用。 能提供丰富的数据业务,非常邋合突发数据成用业务。GPRS可根据应厢

弱类登秘潮络资添瓣实际情嚣、赠终囊爨,灵活逡择QoS参数,糖实璇语密
和数撼资源的动态分既,娆实现Internet提供的渡务,除了点对点、点对多 点等业务外,还能提供VPN业务,真正实现移动办公功能。通过对无线接仁] MAC/RLC瀑无线凑源黢毒效管毽,藏效圭|燕剩t霹|l售瀵资源,实蕊突发洼数耀豹 鸯效传送。 (2)OPRS的应用领域

∞黔应爱主要分为鬻蠢个入溺户熟横巍斑臻察瑟淘集溪熏户懿级淘嶷
用两种。

对予横向应褥,GPRS可提供Web溺览、Email、文件传输等Internet娩
务,数据簿查诲、增强鍪}短漳爨等渣务。 对于纵向应用,GPRS可提供以下几豢应用:

①运输韭:车辆菔控及智能调度。 ②金融、{委券秘褒韭:无线POS、无线A糍、自羹售货撬、浚囊锾行等。
③公共安全业:随时随地接入远程数据库。

④遥测、遥感、遥控:如气象、水文系统收集数据,对灾害进行遥测和
告警,远程操作。

⑤提供以GPRS承载、业务为基础的网络应用业务和鏊于WAP鹃各种应用。
翔新闻、证券消怠、天气预报、生活资讯等信息点播。

⑥vPN(虚拟专用惩)数务/移动办公室,缆企渡员工越够菠彝雪蕤逮与金数 内部Intranet互通,无线接入内部周域网,降低公司建设自己广域网的成本。 ⑦驽外销售/遭务、裔船管瑾。 ③结合定笾接零,鬟供个搜纯移动定位§菠务。
⑨控制家庭设备nu。

2.2。3移动台对PDP环辘激活
?PDP环境

当移动台镯¥登泶到GPRS网络(GP豁Attach)居,传输数据信患前,必 缓建立一条转竣绩邋,这莓孛运佟模姣豫羹会活警穗(Session Management),

哙尔滨工程大学硕士学霞论文

会话管理的过程是GPRS网络将MS的PDP环境激涵、Ms与SGSN协商出一个

黢务懿葳(QoS)、MS囱释RS登录、黼驭阿络上得涮一个IP地址等过程,经
_;篷这些遘獠君,醛帮胃经过GGSN传送与接毅夕}鄂溺路豹数据。 PDP环境基本上可视为Ms在GPRS蹲络上的地址,每个MS在GPRS网络 上都缭持一个专璃的PDP环境,PDP指的怒分组数据协议(Packet
Data

Protoc01)PDP琢襞痰滠主要蠹餐包攥Ip缝垃与l爨务鑫羧QoS参数,GPRS瓣 终即依摄PDP环境下内容将瞒的数据包传送到曩三确的默的蛾。GPRS嘲络糖

随时掌握MS的所在饿置,这种网络管理机制称为移动性管理埘(Mobility Management),鸯关瓣的燮他参数{楚记录在PDP环壤内。当PDP环境激活蜃, 就是GPRS网络为MS保甓隧定的资源,当艟S缀瓣耀没有韵{乍时,在一般正常 情况下,PDP环境仍然维持激活状态,Ms希望传送数据信息时可鸯接幂Ⅱ用PDP 掰凌逃抒传送,这裁楚为侍么舔GPRS网络具备“永远在线”豹藤因。分激
MS的IP地址有静态指定IP或怒动态分配IP两种澎式。 ?MS对PDP环境建立过程 嚣对PDP嚣凌豹建立过程躲弱2。5掰示nm。

图2。5}aS的PDP环境建立道程
16

哈尔滨工程大学硕士学位论文

1)首先MS传送Activate

PDP Context

Request的指令到SGSN,该消

息包含了除SGSN的IP地址以外的所有PDP格式特性。 2)进行MS的身份验证(Authentication)程序。 3)SGSN收到该指令后,向GGSN发出Create QoS,以及设置MS连接因特网的权限。 4)当这些设置与请求都经过GGSN处理后,GGSN向计费的服务器Radius
PDP Context Request的

请求,GGSN内部Admission Control功能将检验手机通信所要求的服务品质

Server发出分配IP地址请求,Radius Server位于电信运营商的Intranet
内,负责动态分配Ms的IP地址与计费功能,Radius Server验证MS的身份 后,提供MS一个IP地址。
5)Radius Server传回Accounting Response的指令通知C_狐ISN,同时告

知GGSN有关MS应该分配的IP地址。 6)GGSN传回Create 包含MS分配到的IP地址。 7)SGSN发出Activate
PDP Context PDP Context

Response指令给SGSN,这个指令已 Accept的指令告知MS关于PDP

Context己经激活,同时从GPRS网络上得到一个IP地址。

2_3用马尔可夫模型分析GPRS网络性能及仿真

2.3.1构建排队模型的原则
GPRS在原有GSM网络的基础上引入,与语音业务共享有限的信道资源, 未被语音业务占用的信道可根据需求动态地分配给GPRS,该动态过程可以用 一个马尔可夫过程来描述。

这里建立的二维连续时间的马尔可夫链模型考虑到了在动态信道分配方
案下,GPRS用户的多时隙操作和单时隙被多用户复用的情况,并且也考虑了 数据传输中用户从相邻小区切换带来的影响。采用分解技术可求得二维马尔 可夫链的近似解,从而便于对网络的性能进行数值分析。 假设某一个小区的业务信道数为N,其中md个为GPRS专用,剩下的Ⅲ。 (即N-脚。)个信道由数据和语音业务共用,并且语音业务具有较高的优先级, 当语音呼叫到来时,可以中断传输中的数据业务,但是有信道空出提供给数
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峻霹演王毽大学硕士学位论文

据传输时,中断的数据传输有最高的优先级。 当一个GPRS呼叫到来时,系统掇据它请求的售道数邀孬分酝,懿票系统 资源不怒(即无法满足它申请的时隙数),则可以采取两种策略: 1.让该呼叫在排队队列中等待,直到系统有充足的资源分配给它。 2。降低该薛#q所串请豹露除数,将瑗有静信道分配绘它,这基所建的模 型采用此种策略。 在具体分配绩遘(黠熬)兹懿娱,采翅舞下弱分配方寰t善免尽霹麓瓣绘 GPRS用户分配空闲信道;这样分配后,用户的请求仍未得到满足,则采用复 用技术,让该用户与其它用户共享莱些信邋(每一债道上可共享的最大用户数

蠢参数d设定)。翅采没露分配翻饪{哥信邋,刘新糯户进入等待酞列或被阻塞
(Blocked)。 当一个语音移i《至《表露,魏祭分配绘谮音蛰务戆售邂数没鸯超过最大燕 卅。,则尽可能给宦分配倍道,还可以强占已被数据业务占用的公用信道。如 粜被语音占用鹃GPRS用户只占一个信道,那么可以进行嚣内切换,重新给它 分配信道;如果选样分配失败,该GPRS数据传输被中断,进入等待队列。如 聚分配绘语音蛰务装已这弱最大篷,粼耱来戆潺蠢呼朝游被阻塞。

2.3。2骂尔霹美模型
1。模型建立 假设语音呼叫和GPRS呼叫的到达为相互独立的Poisson过稷。Poisson 过程的定义为呼叫到达的间隔时间独立且同为相同的复搬数分农,表达式为:

只:掣Pm

r≥o胆o.(2-1)

数蠢簧竣熬分缝鼹钛符台蟋壤秀三懿}鹭数分奄,鼗据缡玛方窳秀cs~2, 即信道的传输速率为心=13.4kbit/s,每个呼叫申请的傣道数为h,每一个

分组呼Ⅱq接收服务的时间均值为÷,胁=争Ng目--{gNN#NN率。假
跨雎。 L

定语音呼叫在该小区滞留时间服从均值为—L的指数分布,从临近小区切换

;∞iiii_※#iii__ij______i__iiii__iiii__●ll__-。。。…_。。。。一

;;;。。。;,。.譬耋鎏型茎鍪耋i:垒鎏i:..一。。;一。;;;;;;。。。.I

过来的语啻呼叫的到达率为^。,GPRS分组呼叫[招于持续时间较颊,不必考

虑切换。每一信遒复用的GPRS分组呼叫数最大为d,缓冲器用来存放等待分
组呼叫的队列Lw,而语鬻呼叫不必设等待队列,无可用信道时,语音呼叫 橙被阻塞。

按照动态分配信道的原则,以(i,j)波示系统的状态,i和j分别表示小
嚣中语音浮El帮GPRS浮#q豹个数,由上述劳稀霹知:O≤i≤m,,0≤j≤

gmax,Gmax为GPRS的呼叫个数的最大值。

f[(m,十md—f)xd/h]+Lw+l Gmax={

聊,+md—i>h

(2-2)
mv+md—i≤h

【d+Lw

二维连续时阀马尔可夫链的状态转移图如图2.6所示:

《碱融Cu,十F如,1;
图2。6二维马尔可夫链的状态转移模墅 2.模型求解及网络性能指标 上瑟爨述懿马尔霹夫遂买鸯饔羧状态集,逡溪量不可约,新疆具鸯稳态

解。设硝*(%,确,石:,…,玎。),由∑万;=1可得出解。但是状态太多时,一般
采用分解技术求出其近似解。

分解技术应瘸躲翦掇是鳓必熊+/4,)》l,霪的是使GPRS分缀呼Bq瓣状
态转移在每个语诲呼叫状态时尽快达到稳定。由于每个分组呼叫所要传输的
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哈尔滨工程大学硕士学位论文

分组大小较小,服务时间远小于语音业务,所以上述马尔可夫模型符合这一 前提。 对于语音业务,由于具有较高优先级,可以中断数据业务的传输,所以 基本不受数据业务的影响。于是系统中有1"1个语音呼叫的概率为:


其中p,2糕,R。=[薹去(尸,)”]1(2—4)
到h个空闲信道,后来的呼叫只能与已有呼叫复用信道。

R。=÷(成)”Ro,

竹=o,1,…,m,

(2-3)

未被语音业务占用的信道可以被GPRS业务使用,所以有n个信道被语音 业务占用的概率和有m。一n+研。个信道可供GPRS业务使用的概率是相等的。 下面先考虑可供GPRS使用的信道数为C的情况,此时系统中可接入的GPRS 呼叫数最多为Gmax=GPRS(m,+m。一C)。以系统中接入的GPRS呼叫数为状 态变量,其状态转移如图2.7所示。其中k’=[C/h],这k+个呼叫各自分配

h/Jd

2h善k

K+Ⅳd

C弘d

C—d

图2.7固定信道C下GPRS呼叫的状态转移 于是可推出在GPRS可利用的信道(PDCH)为c的前提下,系统中有iq个 GPRS分组呼叫的概率为

去c争”R
只=

0S月≤k+



(2-5)
, o

k+<疗≤N

C一一女+hk+k‘?1

20

哈尔滨工程大学硕士学位论文

其中咒邛+善k"寺c钞n+熬。妻。鲁
肪:掣盘
九 分组阻塞率为

∽。,

(2—7)

B(c)=彘P0
k+ N

(2—8)

数据业务占用信道数

ADC。(c)=∑”厅PⅣ(c)+∑CPN(C)
n=O Ha^‘+1

(2—9)

分组传输速率

h/a 。(c)=∑。只+一。…、只 0)01- 肛+L咒十U 2(只)
n=





由式(2—5)、(2—6)、(2-7)、(2—8)、(2-g)、(2—10)可得出数据业务和 语音业务共享信道的情况下网络性能指标:
m”

GPRS分组呼叫的阻塞率为PBR=∑R。PN(m。一n+md)
n=O Ⅲ”

(2—11)

语音呼叫阻塞率为

VBR=∑R。[I-PN(m,一”+md)】
n=O
月t。

(2—12)

信道利用率

CU=∑R。[n+ADCⅣ@,+md—n)]/沏,+md)
n=O

(2—13)

分组平均传输速率 分组排队时间为

APTR:羔E|P豫。沏。一咒+珊。)
n=O

(2—14)

丁2而1×(薹栉峨(m,+me--n)+委N(”掰。叫日(”珊。
(2—15)

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数据传输系统的吞吐量为DT=乃(1一PBR)

(2-16)

2.3.3仿真及仿真结果分析
1.仿真条件 假定小区中业务信道的总数为16,GPRS专用信道数m。为2, “215kbit/s,以。=lOkbit/s,对于GPRS,h=2,Lw=8。在参数d(允许复 用在同一时隙的最大用户数)分别取1和4的情况下,改变GPRS呼叫产生速

率,根据公式(2一11)一(2—16),可计算出系统的呼叫阻塞率,信道利用率和
分组的传输速率以及系统延迟时间。 2.仿针及结果分析 1)阻塞率仿真 当旯,+九,=0.08+/s时,GPRS的呼叫到达率九=1.0+/s,改变分配给 GPRS专用信道聊一的个数,观察阻塞率的变化。图中m。由0变化到8个。图

图2.8 d=l时的阻塞率

睦尔滨工程大学硪±学位论文

2.8和2.9分别给出了d=l和d=4时的仿真结果。其中d表示每一信道复用
的GPRS分组呼日q数。

图2.9 d=4辩静阻塞率

改变GPRS分组呼叫的到达率和语音呼叫的到达率,观察GPRS分组呼叫
的隧塞率。图2.10莘珏图2。1l鼹示浆是落啻呼Ⅱ《要《达事分别荛0。06霜0。08 时GPRRS数据砰日q阻塞率与GPRS分组呼叫到达率的关系。

圈2.10语音蟹硝为0。06簿静分组融褰率

嗡尔滨工程大学联士学缘论文

嚣2,li语音簿l《为0.08懿熬分经疆纛率 2)信邋利用率仿舆

讴定谮音呼日q固定为0.06个/s。考察信邋的测用率与分组呼口q到达率购
关系。嫠囊结暴鼹鍪2.12嚣示。

图2.12信道测用搴

埝笨滨工程大学磺士学位论文

仿真结果分析:

④隧潢分组孵Eq到达率的遂濒增大,镕道的列用率逐激变大,当d=4时,
蜉蹦至日遮为1.5个/s时,信道乖j用率高达95%以上;

②由于d=4时,一个信道能被更多的用户共察,当某个分组数据传输完 肇对,臻遥可班分配给冀镳霜户,信遘空闲静辩阊穗对减小,瑟淤d=4时,
信道的利用率高于d=l时的信道利用率。 3)平均传竣速率携囊 考察d值分别为1和4时的分组平均传输速率与GPRS分组到达率的关系。 此时语啻n乎Hq为0.06个/s。仿真结果如图2。13艨示。 仿真结果分析: ①随漪分组呼叫到达率的逐渐增大,信道的阻塞率必然增加,所以分组

传戆速率总俸上蹩呈下降趋势;
②d取1时比d取4时的平均传输遮率相对较高,这是因为d取值较小 时表明圊一信道上的共事用户数霹较少,每一用户获得调度的枧会增加,因 戴分组传输速率也随之增加。

图2.13分组平均传输举 4)吞吐量仿真 考察GPRs专羽信道眷畦量与GPRS专绢信道分配数茸的关系(假定语啬呼

晗尔滨工稷大学硕士学搜论文

叫到达率为0.06个/s,GPRS呼叫到达率为1.0个/s)。仿冀结聚如图2.14
掰示。

图2.14系统吞吐鼹 仿真终粟分辑: ①吞畦量随精GPRS专用倍道个数的增大丽增大。由于GPRS专用谊道数

谣增翮,分组数据被成功传输的概率增大,阻塞率降低,因此有更大的吞吐
羹;

②d=4时,由于同一信道焚攀用户比较多,债道利用率较高,毽数信邋
吞睦量院d=l辩大。 5)分缀羲}酞魅瓣瓣仿囊 考察d=1与d=4时,假定谬鸯呼Ⅱq到达率为0.06个/s,分组数据撵默融 闽与分组呼嘲到达率的关系。接队时间单位:秒。仿真结果如图2。15。 仿真缩桑分析

①隧饕分组呼Hq到达零的逐澎燃大,业务墓增艇,耀塞攀必然增鸯簦,掰
以分组排队时间逐渐增加;

②由于d:l时,倍道复霜瀚糟户少,数掰传送不及时,延迟时间必然增
麴,瑟警d=4辩,信道利霜率较离,数据传输阮较及辩,所以延迟时间必然 比d=l时小。

啥容演]二程大学硪圭学位论文

图2.15分组数据排队时间

2+4

GSM稻GPRS技术的比较

蔫甏夯绍了送蔚洚窝移凑数据传输的两释授术。萄前,如果袋求数据的 实时传输,就必将发送大量的短信,累计起来的运营费用相当‘惊人。另外以 娥潢息方式传竣的终端产品,存在羞不可途楚的姣隆,主要表瑗在:
?通讯时延:短信通讯时间短则数秒,长则数分钟,不能满足实时性要求 高的应用要求,必须辅助DTMF谬音信道;

?单谈通讯数据量受陵镪:受短消息邋讯视翻的限制,~条忿信有效数据
载荷只有160个字节左右,这在凝求大数据量传输的系统应用中很不利; ?短信遥莲堵寨延迟阉题:在遴最褰糠簿羧,短信蔷遂堵塞将会造戒矮迟 甚至信息丢失;

?中心建设较复杂:举辍监控遮营中心必须与无线运鏊囊签订暹过专线特 §袋信号收发短信协议,并且要负掇DDN专线的设备和月税费用,从而增加中 心建设的复杂性和成本。
戬上缀清惑终溃系绕掰存在麴滔蘧焱GPRS终添应弱系统中将不复存在, 往终端成本与短消息终端旗本一样的情况下,利用无线互联网机制进行数据 锩输斡GPRS网络在实时蠖、滚量、资费方嚣都蠢擐大熬傀势,藤GPRS焱绕 中心的建设也变褥非常简单,只需ADSL—E互联网即可。

跨家滨王程大学鹾士学位论文
●■■j■iiiii#iit■■i自■■■●■●■■I■■ij■■目||■■■■●■■‘i■ii‘j;ii■■■■●■■iii■∞iiii|■■■■■■iii■■■iiii

2。5本避小结
本章介绍了GSM和GPRS两种无线数据传输技术,重点讲述了两种数据传

输技术翡网络傣系结稼、数据话徐藤瑾,著对其侮输过程{乍了译缀谖弱,焉 码尔可夫模型对GPRS网络性能进行了仿真并对仿真结果进行了分析,对两种
技术进行了比较,选择了GPRS修为车载记录仪瓣无线数握传簸技术。

咯尔滨工疆大学硕士学值论文

第3章智能交通系统原理及主要传输协议
车载终蠛疑ITS重要鳃成部分之一,主要赐予车瓤鳇嶷主导艘以及支持 车辆定位导航所需要通信瞰络。由于各釉通信瞬络数据传输技术的出现,因

而目前在ITS中,车载终端数据传输方案的实现很多。现今市场上应用的车
载终端多采用GPS定位、GSM短消息方式的数据传输榴结合的方案。本章就 车载终端静特点,提密一种新的数据传输方案设计。

3.1系统维成及.工作艨理
基于GPRS的智能交通系绞主要由GPRS通信蹲络、交逶控制中心帮车载

终端系统设备等三大部分组成。如图3.1所示。

—. }. . L


露3。l GPRS车载定经系统鳃成 由于GPRS的在网在线的特点,系统将交通售息的统计翻发毒与一些耀

关机构联网,不仅具有定位、监控、调度指挥和导航功能,还可用来提供交 通状况、紧急救援、旅游和天气报告等信息服务。

3.1.1

fiPRS通信阏络
通信网络瓴括有线Intemet和无线GPRS通信网络,因而具有永久在线

的特点,送信十分涎潘。攘据逶信模式的不同,氍可实现邋话遣可实现数据 传竣以及通话和数据传簸同时燕容。GPRS逯谖网站是数据传埝懿中转枢级, 负责GPRS数据包的接收和分发,同时也可以通过网站提供车辆查询等网上 数据服务。

3.1.2交通控制中心
交通控制中心系统是整个信息系统的通讯核心,主要功能是收集各车载
终端麴位置及其他交通信惑,分辑整理之屠通过通信系统发布戳供翔户查询。

晗尔溱工耩大学硕士学拉论文


ii;;i;#iii_#ii;#ii;#i;ii#;;;iz;;#篇

它镪括数据痒系统、GPRS遥诡软件、GIS软件、、盈务管理软件、GPS数据 分毫跨统计软{孛和网篱监测软件等部分,受费与车载终端的傣息暹谖秘备案, 提供GIS人机界面,满足监控调度统计等铐理需求,同时对整个网络状况进 行监控管理。

3.1.3车载记录仪系统
车裁记录仪有GPS接收机、各芹卒传感辩、蓝牙模块、GPRS模块、微处理
器戳及乡}图设备等。系统框图翔图3.2所示。车载记录仪接收GPS定位信号、 蓝牙模块竖测车辍状态秘车载设备,通过GPRS网络与惑监控中心避行双囱数 据传输,同时响应监控中心的数据指令对车载设备进行控划和监测。系统框 图及工作原理:

l!!兰!苎竖塑}=剥竺竺竺!}=割兰!!型

图3.2车载记渌仪组成框图 ?车载遗录仪接收Gps是位信号,送处疆器2处理籍,密串韶送蓝牙模块

2,再由蓝牙模块2把GPS定位数据售患捷送夔牙模块l。阉时薤牙模块l还 接收来自螓测车辆状态和车载设备灼蓝牙模块发送过来的数据,熄全郝数据
存储于外围存储设备中。蓝牙模块1把接收来的数据信息包括定位信息和车 辆状态信息,通过审口送她理器l,处理器1对接收过来的数据进行PPP打 包籍由GPRS模块经GPRS阐络传送翻Internet网,最终送交通控制中心。 ?交暹控制中心传送过来懿数据信惠,经Internet网佟送到GPRS两络, 出GPRS模块接收屠交处理器l艇包处疆,霹实现显示。固时,处理器l还可

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把箍测车辆状态蓝牙稹块所传送过来的数据进行实时鼹示。

?矫匿设备掰包括存储器、键盘、鼗示器班及话筒。可实现显示、电话紧
急浓救等。 整个车载记录仪系统从总体上说可由信息采集系统、信息收发系统弱信 息存储系统三部分组成,本文研究设计的是信息收发系统部分,确切地说也

就是对蓝劳模块1传送过来的数据如何进行打包发送到GPRS网络,如何进行
显示;对交通控制中心传送过来的数据如何进行解包嚣示;终端可根据具体

谤潺,进行键纛操作,实臻逶话等功麓。

3.2车载记录仪的主要数据传输协议
在方粜设计中,由于数据的传输邋过GPRS网终实现,因嚣软件协议缡写 是数据传输成为可能的关键。GPRS模块其实是一个无线MODEM,设计中要使
这个无线MODEM登录网络,实现数据的发送和接收。所有这些工作就是要根 据本方案硬件的工作原理,菝照TCP/IP网络传输协议制定的标准,来编写一

套逶合靛数据传输协议。
ost开放模型

i塑墨H翌!:i竺三三至画]

互联网协议

i望亟卜岖三三正亟臣五
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o—。“”—’。。“’———__——一‘____-—_H_—____—h—._‘.————_—-___-—_t__———H_—--—_^———J_————_J

图3.3 OSI参考模鼙帮协议棱 像大部分阙终软件一攒,孵终协议接OSI体系结褥,每一层都有一个躐 多个协议以模块化开发和实现。软件中的每一层通掌郝被拣之为栈。要联网 协议可分为5屡模型,如图3.3所示m,。 在网络协议栈中,每层都对上层的数据包添加头部和/或尾部信息,然后

荐褥它们作为一个綮体传遴给下一层。每一层都把从上~联接收到的全部信
患佟为是己的数据遴行处瑗。农一个超文本传输协议MTTP的应用中,如Web

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浏览器要发送一个HTTP命令到随络上的远端主机,TCP会为HTTP命令增加 头部信息,并搬它传送到下一层协议棱IP层。相应的IP层对已被TCP封装 的HTTP包附加IP层头部信息,爵传送给PPP层,以此类推。图3。4.31是HTTP 在TCⅣIP挤议栈中添加的头部和尾部信息。

图3.4 HTTP数据传递和封装格式

3.2.1

lP协议

IP(Internet Protocols)是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的

TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都戬IP数据报格式传输。IP键供不可靠,无连 接的数据报传送。 不可靠豹意思是它不能保诞数据报成功地到达髫的地。IP仅能提供最好 的传输服务。如果发生某静错谡,如路由器暂时黑完缓冲区,IP有一个箍单 的错误处理算法:丢弃该数据掇,发送ICMP消息报给信源端。任何可靠性要 求都霄上屡协议来提供(如TCP或UDP)。 无连接的意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据 报的处理是楣互独立豹。这也说明IP数据搬可以不按发送糇序接收。 IP协议使数播报奁网络内从一台主机传输到嗣内另一台主机成为可能。 它的主要功能有: ?为每个数据包寻找路由并使它到达网肉因瓣圭|垒 ?完成IP包分组和熏组 ?删除网肉过时IP包 IP协议规定lP数据摄需要瀑加头部,以符合基本的互联网透信。该头 部包括连接在互联网上的源端和目的端设备的IP地址。IP地址能唯一识别 网络上的每一台主杌,路出器根据IP地址赢接把数据报转发到它们的目的

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地。通常,路由器并不关心数据报内数据,因为它们的工作就是尽可能地把 数据摄路由到它们的弱的蟪。 分组是IP所要做的另一个任务。当一个包的大小不适合IP下一层协议

的传输时,分组就显得非常必要。如柒一个大的数据报到达IP层时,在传送
他们之前,IP协议把它们分成更小的适合阙络传输的分组,当分组数据报到 达目的地时,IP在传送它剿上层协议前必须把它重组成一个完熬数据包n”。 一个完整的IP协议必须能支持分缓和重组功能,因而这就要求占羽更多 的CPU带宽、更多的RAM和RoM存储资源,更别说它给软件的实现所带来的 复杂性了。本方案设计中,考虑到条件的限制、时间的局限性,同时设计中 传送的数据量小,所以软件没有实瑗分组秀瑟重组功能。妇果远鲻计算毫『1.发送 分组数据包过来时,软件将拒绝和丢弃该包。

iP协议可实现嬲除来自网络内过时的数据识机稍。每个IP数据包头部
都有一个8位长度的生存期(TTL),它显示的是该数据包丢弃蘑,到达曩的地 址所需经过的最大路由数。这是因为无路由的数据包可能会在网络内转圈, 占用窝价傣豹芾宽。IP分组格式如图3.5所示““。
0 4 8 16 19 31

版本
(version)

头部l王=度 服务类型
(Hlen) (TOS)

跃度(Length) 标志
(F1)

标识(Ident) 生存期(TTL) 曲、议

长度(Length) 校验和(Checksmn)

源IP地址(SourceAddr)

目的IP地址(DestinationAddr) 选项(可变)
(00rion(Variable))

I填充(可变)
IPad(Variable)

i篱蒸饕赣骥l鬟鋈i鬟辫嚣鬻鬻蘸霾雾藩瓣鬻滋嚣鬻鬻§戆饕蒸蒸
图3.5 IP分组头部揍式 下面简要描述Ip分组头部格式中每个字段的功能: ?VERSION:版本号,4位。现有两个有效筐:4(现在豹Ipv4标准)和6(未 来Ipv6标准)。本方案中按Ipv4标准编写。 ?Hlen:头部长度,4位。头部长度以32比特字为单位来衡量,通常为5。
?TOS(Type of

Service):服务类型,8位。允许分组根据不同翡应用需

要来进行不同的处理,如可靠性、优先级、时延和吞吐量等参数。

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?Length:数据包长度,16位。包括头部和数据长度,它以字节计数而不 隧,Hlen以字诗数。 ?F1(Flags):标志,3位。~位指示分组,~位是非分组位,最后一使是 保留位。 ?Offset:分缀编移茧,13谯。表示分组编移经萋,便予数攒缀重组。 ?TTL(Time
阅。
to

Live):生存期,8位。表示数据报允许在网络最大生存时

?Protocol:协议,8位。它怒解多路复用密铡,用于识别IP分组应被传 送到何种高层协议。 ?Checksum:头部校验裙,16位。靖整个IP头部按16}E特字的序列计算。 ?SourceAddr:源地址,32位。发送方IP地址。 ?DestinatienAddr:霹粒遮歉,32位。接收方lP遗缝。 ?Option:可选项。该项长度可变和可选,可以为0或更多。本方案应用 中不支持该选项。 ?Pad(Padding):填充区。若裔可选顷,填充为了保证IP头部按32彼边 界结束。 ?Data:数摇嚣。数撵掇受靖。 本方案协议设计中,对每一个到来的数据报版本号、头部长度(防止IP 头长度越过20个字节)秘lP校验积进行捡查。

3.2。2

UDP协议

UDP称之为用户数据包协议,它是一个标准协议,协议号为17(Oxll),

在RFC790中描述。UDP协议缀受欢迎,几乎每个商业产晶的使麓中,TCP/IP
协议栈的实现都包含它。因为应用程序从不直接使用Ip,所以把

8个字节

长度可变

图3。6被IP封装嚣蟾∞P格式 UDP作为IP的应用层。UDP协议头部很小,长度仅为8个字节,因而开销也

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III'I萱

报低,僵它要求应用层负责错误恢复、数据重传等功能。被IP封装后的UDP
数据擞躲3.6掰示n”。 UDP无法缘TCP那样,提供浚控铡释错误恢复,露悉该耨议不可靠。不

可靠意思是当数据报到达它昀强蛉地时UOP不能掇供磺认规划,纛法烦穿媳
调艇失序到来的数据包,无法在两台主机之间提供反馈机制米控制输入信息 的流控制率。陶而,UDP消息可能会丢失或者到达目的地时失序,这也就意 昧稽UDP协议的上层应厢程序去负责数据的可靠传输。 UDP豹头部格式穰篱擎,如图3。7所示。

r———一—————————————————]r———————————————————————弋

的可能的传输协议是把底层网络的主机到主机的传输服务扩展至4逃程到进程
的通信服务。注意UDP定义了两个端日:一个是源端阴,一个是目的端口。 端弱号是一个16bit的二迸翎数,由端到端的协议去识别它应该手巴到来的信 息传送至《耀一受赢蔗协议袋应翔程序。铡鲡,在一个TCP连接中,大家都非 常熟悉蛉端口戟是80。 虽然UDP没有实现流爨控制或可靠的、有序的传簸,但除了麓单欺磐多

匝至三亟三圃臣堕垂亟亟匦三圈 l。 ,. . . 。. . . 。. 、. . . .。,.。 . . 。 , . . . 。. . . 。 一 ,. . . .。,. . 。 。. ,. . 。 . . . 。. _J

PAYLOAD DATA

.!!:竺竺!竺竺jL—兰竺三!!!竺竺竺竺—j
图3.7 UDP头部格式

UDP佟为多路复用和憋多路复用,通过端口发送期接收数据搬。最麓单

路复用外,它毕竟比其他的一些应用进程多作了一点工作,即它通过使用校 验和来确保消息的正确传输。(UDP校验和在现有的因特网中是可选项,但在
IPv6中是必须的。)UDP计算消息头部、消总体内容和伪头部(preudoheader)

躲棱验秘。镄头部囱来毒lP头部静3个字段(协议号、源IP她疆、裔的强 地址)积UDP长度字段缀成。因嚣UDP长度字段在校验秘诗葵中趣含两次。 流行的UDP应用程序蠢:简单网终管理协议(SNMP),一般的文件传竣按
议(TFTP),网络文件系统(NFS),远端过程调用(RPC)等。

3.2.3

lCMP协议
网络控翎消息协议(Internet
Control Message

Protocol,ICMP)通常被

认为是IP瀑韵~个维成部分。它传递麓错报文黻及其能需要的信息,如ICMP

定义了当一个路由器或主枫不戆残磅遮娃毽一个Ip数据报时,向源主税反馈

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错误消息。ICMP报文通常被IP层或更高层协议(TCP或UDP)使用。 ICMP总由IP携带或者说是在IP数据包内封装。在IP头部,ICMP数据 包协议号为l,表示IP携带的是ICMP协议。IP封装ICMP消息掺式如图3.8 所示㈨。
0 8 16

图3.8 ICMP消息格式 ICKIP消息格式缀简单,它必须检渊类型域和代粥域来决定消息类型。傍j 如,类型域设鬣为8要求目标IP地址反馈…个回声应答,源端根据ICMP消 息可知道螬的主枫是否可达。譬魏,ICMP最流行的应罪程序称之为PING。在 代码域之后,紧跟着的是校验和,它是把燕个ICMP包包括在内,不考虑IP 头部。 本瘟用程序实现ICMP,支持发送和接受PING消息。PING消息格式如图 3.9所示。下面给出PING各组成部分的意义。 ?代码8位。对于睡声消怠总是为0。 ?类型8位。8一圈声请求;O一回声应答。

?校验和16位。计算藏个包的校验和,不色括IP头部。 ?标识符和序剜号两个都为16位,帮助回声和应答。 据必须在强声消惠中返回。

?数据对发起端来说,数据大小可选;然i珂,对于到来的PING请求,数

r一~————1
r————————————————]

叵圆[二堕[]
标识符



r一~1
序列号

L—。,。—,,.——。。—。,—。—..—。.————..——,———.。..—一。—。—,—.—..—。。—————.——————————.,——。。—.————。。一
图3.9 PING消息格式

可选数据区

一旦发送方设置类型域为8(N声请求)和代碣为0时,它必须在PING执 行之翦视始化标识符和序列号。如果需要的话,PING发起端可以添加数据到 ICMP包,数据最大不多于64K字节长。由于该数据也用于输入请求,但应用

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程彦拳实魂分缝传辕,因焉本怼蘑程零浚获丢夯懿魏太鹣数据篷。
3.2。4

PPP协议

对枣日链爨来说,今天鲍PPP(point-to-point protoc01)协议跫搜援 最为盛行的连接协议。PPP是~套完成的标准协议,广泛地被工业所采纳,

它允许两台主机之间邋过串口链路,如RS232,实现网内互操作。 鬏撵RFCl662,PPP类钕HDLC(赢馐数据镶鼹控隶《)标准,提供圭|羹缝帮控
制域。对于PPP地址和控制域,它是个常数,分别是OxFF和Ox03。对于RS232

接日,PPP可波看终为嚣自字节墼冥步链接,一整停业位,无努舞菠骏位,
无数据流控制。

PPP的唯一要求就是要有~个全双工电路筒没有要求控制信号,如:RTS
或CT¥的使餍。PPP协议包如粥3.10所示。

J起始标忠I地址J控制J协议l代码!识别号l长度I##I检验和{结豪标志| 0x7E 0xFF 淑7E l 0x03|2BYTE{l转¥霹}l lBYTE}2BYTE|~’;2BYTE{ {
图3.10 PPP包协议格式

每~犊都以标志字符Ox7E开始和结束。幽子每一蟆开始粒结豪橱患字符
都为0x7E。为避免和链路状态混淆,当该字符出现在信息字段中时,PPP需 要对它进行转义。在PPP异步链路模式中,特殊字符0xTD用作转义字符,当

它甾瑷在信惫字段中辩,郡么紧接着字符静第6个留海要取葵反鹞,蒸俸实
现过程如下;

?豢塞理溆7E嚣,褥送薅个字符Ox7D帮Ox5E
?当出现0x7D时,传送两个字符Ox7D和Ox5D

?默认情况下,如聚字符的馕小于Ox20,嚣进行转义。如传送字符为Ox01
时,刚传送Ox7D和0x21 地址和控制字符上面己提过。接下来是协议字段,具体描述表3+l所示。 泌议域为蘧个字繁长,表示信息浚中包含蔼辞类型豹按议钛瑟软件蘩簿 处理。

代码段是LOP,PAP,IPCP以及CHAP扬离镪类型。Ip数据搬通常悬0x45。 对每一帧来说,ID识剐号经协商建唯一的,回答时也使用相同的ID从
而把它们紧密的联系越来。有…个例外,就是当PPP帧封装一个IP数据报时,

不遵守这一援弼。在这耱德猛下,因为有实舔箱途,蘸时ID邋常偿兔镕菠务类
型。

长度麸代避段算越,裂受蘅段结裘。负蘩大小可选,根撂螃议请求或瘦

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答协商选择。如IP数据报,它大小包含在PPP帧大小内。
最后2个字节FCS帧校验和,它是在整个包未转义时计算。 表3.1 PPP包协议域标识符
协议
OxC021 OxC023 0xC223 0x8021 0x0021

描 链路控制协议LCP(Link
Control


Protoc01)
Protoc01)

密码认证协议PAP(Password

Authentication

挑战握手认证协议CHAP(ChMlengeHandshakeAuthenticationProtoc01) 网络控制协议IPCP(Intemet Protocol 网络协议IP(Internet Protoc01)
Control Protoc01)

在一个PPP会话管理中,谁是服务器谁是客户端,双方对等端都没有明 显的差别,两个端点同样都可以携带协商请求。本应用程序规定PPP服务器 作为本地端点位置和ISP处理端点,PPP客户端作为建立连接端点。识别一 个PPP服务器的另外一种方法就是:PPP服务器是要求密码认证的链接端点, 它是认证者。 通常,PPP会话是通过客户端拨打某个网络服务提供商ISP开始的。为 了开启一个会话,PPP客户端必须与ISP经历一个建立、维持和终断的物理

图3.11与服务提供商创建PPP连接 过程。由于本应用采用蜂窝移动无线接入,客户端为车载终端,而ISP就是

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中国移动,这里的服务器相当于GPRS网络中某个GSN。整个链接过程如图3.儿 所示…。 PPP链接建立步骤如下,主要包括以下三步:

1.LCP(链路控制协议)一建立、配置链接及设置参数,如最大帧尺寸; 2.协商认证协议一为PPP定义的认证协议有挑战握手认证协议和密码认
证协议,这些协议的安全级别范围从加密认证(CHAP)到取消文本密码认证 (PAP)。本方案设计中,应用程序仅支持PAP; 3.协商NCP(网络控制协议)—NcP用于建立和配置不同网络层协议,如IP。 包括协商协议头部压缩或IP地址分配。 在一个链路建立完成并可以实现网络层数据传输前,客户湍与ISP相互 之间需要进行一系列的数据交换。PPP提供了建立、配置、维持和终断连接 的方法。建立过程如图3.12所示:

图3.12 PPP链路建立状态转换

PPP链路建立要经过四个阶段:

1.建立和配置协商(LCP阶段)一在该阶段,ISP与客户端交换链路控制
包以及协商链路配置选择。一旦配置选项确认后,进入LCP打开状态。在这 个阶段,收到的任何非LCP包都必须沉默丢弃。

2.鉴权(PAP或CHAP阶段)一这一步可选。对一些链路而言,它可能要
求对等体在允许交换网络层协议包之前对其身份进行验证。本阶段的鉴权协 议使用由LCP阶段协商确认的认证协议。

3.网络层协议配置协商(IPCP阶段)一一旦LCP完成前面两个阶段,网
络层协议就可以由适当NCP独立配置。

4.链接终止一LCP可以在任何时候断开链接。这通常在用户的要求下完
成的,但也可能因物理故障而产生。 LCP是通过交换配置包来建立连接的。在PPP会话期间,LCP协商最先发

生。在最初链接建立期间,最常见LCP协商是最大接受单元、协议域压缩、
magic

number、鉴权协议以及异步控制字符映射,所有这些都在RFCl661和

RFCl662中描述。
39

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表3.2 PPP包代码
类型
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll

包类型
Configure--request Conflgure--ack Configure--nak


描述 包含提出选项及其值的列表 接受所有提出的选项 声明某些选项不接受 声明某些选项不认识 请求终断链接 接受终断链接 声明一个代码未知 声明一个协议未知 唤起注意报文,检查另一端是否活跃 相应Echo-request报文 请求丢弃报

Configure--reject
Terminate--request

Terminate--ack
Code--reiect Protocol--reject
Echo--request

Echo--reply Discard--request

PPP包协商机制依靠包的代码域,表3.2m,给出包代码类别。

3.3本章小结
本章重点介绍了智能交通系统的系统组成及工作原理,并对传输过程中
的主要传输协议进行了比较详细的说明,目的在于从总体上说明系统功能并 对其中无线传输部分的重点难点进行概括总结,为下面的工作打下基础。

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第4章车载记录仪通讯模块软硬件设计
4.1硬件设计
从第3章3.2系统框图可知,处理器1既控制蓝牙l数据的接收,也控 制GPRS模块的注册登录、数据帧的发送和接收,这就需要处理器1是一个双 串口的芯片。ARM7TDMI系列¥3C4480芯片正是具有双串口的芯片,符合要求, 可用其中一个串口接收蓝牙模块l的数据,另一个串1:3将要发送的数据发送 到GPRS网络上,并可以接收网络上发送来的数据。

4.1.1

ARM处理器电路
1)S3C44BOX微处理器 S3C44BOX最突出的特点是它的CPU核使用ARM公司的16/32位ARMTTDMI

RISC结构。ARM7TDMI系统扩充包括Thumb协处理器、片上ICE中断调试支持 和32位硬件乘法器。 S3C44BOX通过在ARM7TDMI内容基础上扩展一系列完整的通用外围器件,

使得系统费用降至最低,消除了增加附加配置的需要。
集成的片上功能描述如下: ?包括1 6/32位RISC(ARM7TDMI)CPU,8KB指令/数据Cache ?系统管理器(芯片选择逻辑,FP/EDO/SDRAM控制器) ?内部高速SRAM ?2通道UART(IRDAl.0,16字节FIFO) ?4通道DMA ?6通道多功能定时器/PwM发生器 ?71位通用i/o端口 ?8通道10位ADC ?IIC总线接口,IIS总线接口,同步SIO接口和时钟PLL S3C44BOX的UART(Universal
Asynchronous Receiver and Transmitter)

41

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路尔滨王稷大学联士学位论文
II
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11"_i;_∞_■;i;_日_

单元提供两个独立的异步串行I/O(SlO)口,都可以运行于中断模式或DMA模 式。也就怒说,UART可醵产生中断清求或DMA请求,以便在CPU和UART之 间传递数獭。激高可支持115200bps的传输率。S3C44BOX中每个UART通道 包含两个潮于接收藏者发送数据瀚i6键FIFOs酞捌。 内都数据邋道并行总线至《这发送单元精,逡入FIFO酞捌,然稻再邋过发 送移顼器TXDn萼}瓣发邀出去。餐怒为了与计算枫遴瘸串行日兼容,还需要使 焉MAX232蕊片将3.3V静TTL/CMOS电平转换箴与酱遥窜行日兼容的信碍,然 爱用予与步}设邀行逶售。数据接收戆过程则穗芨,强都枣曰穰号霈竞经过 淞X232镁瘫平转按,然嚣自R趵n避入撩救移顼器,经过转换螽旅到接收FIFO 队列汇总,最蜃至4达数握总线,由CPU避露处理或嶷接送到存德器中(DMA方 式下)。 ARM系统完成I/0功能的檬准方法是馒用存健器映射i/o。这耪方法使用 特邂的存髓器域缱。当从这些地皱麴载或囱这些遗蛙移鼹砖,它髑提供l内 功能。媳型情况下,从存储器映射I/0地虹}=加载用于输入,面向存储器映射 I/0地址存储用于输出。 S3C44BOX有71个多功能输入/输出管脚,构成了7个2/0接翻; ?两个9位的输入输琏;接口 ?两个8位的输入输出接口 ?一个16位的输入输出接口 ?一个10位的输出接口 ?一个11位静输出按酮n* 2)ARM处理器电路原理图

硬佟电路由串鞠电路、电源电路、外扩SDRAM翮FLASH电路以及A贼处
理嚣主电路组成。原理图如图4.1、4.2、4。3、4。4所示。 在方寨设诗中,审鼙窀踌覆疆鬻熟辫4.1掰示,其主要作滗楚: 1。蒸矛接l|曼瓣静定位接惫、车载状态僖慧《在这基用另一台电脑代替处疆 器2发送数据绘处理器1)遇过串口接收过浓,通过它实现数据抒包,盎GPRS 模块经Internet刚发送到pc枫(模拟交控中心)。 2.接收GPRS模块与处瑷器1之间传输的数据,并将其照示在另一台电臆 土,用于对两者之阅传递数据的贬孵与分橇。

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图4.1串口电路原理图

图4.2电源电路原理图 在ARM处理器外围扩展的SDRAM和FLASH使处理器能够执行更多的程序 并能处理更多的数据,增强了硬件系统的功能,其原理图如图4.3所示。 ¥3C4480电路原理图如图4.4所示。它主要包括LCD接El、串口接口、 与外扩的SDRAM和FLASH的数据总线接口、地址总线接I:3、时钟信号接1:3、 与GPRS模块接口、各种指示灯接口以及电源接口,S3C4480是嵌入式处理器, 在移植了嵌入式操作系统后可同时运行多个任务,且具有很强的实时性。

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图4.3外扩RAM和ROM电路原理图

图4.4¥3C4480电路原理图

嗡笨滨工稷大学硕士学链论文 4.1.2

GPRS模块接口电路

MC35模块提供40芯韵ZIFI接口与外都连接,具体接口寇义如图4.5所
承。

萄4.5 MC35模块原理圈 ?电源壶予MC35模块支持3.3V~4.8V供电,因搿电源设计辩用5伏电

源经过一个二极管,愿到4。3VDC供迄。 ?IGT 40芯ZIFI接口的第15脚IGT为蜒35启动gl脚。(当然,定动MC35
方法很多,这里就不一~说明,只介绍一下用IGT信号崩动模块)欲启动MC35 模块,需在弓l脚IGT上必须有一个下控脉冲且最少需要延时100ms,模块才

能正常宿动。两IOT信号启动模块时序如图4.6所示m,。电路设计中,采用 集魄极开路驱动方式。耀ARM处理器来控制三极管Ql静开关,从而窑璃MC35
模块的启动。
45

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图4.6 IGT信号启动Mc35模块时序囤

?S¥黼ZIFl接口第32辫SYNC为蓠步信号弓i辫,该葶f辩在方案中蔫予状
态灯控制。在翻用该溅蜀作必状态灯控制蔑,需激活*IC35模块居,佼耀

AT“SSYNC设置SYNC引脚为模式l方式。下亟给出状态灯的工作摸式及当靛
模块所处的工作状态,如表4.1所示。因而根据状态灯的照示,可清晰的知 道当前模块的工作状态。状态灯控制电路设计见图4.5。SYNC驱动q2开关状 态。 表4。1状态灯工作模式 状态灯模式 常灭 600ms亮/600ms灭 75ms亮/3s灭 75ms亮/75ms灭 75ms亮/3s灭 闪烁 常嶷 工佟状态 MC35模块处予关闭或睡B受模式或仅充电模式 束插SIM卡或正在搜索网络或正在进行用户验证或网 络注册中等 爵登陆到网络、无电话呼入 一个或多个GPRS上下文被激滔 GPRS数握传竣中。闪烁闻骧0。5S 已建立语窘适接 已建立数握链接或正在躲开遗接

?SIM卡JP2为SIM卡底座接口,和目前一缝手机SIM卡底座相同。方案
中仅用了5个弓l脚。见图所示。 ?语音JP3为谮音猿口部分。采用标准4芯电话底座和模块相连,接上

话麓帮瞬篱,懿可实瑗电话拨努稻接骄。 ?RING ZIFl接口篱17脚,为摄铃弓}嬲。当有语音殍叫时,该弓l瓣闯敝

嗡尔滨工稷大学硕士学位论文

1s低电平,4s商电平。闯样,当传真或数据到来时,RING引脚也会变低,

不过它同语音呼叫不同,一直为低。该引脚可用于检测来电,并寅现振铃。 ?事誓该数壤接盈为异步枝笈事丑,瘸予GPRS模头与数据终璃设备的数 据交换。工作于CMOS电平(2.65V)。该数据接口支持8做数据位,无奇偶校
骏位,一位终止像。可工l乍位速率300bps~115kbps,骞淤波犍警支持1200, 2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200bps。由图可知,Mc35模 块串口共褥8路傣号,从ZIFl的16脚到23脚。CRXDl为MC35模块数掇的 窜弱发送端,CTXDl为模块数据的审蜀接i|芟端。DTR为数据终端猴备好话号。

在程序中,当模块处于在线状态时,DTR可请求终断链接以及当电平由商到 爨转换时,模块露转到余令模式。DCD为载波检溪售号w。

4.2软件设计
本应用软馋按一系列C模块拜发。在镶写软馋时,本藩代秘可重复利用
锻、移植性以及W扩展饯开发,黼而该程序源代码可以移植或稍经修改即可 满足别的类型处理器对GPRS模块的开发。

在应蹋源翟黪中,这整e模块包括隧下死个部分:
●Main.C ●CommDrv。C


ModemDrv.C

●PPP.c ●IP.C ●UDP.C ?ICMP。C

4.2。1主凝】|享设计
Main.£主程序是~个凭5基循环程序,在程房中调用ModemEntry 0秘PPP
0功能函数。它们分别完成OPRS Modem握手和PPP协商。主程序流程 椴图如图4.7所示。
Entry

l、秘始纯程序主要氛摇瑷下程亭:
?Config 0微控制单元初始化,完成看门狗禁止、启动外部晶振、配置中 鞭日及I/O目、摆关骞存器设置等。 ?GPRS—INIT

0 GPRS模块初始化,实现GPRS模块启动,搜索GSM网络。
47

哈尔滨工穰大学硕士学位论文

?IPInit0初始化IP模块指针。
?PPPInit

0翩始化PPP模块,重同步,避免接受不完全IP包。

图4.7主程序流稷框图 2、Ip适配器绑定 IP包发送格式有PPP,SLIP,ETHERNET,SERIAL等。这里IP包采用PPP 接式发送。 3、AT命令

i#i■■■■∞i■■■∞i■i■■;|■i■■■《■i■■■■■i■●■i■■_II

'III■i≈ii■目《#i■■i格 MC35模块有一套宪艇的AT命令集,在这里并不一一介绍,就几个AT命
II

哈尔滨工程大学硬士学位论文

令麓要的介绍如下: ?ATZ【<value>] 值。 ?ATE[<value>] 命令重复使能。在模块处于命令模式时,当模块接收到 终端设备发送字德时,value=O表示模块不反馈发送的指令给终端设备, value=l表示模块爱馈发送指令给终端设备。 ?AT&c[<value>] ?AT&D[<value>] 设蓬电路DCD(载波检测)功能模式。Value=O,载波检 设置魄路DTR(数据终媸准备好)功能模式。当耀R从雕 测线DCD一直处于开状态;value=l,仅当有数据载波,DCD线才处于开状态。 到OFF时,参数value决定模块掘侮茨瘦。 O一模块慧略DTR状态 1--DTR从ON一>OFF,继续保持链接状态的同时,模块转到命令模式 2一DTR从oN一>OFF,断开数据链接,转到命令模式 ?ATV[<value>]设置结果代码格式模式。value值决定反馈信息是数字 代弱还是字符代褐 0一数字代码格式 l一字符代码格式 ?AT+CGDCONT=<cid>,<PD■type>,<是PN>,<PDP_addr>定义PDP上下文 环境。 <cid>,PDP上下文标识符,它是指定了一个特定的PDP上下文定义参数。 参数可选1、2或空。本文选用l。 <PDP—type>,分组数据包捺泌类型,是一个指定分组数据包协议类型的 参数。应用程序中选用IP(互联潮协议)。 <APN>,接入点名称(Access 名称是:CMNET。
<PDP Point

GPRS模块菱位命令。Value=O表示模块复位到用户默认

Name)参数是一个用于选择GGSN或外

部分组数据网络逻辑名称。本应用程序中,选用中围移动接入网终,接入点 addr>,该参数用于识别移动终端PDP的葩主丘空间,该参数为空,

癸日请求动态分配一个IP魂琥。应用程序该项忽略,请求动态分配IP地址。 ?AT+CGATT=[<state>]GPRS网络连接和断开连接命令。该命令实现娜 连接GPRS殿务网络或颇开∞RS网络月睫务。O一断开网络,t~连接网络。

?AT+CGDATA=<state>,<old>,<cid>….PDP环境激活或去激活指令。该
命令用于激活或去激潜指定的PDP上下文。 <state>,指示PDP上下文激活状态。0一去激涟,1一激涟。 <cid>,PDP上下文标识笱,阕AT+e∞e烈T中静<cid>E“,。
49

晗尔滨王程大学硕士学位论文 4.2.2

CommDrv.c模块程序设计

CommDrv,c模块主簧负责串口通信系统的磁确操作,它是访问串口硬件 静驱动甏净。对寝嗣程痔寒说,串弱可看作为是一套“类API(应稻程穿接口)” 戆校穿,送些耨序哥实袋直接籀逻辑操作(OpenComm(),CloseConml(), WriteComm()等)。模块这样编写的强的就是为了代犸的褥剥鼹魏代妈的瑶缎 护蛙。当硬件变化时,只要对滚代码中的部分进嚣骖改,即霹傻月。 每次串口缓冲器接收一个字节字符,CommDrv.c模块为中断产生定义了 中断服务程滓(ISR)代码。然而,ISR由编译器编译产生链按器识剐浆目标代 码,并敖在FLASH ROI_I中,这意睐蒲ISR盼源代码在链渡丽不怒在运行对妄0 嶷装。爨强MCU串霸在运行时效不阉款程净模块爨使弱,这就懿要罨找~耱 方法使不溺魄模块共享ISR。捌翔,MC.U必须逶过串锺发送般会令绘MODEM, 请求激活一个PDP,激活后,又要执行PPP协商。Modem.c和PPP,c必须制耀
CommDrv,e的ISR。

解决韵办法就烂把ISR转到指向最终中断服务处理的RAM中的某个谶方。 挨句话说,中骜鼹务指针魏器数捂针。逶适该方法,程序通过率日能方便魏 控懿爨慕的字符流。 ComnDrv.c的ISR穗序很简单,程序如下。
static void CommDrvDefaultProe(register uint8 static

value);

void(¥EvtProcedure)(register
==CommDrvDefaultProc:

uint8 value)

IIIIII/I/I中断服务程序//////////
void Serial

Serve(void)interrupt激艘一I瞰using



{ if(RI) {(章EvtProcedure)(SBuF):
RI=O;


if娌1)

{sendi ng=O;
TI=O;

) }
static

void(宰嚣vtProe鬯dure)(register
50

uint8 value)

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=CommDrvDefaultProc:

CommDrvDefaultProc在CommDrv中定义的是一个非正式的函数,仅为 EvtProcedure指针初始化而设计。定义如下:
statie void CommDrvDefaultPrOC(register uint8 value):

4.2.3

Modem模块程序设计

在GPRS模块处于命令模式时,AT指令可以通过串口实现对模块操作。 例如,MCU可以通过AT指令使模块请求连接GPRS网络或使用一个简单的指 令取消接入来电。这些命令送给GPRS模块后,模块并不把它发送出去。

当模块处于在线状态时,一旦与远端设备建立链接(如交通控制中心),
模块登录GPRS网络。此时由MCU传送过来的数据,GPRS模块不再试图去理 会该数据。也就是说,在线状态,每个发送过来的数据模块直接通过无线的 方式发送出去,最终通过有线网络传送给远端交通控制中心,而不管传送过 来的是何种数据。在在线状态时,若远端控制中心下线或者因为其他原因载 波信号丢失,模块会自动转到本地命令模式。
GPRS

MODEM驱动在串口通信程序上层运行,同时依靠串口通信程序。因

为这个原因,对于通过串口到来的输入字符,MODEM需要提供自己服务程序, 从而在接收MODEM反馈的信息时避免出现问题。一旦GPRS MODEM在线,MODEM 服务程序从ISR中断服务程序中退出,此时加载点对点链接(PPP)的处理程 序。 简单地说,GPRS MODEM服务程序就是对串口到来的字符进行排队。应用 程序中,定义MODEM队列存储最大字符数为250Byte(按8位计算)。该队列 是一个FIFO(先进先出)缓冲器,大部分MODEM函数都依靠它来完成。应用中 的FIFO和普通的FIFO一样,有两个指针。一个指针用于添加数据到FIFO, 另一个删除队列中的数据。操作过程如图4.8所示。 从图中看出,两个内部指针组成一个FIFO缓冲器。在初始化时刻,由于 缓冲器内存中没有数据,两个指针都指向0,FIFO为空。一旦从串口接收寄 存器SBUF读出一个字符时,它就会被存储在当前空位置指针所指向的位置, 同时空位置指针加1。图中解释了存储来自MODEM反馈回来的ATZO命令过程。 注意空位置指针指向的始终是空闲的位置,且指向最后接收到的字符的后面

那个单元。同样,数据位置指针操作过程类似。为了从FIFO中读出一个字符,
应用程序调用ModemGeteh0函数,通过数据位置指针所指向的当前字符来获 得字符A,同时数据位置指针加1。根据图,此时数据位置指针指向字符T。

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对于来自MODEM的每一个字符,FIFO都重复以上的操作。
空位置

数据位置

空位置

FIFO运行中

陵{灏l鬟! 蘩鬻||I¨|圈鞭§凌i蘸l鬟蠢囊i
千I

图4。8

GPRS

MOD腿接口FIFO实现 //定义MODEM缓冲器大小 //指针指向下一个可获得的字符 //指针指南FIFO中下一个空闲单元 //定义MODEM缓冲器指针
using

FIFO字符摔驮源代码如下:
#define MODEM_BUFFER_SIZE 250 volatile uintl6 mDataSlot=O: volatile uintl6 mEmptySIot=O;
static uint8*ModemBuffer;

void ProeModemReceive(uint8 c)

2f

ModemBuffer[mEmptyS]ot++]=c: mEmptySlot=O;) //FIFO循环

//压入一个字符到队列中

if(mEmptySiot>MODEM_BUFFER_SIZE)//FIFO是否溢出 在处理FIFO时,方法很灵活。例如,为了得到存储在FIFO中的字符个 数,软件只要从空位置指针减去数据位置指针郾可知道。若FIFO内容对齐操 作,仪只要让dataSlot=emptySlot即可。 从FIFO取出一个字符源代码如下:
uint8

ModemOetch(void){

uint8 c=O:

if(mDataSlot!=mEmptySIot){ c=~IodemBuffer[mDataSlot]:
mDataSlot++:

if(mDataSlot>MODEM

BUFFER

SIZE)mDataSlot=O:

return(c):


晗尔滨工程大学硕士学位论文 iiii昔篁黼黼■■—●■—崔—篁邕黼掌葺墨尊罱iii置薯■——■■——萱iii爿篇黼《审iii■●■__●■'II■#审邕离墨墨暑i盲蔫黼—_ else{

4.2.4

PPP模块糕痒设计

PPP模块程序慰猩硬件接口软件的上层运行,它为LCP,PAP,IPCP掇供
必需的协商机制。这些协商都是在固定的状态机上(MCU)实现的,由

P蹭瓿try()甄数爨完成。MCU霹傲裁是响应,它基于鼹接收潮懿内容建交璃
应包,帮助用户按照自己希望的方式进行协商。 PPP模块在内存RAM中定义了两个缓冲器BUFFER:InBuffer和OutBuffer 应用穆序中,两个缓冲器都定义为250个字节。输入缓冲器存储所有PPP输

入包,褥输出缓渖爨存镑嚣毒稳逡惫。这嚣令缓滂器都在PPP模块内定义,
因为在整个PPP层它们一直在搜_掰。这些缓冲嚣都被定义为全局变量,鞠为

别的一赋模块也需使用,每个模块化程序都必颁定义一个结构体来按它们期
望处理数据。图4.9解释了由PPPEntry0函数接收到的回声应答消息类型。

该函数执行IP处理穗序,瞳嚣Ip赶Ip_h攒铮传递绘ICMP处理程澎。在
ICMP处理程序中,ICMP中翡数掭可戳通过谴翊ICMPDatagram结构体中的负

荷域得到。所创建的ICMPDatagram结构体在Icmp.h文件中定义。
*PPP.PkCKE"T *IP In



,砸盎羹蠢羹匦刍羹蔓羹甄奠羹蘸
—l l

一鼍嚣幽一
图4.9在不同的协议模块中麴何共享InBuffer

为了填充输入缓冲器,每次当一个字符通过串口到达时,SBUF中断服务 程序必须把字符传谯给PPP模块中的ProcPPPReceive0函数。一旦接收到的
颧完整势确认最,该蘧数解开这一完整帧。运行过程如图《,lO嚣示。

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Conm'f13rv.c PPP-c

服务程序加载
EventProc

.I

PPp椿帕程岸
ProcPPPReceive

中断服务程序
Interrupt ISRO

输入缓冲器
BYTE

InBuffer[]

设置包 串口服务程序 标志

图4.10 PPP模块中帧输入包接收以及在InBuffer中的存储 对于每一个输入字符,ProcPPPReceive 0担当起中断服务程序ISR的作 用。因为对于ISR来说,和执行主程序通信的唯一办法就是通过全局变量。

\::=e/


图4.11 PPPEntry0函数体流程图

因而,在PPP模块中定义了一个全局状态字节变量PPPStatus。当一个完整

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的PPP帧准备处理时,ProcPPPReceive 0设置一个帧标志IsFlame,这个标 志在应用程序的主循环中由PPPEntry0调用。PPPEntry0函数流程图如图 4.11所示。 根据流程图,当检测到一个PPP包后,PPPEntry 0从PPP包中找到协议 域,并根据相应的协议调用相应的处理程序。PPPEntry 0函数是用switch 语句完成的,因而当要增加新的协议时,只要在switch声明内增加相应的协 议处理程序即可。程序中,当数据包处理结束后,IsFlame标志一定要清除, 这是为了避免帧覆盖。也就是避免当先前接收到的帧尚未处理完毕,而新一 帧又已到来。清除IsFlame标志就是告诉ProcPPPReeeive 0程序它可以接收 另一个PPP包。为此,必须检测首先出现的字符OxTF,即PPP包起始字符。 这也就是为什么需要把另一个标志ReSync设置为真。ReSync标志要求PPP 等待下一个到达包的起始位。

4.2.5

IP模块程序设计

IP数据报是由入口函数PPPgntry0内的switch语句处理。在IP层的程 序处理并不多,唯一的就是检查目的IP地址是否与MCU内保存的模块IP地 址一致。若不一致,表示是一个误路由数据报。程序源代码如下:
void

IPHandler(IPDatagram*ip)( if(!IPCompare((uint8})&ip一>SourceAddress[0])){ )//误路由或接收到广播消息
else

switch(ip一>Protoc01){
case

UDP: UDP

Handler((UDPDatagram*)&ip一>SourceAddress[0]: //处理TCP协议 //处理ICMP协议

break:
case

TCP: break:

case

ICMP:

IcmpHandler((IPDatagram术)&InBuffer[4]):
break: default: break:

//非支持的传输协议 )

} 在复位时,必须要调用IP初始化函数IPInit 0分别初始化IP数据报的

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输入、输出缓冲器指针。Ip_in和Ip out指针是全局变量,因而别的一些模 块也要从开始就依靠它们建立和发送数据报。例如,某些ICMP消息要求访问 IP数据报的TTL域,或是UDP/TCP计算伪头部包括来自IP头部的源IP地址 和目的IP地址。因而,在UDP程序内定义了一个UDP数据报结构UDPDatagram, 该结构包含IP头部的源IP地址和目的IP地址。

4.2.6

IOMP模块设计

ICMP模块中由两个功能函数组成:IcmpPin90和Icmphandler0。
IcmpPing 0函数功能就是发送一个ICMP回声消息给远端主机(论文假设普通

Pc就是交控中心)。Icmphandler 0函数实现功能:根据输入的IP数据报所 包含ICMP消息的类型域来处理到来的IP数据报。该函数程序的源代码如下:
void IcmpHandler(IPDatagrsm*ip){ uintl6 Value;

switch(ip一>Payload[0]){
case

ECHO:

//把ping数据报移到输出缓冲器 Move((uint8*)ip,(uint8*)ip—out,ip一>Length): //在输出缓冲器内交换源和目的IP地址
i‘p_out一>DestAddress[0]=ip一>SourceAddress[0]: z。p_out一>DestAddress【1JIip一>Sourcehddress[1]:

i’p—out一>DestAddress[2]=ip一>SourceAddress[2]: l’p—out一>DestAddress[3]=ip一>SourceAddress[3]: l‘p—out一>SourceAddress[O]=ip一>DestAddress[0]:
i‘p_out一>SourceAddress[1]=ip一>DestAddress[1]:
i‘p

out一>SourceAddress[2]=ip一>DestAddress[2]: //回声应答 //设置ICHP代码为0 //在计算校验和之前清零

l‘p—out一>SourceAddress[3]=ip一>DestAddress[3]: i‘p—out一>Payload[O]=ECHO_REPLY:
l‘p

out一>Payload[1]=0:

l‘p_out一>Payload[2]=0:
ip out一>Payload[3]=O:

Value=IPCheckSum((uint8*)&ip_out一>Payload[O], (ip->Length一20)>>1)://计算校验和 ip—out一>Payioad[2J=(Value>>8): //设置校验和

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ip_out一>Payload[3]=(Value&OxFF): IPNetSend(ip—out):
break:
case

//送ICMP包到IP层

ECHOREPLY:
TRACEROUTE:

break:
case

break: default: break:

) ) 回声类型消息通常指的是来自于远端主机的ping请求。处理程序只要交 换一下源和目的IP地址以及把消息类型设置为回声应答ECHO_REPLY就可以 了。在回声消息包通过IP层协议(用IPNetSend O函数)发送回去之前,ICMP 消息校验和必须要重新计算。

4.2.7

UDP模块程序设计

UDP实现与ICMP的实现没什么不同。然而,由于几乎所有的UDP处理都 是在应用层完成的,在处理到来的UDP数据,UDP模块提供一个CALLBACK函 数使用。 每当一个包含UDP数据的IP包到达时,由UDPSetCallbackProc0中说 明的CALLBACK函数在UDP程序中被调用。若在模块外部没有特别声明,UDP 实现中指定了一个缺省的调用程序。调用函数格式如下:
void

UDPReceive(uintS*data,uint8

size,uint32 RemotelP,uintl6口ort)f

因为在软件中没有缓冲机制,数据指针把回调函数指向UDP数据的物理 位置,该位置是为输入缓冲器InBuffer在内存中分配的RAM区。因为这个原 因,数据必须在运行中处理。

4.2.8校验和程序设计
在程序设计中,链路层的差错控制以及网络层和传输层的差错检测都是 靠本层协议的校验和完成的。虽然都采用校验和检错,但所采用的方法却有
57

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所不同。链路层PPP协议的FcS(帧校验)采用CRC循环校验,而传输层UDP
和网络层IP采用因特网棱验和。 i)黧特瓣校验察实现

因特网校验和的思想比较简单,它是将传输的所有字加起来,然后传输 这个亵弱绫果,鼗缝果称为姣验瓣。接牧方对牧爨戆数攒藏孬霜棒熬诗舞,
然后把得剁的结果与收到的校验和进行比较。下面给出IP校验和源代码:
uint32

IPCheekSum(uint8*Data,uintl6 Size){

unsigned long Sum=O;

while(Size一>O){ Sum+=((unsigned long)((*Data<<8)十枣(Data+1))&OxFFFF):
Data+=2:

} Sum=(Sum>>16)+eSunl&OxFFFF): return(uintl6)Sum; } 由于校验和16位,从校验和代码中可以看出,数据按16比特进行累加,

当累加结果超过2Byte(16bit)对,把毫16魄特与低16bit再捃嘉嬖,结卷放
入校验私域。IP校验和仪计算jP协议头部,即20Byte。 UDP校验和的源代码实现基本和IP相同。UDP校验和包括UDP头部、UDP

数据帮镄头部。秘头部楚来自IP头部静三个字蔽,帮漭议号、添IP缝缱、 目的IP地址以及UDP的畿度字段。因而,UDP长度字段在校验和计算中计算 了嚣次。爨要注戆麴是出予在诗冀棱验嚣睡,数撂接嚣个字节l§位累鸯鞋,瑟 在UDP校验和计算时,若字节为肇数,则在最后补一个字节O,凑戚偶数。而
奁计算IP校验和时,由予计算仅是IP头部,为20Byte,不存在奇数闻鬏。

2)e黼循环校验实现 CRC校验的关键就是寻找一个适当生成的多项式,根据该多项式,丰巴将 鬟蘩簧辕靛莹惑戮(按二逡镰《)童穆该多矮式聂袁次幂位,并凳友谬嚣辑褥妥 的数据除以该生成多项式,得出的余式就是CRC多项式。设编码前的原始信
息多项式为P(x);生成多项式为a(x);G(x)最蕊次幂等予r;CRC多项式为 R(x);编硝后的带CRC的信息多项式为T(x)。 发送方编码方法:将P(x)乘以x。(即对于二进制码序列左移r位),辩除 落G《习,掰褥余焱帮为襄(x)。 接收方解码方法:将r(X)除以G(x),如果余数为0,则说明传输中茏错 谈,否则传竣过舔孛出链。药便予瑾鼹,举铡鳃下: 设信息码为ii00,生成多项式为lOll,则原始信息码痔项式P(x)=x3+x2,

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G(x)=X3+X+I,计算CRC的过程如下:

芝羔鲤:兰:彗:±兰≥:垡:扛。+X2+z)+:羔.



G(x)

z3+x+1

工3+x+1

x3十爿十1

即R(x)=x,因而得出的CRC为010。 链路层协议中广泛使用6种版本的生成多项式,CCITT痰定,PPP协议孛 懿鹱环狡验生藏多颈式菇x”÷x”十x8+x7十x3+l。 上面所提到的多项式除法,可以用硬件除法电路来实现,但由于GPRS 模块没有对PPP链路层校验给予硬件实现,因而这就需要用软件来实现。当

然,农软件实现上,采用按}B特溅算法逐位邀行运算,是凳全可以的。傻考 惑躅这耱方法实袋,会占露丈量黼u蒂宽,敲豢晓较低,邃不适予这受的高
速的数掇通信,因而论文中的应用程序采用查寝法。由于CRC校验~般魑对 于一帧数据进行的,而帧的基本单位是字节。该算法实现的思想:计算本字

节后CRC,等于上一字节余式CRC码的低8馒左移8位,加上上一字节CRC 老移8位积零字节之穗磊嫠衷褥貔CRC弱。蓉绘密8位二浚铡痔燕数熬掰有
CRC(熬256个)组成一张表,编码时只要从表中查找对应的假进行处理即可。 PPP的FCS计算源代码如下:
static uintl6

PPPfcsl6(uintl6

fcs,uintS*cp,intl6

ien)

{ while(fen一) fcs=(fcs<<8)+fcstab【(fc8>>8+¥cp++)&Oxff]: return(fcs):


43本章小结
本窜详缨介缮了鬻链交遗系统终端的软硬件设计,包据ARM处理器电路, MC35接口电路以及静个软件模块的设计,并在介绍过程中详细说明了各个模 块设计恩想和设计过程。

啥尔演工瑕大学硕士学技论文

第5章调试及分析
5.1实验与调试
在论文方案实现中,硬件和软件都迸行了调试。硬件调试这里不作介绍 主要介绍软件调试结栗帮实验分柝。

5.1。1灯禽令调试
在硬件装懿完成之后,建了测试MC35模块工作是森正嚣以及嵌速兹熟悉 相关AT命令,调试中利用论文中的串阴电路。调试过程中,通过串口线把计
算机RS232串豳与电路板相连,在Pc机上打开~个串口调试程序,同时利用

软件启动程序激活MC35模块,即可通过串口调试程序方便的对MC35模块实
现解命令操作。

下霞分绍遴过茂枣目发送艘命令激溜一个PDP环境,接收到由ISP发
送过来的第一个PPP LCP协亵趣步骧:
l、AT+CGDCONT=I,IP,Cld,NET

该命令是定义PDP上下文。l—PDP上下文标识符,用于本地终端设备TE 与移动终端黼接口。IP~pDP类型,表示PDP(分组数据包协议)类型是IP(网 络协议)。e狲ET一网络接入点名称。发送该命令后,MC35模块反馈如下(用
ASCII显示)。
AT十eGDe0NT=l,IP,CMNET 0K

OK~表示PDP,t下文定义成功;ERROR一定义失败。
2、AT+CGDATA=PPP.1

当步骤1究成,反馈。K后,发送该命令。PPP一表示TE(MCU)与MT(MC35 模块)锼蜀PPP协议。l—p淤上下文标识镣,蠲上。发送该命令后,反馈如 下(为便于说骐,接收用十六进利,艇糕共老窭下划线鳇为转义式数字符):
4l 45

54 2B 43 47 44 4l 54 41 3D 50 50 50 2C 3l OD OD OA 43 4F 4E 4E

Z旦—.星墨C0 21 Z坠星!芏坌星兰Z娶呈Q!Q墨塑芏望量!Z旦2生 呈i!.童工DO Z验22 Z塑2§Z登2壁!塑—2A_7D 20 7D 20 ZD 27 7D 22 7D 28 7D 22

43 54 OD OA 7E FF

60

跨尔滨工程大学磺士学位论支

Z鍪l§!登g§BB

24

Fl至坌§Z Z垒2§I羹i§C2

23呈l!.塑Ac

8e 7E

从接收到数据羲出,从数据4l开始到7E之穗誊,是爱馈器柬浆嬲会令及
当蘸接入GPRS鼹络状态,部是ASCII秘,即:
41 54 2B 43 47 44 4l 45 43 54 OD OA 54 41 3D 50 50 50 2C 31 0D OD OA 43 4F 4E 4E

它等于
AT+CGDADA=PPP,1 e0KNEe善

其中:OD为回车命令,OA为换行命令 从7E开始猁最后7E怒ISP发送给MC35酶PPP毽,逡含请求褥意’Kp。 由于发送过来的包飘经经过转义字符7D转义(见第三章PPP包协议),下面把 它翻译成拳转义之藩戆镪,并进行解释;
7E}漤03 eO 2i 0i 03 00 l》§l 02 05 06 BB 24 Fl 04 07 DO 02 06 00 OA 00 00 07 02 08 17 03 05 e2 23 05 Ae 8e 7E

7E帧头,PPP起始标志。
FF

03帧,地址和控制字符,常数。 2i镪议,链路控嗣协议LCP。 ID号,发送本报的ID号。 lD包大小,扶螃袁代码0l开始,校验搬翦结袁,郄本稼共29字节。
04 07 DO

e0

0l协裔代褥,请求逡择。
。3 oo 0l

Ol褒示是选项1,最大接收单元MRU;04袭示选项l共

4个字节;07 DO表示请求接收最大单元艟RU=2000Byte。 02 06∞OA oo oo 02表示选项2,异步控制字符;06表示选项2共 6字节;00淞00§0膏转义字簿。
g?02

07凌暴选壤7,蛰议域压缩;02表示逡顼7共2个字节,默认 08表示选璜8,地鼓秘控制域熙缩;02表示选项8筵2个字节,
Fl 17

不愿缩。
08 02

默认不聪缩。 05∞糙24 §个字节;BB 05表示选顼5,Magic number;06袭示选项6共 number值。
24 F1

17,magic

03裘示选联3,携议鉴权;05表示该逡矮共5令字 节;C2 23表示誊弱验证协议熬魏05,数攘域,包含{聿为浚详缁稔议决定了 的附加数据。
Ac 7E 8C

03 05 e2 23 05

PPP包帧校验和FCS。 桢尾,PPP结束称志。

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在实验中,每次发送AT命令连接成功后,ISP向MC35模块连续发送同 样LCP包10次,约5S钟左右,请求终端进行LCP协商认证。若在这十次中, 终端未发送LCP应答请求包与ISP进行协商,则ISP停止发送LCP包,模块 反馈NO CARRIER,表示本次链接建立失败。上面仅给出一次反馈数据。

5.1.2

PPP协商调试

PPP整个协商流程图如图5.1 E2,I所示。所有LCP协商都是在PPP.c模块内
激活PDP环境

来自于ISP 向LCP协荫 请求包括鉴 极怖议 请求不包括鉴 权协议

ISP请
求PAP

ISP请 求PAP

—/ACKPAP,请求

\、!竺竺.
—上~
/发送用户ID \、和密码

LCPACK


图5.1 PPP正常协商流 实现。当第一个LCP包从ISP到来,系统把ISP发送过来的相同选项用 reject(回绝应答)包应答,这将强行ISP携带请求所用的认证协议进行回复。 下面给出软件调试中,LCP,PAP和IPCP协商顺序及实验中它们十六进

哈尔滨工程大学硕士学位论文

制数据的输出结果。为便于理解,下面同时分别给出了转义之前的和转义之 后的PPP包。在转义后的PPP包数据中,对转义后的字符加粗并加下划线: 而在转义之前的PPP包内,对需转义的字符,给这些字符加粗。 首先是进行LCP协商,步骤如下: l、首先由ISP发送LCP包
7E FF

Z!!—.垄墨CO 21工卫至!ZQ墨墨Z望星Q Z望曼望I婆呈!Z卫星垒!望垒Z
7D 2A 7D 20 7D 20 7D 27 7D 22 7D 28 7D 22 7D 25 23 7D 25 74 F9 7E

D0 7D 7D 26

22 7D 26 7D 20 ●—— 45 4F

67 70 7D 23 7D 25 C2

7E FF 03 CO 2l 02 05 06 45 4F 67

0l 03 00 1D 01 04 07 D0 02 06 00 0A 00 00 07 02 08 70 03 05 C2 23 05 74 F9 7E

这里到来的第一个包和上面AT命令调试中LCP PPP包结果是一致的,除
magic

number选项和FCS外。每次magic number是不同的。 Z!!—.墨墨c0
2l

2、来自于ARM的PPP包拒绝所有选项(除选项三,全部回绝)
7E FF

I旦圣皇!望星墨I旦星Q Z望圣昼!旦星!Z旦圣垒!旦星!DO
7D

7D _—— 26

22 7D 26 7D—麴7D 2A 7D 20 7D 20 7D 27 7D 22 7D 28 7D 22 7D 25
66 31 3F F3 FB 96 7E

7E FF 03 CO 21 04 03 00 18 01 04 07 DO 02 06 00 OA 00 00 07 02 08 02 05 06 66 3l 3F F3 FB 96 7E

3、ISP被迫请求协商认证协议CHAP
7E 81

FF工I!—量墨c0
2l

21

Z旦窒!I旦星曼I望圣Q Z塑星里Z望星墨Z卫星曼C2
05 OO 09 03 05 C2 23 05 81 85 7E

23 7D 25

85 7E 7E FF 03 C0 01

4、处理器回绝应答CHAP,用PAP代替
7E FF C3 AB 7E 7E FF 03 CO 21 03 05 00 09 03 05 C0 23 05 C3 AB 7E

Z!!—.墨墨c0

21

Z旦Z§I旦2§ZQ 2Q ZQ 22 Z旦;§Z望2§c0

23

11地

5、ISP同意,重新请求PAP回复
7E FF

2卫望cO
21

2l

I旦!!!旦;Z!旦2Q Z!垫Z旦23 Z旦丝C0
07 00 08 03 04 C0 23 80 1B 7E

23

80卫

墅7E
7E FF 03 CO Ol

6、处理器认可PAP密码认证协议
7E 7E

FF王!!..量墨cu 2l!旦呈至!旦至!!坠星Q Z塑呈璺Z旦窒墨ZQ星垒C0
21 02 07 00 08 03 04 CO 23 50 91 7E

23 50 91

7E FF 03 CO

7、处理器请求协商异步控制字符
63

哈尔滨工程大学硕士学位论文
7E FF 7D 23 CO 21 7D 21 F6 BA 7E 7E FF 03 CO 21 0l 08 00 OA 02 06 FF FF FF FF F6 BA 7E 7D 28 7D呈Q 7p 2△I旦星呈Z立墨垦FF FF FF FF

8、ISP同意异步控制字符
7E

FF工l!—.圣量CO

21

Z坠星窒!墅星璺!旦星Q Z望娶△!垒星2 1娶星昼FF
00 OA 02 06 FF FF

FF FF FF

9F CE 7E 7E FF 03 CO 21 02 08

FF殍9F

CE 7E

在LCP链路建立完成,ISP同意使用密码认证协议PAP厢,处理器需主 动发送用户ID号和密码登录ISP网络。在本软件实现中,用户ID号和密码 都为空。 9、处理器发送孀户名窃密磷,请求登录ISP网络
7E FF 7D 23 CO 23 7D 09 21 7D 29 7D 20 7D 26 7D 20 7D 20 A1 73 7E 73 7E 7E FF 03 CO 23 0l 00 06 00 OO A1

i0、ISP认证用户ID和密码
7£FF 70 23 C0 7E FF 03 CO 23 7蚤22 7转29 7D 20 7D 25 7D 20 53 DE 7£ 53 DE 7E 23 02 09 00 05 00 00

~恩链路建立阶段和认证阶段完成,接着就是配置在ISP网络内所使用
的网络协议。因为烧在和网络服务提供商协商,困恧IPCP楚用于确保IP协 裹戆稔议。 在实验中完成上述链路建立和认证完成阶段后,ISP停止发送IPCP觎给 处理器,因而处理器需强行发送IPCP的PPP包给ISP请求协商。 IPCP协商紧跟农PAP认证之聪,具体如下; ll、处理器强行获送请求{羚P懿亵
7E FF 7D 23 80 21 7D 21 7D 21 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 20 7D 20 7D 20 7D 20 7D 33 28 7E FF 03 80 2l 7E 13 28 7E

Ol 0l 00 0_A 03 06 OO OO 00 00

12、ISP发送IPCP傍亵谤隶
7E FF 7D 23 80 21 36 22 7E 7E FF 03 80 21
Ol

7D 21

7D 21 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 CO A8 FE FE

Ol 00 OA 03 06 CO A8 FE FE 36 22

7E

i3、处理器爨蕊嚣应答
7E FF 7D 23 80 21 7D 22 7D 21 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 CO A8 FE FE 5F 56 7E 7E FF 03 80 21 02 Ol OO OA 03 06 CO A8 FE FE 5F 56 7E

14、筵瑾器请求分配一个Ip逡缝

啥尔滨王理大学硬±学位论文
7E FF 7D 23 80 2l 7B 2l 7D 22 7羚20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 20 7D 20 7D 20 7D 20 7D 34 FE 7E 7E FF 03 80 21 0l 02 00 OA 03 06 00 00 00 00 14 FE 7E

15、ISP用ACK回复分配IP地址
7E FF 7D 23 80 21 7D 23 7D 22 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 2A 48 7D 28 E2 9e秘G 7E 7E FF 03 8e 2l 03 02 00 OA 03 06 OA 48 08 E2 9e EO 7E

16、处理器请求用上磷ACK回复的IP地圭业在线
7E FF 7D 23 80 2l 7D 21 28 E2 2l 52 7E 08 E2 21 52 7E 7D 22 7D 20 7D 2A 7D 23 7D 26 7D 2A 48 7D

7E FF 03 80 2l Ol 02 OO OA 03 06 OA 48

17、ISP发送ACK同意请求
7E FF 7D 23 80 2l
28 7D 22 7D 22 7D 20 7D 2A?D 23 7骆26 7罄2矗48 7D


E2 BB 9C 7E 7E FF 03 80 2l

02 02 00 0A 03 06

0A 48

08 E2 BB 9e 7E

5.1.3发送一个完整PPP包调试
在完成上述的LCP,PAP和IPCP詹,GPRS模块登录网络成功。此时,瓶 可以实现黢用滋数据懿抒镪发送。下磊就实验过程中截取一个发送崮去的
PPP包来举蜘』,该包传送的数撰售患为#Warning
7E FF

矗5

D§4】I —04 90—0
39 IF

03厦圃巨j二豆委j西区墨疆[雯圃[夏日二画匿]露£】童[夏夏二聂区]霹£】聩ij蛋[珏要二霍l::飘
IA

from GPRS!。

96 2CI 5Z§!12§E§2§E§Z 2Q E§12



6E皴


茎Qj垒芏互立委至妄叠.至真坌E亘曼.I重一

这是字符未转义之前的PPP包,加租为需要转义的字符,下划线为要发

送麴数据—皤arning from gPRS{。注意:数据按ASCII码发送。 第一框为铪议域。∞2l为IP协议,表示该数据惫为lP数据擐。
第二框为IP报头。其中oo 2E为IP数据报长度,十进剑为46(包援头 部和数据)。11表示该数据报上层协议为UDP;A8 02为IP数据报检验和;
OA 48 03

9E为源IP地址,即10.72.3.158;3D

A5 D6

41为目的IP地址,

鄄61.165。214.65。

其余部分《参考图3,5。

第三握为U船头部。其中蜒38为澡端墨,蜷蜀号为:1080;1F 90瓷
目的端口,端口号为:8080;00 1A为UDP长度(包抬头部和数据);辐2e

睦家滨芏程失学硕士学整论文
,]

I'

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麓校验帮(毽括头帮窝数据)。 下颟为转义之爆的PPP包,魍粗共垮鸯下划线憋戈转义字雩孥。
7E
A8

FF!墅墨§芏殳g壁2l

45

Z銎gQ兰壁垒Q 2E至l!—.曼壁Fo!窭煦.!登圣壁F0
3D A5 D6 41

111显

Z旦星墨Z骀星△48 211—量曼9E

Zf!—.量生38 111—曼E

90

Z旦星Q ZQ曼△

86 2C 57 6l 72 6E 69 6E 67 20 66 72 6F 6D 20 47 50 52 53 2l 9F D3 7E

5.i,4

Pe梳(交通控黼巾心)搂救中斯数獾调试

在终端发送数摄给控制中心实验中,论文中选翔一台在线翡忿税作为实 验◇救懿镧中心,舞在该Pc凝打^开一个UDP Demo程疹,羧浚来鍪网络离游 数据,该主机端口号设鳖为6767。由于艨用程序中,链踌层协议为PPP执议, 因蕊该佘主祝需采粥拨号上网。实骏中选雳Pc枫利用电话线拨号上网,著遥 过网络状态获得该机在线的当前IP地址。在软件编译下载前,把程序中目的 主瓿静ip魂垃敬为当前在线静怼梳IP漶艟,瑞口号改为主视接收的端口号 6767,帮可两该台粥梳发送数据僚惠。

阁5.2

UDP

Demo接收来自MC35的数据信息

在癸验过程中,首先遥行废鬲程序,後MC35模块登录GPRs网络。登漾 究肇,使斑溪器渡浚来裔它的GPS定位信怠数据。接收完毕,MC35模块遇j迁 GPRS网终摁该数摄发送到Internet网,劳竣终鑫逡李亍UDP Demo程痔豹在线 pe机接收。程廖滚程图硪参考躁第4章4+?。上嚣绘出了怼瓤(控裁中心)

哈尔滨工程大学硕士学位论文


接收结果,如图5.2所示。 图中接收了来自MC35发送过来的8个包,车载终端当前的临时IP地址 为:211.136.158.207,UDP端口号为:9185。 特别注意的是:此处所显示发送方IP地址与前面ISP分配给MC35的临 时IP地址是不同的。处理器通过协商所获得的IP地址为GPRS网内的IP地 址,而Pc机(控制中心)所显示发送方的IP地址是GPRS外部网络的IP地址。 而GPRS网络内的服务支持节点GGSN是一个具有NAT(网络地址翻译)功能的 路由器,承担内部IP地址与外部IP地址的转换。因而,上述Demo所显示的 IP地址是车载终端IP地址在网外的映射地址。

5.2实验结果分析
根据实验结果,就系统几个主要关键性问题进行分析如下:

1)传输问题对于移动通信,关键是信道传输问题。经实验,传输协议
选择用户数据报协议UDP,UDP Demo程序作为接收程序(在在线的PC机上运 行,作为交通中心),可以满足中等容量的数据传输问题。 2)实时性问题GPRS网络理论传输的最高速率为171.2kbps,而在实际 传输中中国移动通信公司支持最高速率也就40kbps。实时性主要包括:一、 通信协议选择,首先是网络协议选择。对于UDP协议,由于其头部小,不提 供错误恢复和数据重传,因而占用MCU带宽小、传输效率高。而对于TCP协 议,它提供流控制和错误恢复,因而它是以牺牲实时性来提高传输的可靠性。 由于对车载记录仪来说,选用UDP协议不会给系统带来致命的危险,因而论 文完成UDP协议实现。二、包头及数据压缩传输。在传输数据之前,若采用 数据压缩技术以及对协议包头的压缩,以传输尽可能小的外部POP PDU来优 化无线信道容量,会对实时性有很大提高,但论文没有进行分析研究和实现。 三、网络时延。网络时延包括无线网络和有线网络的转接时延,因而在交通 应用中,可使终端申请固定的IP地址,交通中心申请一条互联网专线,这会 提高数据的传输效率以及可靠性。本论文实验中,申请的是动态分配IP地址, 因而当GPRS网络繁忙时,可能会不同程度地影响实时性。 3)可靠性问题可靠性主要包括几个方面:一、系统的选择。论文选择 GPRS网络作为数据传输方案,它本身就具有一定的可靠性,因而可靠性的保 障依靠的蜂窝移动通信技术的发展以及移动通信公司网络设备的更新。二、

通信协议选择。正如实时性中所提到的,可靠性是以牺牲实时陛为代价的,
这是一对矛盾的问题。因而根据需要,选择适当的传输协议,获得最佳传输

哈尔滨工程大学硕士学位论文

效果为宣。三、榴关软硬件。即软件的可靠运行、选用何靠性裔的硬件以及 硬件电路设计的可靠性等。

经道实验发蕊_i显遘PPP协议恕注翻中心发送数据毯,魄瑷经隰GSM短消
息发送要好得多。经统计,在发送100个数据包过程中,未丢一个数据包。

袋建GSM短港息最多发送160个字簿,露GPRS不受蔽铡。弱霹采曩PPP协 议发送数据,延邂小得多,从实验结果来看,发送数据缴为100个左右字节
时,中心接收发送方的数据可按斑秒级计算。两采用GSM短消息发送,接收

方最浃毽得凡卡移,通常是几分镩,甚至是凡小时或凡天的时间。就目前中
国移动用户来说,发送~条短信需O.1元,而对于GPRS PPP网络发送1KByte

投3分钱,羁瑟瑟者更经济。

5.3本耄小结
本章对系统逑行了调试,重点食缨懿是款l孛调试,毯旗艘翕令谖试,PPP
协商调试,然后进行了发送完整PPP包以及接收数据的调试,最后从传输问 题、实时性问题、可靠性问题等方面对实验结暴避行了分板,从露说弱了本 方案的可行性。

晗尔滨工程大学颤士学位论文

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随麓蜂窝移动通信技术的发展以及ITS未来发展的走向,研究基于蜂窝 移幼通信技术的ITS数据传输投术成袭ITS现今的热点朔煎点之一,因而论 文申就ITS的移动数据传输技术的实现具有一定的前沿性、应用前景和使用 徐镶。特涮是对GPRS数摆传输豹碍靠毪、实对狡的疆究暴有一定靛指导涟意 义。 论文详细分橱了GSM和GPRS技术的原理、系统体系结构以及GPRS嘲络 性熊并对其进行了髓真,这对于了勰采用GPRS纛线传辕技术蛇原因以及无线 传输基站信道分配方法超到了一定的说明作用,随厢在提出基于GPRS的车载 记渌仪数据传输方案居,研究和分析了车载终端的甄理藕缀成,设计了基于 GPRS静数据转输蔽术韵车载记渌仪通讯模块静硬件及软件协议。觚佟输遽 枣、实时性、可靠憾等关键性的问题上寒蘑,基予6PRS数擐传竣的车载终端 与蔟于GSM短消息数据传稔故事载终端蠲比,具京传输数攫重大、实时瞧磐、 可靠性商、经济实用的优点。 论文中提供了很多实虢数捺,并就数据结栗逊行了分析,从实验结果餐, 论文中豹方案蔻司‘行的,识从协议选择方谣看,没有研究和实现可靠经受商 救TCP协议,鼹出于软l孛复杂原因没鸯实现臻数据包晦分缝与蘩组功栽, 不§&进嚣分坦鹱竣,这然懿套镣予逐一步萋拜究,隧凑翎[t醚楚瑗器翡遴一步 发展,可以在现有的基础上扩展更多的功能。

哈尔滨工程大学硕士学位论文

参考文献
[1]龚正虎.现代TCP/IP网络原理与技术.北京:国防工业出版社,2002.9: 2一12页 [2]陆化普.日本智能公共交通系统的开发应用,现状与展望.国外城市规 划.2002:251—268页 [3]蒋冰蕾译.美国智能公共交通领域发展近况.国外城市规化.
13-17页
2002:

[4]金纯等.蓝牙技术.北京:电子工业出版社,2001.1:78—92页 [5]文志成.通用分组无线业务.北京:电子工业出版社,2003.i0:13—43 页 [6]文志成.GPRS网络技术.北京:电子工业出版社,2005.9:73—102页 [7]邱玲,朱近康,孙葆根,张磊.第三代移动通信技术.北京:人民邮 电出版社,2001.8:6-12页
[8]M.Mduly and M.一B,Pautot,The GSM System for Mobile Communications
2000

[9]Roger

Kalden,Ingo
on

Meirick and Michael Meyer,Wireless

Internet

Access Based

GPRS,IEEE Personal Communications,Apri 1 2001

[10]J.Korhoen,0.Aalto,A.Gurtov and H.Laamanen,Measured Performance
of GSM HSCSD and GPRS,IEEE ICC,June 2001

[11]Andrei

Gurtov,Matti

Passoja,011i


Aalto

and

Mika

Raitola,

Multi—Layer Protocol Tracing in

GPRS Network,IEEE Fall VTC 2002

[12]周立功.ARM嵌入式系统基础教程.北京:航空航天大学出版社,2005: 54—78页 [13]M.TimJones.嵌入式系统TCP/IP应用层协议.北京:电子工业出版社,
2003:137—165页

[14]王涛.嵌入式实时系统在通信系统中的应用.电子技术应用.2001 [15]张其善,吴今培,杨东凯.智能车辆定位导航系统及应用.北京:科学 出版社,2002:16—32页
[16]Jon Postel,INTERNET PROTOCOL Septermber 1981 117]J.Postel,User Datagram Protocol August 1980

[18]周正,周惠林等.移动通信技术分册.北京:邮电大学出版社,2001: 卜145页 [19]李小文,李贵勇,陈贤亮等.第三代移动通信系统、信令及实现.北京:
7n

哈尔滨工程大学硕士学位论文

人民邮电出版社,2003.1:13—123丽

[20]孙利民,阐志刚,郑健平,王在方,廖勇,移动IP技术。北京:电
子工堑密敝社,2003。8;124—132萸 [21]韩斌杰.GPRS原理及其网络优化.北京:机械工业如版社,2003.6: 8—25页 [22]禹帆.蓝牙技术.北京:清华大学出版社,2002.3:76—88页 [23]周正等.网络通榷技术分腮。北糸;邮电大学出版社,2002:98—120 页
[24]SIEMENS
mobile MC35 Hatdware Interface Description

verMon

03.02,2002.2:45-55褒

【25】马忠梅,李普平,廉慨,叶楠.ARM&Linux嵌入式系统教程.北 京;航空{瓿天大学搬版社,2004;88一i01照 【26】 Christian B就tste髓et Hans。Jorg and Vogel Jorg Eberspacher,GSM
Interface Phase

2+General Packet Radio Service GPRS:Architecture,Protocols,and Air

阿 泌


Rene Trenado,Connecting

art

M68HC08 Family Microcontroller

to

all

Interact Service Provider Using the Pohlt-to-Point Protocol,2001

[美]Craig Hollabaugh著陈雷,钟书毅等译.嵌入式Linux一硬件、 软件与接口.北京:电子工业出版社,2003:134-136页

[美】珏。M。Deitel,P.j。Deitel著箍平安译。e+十程序设计教程(篇4
版).北京:清华大学出版社,2004:37—89页 镑鬻酞.GPRS逶爱分缝无线盟务。人民郯魄爨叛衽,2001:145—178页 顾蘩基.GsM网络与GPRS.电予工般出版社,2002.1:43—67页

图m∞


吴允平,蘩银河等.一静单片机应用系统魄GPRS上网方寨。微计算艇 信恿一2005.8X期 孟晓宁,王永斌.基于GPRS的无线数据通储及其应用前景.现代电予技 零:-2005。19麓

张勋勇,谢辉.车辆远程监控系统.电子测量技术一2005.4期
邢≯&栋,张葵善,车辍定位监控终端。毫予溅量技术一2005。4翅

陈照佳,姚远.车载导航终端.电子测量技术一2005.4期

阱瞰瞰田
薹|

李宁,许兆新.GPRS技术在车辆监控系统中的应用。应用科技一2005.6 期 陈斌,李德华.基于GPRS技术的可扩展车辆监控系统的设计与实现. 计嚣提盎霞磷宠一2005。6期

哈尔滨工程大学硕士学位论文
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本文是在我的导师袁赣南老嫦的精心指导下完成的。近三年的研究生生 活,袁老师不仅在学习、工作、辩研上严格要求,丽且在生活上给予了无微 不至的关怀。袁老师工作勤奋、思维敏捷,在科研和工程实践过程中,常常 提出许多新颖并富有创造性的见解。尤其给我深刻印象的是,他对我们科研 习惯的萼l导,使我们不仅仅考虑菜个实际问题的解决,而是从更高的凳度着 手分析如何解决问题,韶所谓“授入以鱼,不若授人以渔”。此外,在平时的 工作中,袁老师对待工作认真负责,一丝不苟,这使我受益匿竣,也使我在 到达工作黼使之前学习到~个人对待自己的工作所应有的态度。在此,谨向 袁老师表示最衷心的谢意。 筏还要感谢我的室友吴俊飞、王学宝、刘泽明、张智、李晚龙以及教研 室的所有同学,他{『]在平时的学习生活中都给了我很大的帮勘,丽且在交往 当中也结成了深厚的友谊,成为了好萌友,在这里对他们表示忠心的感谢, 也税媳们在以后的学习生活中取得更大豁成绩。 最后我还簧感谢我的父母,l也们绘予了我生命,从小把我养育成人,使 我受刘很好的教育,程人生的每一个重要关头,他们都给予我正确的撵弓l, 使我沿着正确的道路前进,在生活中也给予我无微不至的关怀,对他们的感 谢我只能用以后工作生活中的优秀表现来报答,在此对他们致以我最袋高的 敬意。

基于GPRS的无线传输技术在智能交通系统中的应用研究
作者: 学位授予单位: 被引用次数: 凌万利 哈尔滨工程大学 3次

参考文献(38条) 1.龚正虎 现代TCP/IP网络原理与技术 2002 2.陆化普 日本智能公共交通系统的开发应用,现状与展望 2002 3.蒋冰蕾 美国智能公共交通领域发展近况 2002 4.金纯.许光辰.孙睿 蓝牙技术 2001 5.文志成 通用分组无线业务 2003 6.文志成 GPRS网络技术 2005 7.邱玲.朱近康.孙葆根.张磊 第三代移动通信技术 2001 8.M Mduly.M -B Pautot The GSM System for Mobile Communications 2000 9.Roger Kalden.Ingo Meirick.Michael Meyer Wireless Internet Access Based on GPRS[外文期刊] 2001 10.J Korhoen.O Aalto.A Gurtov.H.Laamanen Measured Performance of GSM HSCSD and GPRS 2001 11.Andrei Gurtov.Matti Passoja.Olli Aalto.Mika Raitola Multi-Layer Protocol Tracing in a GPRS Network 2002 12.周立功 ARM嵌入式系统基础教程 2005 13.M Tim Jones.路晓村.徐宏.土泰东 嵌入式系统TCP/IP应用层协议 2003 14.王涛.张伟良.葛宁.冯重熙 嵌入式实时系统及其在通信系统中的应用[期刊论文]-电子技术应用 2001(11) 15.张其善.吴今培.杨东凯 智能车辆定位导航系统及应用 2002 16.Jon Postel INTERNET PROTOCOL 1981 17.J Postel User Datagram Protocol 1980 18.周正.周惠林 移动通信技术分册 2001 19.李小文.李贵勇.陈贤亮 第三代移动通信系统、信令及实现 2003 20.孙利民.阐志刚.郑健平.王在方.廖勇 移动IP技术 2003 21.韩斌杰 GPRS原理及其网络优化 2003 22.禹帆 蓝牙技术 2002 23.周正 网络通信技术分册 2002 24.SIEMENS mobile MC35 Hardware Interface Description version03.02 2002 25.马忠梅.李善平.康慨.叶楠 ARM & Linux嵌入式系统教程 2004 26.Christian Bettstetter.Hans-Jorg.Vogel Jorg Eberspacher GSM Phase2+General Packet Radio Service GPRS:Architecture,Protocols,and Air Interface 27.Rene Trenado Connecting an M68HC08 Family Microcontroller to an Internet Service Provider Usingthe Point-to-Point Protocol 2001 28.Craig Hollabaugh.陈雷.钟书毅 嵌入式Linux-硬件、软件与接口 2003 29.H M Deitel.P j Deitel.施平安 C++程序设计教程 2004 30.钟章队.蒋文怡.李红君 GPRS通用分组无线业务 2001

31.顾肇基 GSM网络与GPRS 2002 32.吴允平.蔡银河.苏伟达.吴进营.蔡声镇 一种单片机应用系统的GPRS上网方案[期刊论文]-微计算机信息 2005(24) 33.孟晓宁.王永斌.孙建荣 基于GPRS的无线数据通信及其应用前景[期刊论文]-现代电子技术 2005(19) 34.张勋勇.谢辉.鲍振武.郝明德 车辆远程监控系统[期刊论文]-电子测量技术 2005(4) 35.邢兆栋.张其善.杨东凯 智能车辆定位监控终端[期刊论文]-电子测量技术 2005(4) 36.陈照佳.姚远.王明艳 车载导航终端[期刊论文]-电子测量技术 2005(4) 37.李宁.许兆新 GPRS技术在车辆监控系统中的应用[期刊论文]-应用科技 2005(6) 38.陈斌.李德华.姚迅 一种基于GPRS技术的可扩展车辆监控系统的设计与实现[期刊论文]-计算机应用研究 2005(6)

本文读者也读过(2条) 1. 牛庆庆 智能化城市公共交通信息系统无线传输技术的研究[学位论文]2007 2. 马江华 采用无线传输技术的分布式智能停车场管理系统[学位论文]2009

引证文献(3条) 1.龚耀.林小玲 GPRS与Winsock在智能交通监控系统中的应用[期刊论文]-仪表技术 2011(2) 2.卢卫东.王振华.亓勇 电力移动收费终端技术研究[期刊论文]-山东电力技术 2010(4) 3.杨凡 运用高性能综合数字地图指导消防路线设计和算法[期刊论文]-科学技术与工程 2013(4)

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